KR101503103B1 - 터치 센서 내장형 표시장치와 그 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터치 센서 내장형 표시장치와 그 구동 방법에 관한 것으로, 그 표시장치는 픽셀들에 데이터전압을 공급하는 데이터라인들, 상기 픽셀들에 스캔펄스를 공급하는 게이트라인들, 서로 교차되고 그 교차부에 상호 용량들이 형성된 Tx 라인들 및 Rx 라인들을 포함하는 터치 센서들이 하나의 기판 상에 형성되는 표시패널; 디스플레이 기간 동안 상기 데이터라인들에 아날로그 비디오 데이터전압을 공급하고 터치 센서 구동 기간 동안 상기 데이터라인들의 전압을 특정 직류 전압으로 동일하게 유지시키는 디스플레이 데이터 구동회로; 상기 디스플레이 기간 동안 상기 아날로그 비디오 데이터전압에 동기되는 스캔펄스를 상기 게이트라인들에 순차적으로 공급하는 디스플레이 스캔 구동회로; 상기 터치 센서 구동 기간 동안 상기 Tx 라인들에 구동펄스를 순차적으로 공급하는 터치 센서 구동회로; 및 상기 터치 센서 구동 기간 동안 상기 Rx 라인들을 경유하여 상기 상호 용량들로부터 터치 신호를 수신하는 터치 센서 독출회로를 포함한다.

Description

터치 센서 내장형 표시장치와 그 구동 방법{TOUCH SENSOR INTEGRATED TYPE DISPLAY AND DRIVING METHOD THEREFROM}
본 발명은 터치 센서 내장형 표시장치와 그 구동 방법에 관한 것이다.
가전기기나 휴대용 정보기기의 경량화, 슬림화 추세에 따라 유저 입력 수단이 버튼형 스위치에서 터치 센서로 대체되고 있다. 디스플레이 장치에 적용되는 터치 스크린은 다수의 터치 센서들을 포함한다. 터치 센서들은 표시패널 내에 인셀 타입(In-cell type)으로 내장될 수 있다.
정전 용량 방식의 터치 센서들은 상호 용량(mutual capacitance) 방식으로 구현될 수 있다. 정전 용량 방식의 터치 센서들은 도 1a와 같이 서로 교차하는 신호 배선들(Tx, Rx)의 교차부에 형성된 상호 용량(Mutual capacitance)을 포함한다. 손가락이 도 1b와 같이 정전용량 방식의 터치 센서들에 형성된 상호 용량의 전극들 사이에 접근하면 그 전극들 사이의 전계가 차단되어 상호 용량의 충전양이 낮아진다. 따라서, 정전 용량 방식의 터치 센서들은 터치 전후의 상호 용량의 충전양 변화를 측정하여 터치를 인식할 수 있다.
터치 센서들이 표시패널의 일측 기판 상에 형성된 픽셀 어레이에 내장되면, 터치 센서들에 연결된 신호 배선들과, 표시패널의 픽셀들에 연결된 신호 배선들의 커플링(coupling)으로 인하여 그들 간에 전기적으로 영향을 주게 된다. 예를 들어, 픽셀들에 연결된 게이트라인의 전압은 비교적 큰 스윙폭으로 스윙하는데, 이 전압이 노이즈 성분으로서 터치 센서의 출력에 반영되어 터치 센서의 감도와 터치 인식률을 떨어뜨릴 수 있다. 따라서, 표시패널 내에 내장된 터치센서들의 감도와 터치 인식 오류를 줄이기 위해서는 픽셀들에 연결된 신호 배선들로부터 터치센서들로 인가되는 노이즈 영향을 줄여야 한다.
본 발명은 표시패널의 일측 기판 상에 픽셀들과 터치 센서들이 형성된 터치 센서 내장형 표시장치에 있어서, 픽셀들에 연결된 신호 배선들로부터 터치 센서들로 인가되는 노이즈를 최소화할 수 있는 터치 센서 내장형 표시장치와 그 구동 방법을 제공한다.
본 발명의 터치 센서 내장형 표시장치는 픽셀들에 데이터전압을 공급하는 데이터라인들, 상기 픽셀들에 스캔펄스를 공급하는 게이트라인들, 서로 교차되고 그 교차부에 상호 용량들이 형성된 Tx 라인들 및 Rx 라인들을 포함하는 터치 센서들이 하나의 기판 상에 형성되는 표시패널; 디스플레이 기간 동안 상기 데이터라인들에 아날로그 비디오 데이터전압을 공급하고 터치 센서 구동 기간 동안 상기 데이터라인들의 전압을 특정 직류 전압으로 동일하게 유지시키는 디스플레이 데이터 구동회로; 상기 디스플레이 기간 동안 상기 아날로그 비디오 데이터전압에 동기되는 스캔펄스를 상기 게이트라인들에 순차적으로 공급하는 디스플레이 스캔 구동회로; 상기 터치 센서 구동 기간 동안 상기 Tx 라인들에 구동펄스를 순차적으로 공급하는 터치 센서 구동회로; 및 상기 터치 센서 구동 기간 동안 상기 Rx 라인들을 경유하여 상기 상호 용량들로부터 터치 신호를 수신하는 터치 센서 독출회로를 포함한다.
상기 디스플레이 기간 동안 상기 Tx 라인들과 상기 Rx 라인들은 상기 픽셀들에 공통전압을 공급한다.
상기 특정 직류 전압은 기저전압(GND)이나 기저전압(GND)과 가까운 직류전압이다.
상기 디스플레이 스캔 구동회로는 상기 터치 센서 구동 기간 동안 상기 게이트라인들의 전압을 게이트 로우전압으로 유지시킨다.
상기 터치 센서 내장형 표시장치의 구동 방법은 디스플레이 기간 동안 상기 데이터라인들에 아날로그 비디오 데이터전압을 공급하는 단계; 상기 디스플레이 기간 상기 아날로그 비디오 데이터전압에 동기되는 스캔펄스를 상기 게이트라인들에 순차적으로 공급하는 단계; 터치 센서 구동 기간 동안 상기 데이터라인들의 전압을 특정 직류 전압으로 동일하게 유지시키는 단계; 상기 터치 센서 구동 기간 동안 상기 Tx 라인들에 구동펄스를 순차적으로 공급하는 단계; 및 상기 터치 센서 구동 기간 동안 상기 Rx 라인들을 경유하여 상기 상호 용량들로부터 터치 신호를 터치 센 서 독출회로에 수신하는 단계를 포함한다.
본 발명은 픽셀들과 터치 센서들이 하나의 기판 상에 배치되어 상호 영향을 많이 받는 표시장치에서, 터치 센서 구동 기간 동안 데이터라인들에 특정 직류 전압을 공급하여 터치 센서의 출력에 악영향을 줄 수 있는 노이즈 성분의 신호를 데이터라인들을 통해 방전시킨다. 그 결과, 본 발명은 표시패널의 픽셀들에 연결된 신호 배선들로부터 터치 센서들로 인가되는 노이즈를 최소화할 수 있다. 나아가, 본 발명은 비정질 실리콘(Amorpous Si) 기반의 표시패널에서 베젤 영역 증가 없이 터치 센서들에 악영향을 줄 수 있는 노이즈를 최소화할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 정전 용량 방식의 터치 센서들의 터치 전후 동작을 보여 주는 도면들이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 내장형 표시장치를 보여 주는 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 표시패널에 내장된 픽셀 어레이와 터치 센서들의 일부를 보여 주는 평면도이다.
도 4는 표시패널의 픽셀에 연결된 신호배선들과 커플링되지 않은 이상적(ideal state)인 터치 센서를 보여 주는 등가 회로도이다.
도 5는 표시패널의 픽셀에 연결된 신호배선들과 커플링된 터치 센서를 보여 주는 등가 회로도이다.
도 6은 표시패널의 픽셀에 연결된 신호배선들을 통해 터치 센서로 유입되는 노이즈 성분을 보여 주는 회로도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 내장형 표시장치의 구동 신호들을 보여 주는 파형도이다.
도 8은 데이터라인들에 동일한 특정 직류 전압을 공급할 때 노이즈 성분에 거의 영향을 받지 않는 터치 신호의 흐름을 보여 주는 회로도이다.
도 9는 도 4와 같은 Rx 라인의 전류 변화를 보여 주는 실험 결과 도면이다.
도 10은 LTPS(Low Temperature Poly Silicon) 기반의 표시패널에서 터치 전후의Rx 라인의 전류 변화를 보여 주는 실험 결과 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 내장형 표시장치의 터치 센서에서 터치 전후의 Rx 라인의 전류 변화를 보여 주는 도면이다.
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.
본 발명의 터치 센서 내장형 표시장치는 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 표시소자와, 그 평판 표시소자의 표시패널 내에 인셀 타입으로 내장된 터치 센서들로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 평판 표시소자의 일 예로서, 액정표시소자를 설명하지만 본 발명의 디스플레이 장치는 액정표시소자에 한정되지 않는다는 것에 주의하여야 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 내장형 표시장치는 표시패널(100), 디스플레이 데이터 구동회로(202), 디스플레이 스캔 구동회로(204), 터치 센서 구동회로(302), 터치 센서 독출회로(Touch sensor read-out circuit, 304), 터치 콘트롤러(Touch controller, 306), 타이밍 콘트롤러(Timing controller, 104) 등을 포함한다.
표시패널(100)은 두 장의 유리기판들 사이에 액정층이 형성된다. 표시패널(100)의 하부 기판에는 다수의 데이터라인들(D1~Dm, m은 양의 정수), 데이터라인들(D1~Dm)과 교차되는 다수의 게이트라인들(G1~Gn, n은 양의 정수), 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)의 교차부들에 형성되는 다수의 TFT들(Thin Film Transistor, 도 6의 TFT), 액정셀들(도 6의 Clc)에 데이터전압을 충전시키기 위한 다수의 화소전극(11), 화소전극(11)에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, 도 6의 Cst), 및 터치 센서들을 포함한 픽셀 어레이가 형성된다.
터치 센서들은 도 4 내지 도 6과 같이, 게이트라인들(G1~Gn)과 나란한 Tx 라인들(T1~Tj, j는 n 보다 작은 양의 정수), Tx 라인들(T1~Tj)와 교차하고 데이터라인들(D1~Dm)과 나란한 Rx 라인들(R1~Ri, i는 m 보다 작은 양의 정수), 및 Tx 라인들(T1~Tj)와 Rx 라인들(R1~Ri)의 교차부에 형성된 상호 용량(mutual capacitance, Cm) 등을 포함한다.
Tx 라인들(T1~Tj)과 Rx 라인들(R1~Ri)은 공통전극(12)에 접속되어 디스플레이 기간 동안, 공통전극(12)에 공통전압(Vcom)을 공급한다. 터치 센서 구동 기간 동안, Tx 라인들(T1~Tj)에는 터치 센서를 구동하기 위한 구동 펄스가 공급되고, Rx 라인들(R1~Ri)에는 터치 기준전압(Vref)이 공급된다.
표시패널(100)의 픽셀들은 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)에 의해 정의된 픽셀 영역에 형성되어 매트릭스 형태로 배치된다. 픽셀들 각각의 액정셀은 화소전극(11)에 인가되는 데이터전압과, 공통전극(12)에 인가되는 공통전압(Vcom)의 전압차에 따라 인가되는 전계에 의해 구동되어 입사광의 투과양을 조절한다. TFT들은 게이트라인(G1~Gn)으로부터의 게이트펄스에 응답하여 턴-온되어 데이터라인(D1~Dm)으로부터의 전압을 액정셀의 화소전극(11)에 공급한다.
표시패널(100)의 상부 유리기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등을 포함할 수 있다. 한편, 표시패널(100)의 하부 유리기판은 COT(Color filter On TFT) 구조로 구현될 수 있다. 이 경우에, 블랙매트릭스와 컬러필터는 표시패널(100)의 하부 유리기판에 형성될 수 있다.
공통전극(12)은 TN(Twisted Nematic) 모드와 VA(Vertical Alignment) 모드와 같은 수직전계 구동방식에서 상부 유리기판에 형성되며, IPS(In Plane Switching) 모드와 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같은 수평전계 구동방식에서 화소전극(11)과 함께 하부 유리기판 상에 형성된다. 공통전극(12)에 공급되는 공통전압(Vcom)은 7V~8V 사이의 직류 전압일 수 있다. 공통전극(12)은 Tx 라인들(T1~Tj)와 Rx 라인들(R1~Ri) 중 하나 이상에 접속되어 그 Tx 라인들(T1~Tj)와 Rx 라인들(R1~Ri)을 통해 공통전압(Vcom)을 공급 받을 수 있다.
표시패널(100)의 상부 유리기판과 하부 유리기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(100)의 상부 유리기판과 하부 유리기판 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성될 수 있다.
디스플레이 데이터 구동회로(202)는 다수의 소스 드라이브 IC(Integrated Circuit)을 포함한다. 소스 드라이브 IC들은 미리 설정된 디스플레이 기간 동안 아날로그 비디오 데이터전압을 출력하고 터치 센서 구동 기간 동안 특정 직류 전압을 출력한다. 여기서, 특정 직류 전압은 터치 센서 구동 기간 동안 터치 센서들의 상호 용량(Cm)에 충전된 전압의 변동을 최소화할 수 있는 전압이다. 특정 직류 전압은 기저전압(GND) 또는 그와 근접한 직류 전압일 수 있다. 소스 드라이브 IC들은 타이밍 콘트롤러(104)으로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 래치한다. 그리고 소스 드라이브 IC들은 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 아날로그 비디오 데이터전압을 출력한다. 아날로그 비디오 데이터전압은 데이터라인들(D1~Dm)에 공급된다.
디스플레이 스캔 구동회로(204)는 하나 이상의 스캔 드라이브 IC를 포함한다. 스캔 드라이브 IC는 디스플레이 기간 동안 타이밍 콘트롤러(104)의 제어 하에 아날로그 비디오 데이터전압에 동기되는 스캔펄스(또는 게이트펄스)를 게이트라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급하여 아날로그 비디오 데이터전압이 기입되는 표시패널의 라인을 선택한다. 스캔펄스는 게이트 하이전압(VGH)과 게이트 로우전압(VGL) 사이에서 스윙하는 펄스로 발생된다. 디스플레이 스캔 구동회로(204)는 터치 센서 구동 기간 동안 스캔펄스를 발생하지 않고 게이트 로우 전압(VGL)을 게이트라인들(G1~Gn)에 지속적으로 공급한다. 따라서, 게이트라인들(G1~Gn)은 디스플레이기간 동안 게이트펄스를 픽셀들의 TFT에 공급하여 표시패널(100)에서 데이터가 기입될 라인을 순차적으로 선택하고, 터치 센서 구동 기간 동안 게이트 로우전압(VGL)을 유지한다. 게이트 하이전압(VGH)은 대략 18V~20V 사이의 전압일 수 있고, 게이트 로우전압(VGL)은 대략 0V~-15V 사이의 전압일 수 있다.
터치 센서 구동회로(302)는 디스플레이 기간 동안 Tx 라인들(T1~Tj)에 공통전압(Vcom)을 공급하고, 터치 센서 구동 기간 동안 Tx 라인들(T1~Tj)에 구동 펄스를 순차적으로 인가하여 터치 센서들을 스캐닝한다.
터치 센서 독출회로(304)는 디스플레이 기간 동안 Rx 라인들(R1~Ri)에 공통전압(Vcom)을 공급하고 터치 센서 구동 기간 동안 Rx 라인들(R1~Ri)에 터치 기준전압(Vref)을 공급한다. 터치 기준전압(Vcom)은 0V 보다 높고 3V 이하의 직류전압으로 설정될 수 있다. 터치 센서 독출회로(304)는 Rx 라인들(R1~Ri)을 통해 입력되는 터치 센서들의 아날로그 출력(상호 용량의 전압)을 증폭하고 HID 포맷의 디지털 데이터로 변환하여 터치 콘트롤러(306)로 전송한다.
터치 콘트롤러(306)는 터치 센서 독출회로(304)로부터 입력된 디지털 데이터를 미리 설정된 터치 인식 알고리즘으로 분석하여 좌표값을 산출한다. 터치 콘트롤러(306)로부터 출력된 터치 위치의 좌표값 데이터는 외부의 호스트 시스템으로 전송한다. 호스트 시스템은 터치 위치의 좌표값이 지시하는 응용 프로그램을 실행한다.
타이밍 콘트롤러(104)는 외부의 호스트 시스템으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 입력받아 디스플레이 데이터 구동회로(202)와 디스플레이 스캔 구동회로(204)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들을 발생한다. 디스플레이 스캔 구동회로(204)의 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock, GSC), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE), 쉬프트 방향 제어신호(DIR) 등을 포함한다. 디스플레이 데이터 구동회로(202)의 타이밍 제어신호는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity, POL), 및 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함한다.
타이밍 콘트롤러(104)는 터치 센서 구동회로(302)와 터치 센서 독출회로(304)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들(Ctx, Crx)를 발생한다.
타이밍 콘트롤러(104)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 콘트롤러(104)는 대략 11 msec를 디스플레이 기간으로 설정하고 그 디스플레이 기간 동안 디스플레이 데이터 구동회로(202)와 디스플레이 스캔 구동회로(204)의 출력을 인에이블시켜 비디오 데이터를 픽셀들에 표시한다. 그리고 타이밍 콘트롤러(104)는 5.67 msec를 터치 센서 구동 기간으로 설정하여 그 터치 센서 구동 기간 동안 터치 센서 구동회로(302)와 터치 센서 독출회로(304)를 구동하여 터치 스크린의 터치 위치를 검출한다. 디스플레이 기간과 터치 센서 구동 기간은 표시패널(100)의 종류에 따라 패널 특성을 고려하여 적절히 조절될 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 표시패널(100)에 내장된 픽셀 어레이와 터치 센서들의 일부를 보여 주는 평면도이다.
도 3에서, Tx 라인들(T1~Tj)은 투명 도전 블록 패턴(T11~T23)과 링크 패턴들(L11~L22)를 포함한다.
투명 도전 블록 패턴(T11~T23) 각각의 크기는 픽셀들 각각의 크기 보다 크게 패터닝된다. 투명 도전 블록 패턴(T11~T23) 각각은 절연층을 사이에 두고 픽셀들과 중첩되고, ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 도전 물질로 패터닝될 수 있다. 링크 패턴(L11~L22)은 Rx 라인(R1, R2)을 가로 질러 횡 방향(또는 수평 방향)으로 이웃하는 투명 도전 블록 패턴(T11~T23)을 전기적으로 연결한다. 링크 패턴(L11~L22)은 절연층을 사이에 두고 Rx 라인(R1, R2)과 중첩된다. 링크 패턴(L11~L22)은 전기 전도율이 높은 금속 알루미늄(Al), 알루미늄 네오듐(AlNd), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 구리(Cu), 은(Ag) 등의 금속으로 패터닝되거나, 투명 도전 물질로 패터닝될 수 있다. 도 3에서, 제1 Tx 라인은 링크 패턴들(L11, L12)을 경유하여 횡 방향을 따라 연결된 다수의 투명 도전 블록 패턴(T11~T13)을 포함한다. 제2 Tx 라인은 링크 패턴들(L21, L22)을 경유하여 횡 방향을 따라 연결된 다수의 투명 도전 블록 패턴(T21~T23)을 포함한다.
Rx 라인들(R1, R2)은 횡 방향으로 이웃하는 투명 도전 블록 패턴들(T11~T23) 사이에서 종 방향(또는 수직 방향)을 따라 길게 패터닝된다. Rx 라인들(R1, R2)은 ITO와 같은 투명 도전 물질로 형성될 수 있다. Rx 라인들(R1, R2) 각각은 도시하지 않은 다수의 픽셀들과 중첩될 수 있다.
도 3에서, "D1~D3 ..."는 데이터라인들이고, "G1~G3..."는 게이트라인들을 나타낸다.
도 4는 표시패널(100)의 픽셀에 연결된 신호배선들과 커플링되지 않은 이상적인 터치 센서를 보여 주는 등가 회로도이다. 도 5는 표시패널(100)의 픽셀에 연결된 신호배선들과 커플링된 터치 센서를 보여 주는 등가 회로도이다. 도 6은 표시패널(100)의 픽셀에 연결된 신호배선들을 통해 터치 센서로 유입되는 노이즈 성분을 보여 주는 회로도이다.
도 4 내지 도 6에 있어서, "Ct"는 Tx 라인에 접속된 기생 용량, "Cr"은 Rx 라인에 접속된 기생 용량, "Cgr"은 게이트라인(Gx)과 Rx 라인 사이의 기생 용량, "Rt"는 Tx 라인의 저항, "Rr"은 Rx 라인의 저항을 각각 의미한다.
정전 용량 방식의 터치 센서가 픽셀들에 연결된 신호 배선과 커플링되지 않은 이상적인 조건(도 4)에서, Tx 라인과 Rx 라인의 교차부에 형성된 상호 용량(Cm) 전압의 터치 전후의 변화량이 노이즈 없이 검출될 수 있다. 이에 비하여, 도 5와 같이 픽셀들에 연결된 게이트라인(Gx)과 정전 용량 방식의 터치 센서가 커플링되면, Tx 라인, 게이트라인(Gx), 게이트라인(Gx)과 Rx 라인 간의 기생 용량(Cgr)을 통해 노이즈 성분의 전류가 흐르게 되고, 그 전류가 Rx 라인을 통해 출력되는 터치 신호에 혼입된다. 터치 신호는 상호 용량(Cm)으로부터 출력되는 전압이다. 이 노이즈 성분으로 인하여, 터치 전후에 상호 용량(Cm) 전압 변화량이 작아지므로 터치 여부를 구분하기 어려우므로 터치 감도가 낮아진다. 노이즈 성분이 게이트라인(Gx)과 연결된 저항(Ron)을 통해 방전되면 터치 신호에 혼입되는 노이즈 성분을 작게 할 수 있다. 따라서, 게이트라인(Gx)에 연결된 저항(Ron)을 줄이면 터치 신호에 혼입된 노이즈 성분을 줄일 수 있다.
도 6에서 도면부호 "40"은 디스플레이 스캔 구동회로(204)의 출력부를 나타낸다. 디스플레이 스캔 구동회로(204)의 출력부(40)는 게이트 하이전압(VGH)을 게이트라인(Gx)에 공급하는 풀업(Pull-up) 트랜지스터(T1)와, 게이트 로우전압(VGL)을 게이트라인(Gx)에 공급하는 풀다운(Pull-down) 트랜지스터(T2)를 포함한다.
터치 센서 구동 기간 동안, 게이트라인(Gx)에 연결된 저항(Ron)은 도 6과 같이 디스플레이 스캔 구동회로(204)의 출력부(40)에 형성된 풀다운(Pull-down) 트랜지스터(T2)의 소스-드레인간 저항을 포함한다. 따라서, 게이트라인(Gx)에 연결된 저항(Ron)을 줄이기 위해서는 풀다운 트랜지스터(T2)의 크기를 크게 하여야 한다.
표시패널(100)의 하부 유리기판에 GIP(Gate in panel)로 디스플레이 스캔 구동회로(204)가 직접 실장될 수 있다. 이 경우, 픽셀 어레이의 TFT들과 디스플레이 스캔 구동회로(204)의 트랜지스터들이 비정질 실리콘(Amorpous Si, a-Si) 상에 형성될 수 있다. 비정질 실리콘 기반의 트랜지스터들의 저항(Ron)은 LTPS(Low Temperature Poly Silicon) 기반의 표시패널에 형성된 트랜지스터의 저항에 비하여 월등히 높다. 따라서, 비정질 실리콘 기반의 트랜지스터들의 저항(Ron)을 충분히 작게 하기 위해서는 트랜지스터의 크기가 매우 커지게 된다. 디스플레이 스캔 구동회로(204)의 풀다운 트랜지스터(T2)의 크기를 크게 하면 비표시 영역인 베젤(bezel) 영역이 커지므로 표시패널(100)을 네로우 베젤(Narrow bezel) 패널로 구현하기가 어렵다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 내장형 표시장치의 구동 신호들을 보여 주는 파형도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 내장형 표시장치는 1 프레임 기간을 디스플레이 기간(T1)과 터치 센서 구동 기간(T2)으로 시분할하여 터치 센서들이 내장된 표시패널(100)을 구동한다.
디스플레이 기간(T1) 동안, 데이터라인들(D1~D4)에는 정극성/부극성 아날로그 비디오 데이터전압들이 공급되고, 게이트라인들(G1~G3)에는 데이터전압과 동기되는 게이트펄스가 공급된다. Tx 라인들(T1~Tj)과 Rx 라인들(R1~Ri)에는 디스플레이 기간(T1) 동안 공통전극(12)에 공급될 공통전압(Vcom)이 공급된다.
터치 센서 구동 기간(T2) 동안, 데이터라인들(D1~D4)에는 특정 직류 전압 예를 들어, 기저전압(GND)이 공급되고, 게이트라인들(G1~G3)에는 게이트 로우전압(VGL)이 공급된다. Tx 라인들(T1~Tj)에는 터치 센서 구동 기간(t2) 동안 구동 펄스가 순차적으로 공급된다. Rx 라인들(R1~Ri)에는 터치 센서 구동 기간(t2) 동안 터치 기준 전압(Vref)이 공급된다. 터치 센서 구동 기간(T2) 동안, 도 7과 같이 모든 데이터라인들(D1~D4)에 동일한 특정 직류 전압을 공급하면, 도 8과 같이 픽셀들에 연결된 신호배선을 통해 터치 신호에 혼입되는 노이즈 성분을 최소화할 수 있다. 한편, 종래의 터치 센서 내장형 표시장치는 디스플레이 데이터 구동회로(202)의 소스 드라이브 IC들은 마지막 정극성/부극성 데이터전압을 터치 센서 구동 기간(T2) 동안 유지한 후에 다음 프레임 기간의 디스플레이 기간(T1)에 새로운 정극성/부극성 데이터전압을 출력하였다. 예를 들어, 종래의 터치 센서 내장형 표시장치에서 제1 데이터라인(D1)은 디스플레이 기간(T1)의 마지막 데이터전압인 부극성 데이터전압을 터치 센서 구동 기간 동안 유지하였고, 제2 데이터라인(D2)은 디스플레이 기간(T2)의 마지막 데이터전압인 정극성 데이터전압을 터치 센서 구동 기간(T2) 동안 유지하였다.
도 7에서, 터치 센서 구동 기간 동안 Tx 라인들(T1~Tj)에 공급되는 구동 펄스의 전압은 2V~18V 사이의 전압으로서, 터치 센서 구동회로(302)의 IC 구동 특성에 따라 달라질 수 있다.
터치 센서 구동 기간 동안, Rx 라인들(R1~Ri)에 공급되는 터치 기준전압(Vref)이 인가된다. 도 4 및 도 7을 참조하면, 본 발명은 Tx 라인들(T1~Tj)에 구동펄스를 인가하고 Rx 라인들(R1~Ri)의 전하(Chargh) 변화에 기초하여 터치 여부를 검출한다. Rx 라인들(R1~Ri)에 일정한 터치 기준 전압(Vref)이 인가되면, Tx 라인들(T1~Tj)의 펄싱(pulsing)에 의해서 상호 용량(Cm)의 전하양이 변하고 상호 용량(Cm)의 전하양 변동에 비례하여 Rx 라인들(R1~Ri)의 전하양이 흔들리게 된다. Rx 라인들(R1~Ri)의 전하 흔들림이 다시 터치 기준전압(Vref)으로 변하는데, 이 과정에서 Rx 라인들(R1~Ri)의 변화를 감지할 수 있다.
터치에 의해서 상호 용량(Cm)의 전하양이 달라지게 되면, 미세한 파형의 변화가 생기게 되고, 이를 적분하면 전하의 변화로 나타난다. 여기서, Rx 라인들(R1~Ri)에 터치 기준전압(Vref)이 인가된 상태이면, Tx 라인들(T1~Tj)에 구동펄스가 인가되기 전에는 Rx 라인들(R1~Rj)은 터치 기준전압(Vref)에 의해 전하를 충전하고 있다. Tx 라인들(T1~Tj)의 펄싱으로 Tx 라인들(T1~Tj)의 전압이 스윙하면, Rx 라인들(R1~Ri)의 전하양도 변하게 된다. Tx 라인들(T1~Tj)의 전위가 다시 터치 기준전압(Vref)으로 안정화되면, Rx 라인들(R1~Ri)의 전하도 구동 펄스가 인가되기 전 상태로 복원된다. 그러면 Rx 라인들(R1~Ri)의 전하양 변화는 상호 용량(Cm)의 변화에 의해서 유발된 전하양 변화분 만큼으로 검출될 수 있다. 이렇게 터치 센싱 기간 동안 Rx 라인들(R1~Ri)에 일정한 직류 전압으로 설정된 터치 기준전압(Vref)이 인가되면 Rx 라인들(R1~Ri)에 연결된 기생 용량의 전하 변동에 거의 영향을 받지 않고 상호 용량(Cm)의 변화가 검출될 수 있다.
도 8에서, "Cdt"는 데이터라인과 Tx 라인 간의 기생 용량, "Cgd, Cgd1, Cgd2"는 게이트라인(Gx)과 데이터라인 간의 기생 용량, "Cgt"는 게이트라인(Gx)과 Tx 라인 간의 기생 용량, "Cgr1"는 게이트라인과 Rx 라인 간의 기생 용량, "Cdr1, Cdr2"는 데이터 라인과 Rx 라인 간의 기생용량을 각각 의미한다. 도면 부호 "61"은 터치 센서 독출회로(304)에 내장된 증폭회로이다. 증폭회로(61)는 연산 증폭기(operation amplifier, OP amp.)와, 커패시터(Cop)를 포함한다. 연산 증폭기의 비반전 입력단자에는 Rx 라인을 통해 터치 신호가 입력되고, 연산 증폭기의 반전 입력단자에는 기준전압(Vrx)가 공급된다. 기준전압(Vrx)은 터치 기준전압(Vref)으로 설정될 수 있다. 커패시터(Cop)는 연산 증폭기의 비반전 입력단자와 연산 증폭기의 출력단자 사이에 접속되어 터치 신호를 누적하여 저장한다.
터치가 발생된 터치 센서의 상호 용량(Cm)은 기생 용량들(Cdt, Cgd, Cgt, Cgr1, Cgd1, Cdr1)을 통해 픽셀들에 연결된 신호배선들과 연결된다. 터치 센서 구구동 기간(T2) 동안, 데이터라인에 기저전압(GND)이나 그와 가까운 특정 직류 전압이 공급되고 게이트라인(Gx)에 게이트 로우전압(VGL)이 공급되므로 기생 용량들(Cdt, Cgd, Cgt, Cgr1, Cgd1, Cdr1)의 변동이 없다. 특히, 데이터라인에 기저전압(GND)이나 그와 가까운 특정 직류 전압이 공급되기 때문에 픽셀들에 연결된 데이터라인과 게이트라인을 통해 흐르는 노이즈 성분의 신호가 Rx 라인으로 흐르지 않고 데이터라인들을 통해 방전된다. 따라서, 상호 용량(Cm)으로부터 출력되어 Rx 라인을 경유하여 터치 센서 독출회로(304)로 전달되는 터치 신호에 노이즈 성분이 거의 혼입되지 않으므로 터치 신호에서 터치 전후의 변화를 크게 할 수 있으므로 터치 감도와 터치 인식률을 높일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로서, 터치 센서 구동 기간 동안(T2) 데이터라인들에 특정 직류 전압을 공급하고, 게이트라인에 연결된 디스플레이 스캔 구동회로(204)의 풀다운 트랜지스터 저항(Ron)을 작게 설계한다. 일 예로, 비정질 실리콘 기반의 표시패널(100) 상에 GIP 형태로 스캔 구동회로(204)가 직접 형성되는 경우에, 스캔 구동회로(204)의 풀다운 트랜지스터 저항(Ron)은 10㏀ ~ 150 ㏀ 정도로 설계된다. 이 경우에, 베젤 영역이 커질 수 있지만 터치 신호에 혼입될 수 있는 노이즈 성분의 신호가 데이터라인들과 게이트라인들을 통해 효과적으로 방전될 수 있다.
다른 예로서, 스캔 구동회로(204)를 TAB(Tape Automated Bonding) IC 형태로 제작하여 표시패널(100)의 기판 상에 접착하는 경우에 스캔 구동회로(204)의 풀다운 트랜지스터 저항(Ron)은 0 보다 크고 2 ㏀ 이하로 설계될 수 있다.
도 9는 도 4와 같은 Rx 라인의 전류 변화를 보여 주는 실험 결과 도면이다. 도 10은 LTPS 기반의 표시패널에서 터치 전후의Rx 라인의 전류 변화를 보여 주는 실험 결과 도면이다.
도 10은 LTPS 기반의 표시패널에 내장된 터치 센서에서 터치 전후의 전류 변화를 보여 주는 실험 결과 도면이다. LTPS 기반의 표시패널에 형성된 스캔 구동회로(204)의 풀다운 트랜지스터 저항(Ron)은 비정질 실리콘 기반의 표시패널(100)에 형성된 스캔 구동회로(204)의 풀다운 트랜지스터 저항(Ron)의 1/10수준이다. 도 10의 실험 결과에서 알 수 있는 바와 같이, LTPS 기반의 표시패널에서 Rx 라인에서 측정된 전류는 70μA ~ 80μA 이상으로 측정되어 소비전력을 상승시킨다. 터치 센서 독출회로(304)의 IC는 일반적으로 소비전력을 고려하여 Rx 라인들(R1~Ri)에 10μA 이내의 전류를 공급할 수 있고 10μA 이내의 전류 변화를 감지할 수 있다. 본 발명과 같이 터치 센서 구동 기간 동안 데이터라인들에 특정 직류 전압을 공급하면 LTPS 기반의 표시패널에서 Rx 라인을 통해 흐르는 전류를 10μA 이내로 낮출 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 내장형 표시장치의 터치 센서에서 터치 전후의 Rx 라인의 전류 변화를 보여 주는 도면이다. 도 11에서 알 수 있는 바와 같이, 터치 센서 구동 기간(T2) 동안 데이터라인들의 전압이 특정 직류 전압으로 유지되면, 비록 LTPS 기반의 표시패널(100)에 비해 스캔 구동회로(204)의 풀다운 트랜지스터 저항(Ron)이 상대적으로 높더라도 터치 센서에서 터치 전후에 터치 신호의 차이가 나타나므로 터치 센서의 출력이 픽셀들에 연결된 신호배선들의 영향을 거의 받지 않는다는 것이 확인되었다.
본 발명은 비정질 실리콘 기반 또는 LTPS 기반의 표시패널(100)을 가지는 표시장치에 적용될 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
100 : 표시패널 104 : 타이밍 콘트롤러
202 : 디스플레이 데이터 구동회로 204 : 디스플레이 스캔 구동회로
302 : 터치 센서 구동회로 304 : 터치 센서 독출회로
306 : 터치 콘트롤러

Claims (10)

  1. 픽셀들에 데이터전압을 공급하는 데이터라인들, 상기 픽셀들에 스캔펄스를 공급하는 게이트라인들, 서로 교차되고 그 교차부에 상호 용량들이 형성된 Tx 라인들 및 Rx 라인들을 포함하는 터치 센서들이 하나의 기판 상에 형성되는 표시패널;
    디스플레이 기간 동안 상기 데이터라인들에 아날로그 비디오 데이터전압을 공급하고 터치 센서 구동 기간 동안 상기 데이터라인들의 전압을 특정 직류 전압으로 동일하게 유지시키는 디스플레이 데이터 구동회로;
    상기 디스플레이 기간 동안 상기 아날로그 비디오 데이터전압에 동기되는 스캔펄스를 상기 게이트라인들에 순차적으로 공급하는 디스플레이 스캔 구동회로;
    상기 터치 센서 구동 기간 동안 상기 Tx 라인들에 구동펄스를 순차적으로 공급하는 터치 센서 구동회로; 및
    상기 터치 센서 구동 기간 동안 상기 Rx 라인들을 경유하여 상기 상호 용량들로부터 터치 신호를 수신하는 터치 센서 독출회로를 포함하고,
    상기 디스플레이 기간 동안 상기 Tx 라인들과 상기 Rx 라인들은 상기 픽셀들에 공통전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 터치 센서 내장형 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 특정 직류 전압은 기저전압(GND)이나 기저전압(GND)과 가까운 직류전압인 것을 특징으로 하는 터치 센서 내장형 표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스캔펄스는 게이트 하이전압과 게이트 로우전압 사이에서 스윙하고,
    상기 디스플레이 스캔 구동회로는 상기 터치 센서 구동 기간 동안 상기 게이트라인들의 전압을 상기 게이트 로우전압으로 유지시키는 것을 특징으로 하는 터치 센서 내장형 표시장치.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 디스플레이 스캔 구동회로의 출력단은 상기 표시패널의 기판 상에 직접 형성된 비정질 실리콘 기반의 트랜지스터로 형성되어 상기 게이트라인들과 연결된 풀다운 트랜지스터들을 포함하고,
    상기 풀다운 트랜지스터들 각각의 소스-드레인 간 저항은 10㏀ ~ 150 ㏀ 사이의 값인 것을 특징으로 하는 터치 센서 내장형 표시장치.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 디스플레이 스캔 구동회로의 출력단은 상기 표시패널의 기판 상에 직접 형성된 비정질 실리콘 기반의 트랜지스터로 형성되어 상기 게이트라인들과 연결된 풀다운 트랜지스터들을 포함하고,
    상기 풀다운 트랜지스터들 각각의 소스-드레인 간 저항은 0 보다 크고 2 ㏀ 이하인 것을 특징으로 하는 터치 센서 내장형 표시장치.
  6. 픽셀들에 데이터전압을 공급하는 데이터라인들, 상기 픽셀들에 스캔펄스를 공급하는 게이트라인들, 서로 교차되고 그 교차부에 상호 용량들이 형성된 Tx 라인들 및 Rx 라인들을 포함하는 터치 센서들이 하나의 기판 상에 형성되는 표시패널을 구비하는 터치 센서 내장형 표시장치의 구동 방법에 있어서,
    디스플레이 기간 동안 상기 데이터라인들에 아날로그 비디오 데이터전압을 공급하는 단계;
    상기 디스플레이 기간 상기 아날로그 비디오 데이터전압에 동기되는 스캔펄스를 상기 게이트라인들에 순차적으로 공급하는 단계;
    터치 센서 구동 기간 동안 상기 데이터라인들의 전압을 특정 직류 전압으로 동일하게 유지시키는 단계;
    상기 터치 센서 구동 기간 동안 상기 Tx 라인들에 구동펄스를 순차적으로 공급하는 단계; 및
    상기 터치 센서 구동 기간 동안 상기 Rx 라인들을 경유하여 상기 상호 용량들로부터 터치 신호를 터치 센서 독출회로에 수신하는 단계를 포함하고,
    상기 디스플레이 기간 동안 상기 Tx 라인들과 상기 Rx 라인들은 상기 픽셀들에 공통전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 터치 센서 내장형 표시장치의 구동 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 특정 직류 전압은 기저전압(GND)이나 기저전압(GND)과 가까운 직류전압인 것을 특징으로 하는 터치 센서 내장형 표시장치의 구동 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 터치 센서 구동 기간 동안 상기 게이트라인들의 전압을 게이트 로우전압으로 유지시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 스캔펄스는 게이트 하이전압과 상기 게이트 로우전압 사이에서 스윙하는 것을 특징으로 하는 터치 센서 내장형 표시장치의 구동 방법.
  9. 제 6 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 스캔펄스를 출력하는 디스플레이 스캔 구동회로의 출력단은 상기 표시패널의 기판 상에 직접 형성된 비정질 실리콘 기반의 트랜지스터로 형성되어 상기 게이트라인들과 연결된 풀다운 트랜지스터들을 포함하고,
    상기 풀다운 트랜지스터들 각각의 소스-드레인 간 저항은 10㏀ ~ 150 ㏀ 사이의 값인 것을 특징으로 하는 터치 센서 내장형 표시장치의 구동 방법.
  10. 제 6 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 디스플레이 스캔 구동회로의 출력단은 상기 표시패널의 기판 상에 직접 형성된 비정질 실리콘 기반의 트랜지스터로 형성되어 상기 게이트라인들과 연결된 풀다운 트랜지스터들을 포함하고,
    상기 풀다운 트랜지스터들 각각의 소스-드레인 간 저항은 0 보다 크고 2 ㏀ 이하인 것을 특징으로 하는 터치 센서 내장형 표시장치의 구동 방법.
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