KR101493565B1 - 터치 센서를 갖는 표시장치와 이의 구동방법 - Google Patents

터치 센서를 갖는 표시장치와 이의 구동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예는, 표시패널; 표시패널에 게이트신호를 공급하는 게이트구동부; 표시패널에 데이터신호를 공급하는 데이터구동부; 표시패널에 형성되고 Tx라인들 및 Rx라인들 간에 상호 용량들이 형성된 터치 센서; 터치 센서의 Tx라인들에 구동 펄스를 공급하고, 터치 센서의 Rx라인들을 경유하여 상호 용량들로부터 터치 신호를 공급받고 터치된 좌표값을 산출하는 터치 센서 제어부; 및 Tx라인들 및 Rx라인들 중 하나 이상과 커플링되는 신호라인의 왜곡된 신호를 상쇄시키는 보상신호를 공급하는 보상회로부를 포함하는 터치 센서를 갖는 표시장치를 제공한다.

Description

터치 센서를 갖는 표시장치와 이의 구동방법{Display having a touch sensor and driving method thereof}
본 발명의 실시예는 터치 센서를 갖는 표시장치와 이의 구동방법에 관한 것이다.
가전기기나 휴대용 정보기기의 경량화, 슬림화 추세에 따라 사용자 입력 수단은 버튼형 스위치에서 터치 센서로 대체되고 있다. 이에 따라, 최근 출시되는 표시장치는 다수의 터치 센서(또는 터치 스크린)를 갖는다.
터치 센서 중 하나인 정전 용량 방식은 서로 교차하는 신호 배선의 교차부에 형성된 상호 용량(mutual capacitance)으로 터치된 위치를 인식할 수 있다. 예컨대, 손가락이 정전 용량 방식의 터치 센서에 형성된 상호 용량의 전극 사이에 접근하면 그 전극 사이의 전계가 차단되어 상호 용량의 충전양이 낮아진다. 이렇듯, 정전 용량 방식의 터치 센서는 터치 전후의 상호 용량의 충전양 변화를 측정하여 터치를 인식할 수 있다.
그런데, 정전 용량 방식의 터치 센서는 터치 센서에 연결된 신호 배선과 표시패널의 서브 픽셀에 연결된 신호 배선 간의 커플링(coupling)에 의해 상호 전기적인 영향을 주게 된다. 예컨대, 서브 픽셀에 연결된 게이트라인의 전압은 비교적 큰 스윙폭으로 스윙하는데, 이 전압은 터치 센서의 출력에 반영되어 노이즈 성분으로 작용을 하게 되고 터치 센서의 감도와 터치 인식률을 떨어뜨릴 수 있다.
그러므로, 종래 터치 센서를 갖는 표시장치는 터치 센서의 감도와 터치 인식의 오류를 줄이기 위해서 신호 배선을 통해 인가되는 노이즈의 영향을 줄일 수 있는 방안이 모색되어야 한다.
상술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 실시예는, 기생 정전용량에 의해 발생하는 노이즈를 저감(또는 최소화)하도록 커플링을 일으키는 요인을 보상하고 터치 성능을 개선 및 향상시킬 수 있는 터치 센서를 갖는 표시장치를 제공하는 것이다.
상술한 과제 해결 수단으로 본 발명의 실시예는, 표시패널; 표시패널에 게이트신호를 공급하는 게이트구동부; 표시패널에 데이터신호를 공급하는 데이터구동부; 표시패널에 형성되고 Tx라인들 및 Rx라인들 간에 상호 용량들이 형성된 터치 센서; 터치 센서의 Tx라인들에 구동 펄스를 공급하고, 터치 센서의 Rx라인들을 경유하여 상호 용량들로부터 터치 신호를 공급받고 터치된 좌표값을 산출하는 터치 센서 제어부; 및 Tx라인들 및 Rx라인들 중 하나 이상과 커플링되는 신호라인을 통해 공급되는 신호의 왜곡을 상쇄시키는 보상신호를 공급하는 보상회로부를 포함하는 터치 센서를 갖는 표시장치를 제공한다.
보상회로부는 Tx라인들 및 Rx라인들 중 하나 이상과 커플링되는 신호라인을 통해 공급되는 신호 대비 역 상으로 보상신호를 출력할 수 있다.
보상회로부는 터치 센서 제어부의 채널별로 출력되는 모든 구동 펄스를 하나로 합친 타이밍신호를 반전하여 보상신호를 출력할 수 있다.
보상신호는 터치 센서 제어부 또는 외부 장치에 의해 생성될 수 있다.
보상회로부는 게이트구동부에 게이트 로우전압을 공급하는 게이트 로우전압라인에 보상신호를 공급할 수 있다.
보상회로부는 타이밍신호를 공급받는 인버터부와, 인터버부의 출력단에 연결된 커패시터를 포함할 수 있다.
보상회로부는 타이밍신호를 공급받는 제1입력단과 레퍼런스전압을 공급받는 제2입력단을 갖는 비교부와, 비교부의 제1입력단과 출력단 사이에 연결된 저항기와, 비교부의 출력단에 연결된 커패시터를 포함할 수 있다.
Tx라인들 및 Rx라인들 중 하나 이상은 표시패널에 형성된 공통전극들로 형성될 수 있다.
다른 측면에서 본 발명의 실시예는, 표시패널에 형성된 Tx라인들 및 Rx라인들을 포함하는 터치 센서를 갖는 표시장치의 구동 방법에 있어서, 디스플레이 기간 동안 표시패널에 연결된 데이터라인들과 게이트라인들을 통해 데이터신호와 게이트 하이신호를 공급하는 단계; 터치 센서 구동 기간 동안 터치 센서의 Tx라인들에 구동 펄스를 공급하고, 터치 센서의 Rx라인들을 통해 터치 신호를 공급받고 터치된 좌표값을 산출하는 단계; 및 터치 센서 구동 기간 동안 Tx라인들 및 Rx라인들 중 하나 이상과 커플링되는 신호라인을 통해 공급되는 신호의 왜곡을 상쇄시키는 보상신호를 공급하는 단계를 포함하는 터치 센서를 갖는 표시장치의 구동방법을 제공한다.
보상신호를 공급하는 단계는 Tx라인들 및 Rx라인들 중 하나 이상과 커플링되는 신호라인을 통해 공급되는 신호 대비 역 상으로 보상신호를 공급할 수 있다.
보상신호는 구동 펄스를 모두 하나로 합친 타이밍신호를 반전하여 생성할 수 있다.
터치 센서 구동 기간 동안 게이트라인들에 게이트 로우전압이 공급될 경우, 보상신호를 공급하는 단계는 게이트 로우전압을 공급하는 게이트 로우전압라인에 보상신호를 공급할 수 있다.
본 발명의 실시예는, 기생 정전용량에 의해 발생하는 노이즈를 저감(또는 최소화)하는 보상회로부를 이용하여 커플링을 일으키는 요인을 보상하고 터치 성능을 개선 및 향상시킬 수 있는 터치 센서를 갖는 표시장치를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서를 갖는 표시장치.
도 2는 표시패널에 내장된 터치 센서의 구성을 나타낸 평면도.
도 3은 이상적인 터치 센서를 나타낸 등가 회로도.
도 4는 신호가 커플링된 터치 센서를 나타낸 등가 회로도.
도 5 및 도 6은 커플링에 의한 노이즈 발생을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서의 보상회로부를 나타낸 도면.
도 8은 보상회로부에 공급되는 보상신호의 예시도.
도 9는 보상신호를 이용하여 왜곡된 신호를 상쇄시키는 개념을 설명하기 위한 파형 예시도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센서의 보상회로부를 나타낸 도면.
도 11은 보상회로부가 적용된 제1예시도.
도 12는 보상회로부가 적용된 제2예시도.
도 13은 인셀 방식의 터치 센서를 갖는 표시장치의 예시도.
도 14는 온셀 방식의 터치 센서를 갖는 표시장치의 예시도.
도 15는 하이브리드 방식의 터치 센서를 갖는 표시장치의 예시도.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서를 갖는 표시장치의 구동방법을 설명하기 위한 흐름도.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에서 표시장치는 액정표시소자(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출표시소자(Field Emission Display : FED), 플라즈마표시패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광표시장치(Organic Light Emitting Display, OLED), 전기영동 표시소자(Electrophoresis, EPD) 등의 평판 표시소자를 기반으로 구현될 수 있다.
또한 본 발명에서 터치 센서는 평판 표시소자 내에 형성된 전극이나 배선을 터치 센서의 전극으로 사용하는 인셀(In-Cell) 방식, 평판 표시소자를 구성하는 기판 상에 터치 센서의 전극이 형성된 온셀(On-Cell) 방식, 평판 표시소자 내에 형성된 전극과 평판 표시소자를 구성하는 기판 상에 구성된 전극으로 터치 센서의 전극을 형성하는 하이브리드(Hybrid) 방식 등으로 구형될 수 있다.
이하 실시예에서는 액정표시소자 내에 형성된 전극이나 배선을 터치 센서의 전극으로 사용하는 인셀 방식을 일 예로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서를 갖는 표시장치이고, 도 2는 표시패널에 내장된 터치 센서의 구성을 나타낸 평면도이며, 도 3은 이상적인 터치 센서를 나타낸 등가 회로도이고, 도 4는 신호가 커플링된 터치 센서를 나타낸 등가 회로도이며, 도 5 및 도 6은 커플링에 의한 노이즈 발생을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 터치 센서를 갖는 표시장치에는 타이밍 제어부(120), 게이트 구동부(130), 데이터 구동부(140), 터치 센서 구동부(150), 터치 센서 독출부(160), 터치 센서 제어부(170) 및 표시패널(110)이 포함된다.
타이밍 제어부(120)는 외부 호스트 시스템으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 입력받는다. 그리고 타이밍 제어부(120)는 타이밍신호를 이용하여 스캔구동부(130) 및 데이터구동부(140)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들을 생성한다. 스캔구동부(130)의 타이밍 제어신호에는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock, GSC), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등이 포함된다. 데이터구동부(140)의 타이밍 제어신호에는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity, POL), 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등이 포함된다.
타이밍 제어부(120)는 타이밍 제어신호들을 제어하여 1 프레임 기간을 디스플레이 기간과 터치 센서 구동 기간으로 시분할한다. 예를 들어, 1 프레임 기간이 1/60 초(16.67 msec) 이면, 타이밍 제어부(120)는 대략 11 msec를 디스플레이 기간으로 설정하고 그 디스플레이 기간 동안 스캔구동부(130) 및 데이터구동부(140)의 출력을 인에이블시켜 영상을 표시한다. 그리고 타이밍 제어부(120)는 5.67 msec를 터치 센서 구동 기간으로 설정하고 터치 센서 구동 기간 동안 터치 센서 구동부(150)와 터치 센서 독출부(160)를 구동하여 터치 위치를 검출한다. 여기서, 디스플레이 기간과 터치 센서 구동 기간은 표시패널(110)의 종류 및 응답 시간 등에 따라 적절히 조절될 수 있다.
한편, 타이밍 제어부(120)는 경우에 따라 터치 센서 구동부(150) 및 터치 센서 독출부(160)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들(Ctx, Crx)을 생성하고 이를 터치 센서 구동부(150) 및 터치 센서 독출부(160)에 공급할 수 있다. 이와 달리, 터치 센서 구동부(150) 및 터치 센서 독출부(160)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들(Ctx, Crx)은 터치 센서 제어부(170)에 의해 생성될 수도 있다.
스캔구동부(1304)는 게이트라인들(G1~Gn)을 통해 게이트신호(또는 스캔펄스)를 공급한다. 게이트신호는 게이트 하이신호의 전압(이하 게이트 하이전압으로 기재함)과 게이트 로우신호의 전압(이하 게이트 로우전압으로 기재함) 사이에서 스윙하는 펄스로 생성된다. 스캔구동부(1304)는 디스플레이 기간 동안 게이트 하이전압을 출력하고 터치 센서 구동 기간 동안 게이트 로우전압을 출력한다.
데이터구동부(140)는 데이터라인들(D1~Dm)을 통해 데이터신호(또는 데이터전압)를 공급한다. 데이터구동부(140)는 타이밍 콘트롤러(104)으로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(DATA)를 래치하고 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 디스플레이 기간 동안 아날로그 비디오 데이터신호를 출력한다.
터치 센서 구동부(150)는 터치 센서 구동 기간 동안 Tx라인들(T1 ~ Tj)에 구동 펄스를 순차적으로 공급하여 터치 센서들을 스캐닝한다. 구동 펄스의 전압은 2V~18V 사이의 전압으로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
터치 센서 독출부(160)는 터치 센서 구동 기간 동안 Rx라인들(R1 ~ Ri)에 터치 기준전압을 공급한다. 터치 기준전압은 직류전압으로 설정될 수 있다. 터치 센서 독출부(160)는 Rx라인들(R1 ~ Ri)을 통해 입력되는 터치 센서들의 아날로그 출력(상호 용량의 전압)을 증폭하고 이를 디지털 데이터로 변환하여 터치 센서 제어부(170)에 공급한다.
터치 센서 제어부(170)는 미리 설정된 터치 인식 알고리즘으로 터치 센서 독출부(160)로부터 공급된 디지털 데이터를 분석하여 좌표값을 산출하고 이를 출력한다. 터치 센서 제어부(170)로부터 출력된 터치 위치의 좌표값 데이터는 외부 호스트 시스템(HSS)으로 전송된다. 이에 따라, 호스트 시스템(HSS)은 터치 위치의 좌표값이 지시하는 응용 프로그램 등을 실행하게 된다. 한편, 실시예에서는 설명의 편의를 위해 터치 센서 구동부(150), 터치 센서 독출부(160) 및 터치 센서 제어부(170)를 블록별로 구분하여 설명하였다. 하지만, 이들은 하나의 IC(Integrated Circuit)로 구성될 수 있다.
표시패널(110)은 게이트라인들(G1~Gn)을 통해 공급된 게이트신호와 데이터라인들(D1~Dm)을 통해 공급된 데이터신호에 대응하여 영상을 표시한다. 표시패널(110)은 액정표시소자로 구성된다. 액정표시소자에는 트랜지스터기판과 컬러필터기판 사이에 형성된 액정층이 포함된다. 트랜지스터기판에는 데이터라인들(D1 ~ Dm), 게이트라인들(G1 ~ Gn), Tx라인들(T1 ~ Tj), Rx라인들(R1 ~ Ri), 화소전극 및 공통전극 등이 형성되고, 컬러필터기판에는 컬러필터층, 오버코팅층 등이 형성된다. 표시패널(110)에 형성된 Tx라인들(T1 ~ Tj) 및 Rx라인들(R1 ~ Ri)은 터치 센서를 구성하게 된다.
터치 센서의 일측 전극을 구성하는 Tx라인들(T1 ~ Tj)은 도 2와 같이 블록 형태의 Tx라인들(T11 ~ T23)과 좌우로 인접하는 Tx라인들(T11 ~ T23)을 연결하는 링크 패턴들(L11 ~ L22)을 포함한다. Tx라인들(T11 ~ T23)은 표시패널(110)에 포함된 공통전극으로 구성될 수 있다. 이 경우, 공통전극은 디스플레이 기간 동안 공통전극으로 이용되고 터치 센서 구동 기간 동안 Tx라인들(T11 ~ T23)로 이용된다. 따라서, 디스플레이 기간 동안 Tx라인들(T11 ~ T23)에는 공통전압(Vcom)이 공급된다.
터치 센서의 타측 전극을 구성하는 Rx라인들(R1 ~ Ri)은 도 2와 같이 표시패널(110)에 포함된 공통전극으로 구성될 수 있다. 이 경우, 공통전극은 디스플레이 기간 동안 공통전극으로 이용되고 터치 센서 구동 기간 동안 Rx라인들(R1 ~ Ri)로 이용된다. 이와 달리, 터치 센서의 타측 전극을 구성하는 Rx라인들(R1 ~ Ri)은 데이터라인들(D1 ~ Dm) 사이에 별도의 Rx라인들(R1 ~ R2)로 구분되어 형성될 수 있다. 또한, Rx라인들(R1 ~ R2)은 표시패널(110)에 포함된 데이터라인들(D1 ~ Dm)로 구성될 수도 있다. 이 경우, 데이터라인들(D1 ~ Dm)은 디스플레이 기간 동안 데이터라인으로 이용되고 터치 센서 구동 기간 동안 Rx라인들(R1 ~ R2)로 이용된다. 이를 위해, 데이터라인들(D1 ~ Dm)은 시분할 제어된다.
한편, 이상적인 터치 센서의 구성은 도 3과 같이 터치 센서의 일측 전극을 구성하는 Tx라인(Tx), Tx라인(Tx)에 형성된 기생 용량(Ct), 상호 용량(Cm), Rx라인(Rx)에 형성된 기생 용량(Cr) 및 터치 센서의 타측 전극을 구성하는 Rx라인(Rx)으로 나타난다. 따라서, 사용자 등이 표시패널(110)을 터치하면 터치 센서의 상호 용량(Cm)이 변하게 되고 이 데이터는 터치 센서 제어부(170)에 공급되므로 터치된 위치를 인식할 수 있게 된다.
그런데, 터치 센서를 구성하는 Tx라인(Tx)과 Rx라인(Rx)은 표시패널(110) 내에 형성되므로 다른 전극이나 배선과의 커플링으로부터 자유로울 수 없다. 따라서, 터치 센서의 구성은 도 4와 같게 된다. 도 4에서 Rs1 ~ Rs3는 게이트라인들의 고유저항을 나타낸다.
본래 Rx라인(Rx)에서의 전하량(Q)의 변화는 ①의 경로에 의해서 결정된다. 그러나 Tx라인(Tx)과 Rx라인(Rx)이 표시패널(110) 내에 형성되므로 ②의 경로에 의해 원치 않는 전하량(Q')이 추가된다. 이와 같이 전하량(Q')이 추가되는 이유는 도 5와 같이 Tx라인들(T1 ~ Tj)과 게이트라인들(G1 ~ Gj) 간에 신호의 커플링(Vn)이 발생하기 때문이다.
설명을 더욱 부가하면, 인셀 방식은 1 프레임 기간(1FR)을 디스플레이 기간(T1)과 터치 센서 구동 기간(T2)으로 시분할 구동한다. 이와 같이 시분할 구동을 하면, 터치 센서 구동 기간(T2) 동안에는 Tx라인들(T1 ~ Tj)을 통해 구동 펄스(Tx1 ~ Tx3)가 공급된다. 그러면, 게이트라인들(G1 ~ Gj)에 게이트 로우전압(VGL)이 걸리더라도 구동 펄스(Tx1 ~ Tx3)에 대응하여 커플링(Vn)이 발생하게 된다. 구동 펄스(Tx1 ~ Tx3)와 게이트 로우전압(VGL) 간에 커플링(Vn)이 발생하면 게이트 로우전압(VGL)에는 왜곡된 신호 예컨대, 리플(ripple)이 발생 된다. 이와 같이, 구동 펄스(Tx1 ~ Tx3)에 대응하여 게이트 로우전압(VGL)이 커플링(Vn) 되면 도 6과 같이 노드A(Node A)에 원치 않는 노이즈 성분이 작용하게 된다.
따라서, 사용자 등이 표시패널(110)을 터치하면 ②의 경로에 의해 추가된 전하량(Q')이 Rx라인(Rx)의 전하량에 변화를 일으키게 된다. 그리고 노드A(Node A)에 형성된 전하량(Q')의 변화가 상호 용량(Cm)의 변화량에 추가되거나 상호 용량(Cm)의 변화량에 비하여 크게 작용하게 되면 터치 성능은 저하하게 된다.
본 발명은 위와 같은 문제가 구동 펄스와 게이트 로우전압 간의 커플링에 기인함을 인식하고 이를 해결하기 위해 다음과 같은 보상회로부를 구성한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서의 보상회로부를 나타낸 도면이고, 도 8은 보상회로부에 공급되는 보상신호의 예시도이며, 도 9는 보상신호를 이용하여 왜곡된 신호를 상쇄시키는 개념을 설명하기 위한 파형 예시도이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서의 보상회로부(175)에는 인버터부(INV) 및 인버터부(INV)의 출력단에 연결된 커패시터(Cc)가 포함된다. 인버터부(INV)에는 타이밍신호(Tx_t)가 공급된다. 타이밍신호(Tx_t)는 인버터부(INV)에 의해 반전되어 커패시터(Cc)에 차징된다. 따라서, 커패시터(Cc)에 차징된 전압은 타이밍신호(Tx_t)가 반전된 보상신호(VGL_C)가 된다.
도 5 및 도 6에서 설명하였듯이, 구동 펄스(Tx1 ~ Tx3)와 게이트 로우전압(VGL) 간에 커플링(Vn)이 발생하면 게이트 로우전압(VGL)에는 리플(ripple)이 발생 된다. 따라서, 보상회로부(175)는 인버터부(INV) 및 커패시터(Cc)를 이용하여 게이트 로우전압(VGL)에 발생된 리플(ripple)을 상쇄, 저지 또는 삭제할 수 있는 역 상의 형태로 전압을 형성하기 위해 타이밍신호(Tx_t)를 반전하여 보상신호(VGL_C)를 출력한다.
보상회로부(175)에 공급되는 타이밍신호(Tx_t)는 도 8과 같이 순차적으로 이루어지는 채널별 구동 펄스(Tx1 ~ Tx4)를 하나로 합쳐 동일한 타이밍을 갖도록 생성된다. 따라서, 타이밍신호(Tx_t)의 형태는 모든 채널로부터 출력되는 구동 펄스의 타이밍과 동일한 구간을 갖도록 생성된다. 실시예에서는 이해를 돕기 위해 타이밍신호(Tx_t)의 예로 구형파를 도시하였으나 이는 다른 형태의 파형을 가질 수 있고 또한 특정 극성으로 한정되지 않는다.
보상신호(VGL_C)를 이용하여 왜곡된 신호를 보상하는 방법을 개념적으로 설명하면 다음의 예와 같다.
도 6과 같이 순차적으로 공급되는 구동 펄스(Tx)에 의해 게이트 로우전압(VGL)은 커플링(Vn)이 된다. 이로 인하여, 도 7의 노드 A(Node A)에는 도 9와 같이 왜곡된 게이트 로우전압(VGL')이 발생하게 된다. 그러나, 보상신호(VGL_C)는 도 9와 같이 왜곡된 게이트 로우전압(VGL')의 역 상으로 형성되어 게이트 로우전압라인에 공급된다.
그러므로, 노드A(Node A)는 구동 펄스가 공급되더라도 리플(ripple)을 갖는 게이트 로우전압(VGL')이 아닌 이의 역 상을 갖는 보상신호(VGL_C)에 의해 왜곡된 성분이 상쇄되어 정상적인 게이트 로우전압(VGL)을 유지할 수 있게 된다.
한편, 도 9에서는 보상신호(VGL_C)를 이용하여 왜곡된 게이트 로우전압(VGL')을 보상하는 방법에 대한 이해를 돕기 위해 도면 상에서 분별이 용이한 신호 파형을 예로 한 것이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센서의 보상회로부를 나타낸 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센서의 보상회로부(175)에는 비교부(OPA), 제1커패시터(Co), 제1저항기(Ro), 제2저항기(Rc) 및 제2커패시터(Cc)가 포함된다.
비교부(OPA)의 제1입력단(-)에는 제1커패시터(Co) 및 제1저항기(Ro)가 직렬로 연결된다. 비교부(OPA)의 제2입력단(+)에는 레퍼런스전압(Vref)이 공급된다. 비교부(OPA)의 제1입력단(-)과 출력단 사이에는 제2저항기(Rc)가 연결된다. 비교부(OPA)의 출력단에는 제2커패시터(Cc)가 연결된다.
비교부(OPA)의 제1입력단(-)에 연결된 제1커패시터(Co)에는 타이밍신호(Tx_t)가 공급된다. 타이밍신호(Tx_t)는 비교부(OPA)의 비교 결과에 따라 커패시터(Cc)에 차징된다. 따라서, 커패시터(Cc)에 차징된 전압은 타이밍신호(Tx_t)가 반전된 보상신호(VGL_C)가 된다.
일 실시예에 따른 터치 센서의 보상회로부(175)는 고정적인 형태의 신호파형으로 보상신호를 출력하지만, 다른 실시예에 따른 터치 센서의 보상회로부(175)는 비교부(OPA)를 이용하므로 가변적인 형태의 신호파형으로 보상신호를 출력할 수 있다. 여기서, 비교부(OPA)의 제2입력단(+)에 공급되는 레퍼런스전압(Vref)은 공통 전압(Vcom)과 타이밍신호(Tx_t)의 사이에 해당하는 전압값으로 설정될 수 있다. 그러나 이 전압값은 보상의 대상이나 보상의 대상에 형성된 신호의 왜곡의 정도에 따라 다를 수 있다.
이하, 보상회로부의 적용 예에 대해 설명한다.
도 11은 보상회로부가 적용된 제1예시도이고, 도 12는 보상회로부가 적용된 제2예시도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 터치 센서를 갖는 표시장치에는 표시패널(110), 게이트구동부(130), 연성기판(190), 인쇄회로기판(180), 전원생성부(185) 및 터치 센서 제어부(170) 등이 포함된다. 여기서, 게이트구동부(130)는 게이트인 패널(Gate-In Panel; GIP) 방식으로 표시패널(110)에 형성된 것을 일례로 한다.
전원생성부(185)는 인쇄회로기판(180), 연성기판(190) 및 표시패널(110)에 형성된 게이트 하이전압라인(VGHL)과 게이트 로우전압라인(VGLL)을 통해 게이트 하이전압(VGH)과 게이트 로우전압(VGL)을 게이트구동부(130)에 공급한다. 그러면, 게이트구동부(130)는 디스플레이 기간 동안 게이트 하이전압(VGH)을 출력하고 터치 센서 구동 기간 동안 게이트 로우전압(VGL)을 출력한다.
터치 센서 제어부(170)는 인쇄회로기판(180)에 IC 형태로 실장된다. 터치 센서 제어부(170)에는 도 1에 도시된 터치 센서 구동부(150), 터치 센서 독출부(160)와 도 8 또는 도 10에 설명된 보상회로부(175)가 포함된다. 보상회로부(175)는 게이트 로우전압라인(VGLL)을 통해 보상신호를 공급한다.
이에 따라, 도 8 또는 도 10의 노드A(Node A)는 구동 펄스가 공급되더라도 보상회로부(175)로부터 출력된 보상신호에 의해 정상적인 게이트 로우전압을 유지할 수 있게 된다. 이에 따라, 구동 펄스와 게이트 로우전압 간의 커플링에 따른 노이즈(달리 설명하면 기생 정전용량)는 저감되고, 터치 센서 제어부(170)는 도 1에 도시된 터치 센서 독출부(160)를 이용하여 안정적인 터치 신호를 독출할 수 있게 된다.
도 12에 도시된 바와 같이, 터치 센서 제어부(170)는 인쇄회로기판(180)에 IC 형태로 실장된다. 터치 센서 제어부(170)에는 도 1에 도시된 터치 센서 구동부(150), 터치 센서 독출부(160)가 포함된다. 그리고 도 8 또는 도 10에 설명된 보상회로부(175)는 터치 센서 제어부(170)와 별도로 구성된다. 보상회로부(175)는 터치 센서 제어부(170)로부터 공급된 타이밍신호를 반전하여 보상신호를 생성하고 게이트 로우전압라인(VGLL)을 통해 보상신호를 공급한다.
이에 따라, 도 8 또는 도 10의 노드A(Node A)는 구동 펄스가 공급되더라도 보상회로부(175)로부터 출력된 보상신호에 의해 게이트 로우전압라인(VGLL)은 정상적인 게이트 로우전압을 유지할 수 있게 된다. 이에 따라, 구동 펄스와 게이트 로우전압 간의 커플링에 따른 노이즈(달리 설명하면 기생 정전용량)는 저감되고, 터치 센서 제어부(170)는 도 1에 도시된 터치 센서 독출부(160)를 이용하여 안정적인 터치 신호를 독출할 수 있게 된다.
한편, 실시예에서 설명된 보상신호는 측정 등을 통해 리플(ripple)을 갖는 게이트 로우전압의 양상을 검출 및 데이터화하여 이를 상쇄시킬 수 있는 형태로 생성(보상신호의 특성이나 파형은 조정 가능)될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
그리고 실시예에서 설명된 보상신호는 터치 센서 제어부(170)에 의해 형성되는 것을 일례로 하였으나 이와 다른 장치 예컨대 별도의 파형 생성부 등으로 구성될 수도 있다.
그리고 실시예에서 설명된 보상신호는 게이트 로우전압만을 보상하는 것일 일례로 하였으나 구동 펄스와 커플링을 일으키는 신호가 더 고려되어 다른 형태로 마련될 수도 있다.
이하, 터치 센서를 갖는 표시장치의 예에 대해 설명한다.
도 13은 인셀 방식의 터치 센서를 갖는 표시장치의 예시도이고, 도 14는 온셀 방식의 터치 센서를 갖는 표시장치의 예시도이며, 도 15는 하이브리드 방식의 터치 센서를 갖는 표시장치의 예시도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 인셀 방식의 터치 센서를 갖는 표시장치는 제1기판(110a) 상에 형성된 표시소자(115)의 제1전극(103)(또는 배선)으로 Tx라인(또는 Rx라인)을 구성하고, 제2전극(107)(또는 배선)으로 Rx라인(또는 Tx라인)을 구성하여 터치 센서를 형성할 수 있다. 그리고 이들은 표시소자(115)에 포함된 절연층(105)에 의해 전기적, 물리적 절연 상태를 가질 수 있다. 도 13에서는 인셀 방식의 터치 센서를 갖는 표시장치의 예를 설명한 것일 뿐 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
인셀 방식의 터치 센서를 갖는 표시장치의 경우, 터치 센서의 Tx라인 및 Rx라인 중 하나 이상이 표시소자(115)에 포함된 전극이나 배선을 공유하도록 형성된다. 그리고 표시소자(115) 내에 터치 센서가 위치하므로 다른 전극이나 배선과의 커플링으로부터 자유로울 수 없다.
그러나, 본 발명과 같이 커플링을 일으키는 요인을 보상할 수 있는 보상회로부를 적용하면, 커플링에 따른 노이즈(달리 설명하면 기생 정전용량)는 저감할 수 있게 되므로 터치 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
도 14에 도시된 바와 같이, 온셀 방식의 터치 센서를 갖는 표시장치는 제1기판(110a) 상에 형성된 표시소자(115)와 마주보지 않는 제2기판(110b)의 외부에 증착된 제1전극(103), 절연층(105) 및 제2전극(107)으로 터치 센서를 형성할 수 있다.
미도시되어 있으나 터치 센서는 표시소자(115)와 마주보는 제2기판(110b)의 내부에 증착된 제1전극, 절연층 및 제2전극으로도 터치 센서를 형성할 수 있다. 도 14에서는 온셀 방식의 터치 센서를 갖는 표시장치의 예를 설명한 것일 뿐 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
온셀 방식의 터치 센서를 갖는 표시장치의 경우, 터치 센서의 Tx라인 및 Rx라인이 제2기판(110b)의 내부 또는 외부에 형성되므로 내부(다른 전극이나 배선과의 커플링) 또는 외부적인 요건(다른 장치나 원치 않는 접촉 등)에 의한 커플링으로부터 자유로울 수 없다.
그러나, 본 발명과 같이 커플링을 일으키는 요인을 보상할 수 있는 보상회로부를 적용하면, 커플링에 따른 노이즈(달리 설명하면 기생 정전용량)는 저감할 수 있게 되므로 터치 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
도 15에 도시된 바와 같이, 하이브리드 방식의 터치 센서를 갖는 표시장치는 제1기판(110a) 상에 형성된 표시소자(115)의 제1전극(103)(또는 배선)으로 Tx라인(또는 Rx라인)을 구성하고, 표시소자(115)와 마주보지 않는 제2기판(110b)에 증착된 제2전극(107)으로 터치 센서를 형성할 수 있다.
이 구조의 경우 제1전극(103)과 제2전극(107) 간의 전기적, 물리적 구분을 위한 절연층은 생략될 수 있다. 도 15에서는 하이브리드 방식의 터치 센서를 갖는 표시장치의 예를 설명한 것일 뿐 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
하이브리드 방식의 터치 센서를 갖는 표시장치의 경우, 터치 센서의 Tx라인(또는 Rx라인)이 표시소자(115)에 포함된 전극이나 배선을 공유하도록 형성되고 Rx라인(또는 Tx라인)이 제2기판(110b)의 외부면(또는 내부면에 형성될 수도 있음)에 형성되므로 내부적인(다른 전극이나 배선과의 커플링)요건에 의한 커플링으로부터 자유로울 수 없다.
그러나, 본 발명과 같이 커플링을 일으키는 요인을 보상할 수 있는 보상회로부를 적용하면, 커플링에 따른 노이즈(달리 설명하면 기생 정전용량)를 저감할 수 있게 되므로 터치 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
이하, 터치 센서를 갖는 표시장치의 구동방법에 대해 설명한다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서를 갖는 표시장치의 구동방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예는 표시패널에 형성된 Tx라인들 및 Rx라인들을 포함하는 터치 센서를 갖는 표시장치의 구동 방법을 제공하는데 이는 다음의 도 16과 같다.
디스플레이 기간 동안 표시패널에 연결된 데이터라인들과 게이트라인들을 통해 데이터신호와 게이트 하이신호를 공급한다.(S110)
터치 센서 구동 기간 동안 터치 센서의 Tx라인들에 구동 펄스를 공급하고, 터치 센서의 Rx라인들을 통해 터치 신호를 공급받고 터치된 좌표값을 산출한다.(S120)
터치 센서 구동 기간 동안 Tx라인들 및 Rx라인들 중 하나 이상과 커플링되는 신호라인을 통해 공급되는 신호의 왜곡을 상쇄시키는 보상신호를 공급한다.(S130)
여기서, 보상신호를 공급하는 단계는 게이트 로우전압을 공급하는 게이트 로우전압라인에 보상신호를 공급한다. 즉, 터치 센서가 인셀 방식이고 터치 센서 구동 기간 동안 게이트라인들에 게이트 로우전압이 공급될 경우, 보상신호를 공급하는 단계는 보상신호를 이용하여 게이트 로우전압의 왜곡 예컨대, 리플을 안정화시킨다.
보상신호를 공급하는 단계는 Tx라인들 및 Rx라인들 중 하나 이상과 커플링되는 신호라인을 통해 공급되는 신호 대비 역 상으로 보상신호를 공급한다. 예컨대, 보상신호는 구동 펄스를 모두 하나로 합친 타이밍신호를 반전하여 생성할 수 있다.
한편, 보상신호를 공급하는 단계는 터치 센서의 방식에 따라 보상신호를 달리할 수 있는데 이는 다음과 같이 소프트웨어적인 방법과 하드웨어적인 방법을 이용할 수 있다.
소프트웨어적인 방법: 표시장치 제작시 외부 또는 내부 장치가 터치 센서의 방식에 따른 설정 변수를 디지털 방식의 전기적인 신호로 생성하여 보상신호를 생성하는 장치에 공급하도록 한다. 예컨대, 외부 또는 내부 장치가 온셀 방식이면 00, 인셀 방식이면 01, 하이브리드 방식이면 10, 기타 다른 방식이면 11 등의 값이 보상신호를 생성하는 장치에 공급된다. 그러면, 보상신호를 생성하는 장치는 터치 센서의 방식에 따라 각기 다른 보상신호를 생성하고 또한 보상할 대상에 보상신호를 공급할 수 있게 된다.
하드웨어적인 방법: 표시장치 제작시 터치 센서의 방식에 따른 설정 변수를 보상신호를 생성하는 장치의 입력 핀으로 설정한다. 예컨대, 보상신호를 생성하는 장치가 온셀 방식이면 플로팅 상태, 인셀 방식이면 로직 하이 상태, 하이브리드 방식이면 로직 로우 상태 등으로 핀이 설정된다. 그러면, 보상신호를 생성하는 장치는 터치 센서의 방식에 따라 각기 다른 보상신호를 생성하고 또한 보상할 대상에 보상신호를 공급할 수 있게 된다.
위의 설명에서는 터치 센서가 온셀 방식일 경우, 게이트 로우전압라인에 보상신호를 공급하여 게이트 로우전압을 안정화시키는 것을 일례로 구체화하였다. 따라서, 위의 설명에서는 디스플레이 기간과 터치 센서 구동 기간을 구분하여 설명하였으나 이는 터치 센서의 방식에 따라 디스플레이 기간과 터치 센서 구동 기간이 구분되지 않을 수도 있다.
그리고, 위의 설명에서는 게이트 로우전압을 안정화시키는 것을 일례로 구체화하였으나, 터치 센서의 방식에 따라 커플링을 일으키거나 기생 용량을 형성하는 등의 노이즈를 일으키는 요인은 다양하다. 그러므로, 보상신호가 공급되는 대상과 보상방법은 이에 한정되지 않고 터치 센서의 방식에 따라 달라질 수 있다.
이상 본 발명은 기생 정전용량에 의해 발생하는 노이즈를 저감(또는 최소화)하는 보상회로부를 이용하여 커플링을 일으키는 요인을 보상하고 터치 성능을 개선 및 향상시킬 수 있는 터치 센서를 갖는 표시장치를 제공하는 효과가 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
120: 타이밍 제어부 130: 게이트 구동부
140: 데이터 구동부 150: 터치 센서 구동부
160: 터치 센서 독출부 170: 터치 센서 제어부
110: 표시패널 INV: 인버터부
Cc: 커패시터 VGL_C: 보상신호
OPA: 비교부 Co: 제1커패시터
Ro: 제1저항기 Rc: 제2저항기

Claims (12)

  1. 디스플레이 기간과 터치 센서 구동 기간으로 시분할 구동하는 표시패널;
    상기 디스플레이 기간 동안 상기 표시패널에 게이트 하이전압을 공급하고, 상기 터치 센서 구동 기간 동안 상기 표시패널에 게이트 로우전압을 공급하는 게이트구동부;
    상기 게이트구동부에 상기 게이트 하이전압을 전달하는 게이트 하이전압라인과 상기 게이트 로우전압을 전달하는 게이트 로우전압라인;
    상기 디스플레이 기간 동안 상기 표시패널에 데이터신호를 공급하는 데이터구동부;
    상기 표시패널 내에 형성되고 Tx라인들 및 Rx라인들 중 적어도 하나가 상기 표시패널 내에 포함된 전극이나 배선을 공유하도록 형성된 터치 센서;
    상기 터치 센서 구동 기간 동안 상기 Tx라인들에 구동 펄스를 공급하고, 상기 Rx라인들을 경유하여 터치 신호를 공급받고 터치된 좌표값을 산출하는 터치 센서 제어부; 및
    상기 터치 센서 구동 기간 동안 상기 게이트 로우전압라인에 보상신호를 공급하는 보상회로부를 포함하는 터치 센서를 갖는 표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보상회로부는
    상기 Tx라인들 및 상기 Rx라인들 중 하나 이상과 커플링되는 신호라인을 통해 공급되는 왜곡된 신호 대비 역 상으로 상기 보상신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 표시장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보상회로부는
    상기 터치 센서 제어부의 채널별로 출력되는 모든 구동 펄스를 하나로 합친 타이밍신호를 반전하여 상기 보상신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 표시장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보상신호는
    상기 터치 센서 제어부 또는 외부 장치에 의해 생성된 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 표시장치.
  5. 삭제
  6. 제3항에 있어서,
    상기 보상회로부는
    상기 타이밍신호를 공급받는 인버터부와, 상기 인터버부의 출력단에 연결된 커패시터를 포함하는 터치 센서를 갖는 표시장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 보상회로부는
    상기 타이밍신호를 공급받는 제1입력단과 레퍼런스전압을 공급받는 제2입력단을 갖는 비교부와, 상기 비교부의 제1입력단과 출력단 사이에 연결된 저항기와, 상기 비교부의 출력단에 연결된 커패시터를 포함하는 터치 센서를 갖는 표시장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 Tx라인들 및 상기 Rx라인들 중 하나 이상은
    상기 표시패널에 형성된 공통전극들로 형성된 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 표시장치.
  9. 디스플레이 기간과 터치 센서 구동 기간으로 시분할 구동하는 표시패널과, 상기 표시패널 내에 형성되고 Tx라인들 및 Rx라인들 중 적어도 하나가 상기 표시패널 내에 포함된 전극이나 배선을 공유하도록 형성된 터치 센서를 갖는 표시장치의 구동 방법에 있어서,
    상기 디스플레이 기간 동안 상기 표시패널에 데이터신호와 게이트 하이전압을 공급하는 단계;
    상기 터치 센서 구동 기간 동안 상기 표시패널에 게이트 로우전압을 공급하고, 상기 Tx라인들에 구동 펄스를 공급하고, 상기 Rx라인들을 통해 터치 신호를 공급받고 터치된 좌표값을 산출하는 단계; 및
    상기 터치 센서 구동 기간 동안 상기 게이트 로우전압을 게이트 구동부에 전달하는 게이트 로우전압라인에 보상신호를 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 표시장치의 구동방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 보상신호를 공급하는 단계는
    상기 Tx라인들 및 상기 Rx라인들 중 하나 이상과 커플링되는 신호라인을 통해 공급되는 왜곡된 신호 대비 역 상으로 상기 보상신호를 공급하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 표시장치의 구동방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 보상신호는
    상기 구동 펄스를 모두 하나로 합친 타이밍신호를 반전하여 생성하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 표시장치의 구동방법.
  12. 삭제
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