KR101666733B1 - 터치 스크린 일체형 표시장치 - Google Patents

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Abstract

센싱 라인과 보상 라인의 배치관계를 이용하여 상기 센싱 라인과 상기 패턴 전극 사이의 중첩량은 상기 보상 라인과 상기 패턴 전극 사이의 중첩량과 동일해지도록 할 수 있고 그에 따라 센싱 라인과 패턴 전극 사이의 기생 용량 및 보상 라인과 패턴 전극 사이의 기생 용량의 균형을 맞추어 화상 수준을 개선할 수 있다.

Description

터치 스크린 일체형 표시장치{TOUCH SCREEN INTEGRATED DISPLAY DEVICE}
본 발명은 터치 스크린 일체형 표시장치에 관한 발명이다.
터치스크린은 액정 표시장치(Liquid Crystal Display), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display, FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 전계발광 표시장치(Electroluminescence Device, EL), 전기영동 표시장치 등과 같은 화상표시장치에 설치되어 사용자가 화상표시장치를 보면서 터치스크린 내의 터치 센서를 가압하여(누르거나 터치하여) 미리 정해진 정보를 입력하는 입력장치의 한 종류이다.
상술한 표시장치에 사용되는 터치스크린은 그 구조에 따라 부착형(add-on type), 상판형(on-cell type) 및 일체형(in-cell type)으로 나눌 수 있다. 부착형은 표시장치와 터치스크린을 개별적으로 제조한 후에, 표시장치의 상판에 터치스크린을 부착하는 방식이다. 상판형은 표시장치의 상부 유리 기판 표면에 터치 스크린을 구성하는 소자들을 직접 형성하는 방식이다. 내장형은 표시장치 내부에 터치스크린을 내장하여 표시장치의 박형화를 달성하고 내구성을 높일 수 있는 방식이다. 그러나, 부착형 터치스크린은 표시장치 위에 완성된 터치스크린이 올라가 장착되는 구조로 두께가 두껍고, 표시 장치의 밝기가 어두워져 시인성이 저하되는 문제가 있다. 또한, 상판형 터치스크린은 표시장치의 상면에 별도의 터치스크린이 형성된 구조로서, 부착형 보다 두께를 줄일 수 있지만, 여전히 터치스크린을 구성하는 구동 전극과 센싱 전극 및 이들을 절연시키기 위한 절연층 때문에 전체 두께가 증가하고 공정수가 증가하여 제조가격이 증가하는 문제점이 있었다.
한편, 일체형 터치스크린은 내구성 향상과 박형화가 가능하다는 점에서 부착형과 상판형의 터치스크린에 의해 발생하는 문제점들을 해결할 수 있는 장점이 있다. 이러한 일체형 터치스크린은 광방식 및 정전용량 방식의 터치스크린으로 구분될 수 있다.
광방식 터치스크린은 표시장치의 박막 트랜지스터 기판 어레이에 광센싱층을 형성하고, 백라이트 유닛으로부터의 광이나 적외선 광을 이용하여 터치된 부분에 존재하는 물체를 통해 반사된 광을 인식하는 방식이다. 그러나, 광방식 터치스크린은 주변이 어두운 경우 비교적 안정된 구동성능을 보여주지만, 주변이 밝은 경우 반사된 광보다 더 강한 광들이 노이즈로 작용하게 된다. 실제 터치에 의해 반사되는 광의 세기는 매우 약하여 외부가 조금만 밝아도 터치인식에 오류가 발생할 수 있기 때문이다. 특히, 광방식 터치스크린은 주변환경이 태양광에 노출되는 경우 광의 세기가 워낙 강하여 경우에 따라서는 터치 인식이 되는 않은 경우도 발생할 수 있는 문제점이 있다.
정전용량 방식 터치스크린은 자기 정전용량 방식(self-capacitance type)과 상호 정전용량 방식(mutual capacitance type)으로 구분 될 수 있다. 상호 정전용량방식 터치스크린은 공통전극을 분할하고, 이를 구동 전극과 센싱 전극으로 나누어 구동 전극과 센싱 전극 사이에 상호 정전용량(mutual capacitance)이 형성되도록 함으로써 터치 시 발생하는 상호 정전용량의 변화량을 측정하여 터치를 인식하는 방법이다. 그러나, 상호 정전용량 방식 터치스크린은 터치 인식 시 발생하는 상호 정전용량의 크기는 매우 작은 반면, 표시장치를 구성하는 게이트 라인과 데이터 라인 사이의 기생용량(parasatic capacitance)은 매우 크기 때문에 터치 위치를 정확하게 인식하기 곤란한 문제점이 있다. 또한, 상호 정전용량 방식 터치센서는 공통전극 상에 터치 구동을 위한 다수의 터치 구동라인과 터치 센싱을 위한 다수의 터치 센싱라인을 형성시켜야 하기 때문에 매우 복잡한 배선구조를 필요로 하게 되는 문제점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 최근 복수의 전극을 패널의 표시 영역에 형성할 때 복수의 픽셀 전극과 중첩되도록 형성하고, 이러한 전극을 디스플레이 구동 기간 동안 각 픽셀에 형성되어 있는 픽셀 전극과 함께 액정을 구동하는 공통전극으로 동작하며, 터치 구동 기간 동안 터치 드라이버로부터 인가되는 터치 스캔 신호에 의해 터치 위치를 감지하는 터치 전극으로 동작하도록 하는 디스플레이와 터치 구동의 분할 방식이 제안되고 있다.
이러한 디스플레이와 터치 분할 구동 방식의 경우, 복수의 전극과 일 대 일로 센싱 라인이 연결되면서, 센싱 라인과 복수의 전극이 중첩되는 영역에 형성되는 기생용량의 불균일에 따라서 센싱 라인의 배치 형상과 대응하는 깃발 형태의 얼룩이 발생하는 문제가 있었다.
본 발명에 따른 실시예는 센싱 라인과 패턴 전극의 중첩 영역에 형성되는 기생용량의 불균일에 따른 센싱 라인의 배치 형상과 대응하는 깃발 형태의 얼룩이 발생하는 문제를 해결할 수 있는 터치 스크린 일체형 표시장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 실시예는, 복수개의 화소 및 상기 복수개의 화소를 복수개의 화소 그룹으로 그룹화하고 각 그룹들 각각에 일 대 일로 대응하는 복수개의 패턴 전극을 포함하는 패널, 상기 복수개의 패턴 전극에 일대일로 연결된 센싱 라인으로 공통 전압 또는 터치 스캔 신호를 출력하는 터치 구동회로 및 상기 복수개의 패턴 전극에 중첩된 보상 라인으로 제1 또는 제2 전압을 출력하는 보상부를 포함하는 터치 스크린 일체형 표시장치에 관한 것으로써, 한 프레임 동안 디스플레이 구동 및 터치 구동을 시분할 구동하고, 상기 디스플레이 구동 시 상기 센싱 라인으로 공통 전압, 상기 보상 라인으로 상기 제1 전압을 공급하고, 상기 터치 구동 시 상기 센싱 라인으로 상기 터치 스캔 신호, 상기 보상 라인으로 상기 제2 전압을 공급할 수 있다. 또한 상기 센싱 라인과 상기 패턴 전극 사이의 중첩량은 상기 보상 라인과 상기 패턴 전극 사이의 중첩량과 동일하게 할 수 있다. 그에 따라 센싱 라인과 패턴 전극 사이에 형성된 기생용량과 균형을 이룰 수 있고, 상기 센싱 라인에 신호가 인가되어 센싱 라인과 패턴 전극 사이에 형성된 기생용량에 전하가 충전되듯이, 보상 라인(CL)에도 신호를 인가하여 보상 라인과 패턴 전극 사이에 형성된 기생용량을 충전시킴으로써 실질적인 기생용량의 균형을 유지할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 실시예에서 상기 제1 전압은 공통 전압이고, 상기 제2 전압은 상기 터치 스캔 신호의 평균치와 동일 레벨을 가지도록 하여 센싱 라인과 패턴 전극(120) 사이의 기생 용량과 보상 라인과 패턴 전극 사이의 기생 용량의 동일 시간 동안의 전하 충전량을 균형 있게 할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 실시예에서 상기 복수개의 패턴 전극은 복수개의 가상의 수직 라인 및 복수개의 가상의 수평 라인의 교차지점에 일대일로 대응하여 배치되는 것으로 정의되고, 임의의 x번째 수직 라인 상의 모든 센싱 라인 중 어느 하나인 n(자연수)번째 센싱 라인이 x(자연수)번째 수직 라인과 y(자연수)번째 수평 라인의 교차 지점의 패턴 전극과 연결될 때 상기 n번째 센싱 라인은 x번째 수직 라인 및 y+z(z는 0을 포함한 양의 정수) 수평 라인의 교차 지점의 패턴 전극들과 중첩되고, 상기 x번째 수직 라인 상의 모든 보상 라인 중 어느 하나인 m(자연수)번째 보상 라인이 상기 x번째 수직 라인과 상기 y번째 수평 라인의 교차 지점의 패턴 전극까지 상기 보상부로부터 연장될 때, 상기 m번째 보상 라인은 x번째 수직 라인 및 y+v(v는 0을 포함한 음의 정수이고, v의 절대 값의 최대값은 y보다 1 작은 수) 수평 라인의 교차 지점의 패턴 전극들과 중첩됨으로써 센싱 라인과 패턴 전극(120) 사이의 기생 용량 및 보상 라인과 패턴 전극 사이의 기생 용량의 균형을 맞출 수 있다.
또한 본 발명에 따른 실시예에서 상기 보상부는 외부로부터 입력되는 터치 인에이블 신호의 하이 논리 레벨에 의해 턴온되어 외부로부터 입력되는 상기 제1 전압을 상기 보상 라인으로 출력하는 제1 스위칭 소자 및 상기 터치 인에이블 신호의 로우 논리 레벨에 의해 턴온되어 외부로부터 입력되는 상기 제2 전압을 상기 보상 라인으로 출력하는 제2 스위칭 소자를 포함하거나, 상기 보상부는 외부로부터 입력되는 터치 인에이블 신호에 의해 제어되어 외부로부터 입력되는 전원 전압의 레벨을 가변하여 상기 제1 또는 제2 전압을 생성하는 레벨쉬프터를 포함함으로써 기생 용량의 충전 정도를 구동 모드에 관계없이 균일하게 할 수 있다.
본 발명에 따른 실시예는 센싱 라인과 패턴 전극 사이의 기생용량의 불균일을 보상하기 위하여 이와 동일한 기생용량을 가지는 보상 라인을 패턴 전극에 중첩시키고 보상 라인에 신호를 인가함으로써 센싱 라인과 패턴 전극의 중첩 영역에 형성되는 기생용량의 불균일을 해결할 수 있는 터치 스크린 일체형 표시장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치패널 일체형 표시장치 및 이의 구동부를 도시한 도면.
도 2는 패널의 다수의 화소들과 이에 대응하는 패턴전극을 나타낸 도면.
도 3은 패턴전극과 센싱 라인 및 보상 라인의 연결관계를 나타낸 도면.
도 4는 보상부를 구현하는 일 실시예에 따른 회로도.
도 5는 보상부를 구현하는 다른 실시예에 따른 회로도.
도 6은 터치 스크린을 포함하는 패널의 등가회로도.
도 7은 자기 정전용량 방식의 터치 감지를 설명하기 위한 도면.
도 8은 깃발 형태의 얼룩을 설명하기 위한 도면.
도 9는 센싱 라인과 패턴 전극 사이의 기생용량을 나타낸 도면.
도 10은 센싱 및 보상 라인과 패턴 전극 사이의 기생용량을 나타낸 도면.
도 11는 디스플레이 및 터치 시분할 구동을 나타낸 시간 흐름도.
도 12는 센싱 라인과 보상 라인의 패턴 전극과의 배치관계를 구체적으로 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 터치 스크린 일체형 표시장치의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.
소자(element) 또는 층이 다른 소자 또는 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않는 것을 나타낸다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below, beneath)", "하부 (lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해 되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함 할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/ 또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치패널 일체형 표시장치 및 이의 구동부를 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 표시장치는 화상을 표시하는 액정패널(100)과, 외부시스템으로부터 타이밍 신호를 인가 받아 각종 제어신호를 생성하는 타이밍 콘트롤러(400)와, 제어신호에 대응하여 액정패널(100)을 제어하는 게이트 및 데이터 구동회로(200,300)를 포함하고, 터치 구동을 위한 터치 구동회로(500)를 포함할 수 있고 더불어 공통 전압을 포함하여 여러 레벨의 전원을 생성하는 전원생성부(600) 그리고 기생용량를 보상하기 위한 보상부(700)를 포함할 수 있다.
상기 액정패널(100)은 글라스를 이용한 기판 상에 K개의(K는 자연수) 게이트 배선(GL)과 다수의 데이터 배선(DL)이 매트릭스 형태로 교차되고, 교차 지점에 다수의 화소(110)를 정의한다. 각 화소(110)에는 박막트랜지스터(TFT)와 액정캐패시터(Clc) 및 스토리지캐패시터(Cst)가 구비되며, 모든 화소(110)들은 하나의 표시영역(A/A)을 이루게 된다. 화소(110)가 정의되지 않은 영역은 비표시영역(N)으로 구분된다.
또한 상기 액정패널(100)은 터치스크린이 내장되어 있으며 터치스크린은 사용자의 터치 위치를 감지하는 기능을 수행하는 것으로 특히 본 발명에 다른 액정 패널은 자기 정전용량 방식을 적용한 인셀 타입의 터치스크린을 내장할 수 있다.
타이밍 콘트롤러(400)는 외부시스템으로부터 전송되는 영상신호(RGB)와, 클럭신호(DCLK), 수평동기신호(Hsync), 수직동기신호(Vsync) 및 데이터 인에이블 신호(DE)등의 타이밍 신호를 인가 받아 게이트 구동회로(200) 및 데이터 구동회로(300)의 제어신호와 함께 터치 구동을 제어하기 위한 터치 인에이블 신호(Touch EN)를 생성할 수 있다.
상기 수평동기신호(Hsync)는 화면의 한 수평선을 표시하는 데 걸리는 시간을 나타내는 신호이고, 수직동기신호(Vsync)는 한 프레임의 화면을 표시하는 데 걸리는 시간을 나타내는 신호이다. 또한, 데이터 인에이블 신호(DE)는 액정패널(100)에 정의된 화소에 데이터전압을 공급하는 기간을 나타내는 신호이다.
또한, 타이밍 콘트롤러(400)는 입력되는 타이밍 신호에 동기하여 게이트 구동회로(200)의 제어신호(GCS) 및 데이터 구동회로(300)의 제어신호(DCS)를 생성한다.
그 밖에 타이밍 콘트롤러(400) 는 게이트 구동회로(200)의 각 스테이지의 구동 타이밍을 결정하는 복수의 클록신호를 생성하고, 게이트 구동회로(200)에 제공한다. 그리고, 타이밍 콘트롤러(400)는 입력받은 영상데이터(RGB DATA)를 데이터 구동회로(300)가 처리 가능한 형태로 정렬 및 변조하여 출력한다. 여기서, 정렬된 영상데이터는 화질개선을 위한 색좌표 보정 알고리즘이 적용된 형태일 수 있다.
또한 상기 타이밍 콘트롤러(400)는 터치 구동을 위한 터치 인에이블 신호(Touch EN)를 터치 구동회로(500) 및 보상부(700)에 제공할 수 있다.
다음으로, 데이터 구동회로(300)는 타이밍 콘트롤러(400)로부터의 소스 스타트 펄스(Source Start Pulse; SSP)를 소스 쉬프트 클럭(Source Shift Clock; SSC)에 따라 쉬프트시켜 샘플링 신호를 발생한다. 그리고, 데이터 구동회로(300)는 소스 쉬프트 클럭(SSC)에 따라 입력되는 영상 데이터를 샘플링 신호에 따라 래치하여, 데이터 신호로 변경한 후, 소스 출력 인에이블(Source Output Enable; SOE) 신호에 응답하여 수평 라인 단위로 데이터 신호를 데이터라인(DL)들에 공급한다. 이를 위해 데이터 구동회로(300)는 데이터 샘플링부, 래치부, 디지털 아날로그 변환부 및 출력버퍼 등을 포함할 수 있다.
다음으로, 게이트 구동회로(200)는 타이밍 콘트롤러(400)로부터 전송되어 온 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse; GSP)를 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock; GSC)에 따라 쉬프트시켜, 순차적으로 게이트 라인(GL 1 내지 GL n)에 게이트하이전압(VGH)을 갖는 스캔 펄스를 공급하며, 게이트하이전압(VGH)의 스캔 펄스가 공급되지 않는 나머지 기간 동안에는 게이트 라인(GL 1 내지 GL n)에 게이트로우전압(VGL)을 공급하게 된다.
한편, 본 발명에 적용되는 게이트 구동회로(200)는, 패널과 독립되게 형성되어, 다양한 방식으로 패널과 전기적으로 연결될 수 있는 형태로 구성될 수 있으나, 상기 게이트 구동회로(200)는 액정패널(100)의 기판 제조시 박막패턴 형태로 비표시영역(N)상에 게이트-인-패널(Gate-In-Panel, GIP)방식으로 내장될 수 있다. 이 경우 게이트 구동회로(200)를 제어하기 위한 게이트 제어신호로는 클럭 신호(CLK) 및 쉬프트 레지스터의 첫 번째로 구동하는 스테이지의 구동을 위한 스타트신호(VST)가 될 수 있다.
한편 도면에는 도시되지 않았지만 게이트 구동회로(200)는 액정패널(100)의 양단, 비표시영역(N)에 두 개가 구비될 수 있다. 이러한 제1 및 제2 게이트 구동회로는 쉬프트레지스터를 포함하는 복수의 스테이지로 이루어진다. 이러한 제1 및 제2 게이트 구동회로는 타이밍 콘트롤러(400)로부터 입력되는 게이트 제어신호(GCS)에 응답하여 액정패널(100)에 형성된 다수의 게이트 배선(GL1 ~ GLn)을 통해 스캔 펄스인 게이트하이전압(VGH)을 교번하여 출력할 수 있다. 여기서, 출력된 게이트하이전압(VGH)은 일정 수평기간 동안 중첩될 수 있다. 이는 게이트 배선(GL 1 ~ GL n)을 프리차징(precharging) 하기 위한 것으로, 데이터전압 인가 시 보다 안정적인 화소 충전을 진행할 수 있다.
도 2는 패널의 다수의 화소들과 이에 대응하는 패턴전극을 나타낸 도면이고, 도 3은 패턴전극과 센싱 라인 및 보상 라인의 연결관계를 나타낸 도면이다. 그리고 도 4는 보상부를 구현하는 일 실시예에 따른 회로도이고, 도 5는 보상부를 구현하는 다른 실시예에 따른 회로도이다. 그리고 도 6은 터치 스크린을 포함하는 패널의 등가회로도이고, 도 7은 자기 정전용량 방식의 터치 감지를 설명하기 위한 도면이다. 또한 도 8은 깃발 형태의 얼룩을 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 센싱 라인과 패턴 전극 사이의 기생용량을 나타낸 도면이며, 도 10은 센싱 및 보상 라인과 패턴 전극 사이의 기생용량을 나타낸 도면이다. 도 11는 디스플레이 및 터치 시분할 구동을 나타낸 시간 흐름도이다.
도 2에서와 같이 액정패널(100)은 모든 화소(110)들 복수개의 화소 그룹으로 그룹화하고, 각 그룹에 1:1로 대응하는 복수개의 패턴전극(120)을 더 포함할 수 있다. 그리고 복수개의 패턴전극(120)들은 센싱라인(SL)을 통해 터치 구동회로(500)와 연결될 수 있다.
상기 패턴전극(120)에는 액정패널(100)의 디스플레이 구동을 위해 공통전압이 인가될 수 있고, 그에 따라 화소 전극과 함께 액정을 구동하는 공통 전극으로 동작할 수 있다. 그리고 상기 패턴전극(120)에는 터치 감지를 위해 터치 스캔 신호가 인가될 수 있고, 그에 따라 터치 위치를 감지하는 터치 전극으로 동작할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예는 터치스크린 일체형 표시장치이므로, 도 11과 같이 1 프레임 내에서 디스플레이 구동 및 터치 구동을 시간적으로 분할하여 구동을 하며, 액정패널(100)의 구동 모드가 디스플레이 구동 모드(T1, T3)이면 복수의 패턴전극(120)들은 공통 전압을 인가 받아 화소 전극과 함께 디스플레이 구동을 위한 공통 전극으로 동작하며, 액정패널(100)의 구동 모드가 터치 구동 모드(T2, T4)이면, 터치 구동회로(500)로부터 터치 스캔 신호를 인가 받아 터치 위치 감지를 위한 터치 전극으로 동작한다. 여기서 공통 전압은 전원발생부(600)에서 생성되어 상기 터치 구동회로(500)를 통해 인가되거나, 상기 전원발생부(600)가 타이밍 콘트롤러(400)의 제어 하에 상기 터치 구동회로(500)를 거치지 않고 직접 공통 전압을 패턴전극(120)에 공급할 수 있다.
또한 터치 구동회로(500)는 터치 스캔 신호를 생성하는 터치 스캔 신호 생성부, 수신된 터치 센싱 신호의 차이를 이용하여 터치 여부를 감지하는 터치 감지부 및 공통 전압 또는 터치 스캔 신호를 복수의 전극들로 인가하는 스위칭부 포함하여 구성될 수 있으며, 액정패널(100)의 구동모드에 따라 복수의 패턴전극(120)들 각각으로 센싱라인(SL)들을 통해 공통 전압을 인가하거나 터치 스캔 신호를 인가하고, 터치 스캔 신호에 의해 발생된 터치 센싱 신호를 복수의 패턴전극(120)들로부터 수신하고, 수신된 터치 센싱 신호의 차이를 이용하여 터치 여부를 감지하는 역할을 수행한다.
또한 보상부(700)는 타이밍 콘트롤러(400)로부터 제공되는 터치 인에이블 신호(Touch EN)에 응답하여 복수개의 보상 라인(CL)으로 전원발생부(600)로부터의 제1 전압 또는 제2 전압을 공급할 수 있다. 상기 보상 라인(CL)은 패턴전극(120)과 연결되지 않은 상태로 상기 패턴전극(120)과 중첩되어 배치되고, 상기 패턴전극(120)과 상기 보상 라인(CL) 사이의 기생 용량에 상기 제1 전압 또는 제2 전압이 충전될 수 있다.
상기 보상부(700)는 입력되는 터치 인에이블 신호(Touch EN)가 하이 논리 레벨일 때 전원발생부(600)로부터 출력되는 제2 전압을 보상 라인(CL)으로 공급하고, 로우 논리 레벨일 때 전원발생부(600)로부터 출력되는 제2 전압을 보상 라인(CL)으로 공급할 수 있다. 이 때 상기 제2 전압은 펄스 신호인 터치 스캔 신호의 평균치와 동일한 레벨이 될 수 있고, 상기 제1 전압은 디스플레이 구동 시 패턴 전극(120)에 공급되는 공통 전압과 동일한 레벨이 될 수 있다. 이와 같이 제1 전압은 공통 전압과 동일 레벨이 되도록 하고, 제2 전압은 스캔 펄스 신호의 평균치와 동일 레벨이 되도록 함으로써 센싱 라인(SL)과 패턴 전극(120) 사이의 기생 용량과 보상 라인(CL)과 패턴 전극(120) 사이의 기생 용량의 동일 시간 동안의 전하 충전량을 균형 있게 할 수 있다. 전술한 동작을 수행하기 위하여 도 4와 같이 상기 보상부(700)는 복수개의 보상 라인(CL)과 전원발생부(600)의 출력단 서로간의 전기적 연결을 제어하는 복수개의 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1, Q2)로 이루어질 수 있다. 상기 제1 스위칭 소자(Q1)는 NMOS 타입의 트랜지스터로 이루어져 상기 터치 인에이블 신호(Touch EN)가 하이 논리 레벨일 때 턴온되어 제1 전압을 보상 라인(CL)으로 공급하고 상기 제2 스위칭 소자(Q2)는 PMOS 타입의 트랜지스터로 이루어져 상기 터치 인에이블 신호(Touch EN)가 로우 논리 레벨일 때 턴온되어 제2 전압을 보상 라인(CL)으로 공급할 수 있다. 그리고 상기 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1, Q2)는 소스 단자가 공통으로 보상 라인(CL)에 연결되고 각각의 드레인 단자는 전원발생부(600)의 출력단에 연결될 수 있다. 또한 상기 보상부(700)는 도 5와 같이 전원발생부(600)의 출력단과 보상 라인(CL) 사이에 연결된 레벨쉬프터(Level shifter)로 이루어질 수 있고, 터치 인에이블 신호(Touch EN)의 논리 레벨에 따라 전원발생부(600)로부터 공급된 전압(Voltage)의 레벨을 가변하여 제1 전압 또는 제2 전압을 생성하여 보상 라인(CL)으로 출력할 수 있다.
이처럼 제1 또는 제2 실시예에 따른 보상부(700)를 통해 디스플레이 구동과 터치 구동 각각에 따라 적합한 전압을 보상 라인(CL)에 공급할 수 있도록 함으로써 기생 용량의 충전 정도를 구동 모드에 관계없이 균일하게 할 수 있다.
또한 상기 터치 인에이블 신호(Touch EN)는 터치 구동회로(500)에도 제공되고, 상기 터치 인에이블 신호(Touch EN)가 하이 논리 레벨일 때 터치 구동회로(500)는 터치 감지를 수행하고, 로우 논리 레벨일 ‹š 공통 전압을 패턴전극(120)에 제공하여 디스플레이 구동이 수행되도록 할 수 있다.
한편 상기 패턴전극(120)은 그룹화하여 한 프레임 동안 그룹별로 순차적으로 동작할 수 있고, 그룹을 이루는 패턴전극(120)의 개수는 터치 구동 시간과 디스플레이 구동 시간을 고려하여 가변될 수 있다.
이하 터치를 감지하는 원리를 구체적으로 설명한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 터치 입력이 발생하기 전(No Touch)에는 터치 패널의 액정패널(100) 상의 게이트 배선(GL) 및 데이터 배선(DL)과의 사이에서 각각 게이트 정전용량(Cgate) 및 데이터 정전용량(Cdata)이 생기고, 기타 기생용량(Cothers)이 생기게 된다. 그리고, 터치 입력이 발생(Touch)하면, 패턴 전극(120)과 터치 입력수단(사용자의 손 또는 터치 기구)과의 사이에서 터치 용량(Cfinger)이 생기게 된다. 액정패널(100)에는 입력 저항과 패널 저항의 합인 저항(R)이 부하로 걸리게 된다. 이러한 액정패널(100)의 용량 변화로 인하여, 터치 입력이 발생하기 전(No Touch)과 터치 입력이 발생(Touch)하는 경우에 센싱 전압(Vo)가 디스 차징되어 감지 전압(Vx)이 되는데 걸리는 시간이 상이하게 된다.
즉, 도 7에 도시한 바와 같이, 터치 입력이 발생하기 전(No Touch)에는 센싱 전압(Vo)이 디스 차징되어 감지 전압(Vx)이 되는데 걸리는 감지시간이 'tx'가 되는 반면에, 터치 입력이 발생(Touch)하는 경우에는 센싱 전압(Vo)이 디스 차징되어 감지 전압(Vx)이 되는데 걸리는 감지시간이 증가하여 'tx+?t'가 된다. 이는, 터치 입력이 발생(Touch)하게 되면 액정패널(100)에서의 전체 용량이 'Cgate+Cdata+Cothers+Cfinger'로 늘어나기 때문에, 센싱 전압(Vo)이 디스 차징되어 감지 전압(Vx)이 되는데 걸리는 감지시간이 증가하는 것이다. 또한, 도시하지는 않았지만 이러한 액정패널(100)의 용량 변화로 인하여, 터치 입력이 발생하기 전(No Touch)과 터치 입력이 발생(Touch)하는 경우에 센싱 전압이 감지 전압(Vx)까지 차징되는데 걸리는 감지 시간도 증가하게 된다. 이처럼 자기용량 방식으로 구동하는 표시장치의 경우는 각 패턴 전극에서의 미 터치시와 터치시의 감지시간의 변화를 비교함에 따라 터치 입력이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다.
이 때 보상 라인(CL)을 구비하지 않은 액정패널의 패턴 전극(120)과 센싱 라인(SL)을 나타낸 도 8과 패턴 전극(120)과 센싱 라인(SL) 사이의 기생용량을 나타낸 도 9를 참조하면, 액정패널(100)의 일측으로는 센싱 라인(SL)이 패턴 전극(120)과 중첩하고 있으나 타측으로는 센싱 라인(SL)이 패턴 전극(120)과 중첩되지 않는다. 따라서 센싱 라인(SL)과 패턴 전극(120)이 중첩되는 영역의 기생 용량과 상기 센싱 라인(SL)과 패턴 전극(120)의 미 중첩 영역 사이의 기생용량의 차이가 발생한다. 그리하여 센싱 라인(SL)의 배치 형태와 대응하는 깃발 형태의 얼룩이 시인되는 문제가 있다. 그러나 도 3 및 도 10에 도시된 바와 같이 액정패널(100)의 타측으로 패턴 전극(120)과 중첩하는 보상 라인(CL)이 더 형성됨으로써 보상 라인(CL)과 패턴 전극(120) 사이의 기생 용량이 형성될 수 있다. 그리하여 보상 라인(CL)과 패턴 전극(120) 사이의 기생 용량은 센싱 라인(SL)과 패턴 전극(120) 사이의 기생 용량과 균형을 이루게 할 수 있다. 그리고 센싱 라인(SL) 상에 공급되는 공통 전압 또는 터치 스캔 신호에 따라 상기 센싱 라인(SL)과 패턴 전극(120) 사이의 기생 용량의 충전을 고려하여 상기 보상 라인(CL)에도 공통 전압 또는 터치 스캔 신호에 대응하는 레벨의 전압을 인가할 수 있다. 그리하여 상기 보상 라인(CL)과 패턴 전극(120) 사이의 기생 용량의 충전 효과를 부가하고 그에 따라 커패시턴스의 불균일의 개선 효과를 실질적으로 극대화하여 깃발 형태의 얼룩이 시인되는 문제를 해결할 수 있다.
도 12는 센싱 라인과 보상 라인의 패턴 전극과의 배치관계를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, 복수개의 패턴 전극(120)은 가상의 복수의 수직 라인(j)과 가상의 복수의 수평라인(k)의 교차지점에 일대일로 대응하여 배치되는 것으로 정의할 수 있다. 센싱 라인(SL)은 액정패널(100)의 일 측인 제1 방향으로 나열되면서 패턴 전극(120)과 일 대 일로 연결될 수 있다. j 수직 라인 상의 제1 센싱 라인(SL1)은 j 수직 라인 및 k 수평 라인의 교차 지점의 패턴 전극(120-11)과 연결되면서 j 수직 라인 상의 모든 패턴 전극(120-12, 120-13, 120-14)과 중첩된다. 그리고 제2 센싱 라인(SL2)은 j 수직 라인 및 k+1 수평 라인의 교차 지점의 패턴 전극(120-12)과 연결되면서 j 수직 라인 상의 k 수평 라인 다음 번의 모든 수평 라인 상의 패턴 전극(120-13, 120-14)과 중첩된다. 그리고 제3 센싱 라인(SL3)은 j 수직 라인 및 k+2 수평 라인의 교차 지점의 패턴 전극(120-13)과 연결되면서 j 수직 라인 상의 k+1 수평 라인 다음 번의 모든 수평 라인 상의 패턴 전극(120-14)과 중첩된다. 그리고 제4 센싱 라인(SL4)은 j 수직 라인 및 k+3 수평 라인의 교차 지점의 패턴 전극(120-14)과 연결된다.
이와 같이 임의의 x번째 수직 라인 상의 모든 센싱 라인(SL1, SL2, SL3, SL4) 중 어느 하나인 n(자연수)번째 센싱 라인이 x(자연수)번째 수직 라인과 y(자연수)번째 수평 라인의 교차 지점의 패턴 전극(120)과 연결될 때 상기 n번째 센싱 라인은 x번째 수직 라인 및 y+z(z는 0을 포함한 양의 정수) 수평 라인의 교차 지점의 패턴 전극들과 중첩될 수 있다.
또한 보상 라인(CL)은 액정패널(100)의 타 측인 제2 방향으로 나열되면서 복수의 패턴 전극(120)과 중첩하면서 배치될 수 있다.
j 수직 라인 상의 제1 보상 라인(CL1)은 j 수직 라인 및 k 수평 라인의 교차 지점의 패턴 전극(120-11)이 배치된 지점까지 보상부(700)로부터 연장되어 상기 패턴 전극(120-11)과 중첩될 수 있다. 그리고 j 수직 라인 상의 제2 보상 라인(CL2)은 j 수직 라인 및 k+1 수평 라인의 교차 지점의 패턴 전극(120-12)이 배치된 지점까지 보상부(700)로부터 연장되어 j 수직 라인과 k+1 수평 라인 및 k+1 이전 수평 라인의 교차 지점의 패턴 전극(120-11, 120-12)들과 중첩될 수 있다. 그리고 j 수직 라인 상의 제3 보상 라인(CL3)은 j 수직 라인 및 k+2 수평 라인의 교차 지점의 패턴 전극(120-13)이 배치된 지점까지 보상부(700)로부터 연장되어 j 수직 라인과 k+2 수평 라인 및 k+2 이전 수평 라인의 교차 지점의 패턴 전극(120-11, 120-12, 120-13)들과 중첩될 수 있다. 이와 같이 보상 라인(CL)은 마지막 수평 라인 상의 패턴 전극(120-14, 120-24, 120-34, 120-44, 120-54)을 제외한 모든 패턴 전극과 중첩될 수 있다.
한편 상기 센싱 라인(SL)은 액정패널(100)의 일 측인 제1 방향으로 나열될 수 있는데, 액정패널(100)의 일 측은 상기 액정패널(100)의 하부 방향이 될 수 있고, 이 때 상기 액정패널(100)의 타 측인 제2 방향은 상기 액정패널(100)의 상부 방향이 된다. 또한 액정패널(100)의 일 측인 제1 방향은 상기 액정패널(100)의 좌측 방향이 될 수 있고, 이 때 상기 액정패널(100)의 타 측인 제2 방향은 상기 액정패널(100)의 우측 방향이 된다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고 터치 구동회로(500)와 터치 전극(120)을 연결하는 센싱 라인(SL)의 배치 관계에 따라서 이와 반대 방향으로 보상 라인(CL)이 배치될 수 있다. 그리고 이와 같은 센싱 라인(SL)과 보상 라인(CL)의 배치관계를 이용하여 상기 센싱 라인(SL)과 상기 패턴 전극(120) 사이의 중첩량은 상기 보상 라인(CL)과 상기 패턴 전극(120) 사이의 중첩량과 동일해지도록 할 수 있고 그에 따라 센싱 라인(SL)과 패턴 전극(120) 사이의 기생 용량 및 보상 라인(CL)과 패턴 전극(120) 사이의 기생 용량의 균형을 맞출 수 있다.
이와 같이 임의의 x번째 수직 라인 상의 모든 보상 라인(CL1, CL2, CL3) 중 어느 하나인 m(자연수)번째 보상 라인이 x(자연수)번째 수직 라인과 y(자연수)번째 수평 라인의 교차 지점의 패턴 전극(120)까지 보상부(700)로부터 연장되어 액정패널(100) 상에 배치될 때, 상기 m번째 보상 라인은 x번째 수직 라인 및 y+v(v는 0을 포함한 음의 정수이고, v의 절대 값의 최대값은 y보다 1 작은 수) 수평 라인의 교차 지점의 패턴 전극들과 중첩될 수 있다.
이처럼 보상 라인(CL)과 패턴 전극(120) 사이에 기생용량을 형성함으로써 센싱 라인(SL)과 패턴 전극(120) 사이에 형성된 기생용량과 균형을 이룰 수 있고, 상기 센싱 라인(SL)에 신호가 인가되어 센싱 라인(SL)과 패턴 전극(120) 사이에 형성된 기생용량에 전하가 충전되듯이, 보상 라인(CL)에도 신호를 인가하여 보상 라인(CL)과 패턴 전극(120) 사이에 형성된 기생용량을 충전시킴으로써 실질적인 기생용량의 균형을 유지할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10 표시장치
100 액정패널
110 화소
120 패턴전극
200 게이트 구동회로
300 데이터 구동회로
400 타이밍 콘트롤러
500 터치 구동회로
600 전원발생부
700 보상부

Claims (9)

  1. 복수개의 화소 및 상기 복수개의 화소를 복수개의 화소 그룹으로 그룹화하고 각 그룹들 각각에 일 대 일로 대응하는 복수개의 패턴 전극을 포함하는 패널;
    상기 복수개의 패턴 전극에 일대일로 연결된 센싱 라인으로 공통 전압 또는 터치 스캔 신호를 출력하는 터치 구동회로; 및
    상기 복수개의 패턴 전극에 중첩된 보상 라인으로 제1 또는 제2 전압을 출력하는 보상부;를 포함하는 터치 스크린 일체형 표시장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    한 프레임 동안 디스플레이 구동 및 터치 구동을 시분할 구동하고,
    상기 디스플레이 구동 시 상기 센싱 라인으로 공통 전압, 상기 보상 라인으로 상기 제1 전압을 공급하고,
    상기 터치 구동 시 상기 센싱 라인으로 상기 터치 스캔 신호, 상기 보상 라인으로 상기 제2 전압을 공급하는 터치 스크린 일체형 표시장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 전압은 공통 전압이고,
    상기 제2 전압은 상기 터치 스캔 신호의 평균치와 동일 레벨을 가지는 터치 스크린 일체형 표시장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 복수개의 패턴 전극은 복수개의 가상의 수직 라인 및 복수개의 가상의 수평 라인의 교차지점에 일대일로 대응하여 배치되는 것으로 정의되고,
    임의의 x번째 수직 라인 상의 모든 센싱 라인 중 어느 하나인 n(자연수)번째 센싱 라인이 x(자연수)번째 수직 라인과 y(자연수)번째 수평 라인의 교차 지점의 패턴 전극과 연결될 때 상기 n번째 센싱 라인은 x번째 수직 라인 및 y+z(z는 0을 포함한 양의 정수) 수평 라인의 교차 지점의 패턴 전극들과 중첩되는 터치 스크린 일체형 표시장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 x번째 수직 라인 상의 모든 보상 라인 중 어느 하나인 m(자연수)번째 보상 라인이 상기 x번째 수직 라인과 상기 y번째 수평 라인의 교차 지점의 패턴 전극까지 상기 보상부로부터 연장될 때, 상기 m번째 보상 라인은 x번째 수직 라인 및 y+v(v는 0을 포함한 음의 정수이고, v의 절대 값의 최대값은 y보다 1 작은 수) 수평 라인의 교차 지점의 패턴 전극들과 중첩되는 터치 스크린 일체형 표시장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 보상부는 외부로부터 입력되는 터치 인에이블 신호의 하이 논리 레벨에 의해 턴온되어 외부로부터 입력되는 상기 제1 전압을 상기 보상 라인으로 출력하는 제1 스위칭 소자; 및 상기 터치 인에이블 신호의 로우 논리 레벨에 의해 턴온되어 외부로부터 입력되는 상기 제2 전압을 상기 보상 라인으로 출력하는 제2 스위칭 소자;를 포함하는 터치 스크린 일체형 표시장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 보상부는 외부로부터 입력되는 터치 인에이블 신호에 의해 제어되어 외부로부터 입력되는 전원 전압의 레벨을 가변하여 상기 제1 또는 제2 전압을 생성하는 레벨쉬프터;를 포함하는 터치 스크린 일체형 표시장치.
  8. 복수개의 화소 및 상기 복수개의 화소를 복수개의 화소 그룹으로 그룹화하고 각 그룹들 각각에 일 대 일로 대응하는 복수개의 패턴 전극을 포함하는 패널;
    상기 복수개의 패턴 전극에 일대일로 연결된 센싱 라인을 통해 터치를 감지하는 터치 구동회로; 및
    상기 복수개의 패턴 전극에 중첩된 보상 라인으로 임의의 전압을 출력하는 보상부;를 포함하고,
    상기 센싱 라인과 상기 패턴 전극 사이의 중첩량은 상기 보상 라인과 상기 패턴 전극 사이의 중첩량과 동일한 터치 스크린 일체형 표시장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 복수개의 패턴 전극은 복수개의 가상의 수직 라인 및 복수개의 가상의 수평 라인의 교차지점에 일대일로 대응하여 배치되는 것으로 정의되고,
    임의의 x번째 수직 라인 상의 모든 센싱 라인 중 어느 하나인 n(자연수)번째 센싱 라인이 x(자연수)번째 수직 라인과 y(자연수)번째 수평 라인의 교차 지점의 패턴 전극과 연결될 때 상기 n번째 센싱 라인은 x번째 수직 라인 및 y+z(z는 0을 포함한 양의 정수) 수평 라인의 교차 지점의 패턴 전극들과 중첩되고,
    상기 x번째 수직 라인 상의 모든 보상 라인 중 어느 하나인 m(자연수)번째 보상 라인이 상기 x번째 수직 라인과 상기 y번째 수평 라인의 교차 지점의 패턴 전극까지 상기 보상부로부터 연장될 때, 상기 m번째 보상 라인은 x번째 수직 라인 및 y+v(v는 0을 포함한 음의 정수이고, v의 절대 값의 최대값은 y보다 1 작은 수) 수평 라인의 교차 지점의 패턴 전극들과 중첩되는 터치 스크린 일체형 표시장치.
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