JP2012059265A - タッチセンサを有する表示装置及びその駆動方法 - Google Patents

タッチセンサを有する表示装置及びその駆動方法 Download PDF

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Abstract

【課題】インセルタッチセンサと表示領域を時分割して交互に駆動して、ノイズの影響及びセンシング時間を減少するタッチセンサを有する表示装置及びその駆動方法を得る。
【解決手段】複数の画素を含む画素アレイ内に形成された複数のタッチセンサを含むタッチセンサアレイを含み、画素アレイが複数のブロックに分割されて駆動する表示パネルと、複数のゲートラインをブロック単位で順次駆動するゲートドライバと、複数のデータラインをゲートラインが駆動されるごとに駆動するデータドライバと、タッチセンサアレイをブロック単位で順次駆動するタッチコントローラと、一つのフレームを、画素アレイが駆動される表示モードとタッチセンサアレイが駆動されるタッチセンシングモードに分割し、両モードが交互に実行されるようにゲートドライバ、データドライバ及びタッチコントローラを制御するタイミングコントローラとを備える。
【選択図】図１

Description

本願発明は、タッチセンサを有する表示装置に関するもので、特に、表示装置に内蔵されたタッチセンサと表示領域を時分割して交互に駆動することによって、ノイズの影響及びセンシング時間を減少できるタッチセンサを有する表示装置及びその駆動方法に関するものである。
最近、各種表示装置の画面上でタッチで情報入力が可能なタッチセンサ（タッチスクリーン、タッチパネル）がコンピュータシステムの情報入力装置として広く適用されている。タッチセンサは、ユーザが指又はスタイラスを通して画面を単純にタッチしながら表示情報を移動又は選択するので、老若男女誰でも容易に使用することができる。
タッチセンサは、表示装置の画面上で発生したタッチ及びタッチ位置を感知してタッチ情報を出力し、コンピュータシステムは、タッチ情報を分析して命令を行う。表示装置としては、主に液晶表示装置、プラズマディスプレイパネル、有機発光ダイオード表示装置などのような平板表示装置が用いられる。
タッチセンサ技術としては、センシング原理によって抵抗膜方式、静電容量（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ）方式、光学方式、赤外線方式、超音波方式、電磁気方式などが存在する。一般に、タッチセンサは、パネル状に製作され、表示装置の上部に付着されてタッチ入力機能を行う。しかし、タッチセンサが付着された表示装置においては、タッチパネルを表示装置とは別途に製作して表示装置に付着しなければならないので、製造費用が高くなると同時に、システム全体の厚さ及び重さの増加によって移動性が低下したり、デザイン上の制約が伴うという問題がある（特許文献１参照）。
これを解決するために、最近は、タッチセンサを液晶表示装置又は有機発光ダイオード表示装置などの表示装置内に内蔵したインセルタッチセンサ（Ｉｎ−ｃｅｌｌ Ｔｏｕｃｈ Ｓｅｎｓｏｒ）が開発されている。インセルタッチセンサとしては、フォトトランジスタを用いて光の強さによってタッチを認識するフォトタッチセンサと、静電容量の可変によってタッチを認識する静電容量方式タッチセンサとが主に用いられる。
フォトタッチセンサは、タッチ物体による入射光又は反射光から発生するフォトトランジスタの光漏れ電流を通してタッチを認識する（特許文献２参照）。静電容量方式タッチセンサは、人体やスタイラスなどの導電体がタッチするとき、少量の電荷がタッチ点に移動して発生する静電容量の変化を通してタッチを認識する（特許文献１参照）。
従来の表示装置上に付着されたタッチセンサの場合、表示装置の駆動とタッチセンサの駆動とが相互同期化などの連関性なく別途に行われるので、同一の時間に表示装置とタッチセンサを駆動することが可能であった。しかし、インセル方式で表示装置の画素アレイに内蔵されるタッチセンサの場合、同一の時間に表示装置とタッチセンサを駆動することが不可能であるので、インセル方式のタッチセンサを有する表示装置に対する新しい駆動方式が必要である。
特開２００８−３２７５６号公報 韓国公開特許第２０１０−００４４０６３号公報
本願発明は、上述した従来技術の問題を解決するためになされたもので、本願発明が解決しようとする課題は、インセルタッチセンサと表示領域を時分割して交互に駆動することによって、ノイズの影響及びセンシング時間を減少できるタッチセンサを有する表示装置及びその駆動方法を提供することにある。
前記課題を解決するために、本願発明に係るタッチセンサを有する表示装置は、複数の画素を含む画素アレイと、前記画素アレイ内に形成された複数のタッチセンサを含むタッチセンサアレイとを含み、前記タッチセンサアレイ及び画素アレイが複数のブロックに分割されて駆動される表示パネルと；前記画素アレイに含まれた複数のゲートラインを前記ブロック単位で順次駆動するゲートドライバと；前記画素アレイに含まれた複数のデータラインを前記駆動ラインが駆動されるごとに駆動するデータドライバと；前記タッチセンサアレイを前記ブロック単位で順次駆動するタッチコントローラと；一つのフレームを、前記画素アレイが駆動される少なくとも１個の表示モードと、前記タッチセンサアレイが駆動される少なくとも１個のタッチセンシングモードとに分割し、前記表示モードとタッチセンシングモードが交互に実行されるように前記ゲートドライバ、前記データドライバ及び前記タッチコントローラを制御するタイミングコントローラとを備えている。
前記タイミングコントローラは、前記一つのフレームを複数の表示モードと複数のタッチセンシングモードとに時分割し、前記表示モードと前記タッチセンシングモードが交互に実行されるように制御するモード切替信号を生成して出力する。
前記ゲートドライバ及び前記データドライバは、前記モード切替信号に応答して前記各表示モードで該当ブロックの画素アレイを駆動し、前記タッチコントローラは、前記モード切替信号に応答して前記各タッチセンシングモードで該当ブロックのタッチセンサアレイを駆動する。
前記タイミングコントローラは、前記ブロック単位でデータを格納して出力するメモリをさらに備えており、前記メモリにデータが格納される周波数よりも速い周波数で前記メモリに格納されたデータを前記データドライバに供給し、入力される複数の同期信号を入力周波数よりも速い周波数に変換し、前記ゲートドライバ、前記データドライバ及び前記タッチコントローラの駆動タイミングを制御する複数の制御信号を生成する。
前記表示パネルとしては、液晶表示パネル又は有機発光ダイオード表示パネルを用い、前記タッチセンサとしては、フォトタッチセンサ又は静電容量方式タッチセンサを用いる。
本発明に係るタッチセンサを有する表示装置の駆動方法は、複数の画素を含む画素アレイと、前記画素アレイ内に形成された複数のタッチセンサを含むタッチセンサアレイとを含む表示装置を駆動する方法において、前記タッチセンサアレイ及び画素アレイを複数のブロックに分割すること、一つのフレームを、少なくとも１個のブロック内の画素アレイが駆動される少なくとも１個の表示モードと、前記少なくとも１個のブロック内のタッチセンサアレイが駆動される少なくとも１個のタッチセンシングモードとに時分割して駆動することを含む。
前記フレームは、複数の表示モードと複数のタッチセンシングモードとに時分割され、モード切替信号に応答して前記表示モードと前記タッチセンシングモードが交互に実行される。
前記各表示モードでは１個のブロック内の画素アレイが駆動され、前記各タッチセンシングモードでは複数のブロック内のタッチセンサアレイが順次駆動される。
本願発明に係るタッチセンサを有する表示装置及びその駆動方法は、画素アレイとインセルタッチセンサアレイを時分割して交互に駆動することによって、画素アレイの駆動とタッチセンサアレイの駆動との間の相互干渉及びノイズの影響を最小化すると同時に、タッチセンシング時間を最小化することができる。これによって、タッチセンサのセンシング能力とセンシング速度を向上させることができる。
本発明の実施例に係るタッチセンサを有する表示装置の駆動装置を概略的に示したブロック図である。 図１に示したタッチセンサが内蔵された表示パネルの垂直構造を示した断面図である。 図１に示したタッチセンサが内蔵された表示パネルの一例を示した等価回路図である。 図１に示したタッチセンサが内蔵された表示パネルの他の例を示した等価回路図である。 図１に示したタッチセンサが内蔵された表示パネルの駆動波形図である。 本願発明の実施例に係る順次的な分割駆動シーケンスによる表示パネルの駆動領域を順次示した図である。 本願発明の実施例に係る順次的な分割駆動シーケンスによる表示パネルの駆動領域を順次示した図である。 本願発明の実施例に係る順次的な分割駆動シーケンスによる表示パネルの駆動領域を順次示した図である。 本願発明の実施例に係る順次的な分割駆動シーケンスによる表示パネルの駆動領域を順次示した図である。
図１は、本発明の実施例に係るタッチセンサを有する表示装置を概略的に示したブロック図であり、図２は、図１に示した表示パネル１０の垂直構造を示した断面図である。
図１に示したタッチセンサを有する表示装置は、タッチセンサＴＳが内蔵された表示パネル１０と、表示パネル１０を駆動するデータドライバ１２及びゲートドライバ１４と、データドライバ１２及びゲートドライバ１３を含むパネル駆動部を制御するタイミングコントローラ１６と、表示パネル１０内のタッチセンサＴＳを駆動するタッチコントローラ２０とを備えている。タイミングコントローラ１６及びタッチコントローラ２０はホストシステム３０と接続される。
ここで、タイミングコントローラ１６及びデータドライバ１２をそれぞれのＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）に集積化したり、タイミングコントローラ１６をデータドライバ１２に内蔵して一つのＩＣに集積化することができる。また、タッチコントローラ２０及びタイミングコントローラ１６もそれぞれのＩＣに集積化したり、タッチコントローラ２０をタイミングコントローラ１６に内蔵して一つのＩＣに集積化することができる。
主に、表示パネル１０としては、液晶表示パネル（以下、液晶パネル）、プラズマディスプレイパネル、有機発光ダイオード表示パネルなどの平板表示パネルを用いることができる。以下では、液晶パネルを例に挙げて説明する。表示パネル１０として液晶パネルが用いられる場合、図２に示すように、表示パネル１０は、カラーフィルタアレイ４０が形成されたカラーフィルタ基板４２と、薄膜トランジスタアレイ４４及びタッチセンサアレイ４５が形成された薄膜トランジスタ基板４６と、カラーフィルタ基板４２と薄膜トランジスタ基板４６との間に形成された液晶層４８と、カラーフィルタ基板４２及び薄膜トランジスタ基板４６の外側面にそれぞれ付着された上下部偏光板５０、５２と、上部偏光板５０上に付着された強化ガラス基板５４とを備えている。液晶層４８は、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード又はＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードのように垂直電界によって駆動されたり、ＩＰＳ（Ｉｎ―Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード又はＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードのように水平電界によって駆動される。
このような表示パネル１０は、複数の画素が配列された画素アレイと、画素アレイ内に複数のタッチセンサＴＳが配列されたタッチセンサアレイとを含む。
画素アレイの各画素は、データ信号による液晶配列の可変によって光透過率を調節する赤、緑及び青のサブ画素の組み合わせで所望の色を具現する。各サブ画素ＰＸは、ゲートラインＧＬ及びデータラインＤＬと接続された薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタと並列に接続された液晶キャパシタ及びストレージキャパシタを備えている。液晶キャパシタは、薄膜トランジスタを通して画素電極に供給されたデータ信号と、共通電極に供給された共通電圧との差電圧を充電し、充電された電圧によって液晶を駆動して光透過率を調節する。ストレージキャパシタは、液晶キャパシタに充電された電圧を安定的に維持させる。
タッチセンサアレイは、センサ駆動ラインＳＬ及びリードアウトラインＲＯＬと接続された複数のタッチセンサＴＳを備えている。各タッチセンサＴＳとしては、フォトトランジスタを用いて光の強さによってタッチを認識するフォトタッチセンサ、静電容量の可変によってタッチを認識する静電容量方式タッチセンサなどを用いることができる。フォトタッチセンサは、タッチ物体による入射光又は反射光から発生するフォトトランジスタの光漏れ電流を通してタッチを認識する。静電容量方式タッチセンサは、人体やスタイラスなどの導電体がタッチするとき、少量の電荷がタッチ点に移動して発生する静電容量の変化を通してタッチを認識する。例えば、静電容量方式タッチセンサＴＳは、図２に示すように、タッチ物体とタッチキャパシタＣｆを形成することによって静電容量を可変させ、静電容量の変化に対応する信号をリードアウトラインＲＯＬを通して出力する。タッチセンサＴＳは、タッチ点の大きさを約３〜５ｍｍに考慮して複数の画素単位で形成される。例えば、タッチ点の線幅が約４ｍｍである場合、タッチセンサＴＳは約５０個の画素単位で形成することができる。
タッチセンサＴＳを内蔵した表示パネル１０は、図５に示すように、画素アレイにデータを記録する表示モードＤＭと、タッチセンサアレイを駆動するタッチセンシングモードＳＭとに時分割されて交互に駆動される。このために、画素アレイ及びタッチセンサアレイは、複数のブロック単位で分割され、画素ブロックとタッチセンサブロックが交互に順次駆動される。
ホストシステム３０は、映像データ及び複数の同期信号をタイミングコントローラ１６に供給し、タッチコントローラ２０から入力されたタッチ情報を分析して命令を行う。
タイミングコントローラ１６は、ホストシステム３０から入力された映像データを信号処理してデータドライバ１２に供給する。例えば、タイミングコントローラ１１は、液晶の応答速度を向上させるために隣接した各フレーム間のデータ差によってオーバーシュート（Ｏｖｅｒｓｈｏｏｔ）値又はアンダーシュート（Ｕｎｄｅｒｓｈｏｏｔ）値を付加するオーバードライビング駆動でデータを補正して出力することができる。また、タイミングコントローラ１６は、ホストシステム３０から入力された複数の同期信号、すなわち、垂直同期信号、水平同期信号、データイネーブル信号、及びドットクロックを用いてデータドライバ１２の駆動タイミングを制御するデータ制御信号と、ゲートドライバ１４の駆動タイミングを制御するゲート制御信号ろを生成し、データドライバ１２及びゲートドライバ１４にデータ制御信号及びゲート制御信号をそれぞれ出力する。データ制御信号は、データ信号のラッチを制御するソーススタートパルス及びソースサンプリングクロックと、データ信号の極性を制御する極性制御信号と、データ信号の出力期間を制御するソース出力イネーブル信号とを含む。ゲート制御信号は、ゲート信号のスキャニングを制御するゲートスタートパルス及びゲートシフトクロックと、ゲート信号の出力期間を制御するゲート出力イネーブル信号とを含む。
特に、タイミングコントローラ１６は、図５に示すように、各フレームを複数の表示モードＤＭと複数のタッチセンシングモードＳＭに時分割して表示モードＤＭとタッチセンシングモードＳＭを交互に順次実行するために、表示モードＤＭとタッチセンシングモードＳＭとの間のモード切り替えのためのモード切替信号を生成し、データドライバ１２、ゲートドライバ１４及びタッチコントローラ２０を制御する。タイミングコントローラ１６は、表示モードＤＭではデータドライバ１２及びゲートドライバ１４が駆動されるように制御し、タッチセンシングモードＳＭではタッチコントローラ２０が駆動されるように制御する。また、タイミングコントローラ１６は、表示パネル１０を複数のブロック単位で時分割して駆動するために、メモリ１８にブロック単位で映像データを格納して出力する。各フレームの期間を増加させない状態でタッチセンサの駆動時間を確保するために、画素アレイは通常の周期よりも短い周期で駆動される。このために、タイミングコントローラ１６は、メモリ１８にデータを格納するクロック周波数よりもメモリ１８からデータを読み出すクロック周波数を速く制御し、データドライバ１２及びゲートドライバ１４をそれぞれ制御するデータ制御信号及びゲート制御信号の周波数も速く制御する。このために、複数の同期信号である垂直同期信号、水平同期信号、データイネーブル信号、及びドットクロックの周波数がホストシステムからの入力周波数よりも速く制御される。例えば、タイミングコントローラ１６を通常のフレーム周波数である６０Ｈｚよりも速い１００Ｈｚ、１２０Ｈｚ、１８０Ｈｚなどにデータドライバ１２及びゲートドライバ１４を制御する。また、タイミングコントローラは、速い周波数で制御される少なくとも一つの同期信号をタッチコントローラ２０に供給し、タッチコントローラ２０がタッチセンサアレイを速い速度で駆動するように制御する。ここで、メモリ１８は、タイミングコントローラ１６に内蔵したり、又は外部に装着することができる。
ゲートドライバ１４は、タイミングコントローラ１６からのゲート制御信号及びモード切替信号に応答して表示パネル１０の薄膜トランジスタアレイに形成された複数のゲートラインＧＬをブロック単位で分割し、各表示モードＤＭごとに該当ブロック内の各ゲートラインＧＬを順次駆動する。このために、ゲートドライバ１４は複数のブロックに分割することができ、複数のブロックのそれぞれは、各表示モードＤＭごとにモード切替信号に応答してスキャニング動作を開始することができる。ゲートドライバ１４は、モード切替信号に応答してタッチセンシングモードＳＭではゲートラインＧＬを駆動しない。ゲートドライバ１６は、各ゲートラインＧＬの該当のスキャン期間ごとにゲートオン電圧のスキャンパルスを供給し、残りの期間にはゲートオフ電圧を供給する。ゲートドライバ１４は、少なくとも一つのゲートＩＣで構成されており、ＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）、ＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ）などの回路フィルムに実装し、表示パネル１０にＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｂｏｎｄｉｎｇ）方式で付着したり、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方式で表示パネル１０上に実装することができる。また、ゲートドライバ１４は、ＧＩＰ（Ｇａｔｅ Ｉｎ Ｐａｎｅｌ）方式で表示パネル１０に内蔵し、画素アレイ及びタッチセンサアレイと共に薄膜トランジスタ基板上に形成することができる。
データドライバ１２は、タイミングコントローラ１６からのデータ制御信号及びモード切替信号に応答して各表示モードＤＭごとに表示パネル１０の複数のデータラインＤＬにデータ信号を供給する。データドライバ１２は、モード切替信号に応答してタッチセンシングモードＳＭではデータラインＤＬを駆動しない。データドライバ１２は、タイミングコントローラ１６から入力されるデジタルデータをガンマ電圧を用いて正極性／負極性アナログデータ信号に変換し、各ゲートラインＧＬが駆動されるごとにデータ信号をデータラインＤＬに供給する。データドライバ１２は、少なくとも一つのデータＩＣで構成されており、ＴＣＰ、ＣＯＦ、ＦＰＣなどの回路フィルムに実装し、表示パネル１０にＴＡＢ方式で付着したり、ＣＯＧ方式で表示パネル１０上に実装することができる。
タッチコントローラ２０は、タイミングコントローラ１６からの少なくとも一つの同期信号とモード切替信号に応答して各タッチセンシングモードＳＭごとにタッチセンサアレイを時分割して駆動し、タッチセンサＴＳからリードアウトラインＲＯＬを通して出力されるリードアウト信号を通してタッチを感知し、タッチ座標を算出してホストシステム３０に供給する。このために、タッチコントローラ２０は、タッチセンサＴＳから入力されるリードアウト信号を用いてセンシングデータを生成するリードアウト回路と、少なくとも一つの同期信号及びモード切替信号に応答して各タッチセンシングモードＳＭごとにタッチセンサアレイ（すなわち、センサ駆動ライン）を時分割して駆動すると同時に、リードアウト回路からのセンシングデータを用いてタッチ座標値を算出する信号プロセッサとを備えることができる。リードアウト回路は、リードアウト信号を予め設定された基準電圧と比較し、タッチの可否を示すセンシング信号を生成する増幅器と、アナログセンシング信号をデジタルセンシングデータに変換して信号プロセッサに出力するアナログ―デジタルコンバータ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ＡＤＣ）とを備えることができる。信号プロセッサは、リードアウトラインＲＯＬの位置情報（Ｘ座標）と駆動されるセンサ駆動ラインＳＬの位置情報（Ｙ座標）に基づいてタッチ座標値（ＸＹ座標）を算出する。タッチコントローラ２０は、モード切替信号に応答して表示モードＤＭではタッチセンサアレイを駆動しない。
図３は、図１に示した一実施例に係る表示パネル１０の等価回路図であって、具体的に、フォトタッチセンサＰＴＳを内蔵した液晶パネルの等価回路を示した図である。
図３に示したフォトタッチセンサＰＴＳは、液晶パネルの画素アレイに内蔵される。各サブ画素は、ゲートラインＧＬとデータラインＤＬが交差して定義された各画素領域に形成された画素薄膜トランジスタＴｐｘと、画素薄膜トランジスタＴｐｘと並列に接続された液晶キャパシタＣｌｃ及びストレージキャパシタＣｓｔとを備えている。液晶キャパシタＣｌｃは、薄膜トランジスタＴｐｘと接続された画素電極と、共通電圧を供給する共通電極と、画素電極及び共通電極によって垂直電界又は水平電界が印加される液晶層とを含んで構成される。画素薄膜トランジスタＴｐｘは、該当のゲートラインＧＬからのゲート信号に応答し、データラインＤＬからのデータ信号を液晶キャパシタＣｌｃ及びストレージキャパシタＣｓｔに格納する。液晶キャパシタＣｌｃに格納されたデータ信号によって液晶が駆動され、ストレージキャパシタＣｓｔは液晶キャパシタＣｌｃを駆動するためのデータ信号を安定的に維持させる。
フォトタッチセンサＰＴＳは、光の強さによってタッチを感知するセンサ薄膜トランジスタＴｓｓと、センサ薄膜トランジスタＴｓｓにバイアス電圧を供給するバイアスラインＢＬ（図１のセンサ駆動ラインＳＬ）と、センサ薄膜トランジスタＴｓｓの出力信号を格納するストレージキャパシタＣｓｔ２と、ストレージキャパシタＣｓｔ２に格納された信号を出力するスイッチ薄膜トランジスタＴｓｗと、スイッチ薄膜トランジスタＴｓｗと接続されたリードアウトラインＲＯＬとを備えている。
センサ薄膜トランジスタＴｓｓのゲート電極及び第１の電極がバイアスラインＢＬに接続され、第２の電極はストレージキャパシタＣｓｔ２と接続される。第１及び第２の電極は、電流方向によってソース電極及びドレイン電極になり得る。ストレージキャパシタＣｓｔ２は、センサ薄膜トランジスタＴｓｓの第２の電極とゲート電極との間に接続される。スイッチ薄膜トランジスタＴｓｗのゲート電極はゲートラインＧＬに接続され、スイッチ薄膜トランジスタＴｓｗの第１及び第２の電極はそれぞれストレージキャパシタＣｓｔ２とリードアウトラインＲＯＬに接続される。
センサ薄膜トランジスタＴｓｓは、タッチによる入射光又は反射光の光の強さに応答して光漏れ電流を発生し、光漏れ電流をストレージキャパシタＣｓｔ２に格納する。スイッチ薄膜トランジスタＴｓｗは、ゲートラインＧＬのゲート信号に応答し、ストレージキャパシタＣｓｔ２に格納された電圧をリードアウトラインＲＯＬに出力する。したがって、フォトタッチセンサＰＴＳは、入射光又は反射光の光の強さによってタッチの可否を示す信号をリードアウトラインＲＯＬに出力する。
図４は、図１に示した他の実施例に係る表示パネル１０の等価回路図であって、具体的に、静電容量方式タッチセンサＣＴＳを内蔵した液晶パネルの等価回路を示した図である。
図４に示した静電容量方式タッチセンサＣＴＳは液晶パネルの画素アレイに内蔵される。各サブ画素は、上述したように、ゲートラインＧＬ及びデータラインＤＬと接続された画素薄膜トランジスタＴｐｘと、画素薄膜トランジスタＴｐｘと並列に接続された液晶キャパシタＣｌｃ及びストレージキャパシタＣｓｔとを備えている。
静電容量方式タッチセンサＣＴＳは、タッチ物体とセンシングキャパシタＣｆを形成するためのセンシング電極２０と、一対のセンサゲートラインＳＧＬａ、ＳＧＬｂ（図１のセンサ駆動ラインＳＬ）と、第１のセンサゲートラインＳＧＬａの制御に応答してパワーラインＰＬとセンシング電極２０の一端との電流パスを形成する第１のスイッチ薄膜トランジスタＴｓｗ１と、第２のセンサゲートラインＳＧＬｂの制御に応答してリードアウトラインＲＯＬとセンシング電極２０の他端との電流パスを形成する第２のスイッチ薄膜トランジスタＴｓｗ２とを備えている。ここで、パワーラインＰＬは、ストレージキャパシタＣｓｔの共通電極と接続される共通ラインに取り替えられるので省略可能である。
第１のスイッチ薄膜トランジスタＴｓｗ１のゲート電極は第１のセンサゲートラインＳＧＬａと接続され、第１の電極はパワーラインＰＬと接続され、第２の電極はセンシング電極２０の一端と接続される。第１及び第２の電極のそれぞれは、電流方向によってソース電極及びドレイン電極になる。第２のスイッチ薄膜トランジスタＴｓｗ２のゲート電極は第２のセンサゲートラインＳＧＬｂと接続され、第１の電極はリードアウトラインＲＯＬと接続されて、第１の電極はセンシング電極２０の他端と接続される。第１及び第２の電極のそれぞれは電流方向によってソース電極及びドレイン電極になる。
第１のスイッチ薄膜トランジスタＴｓｗ１は、第１のセンサゲートラインＳＧＬａのゲート信号に応答してパワーラインＰＬからの駆動電圧Ｖｄをセンシング電極２０に供給する。このとき、タッチ物体が液晶表示装置の表面をタッチすると、タッチ物体とセンシング電極２０との間にセンシングキャパシタＣｆが形成される。続いて、第２のスイッチ薄膜トランジスタＴｓｗ２は、第２のセンサゲートラインＳＧＬｂのゲート信号に応答し、タッチキャパシタＣｆを通してセンシング電極２０に誘導された電荷量に対応する信号をリードアウトラインＲＯＬに出力する。
図５は、図１に示したタッチセンサが内蔵された表示パネル１０の駆動波形図である。
図５を参照すると、一つのフレーム（６０Ｈｚ、１６.７ｍｓ）は、複数の表示モードＤＭと複数のタッチセンシングモードＳＭに時分割され、表示モードＤＭとタッチセンシングモードＳＭが交互に順次実行される。各表示モードＤＭで該当ブロックの複数のゲートラインＧＬが各スキャンパルスＳＰ１によって順次駆動され、各タッチセンシングモードＳＭでは該当ブロックの複数のセンシング駆動ラインＳＬが各スキャンパルスＳＰ２によって駆動され、このような表示モードＤＭとタッチセンシングモードＳＭが交互に繰り返される。各表示モードＤＭで駆動されるゲートラインＧＬの数とタッチセンシングモードＳＭで駆動されるセンサ駆動ラインＳＬの数は互いに異なるように設定することができ、各表示モードＤＭの期間は、各タッチセンシングモードＳＭの期間と同一に又は互いに異なるように設定することができる。
例えば、センサ駆動ラインＳＬが１６個である場合を仮定し、一つのフレームを１６個の表示モードＤＭ１〜ＤＭ１６と１６個のタッチセンシングモードＳＭ１〜ＳＭ６に分割し、表示モードＤＭとタッチセンシングモードＳＭが交互に順次実行される。ここで、タッチセンシングモードＳＭ１〜ＳＭ６の各期間は、センシング感知が可能な最大時間を実験的に算出することによって設定される。例えば、１６.７ｍｓの一つのフレームをＤＭ１（０.５ｍｓ）→ＳＭ１（０.５ｍｓ）→ＤＭ２（０.５ｍｓ）→ＳＭ２（０.５ｍｓ）→ … ＤＭ１６（０.５ｍｓ）→ＳＭ１６（０.５ｍｓ）→ブランク期間（０.７ｍｓ）に時分割して駆動することができる。
図６Ａ〜図６Ｄは、表示パネル１０が１６個のブロックに分割され、１６個の表示モードＤＭ１〜ＤＭ１６と１６個のタッチセンシングモードＳＭ１〜ＳＭ６で順次駆動される場合を例に挙げて示した図である。
図６Ａ〜図６Ｄを参照すると、１６個の表示モードＤＭ１〜ＤＭ１６のそれぞれでは１個のブロックに含まれる各画素が駆動される一方、１６個のタッチセンシングモードＳＭ１〜ＳＭ６のそれぞれでは４個のブロックに含まれる各タッチセンサが駆動される。これによって、一つのフレームで画素アレイが１回スキャンされ、タッチセンサアレイは４回スキャンされるので、タッチセンシング能力及びセンシング速度を増加させることができる。
具体的に、図６Ａを参照すると、第１の表示モードＤＭ１の期間で第１のブロック＃１内の各画素が駆動された後、第１のタッチセンシングモードＳＭ１の期間で第１〜第４のブロック＃１〜＃４内の各タッチセンサが駆動される。第２の表示モードＤＭ２の期間で第２のブロック＃２内の各画素が駆動された後、第２のタッチセンシングモードＳＭ２の期間で第５〜第８のブロック＃５〜＃８内の各タッチセンサが駆動される。第３の表示モードＤＭ３の期間で第３のブロック＃３内の各画素が駆動された後、第３のタッチセンシングモードＳＭ４の期間で第９〜第１２のブロック＃９〜＃１２内の各タッチセンサが駆動される。第４の表示モードＤＭ４の期間で第４のブロック＃４内の各画素が駆動された後、第４のタッチセンシングモードＳＭ４の期間で第１３〜第１６のブロック＃１３〜＃１６内の各タッチセンサが駆動される。
図６Ｂを参照すると、第５の表示モードＤＭ５の期間で第５のブロック＃５内の各画素が駆動された後、第６のタッチセンシングモードＳＭ６の期間では再び第１〜第４のブロック＃１〜＃４内の各タッチセンサが駆動される。第６の表示モードＤＭ６の期間で第６のブロック＃６内の各画素が駆動された後、第６のタッチセンシングモードＳＭ６の期間で第５〜第８のブロック＃５〜＃８内の各タッチセンサが駆動される。第７の表示モードＤＭ７の期間で第７のブロック＃７内の各画素が駆動された後、第７のタッチセンシングモードＳＭ７の期間で第９〜第１２のブロック＃９〜＃１２内の各タッチセンサが駆動される。第８の表示モードＤＭ８の期間で第８のブロック＃８内の各画素が駆動された後、第８のタッチセンシングモードＳＭ７の期間で第１３〜第１６のブロック＃１３〜＃１６内の各タッチセンサが駆動される。
図６Ｃを参照すると、第９の表示モードＤＭ９の期間で第９のブロック＃９内の各画素が駆動された後、第９のタッチセンシングモードＳＭ９の期間では再び第１〜第４のブロック＃１〜＃４内の各タッチセンサが駆動される。第１０の表示モードＤＭ１０の期間で第１０のブロック＃１０内の各画素が駆動された後、第１０のタッチセンシングモードＳＭ１０の期間で第５〜第８のブロック＃５〜＃８内の各タッチセンサが駆動される。第１１の表示モードＤＭ１１の期間で第１１のブロック＃１１内の各画素が駆動された後、第１１のタッチセンシングモードＳＭ１１の期間で第９〜第１２のブロック＃９〜＃１２内の各タッチセンサが駆動される。第１２の表示モードＤＭ１２の期間で第１２のブロック＃１２内の各画素が駆動された後、第１２のタッチセンシングモードＳＭ１２の期間で第１３〜第１６のブロック＃１３〜＃１６内の各タッチセンサが駆動される。
図６Ｄを参照すると、第１３の表示モードＤＭ１３の期間で第１３のブロック＃１３内の各画素が駆動された後、第１３のタッチセンシングモードＳＭ１３の期間では再び第１〜第４のブロック＃１〜＃４内の各タッチセンサが駆動される。第１４の表示モードＤＭ１４の期間で第１４のブロック＃１４内の各画素が駆動された後、第１４のタッチセンシングモードＳＭ１４の期間で第５〜第８のブロック＃５〜＃８内の各タッチセンサが駆動される。第１５の表示モードＤＭ１５の期間で第１５のブロック＃１５内の各画素が駆動された後、第１５のタッチセンシングモードＳＭ１５の期間で第９〜第１２のブロック＃９〜＃１２内の各タッチセンサが駆動される。第１６の表示モードＤＭ１６の期間で第１６のブロック＃１６内の各画素が駆動された後、第１６のタッチセンシングモードＳＭ１６の期間で第１３〜第１６のブロック＃１３〜＃１６内の各タッチセンサが駆動される。
このように、本願発明に係るタッチセンサを有する表示装置及びその駆動方法は、画素アレイとインセルタッチセンサアレイを時分割して交互に駆動することによって、画素アレイの駆動とタッチセンサアレイの駆動との間の相互干渉及びノイズの影響を最小化すると同時に、タッチセンシング時間を最小化することができる。これによって、タッチセンサのセンシング能力とセンシング速度を向上させることができる。
以上説明した本発明は、上述した実施例及び添付の図面に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で多様な置換、変形及び変更が可能であることは、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者にとって明白であろう。
１０ 表示パネル
１２ データドライバ
１４ ゲートドライバ
１６ タイミングコントローラ
２０ タッチコントローラ
３０ ホストシステム
４０ カラーフィルタアレイ
４２ カラーフィルタ基板
４４ 薄膜トランジスタアレイ
４５ タッチセンサアレイ
４６ 薄膜トランジスタ基板
４８ 液晶層
５０、５２ 偏光板
５４ 強化ガラス基板
ＰＸ サブ画素
ＴＳ タッチセンサ
ＰＴＳ フォトタッチセンサ
ＣＴＳ 静電容量方式タッチセンサ
ＤＭ 表示モード
ＳＭ タッチセンシングモード

Claims (10)

  1. 複数の画素を含む画素アレイと、前記画素アレイ内に形成された複数のタッチセンサを含むタッチセンサアレイとを含み、前記タッチセンサアレイ及び画素アレイが複数のブロックに分割されて駆動される表示パネルと、
    前記画素アレイに含まれた複数のゲートラインを前記ブロック単位で順次駆動するゲートドライバと、
    前記画素アレイに含まれた複数のデータラインを前記ゲートラインが駆動されるごとに駆動するデータドライバと、
    前記タッチセンサアレイを前記ブロック単位で順次駆動するタッチコントローラと、
    一つのフレームを、前記画素アレイが駆動される少なくとも１個の表示モードと前記タッチセンサアレイが駆動される少なくとも１個のタッチセンシングモードに分割し、前記表示モードとタッチセンシングモードが交互に実行されるように前記ゲートドライバ、前記データドライバ及び前記タッチコントローラを制御するタイミングコントローラと
    を備えるタッチセンサを有する表示装置。
  2. 前記タイミングコントローラは、前記一つのフレームを複数の表示モードと複数のタッチセンシングモードに時分割し、前記表示モードと前記タッチセンシングモードが交互に実行されるように制御するモード切替信号を生成して出力する
    ことを特徴とする、請求項１に記載のタッチセンサを有する表示装置。
  3. 前記ゲートドライバ及び前記データドライバは、前記モード切替信号に応答して前記各表示モードで該当ブロックの画素アレイを駆動し、
    前記タッチコントローラは、前記モード切替信号に応答して前記各タッチセンシングモードで該当ブロックのタッチセンサアレイを駆動する
    ことを特徴とする、請求項２に記載のタッチセンサを有する表示装置。
  4. 前記タイミングコントローラは、前記ブロック単位でデータを格納して出力するメモリをさらに備えており、前記メモリにデータが格納される周波数よりも速い周波数で前記メモリに格納されたデータを前記データドライバに供給し、
    入力される複数の同期信号を入力周波数よりも速い周波数に変換し、前記ゲートドライバ、前記データドライバ及び前記タッチコントローラの駆動タイミングを制御する複数の制御信号を生成する
    ことを特徴とする、請求項１に記載のタッチセンサを有する表示装置。
  5. 前記各表示モードでは１個のブロック内の画素アレイが駆動され、前記各タッチセンシングモードでは複数のブロック内のタッチセンサアレイが順次駆動される
    ことを特徴とする、請求項２に記載のタッチセンサを有する表示装置。
  6. 前記表示パネルは液晶表示パネル又は有機発光ダイオード表示パネルである
    ことを特徴とする、請求項１に記載のタッチセンサを有する表示装置。
  7. 前記タッチセンサはフォトタッチセンサ又は静電容量方式タッチセンサである
    ことを特徴とする、請求項１に記載のタッチセンサを有する表示装置。
  8. 複数の画素を含む画素アレイと、前記画素アレイ内に形成された複数のタッチセンサを含むタッチセンサアレイと、を含む表示装置を駆動する方法において、
    前記タッチセンサアレイ及び画素アレイを複数のブロックに分割すること、及び
    一つのフレームを、少なくとも１個のブロック内の画素アレイが駆動される少なくとも１個の表示モードと前記少なくとも１個のブロック内のタッチセンサアレイが駆動される少なくとも１個のタッチセンシングモードに時分割して駆動すること
    を含むタッチセンサを有する表示装置の駆動方法。
  9. 前記フレームは複数の表示モードと複数のタッチセンシングモードに時分割され、モード切替信号に応答して前記表示モードと前記タッチセンシングモードが交互に実行されることを特徴とする、請求項８に記載のタッチセンサを有する表示装置の駆動方法。
  10. 前記各表示モードでは１個のブロック内の画素アレイが駆動され、前記各タッチセンシングモードでは複数のブロック内のタッチセンサアレイが順次駆動される
    ことを特徴とする、請求項９に記載のタッチセンサを有する表示装置の駆動方法。
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