KR101816549B1 - 터치 디스플레이 장치 - Google Patents

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KR101816549B1
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서정길
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이동훈
유준욱
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Abstract

본 실시예들은 디스플레이 패널의 후면 지지구조인 커버버텀(Cover Bottom)의 일부영역을 커팅하는 방식의 포스 터치형 디스플레이 장치에서, 포스 터치를 감지하는 영역에 따라서 세트장치의 후면 지지구조인 미드 프레임(Mid Frame)과 커팅된 커버버텀에 선택적으로 그라운드(GND) 신호를 인가함으로써, 디스플레이 장치의 전체 영역에서 균일한 터치 성능을 확보할 수 있다.

Description

터치 디스플레이 장치{TOUCH DISPLAY APPARATUS}
본 실시예들은 터치 디스플레이 장치에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하기 위한 디스플레이 장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 액정 디스플레이 장치, 플라즈마 디스플레이 장치, 유기발광 디스플레이 장치 등의 다양한 타입의 디스플레이 장치가 활용되고 있다.
이러한 디스플레이 장치들 중에서, 스마트 폰, 태블릿 등과 같은 모바일 디바이스와, 스마트 텔레비전 등의 중대형 디바이스 등은 사용자 편의와 디바이스 특성 등에 따라 터치 방식의 입력 처리를 제공하고 있다.
이러한 터치 방식의 입력 처리가 가능한 디스플레이 장치는 더욱 다양하고 많은 기능을 제공할 수 있도록 발전되고 있으며, 사용자의 요구 또한 다양해지고 있다.
하지만, 현재 적용되고 있는 터치 방식의 입력 처리는, 사용자의 터치 위치(터치 좌표)만을 센싱하고 센싱된 터치 위치에서의 관련 입력 처리를 수행하는 방식으로서, 다양한 종류의 많은 기능들을 다양한 형태로 제공하고 다양한 사용자의 요구를 충족시켜 주어야 하는 현재 상황에는 한계가 있는 실정이다.
본 실시예들의 목적은, 사용자가 터치 시 화면을 누르는 힘에 해당하는 터치 포스(Touch Force)를 센싱하여 터치위치를 감지할 수 있는 터치 디스플레이 장치를 제공하는 데 있다..
본 실시예들의 다른 목적은, 사용자가 터치 시 화면을 누르는 힘에 해당하는 터치 포스(Touch Force)를 디스플레이 패널의 각각의 위치에서 균일하게 센싱할 수 있는 터치 디스플레이 장치를 제공하는 데 있다.
본 실시예들의 다른 목적은, 터치 포스(Touch Force)를 센싱하는 터치 디스플레이 장치의 두께를 감소시킬 수 있도록 하는 구조를 갖는 백 라이트 유닛과 이를 포함하는 터치 디스플레이 장치를 제공하는 데 있다.
본 실시예들의 다른 목적은, 표시패널의 후면 지지구조인 커버버텀(Cover Bottom)의 일부영역을 커팅하는 방식의 포스 터치 방식에서, 표시장치의 전체 영역에서 균일한 터치 성능을 확보할 수 있는 터치 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.
본 실시예들의 다른 목적은 커버버텀 커팅 방식의 포스 터치형 디스플레이 장치에서, 포스 터치를 감지하는 위치에 따라서 세트장치의 후면 지지구조인 미드 프레임(Mid Frame)과 커팅된 커버버텀에 선택적으로 그라운드(GND) 신호를 인가함으로써, 표시장치의 전체 영역에서 균일한 터치 성능을 확보할 수 있는 터치 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.
일 측면에서, 본 실시예들은, 터치 감지를 위한 제1전극을 포함하는 디스플레이 패널의 가장자리 영역만을 지지하는 커팅된 커버버텀(제1지지부)과, 디스플레이 패널 후면 전체를 커버하는 미드 프레임(제2지지부)를 포함하는 포스 터치형 디스플레이 장치에서, 터치 구동부가 포스 터치 감지 위치에 따라서 커팅된 커버버텀 및 미드 프레임 중 하나를 제2전극으로 선택하여 제2전극 구동신호(GND)를 인가하는 구성을 포함한다.
더 구체적으로, 터치 구동부는 커팅된 커버버텀이 중첩되지 않는 제1전극의 중앙영역 A1에서의 터치 압력을 감지하는 경우에는 미드 프레임을 제2전극으로 선택하고, 커팅된 커버버텀과 일부 중첩되는 제1전극의 가장자리 영역 A2의 터치 압력을 감지하는 경우에는 커팅된 커버버텀을 제2전극으로 선택하여 그라운드 신호를 인가할 수 있다.
이를 위하여, 터치 구동부는 데이터 구동회로(D-IC)에 포함되고, 데이터 구동회로는 제1그라운드 출력단자, 제2그라운드 출력단자, 제1 및 제2그라운드출력단자로의 그라운드 신호 출력을 스위칭하는 스위칭부를 포함할 수 있다.
또한, 데이터 구동회로와 연결되되 제1그라운드 출력단자로부터 연장되는 제1그라운드 신호라인과, 제2그라운드 출력단자로부터 연장되는 제2그라운드 신호라인을 포함하는 연성 인쇄회로(FPC)를 더 포함할 수 있으며, 며, FPC의 제1그라운드 신호라인 및 제2그라운드 신호라인은 각각 커팅된 커버버텀과 미드 프레임에 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 터치 구동부는 중앙영역 A1에서의 터치 압력 감지를 위한 제1레벨 개수를 가장자리 영역 A2에서의 터치 압력 감지를 위한 제2레벨 개수보다 더 크도록 할 수 있으며, 중앙영역에서의 터치 입력 감지와 가장자리 영역에서의 터치 입력 감지를 시분할로 구동할 수 있다.
또한, 터치 구동부는 제1터치 동작(인셀 터치 모드) 구간에서는 제1전극에 인가되는 제1전극 구동신호에 따라 상기 제1전극에서 발생되는 셀프 캐패시턴스를 측정함으로써 제1 터치 입력을 감지하고, 제2터치 동작(포스 터치 모드) 구간에서는, 제1전극에 제1전극 구동신호를 인가하고, 커팅된 커버버텀 및 미드 프레임 중 하나로 선택된 제2전극으로 제2전극 구동신호를 인가하여 디스플레이 패널에 인가되는 사용자의 포스 터치 입력을 감지할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 디스플레이 패널의 후면 지지구조인 커버버텀(Cover Bottom)의 일부영역을 커팅하는 방식의 포스 터치 방식에서, 디스플레이 장치의 전체 영역에서 균일한 터치 성능을 확보할 수 있는 효과가 있다.
더 구체적으로, 커버버텀 커팅 방식의 포스 터치형 디스플레이 장치에서, 터치 구동신호를 인가하는 위치에 따라서 세트장치의 후면 지지구조인 미드 프레임(Mid Frame)과 커팅된 커버버텀에 선택적으로 그라운드(GND) 신호를 인가함으로써, 디스플레이 장치의 전체 영역에서 균일한 터치 성능을 확보할 수 있다.
특히, 커팅된 커버버텀이 존재하는 가장자리 영역에서의 포스 터치 감지를 하는 경우에는 커버버텀에 그라운드 신호를 인가하되, 디스플레이 패널의 중앙영역에서의 포스 터치 감지를 위한 제1레벨 개수보다 디스플레이 패널의 가장자리 영역에서의 포스 터치 감지를 위한 제2레벨 개수를 더 작게 설정함으로써, 표시장치 전체의 포스 터치 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1과 도 2는 포스 터치 방식의 디스플레이 장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 포스 터치형 디스플레이 장치의 단면을 나타낸 도면이다.
도 4는 포스 터치형 디스플레이 장치에서 갭이 변하는 상황과 그에 따라 포스 터치를 감지하는 원리를 나타낸 도면이다.
도 5와 도 6은 포스 터치형 디스플레이 장치에서 포스 터치 감지를 위한 제1전극과 제2전극을 구성하는 여러 방식을 도시한다.
도 7은 본 실시예가 적용될 수 있는 커버버텀 커팅 구조의 포스 터치형 디스플레이 장치의 단면구조를 도시한다.
도 8은 본 실시예에 의한 포스 터치형 디스플레이 장치의 제1전극의 배치를 도시하는 평면도로서, 제1전극이 커버버텀과 중첩되지 않는 중앙영역과 제1전극이 커버버텀과 중첩되는 가장자리 영역을 포함한다.
도 9는 본 실시예에 의한 포스 터치형 디스플레이 장치에서, 터치 제어부가 중앙영역과 가장자리 영역의 포스 터치 감지시 제2전극을 전환하는 구성을 도시한다.
도 10은 본 실시예에 의한 포스 터치형 디스플레이 장치에서, 제2전극 전환을 수행하기 위한 터치 제어부(또는 데이터 구동부)의 내부 구성과, 커버버텀 및 미드프레임으로의 그라운드 신호 공급 구조에 대하여 도시한다.
도 11은 본 실시예에 의한 포스 터치형 디스플레이 장치의 제1전극의 배치의 일 예를 도시하는 것으로서, 2개의 터치전극 그룹이 대칭적으로 배치되고, 각각의 터치전극 그룹은 k(k=9)개의 터치전극 블록을 포함하는 구조를 도시한다.
도 12는 본 실시예에 의한 포스 터치형 디스플레이 장치에서의 인셀터치모드와 디스플레이 모드 및 포스 터치 모드의 시분할 구동방식의 일예를 도시한다.
도 13은 본 실시예에 의한 제2전극 전환을 통한 포스 터치 동작을 도시하며, 중앙영역(A1) 터치 감지신호 및 가장자리 영역(A2) 터치 감지 신호의 데이터 형식 또는 레벨 개수를 예시한다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
또한, 본 발명의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1과 도 2는 포스 터치 방식의 디스플레이 장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다..
도 1을 참조하면, 포스 터치형 터치 디스플레이 장치(100)는, 사용자의 터치 유무와 터치 위치(터치 좌표)를 센싱하기 위한 다수의 제1전극(E1)과, 사용자의 터치 포스(Touch Force)를 센싱하기 위한 제2전극(E2)과, 다수의 제1전극(E1)이 내장된 디스플레이 패널(110)과, 다수의 제1전극(E1)과 제2전극(E2)을 구동하는 구동 회로(120)와, 다수의 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이에 갭을 유지하기 위한 갭 구조 유닛(130)을 포함할 수 있다.
포스 터치형 터치 디스플레이 장치(100)는, 영상을 표시하기 위한 디스플레이 모드로 동작할 수도 있고, 사용자의 터치(터치 유무, 터치 위치, 터치 포스)를 센싱하기 위한 터치 모드로 동작할 수도 있다.
터치 디스플레이 장치(100)가 디스플레이 모드로 동작하는 경우에는, 디스플레이 패널(110)에 배치된 데이터 라인들과 게이트 라인들을 구동하여 영상을 표시한다.
이때, 디스플레이 패널(110)에 내장된 다수의 제1전극(E1)에는 영상 표시를 위한 디스플레이 구동 전압이 인가된다. 즉, 다수의 제1전극(E1)은 디스플레이 모드 구간에서 디스플레이 구동을 위한 전극으로 동작한다.
구체적으로는, 제1전극(E1)은 화소에 공통전압(Vcom)을 인가하기 위한 공통전극 기능과, 터치 인식을 위한 터치 전극으로 동시에 사용된다.
터치 디스플레이 장치(100)가 터치 모드로 동작하는 경우에는, 사용자의 터치 위치(터치 좌표)를 센싱할 수도 있고, 사용자의 터치 포스(Touch Force)를 센싱할 수도 있다.
즉, 터치 센싱은 2가지 모드를 포함할 수 있으며, 그 첫번째로는 제1전극에 터치 구동신호(DS)을 인가한 후 제1전극에서의 셀프 캐패시턴스를 측정하여 터치 위치를 감지하는 모드이며, 편의상 이러한 첫번째 터치 센싱을 인셀 터치 모드(In-cell Touch) 또는 인셀 터치 동작이라 표현한다.
두번째 터치 방식은 제1전극 및 제2전극에 각각 제1전극 구동신호(DS1) 및 제2전극 구동신호(DS2)를 인가한 후, 터치 조작에 의하여 제1전극 및 제2전극 사이의 간극(갭)이 변화될 때 발생되는 양 전극 사이의 캐패시턴스 변화를 측정함으로써 터치 위치를 인식한다. 편의상, 두번째 터치 방식을 포스 터치 모드 또는 포스 터치 동작이라 표현한다.
즉, 인셀 터치 모드에서는, 일정한 인셀 터치 구동 주기동안, 구동 회로(120)가 다수의 제1전극(E1)으로 제1전극 구동 신호(DS1)를 순차적으로 인가하고, 제1전극에서의 셀프 캐패시턴스를 측정하여 사용자의 터치 위치(터치 좌표)를 센싱한다.
또한, 일정한 포스 터치 구동 주기동안에는, 구동 회로(120)가 다수의 제1전극(E1)으로 제1전극 구동 신호(DS1)를 인가하고 제2전극(E2)으로 제2전극 구동 신호를 인가하여 사용자의 터치 포스(Touch Force)를 센싱한다.
이러한 포스 터치형 터치 디스플레이 장치(100)는, 디스플레이 패널(110)에 대한 사용자의 수직 하중 발생 시 다수의 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이의 갭의 변화를 이용하여 사용자의 터치 포스(Touch Force)를 센싱한다.
즉, 제1전극와 제2전극에 각각 상이한 구동신호(DS1, DS2)를 인가한 상태에서 양 전극 사이의 커패시턴스를 측정하며, 사용자의 터치가 있는 경우 터치 위치에서의 양 전극 사이의 간극(갭)이 변화하기 때문에 캐패시턴스의 변화가 발생하며, 이러한 캐패시턴스의 변화를 감지함으로써 터치 위치를 판정한다.
따라서, 디스플레이 패널(110)에 내장된 다수의 제1전극(E1)과 디스플레이 패널(110)의 외부에 위치하는 제2전극(E2) 사이에는 갭이 존재해야 하며, 이러한 갭을 유지하기 위해 다수의 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이에 갭 구조 유닛(130)이 배치될 수 있다.
즉, 이러한 갭 구조 유닛(130)을 통해, 사용자의 터치 발생 시 다수의 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이의 갭의 크기 변화가 가능하도록 하며, 갭의 크기 변화를 이용하여 사용자의 터치 위치(터치 좌표)뿐만 아니라 터치 포스(Touch Force)도 센싱할 수 있도록 한다.
이하에서는, 도 2를 참조하여 본 실시예가 적용될 수 있는 포스 터치형 터치 디스플레이 장치(100)의 좀 더 상세한 구조를 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 터치 디스플레이 패널(110)은, 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor) 등이 배치된 제1기판(111)과 컬러 필터(CF: Color Filter) 등이 배치된 제2기판(112)으로 구성될 수 있다.
그리고, 제1기판(111)의 테두리 부분(Non-Active Area; N/A)에는 구동 칩(140)이 실장되거나 본딩 또는 연결될 수 있다.
여기서, 구동 칩(140)은 구동 회로(120)의 전체 또는 일부를 구현한 칩일 수도 있고, 데이터 구동 칩일 수도 있으며, 구동 회로(120)와 데이터 구동 칩의 전체 또는 일부를 포함하는 디스플레이 구동 칩일 수도 있다.
이러한 데이터 구동칩은 D-IC로 표현될 수 있으며, 데이터 구동칩 내부에는 디스플레이 패널의 데이터 라인으로 데이터 신호를 인가하여 디스플레이를 제어하는 데이터 구동부와, 터치 전극으로 터치 구동신호를 인가하여 터치 동작을 인식하는 터치 구동부를 포함할 수 있다.
그러나, 터치 구동부가 데이터 구동칩 내부에 포함될 필요는 없으며, 데이터 구동부와 별도로 구비될 수도 있다.
디스플레이 패널(110)의 하부에는 하부 구조물(131)이 위치할 수 있으며, 제2전극(E2)은 하부 구조물(131)의 하부 또는 내부에 위치할 수 있다.
하부 구조물(131)은, 일 예로, 액정 디스플레이 장치의 백 라이트 유닛(Back Light Unit)일 수 있다.
이 경우, 제2전극(E2)은 백 라이트 유닛(Back Light Unit)의 하부에 위치할 수 있다. 이에 따라, 백 라이트 유닛(Back Light Unit)의 광 조사 기능을 방해하지 않고 제2전극(E2)을 배치할 수 있다.
갭 구조 유닛(130)은 하부 구조물(131)의 하부 또는 내부 또는 측면에 위치할 수 있다. 또한, 제2전극(E2)은 갭 구조 유닛(130)의 하부 또는 내부에 위치할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제2전극(E2)의 위치 또는 갭 구조 유닛(130)의 위치 등을 다양하게 설계함으로써, 디스플레이 패널(110) 및 터치 디스플레이 장치(100)의 설계 구조에 적합한 터치 포스(Touch Force) 센싱 구조를 구현할 수 있으며, 이에 대해서는 도 5 및 도 6을 참고로 아래에서 더 상세하게 설명한다.
이하에서는, 도 3과 도 4를 참조하여 포스 터치형 디스플레이 장치(100)가 사용자의 터치 위치(터치 좌표) 및 터치 포스(Touch Force)를 센싱하는 방식을 설명하며, 설명의 편의를 위해, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)가 액정 디스플레이 장치인 경우를 예로 들어 설명한다.
도 3은 포스 터치형 터치 디스플레이 장치(100)의 단면을 나타낸 것이고, 도 4는 포스 터치형 터치 디스플레이 장치(100)에 대한 사용자의 터치에 의해 다수의 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이의 갭이 변하는 상황을 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 터치 디스플레이 장치(100)에서 디스플레이 패널(110)은, 제1편광판(310), 제1기판(111), 다수의 제1전극(E1), 제2기판(112) 및 제2편광판(320) 등을 포함한다.
그리고, 디스플레이 패널(110) 상에는 본딩층(330)과 상부 커버(340)가 위치한다.
터치 디스플레이 장치(100)는, 터치 모드 중 제1전극만을 이용하는 인셀터치 동작 구간에서는, 다수의 제1전극(E1)으로 제1전극 구동 신호(DS1)를 인가한다.
그리고, 사용자의 터치 발생 시 사용자의 손가락 등과 같이 도체인 포인터와 다수의 제1전극(E1) 사이의 셀프 캐패시턴스(SC)의 크기 변화를 센싱하여, 사용자의 터치 위치(터치 좌표)를 센싱한다.
터치 디스플레이 장치(100)는, 터치 모드 중 사용자의 터치 포스(Touch Force)를 센싱하기 위한 포스 터치 동작 구간에서는, 다수의 제1전극(E1)으로 제1전극 구동 신호(DS1)를 인가하고, 제2전극(E2)으로 제2전극 구동 신호(DS2)를 인가한다.
이때, 제2전극(E2)으로 인가되는 제2전극 구동 신호(DS2)는 그라운드 전압의 신호일 수 있다.
그리고, 사용자의 터치에 의한 수직 하중 발생 시 다수의 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이의 갭(G)의 변화에 따른 뮤추얼 캐패시턴스(Mutual Capacitance; MC)의 변화를 센싱하여, 사용자의 터치 포스(Touch Force)를 센싱한다.
즉, 인셀터치 동작시에는 사용자의 터치 발생 시 제1전극에서 발생되는 셀프 캐패시턴스(SC)의 변화 센싱을 통해 터치 위치(터치 좌표)를 센싱하고, 그와 별도로 포스 터치 동작시에는 제1전극과 제2전극 사이의 뮤추얼 캐패시턴스(MC)의 변화 센싱을 통해 터치 포스(Touch Force)를 센싱하는 것이다.
이를 위하여, 포스 터치가 동작하기 위해서는, 제1전극과 제2전극 사이의 뮤추얼 캐패시턴스(MC)의 변화가 발생될 수 있도록, 다수의 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이에 갭(G)이 형성되어야 한다.
도 4를 참조하면, 사용자의 터치에 의한 수직 하중이 발생하는 경우 상부 커버(340), 디스플레이 패널(110) 등이 아래로 미세하게 휘게 된다.
이에 따라, 다수의 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이에 존재하는 에어 갭 또는 유전체 갭 등과 같은 갭(G)의 크기가 변할 수 있다.
도 4의 예시와 같이, 사용자의 터치에 의한 수직 하중이 발생하기 전의 갭(G)은 G1이고, 사용자의 터치에 의한 수직 하중이 발생한 후의 갭(G)은 G2라고 할 때, 수직 하중에 의해 G2는 G1보다 작아지게 된다.
이와 같이, 사용자의 터치에 의한 수직 하중의 발생으로 인하여 다수의 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이의 갭(G)이 G1에서 G2로 줄어들게 됨에 따라, 뮤추얼 2캐패시턴스(MC)가 변하게 되어 사용자의 터치 포스(Touch Force)를 센싱할 수 있게 된다.
한편, 사용자의 터치 포스(Touch Force)를 센싱하기 위한 제2전극(E2)은 터치 포스(Touch Force) 센싱을 위해 터치 디스플레이 장치(100)에 추가된 구성일 수도 있으나, 터치 디스플레이 장치(100)에 이미 포함된 구성을 이용하여 제2전극(E2)으로 사용할 수도 있다.
예를 들어, 액정 디스플레이 장치에 포함되는 백 라이트 유닛(Back Light Unit)의 후면 커버를 제2전극(E2)으로 사용하여 사용자의 터치 포스(Touch Force)를 센싱할 수 있다.
도 5와 도 6은 포스 터치형 디스플레이 장치에서 포스 터치 감지를 위한 제1전극과 제2전극을 구성하는 여러 방식을 도시한다.
본 명세서에서 "디스플레이 장치"라는 용어는 디스플레이 패널과그 디스플레이 패널을 구동하기 위한 구동부를 포함하는 액정 모듈(Liquid Crystal Module; LCM)과 같은 협의의 디스플레이 장치는 물론, 그러한 LCM을 포함하는 완제품인 노트북 컴퓨터, 텔레비전, 컴퓨터 모니터, 스마트폰 또는 전자패드와 같은 모바일 전자장치 등과 같은 세트 전자 장치 또는 세트 장치까지도 포함하는 개념으로 사용한다.
특히, 본 명세서에서는 편의상, 디스플레이 패널과 그 디스플레이 패널의 터치 및 영상표시를 제어하는 구동부와 그를 지지하는 지지구조를 포함하는 협의의 디스플레이 장치를 '디스플레이 모듈'로 표현하고, 그러한 디스플레이 모듈을 포함하는 완제품으로서의 세트 전자 장치를 '세트장치' 또는 '디스플레이 장치'로 표현한다.
즉, 도 5 및 도 6에서 액정 디스플레이 패널(510)과, 그에 백라이트를 제공하기 위한 백라이트 유닛(520) 및 백라이트 유닛의 후면을 지지하는 지지구조로서의 커버버텀(530)를 '액정 디스플레이 모듈'로 표현할 수 있고, 액정 디스플레이 패널의 전면을 보호하는 커버 유리(540)와, 액정 디스플레이 모듈 후방을 지지하는 세트장치 전체의 지지구조인 미드 프레임(550)까지 포함하는 완제품 장치를 '세트 장치' 또는 '디스플레이 장치'로 표현할 수 있다.
도 5의 포스 터치형 디스플레이 장치에서는 액정 디스플레이 모듈(LCM)의 커버버텀(530)을 포스 터치를 위한 제2전극으로 사용한다.
즉, 액정 디스플레이 패널(510)의 내부에는 공통전극과 겸용으로 사용되는 터치전극인 제1전극(512)이 배치되고, 이러한 제1전극은 인셀 터치 동작에서의 터치전극으로 사용될 뿐 아니라, 포스 터치 동작시에는 제2전극과 대응되는 터치전극으로 사용된다.
또한, 도 5에서는 액정 디스플레이 모듈의 커버버텀(530)이 포스 터치를 위한 제2전극으로 사용되며, 커버버텀에는 제2전극 구동신호(DS2)인 그라운드 신호가 입력될 수 있다.
즉, 도 5에 의한 포스 터치 구조에서는, 액정 디스플레이 패널 내부에 배치되는 제1전극(512)에 제1전극 구동신호(DS1)가 인가되고, 제2전극으로 사용되는 커버버텀(530)에 제2전극 구동신호로서 그라운드(GND) 신호가 인가된 상태에서, 포스 터치를 감지한다.
한편, 이를 위하여 제1전극(512)과 제2전극인 커버버텀(530) 사이에는 포스 터치 센싱을 위한 공간인 갭이 형성되어야 하며, 제1전극을 포함하는 액정 디스플레이 패널(510)과 커버버텀(530) 사이의 간극이 이러한 갭으로 사용될 수 있다.
특히, 포스 터치 센싱을 위해서는 사용자의 누름 압력에 의하여 가변될 수 있는 갭이어야 하므로, 제1전극과 제2전극 사이에 배치되는 고정물로서의 백라이트 유닛은 갭구조로 사용될 수 없고, 결과적으로 액정 디스플레이 패널(510)의 후면과 백라이트 유닛(520) 사이에 가변 갭인 제1 에어갭(AG1)이 형성되어 있어야 한다.
따라서, 도 5와 같은 포스 터치형 디스플레이 장치에서는, 디스플레이 패널 내부의 제1전극과 커버버텀인 제2전극을 이용하고, 액정 디스플레이 패널(510)의 후면과 백라이트 유닛(520) 사이에 가변 갭인 제1 에어갭(AG1)의 변화에 따른 양 전극 사이의 제1캐패시턴스(C1)의 변화를 측정함으로써, 포스 터치를 감지하게 되는 것이다.
한편, 도 5와 같은 포스 터치형 디스플레이 장치는, 전술한 액정 디스플레이 모듈과 별도로 액정 디스플레이 패널의 전면을 보호하는 커버 유리(540)와, 액정 디스플레이 모듈 후방을 지지하는 세트장치 전체의 지지구조인 미드 프레임(550)을 더 포함할 수 있으나, 이러한 미드 프레임(550)은 포스 터치 센싱과 무관한 부품이 된다.
도 6은 다른 형태의 포스 터치형 디스플레이 장치의 단면도로서 별도의 커버버텀이 사용되지 않는 경우를 도시한다.
도 6의 구조에서는, 액정 디스플레이 모듈의 후면 지지구조인 커버버텀이 사용되지 않고, 세트장치의 후방 구조인 미드 프레임이 바로 백라이트 유닛 후면에 배치된다.
도 6과 같은 포스 터치형 디스플레이 장치에서는 미드 프레임(550)이 제2전극으로 기능하며, 백라이트 유닛(520)과 미드 프레임(550) 사이에 제2에어갭 (AG2)이 형성되고, 사용자의 터치 조작시 그러한 제2에어갭(AG2)의 크기가 변화됨으로써 포스 터치를 인식할 수 있게 된다.
즉, 액정 디스플레이 패널(510)의 내부에 배치되는 제1전극(512)에 제1전극 구동신호가 인가되고, 제2전극인 미드 프레임(550)에 제2전극 구동신호인 그라운드 신호가 인가된 상태에서, 사용자의 터치 압력이 있는 경우 제2에어갭(AG2)의 크기 변화에 따라 제1전극 및 제2전극 사이의 제2캐패시턴스(C2) 가 변화하게 된다. 이러한 제2캐패시턴스(C2) 변화를 측정함으로써, 포스 터치의 위치를 인식할 수 있다.
한편, 도 5 및 도 6과 같은 구조의 포스 터치형 디스플레이 장치에는 아래와 같은 단점이 존재한다.
도 5와 같이 제2전극으로서 디스플레이 모듈의 커버버텀을 이용하는 구조에서는, 사용과정에서 커버버텀의 휨 또는 뒤틀림이 발생할 수 있어서 포스 터치의 성능이 저하될 우려가 있었다.
또한, 액정 디스플레이 패널(510)과 백라이트 유닛(520) 사이에 제1에어갭(AG1)이 필수적으로 구비되어야 함으로써, 디스플레이 장치 전체의 두께가 증가하는 문제가 있었다.
반면, 도 6과 같이 커세트장치의 미드 프레임(550)을 제2전극으로 사용하는 구조에서는, 커버버텀이 없는 디스플레이 장치에는 적용할 수 없다는 단점이 있었다.
즉, 통상적으로 디스플레이 모듈이 별도로 제작되어 완제품 업체로 납품되기 때문에, 도 6과 같은 포스 터치형 디스플레이 장치를 적용하기 위해서는 디스플레이 모듈의 제작업체가 커버버텀이 없는 디스플레이 모듈을 제작하여 공급하여야 한다.
하지만, 커버버텀이 없는 디스플레이 모듈은 제작 후 운반 과정에서 모듈의 손상 등이 있을 수 있어서, 많이 사용되지는 않는 구조이고, 따라서 도 6과 같은 포스 터치형 디스플레이 장치는 범용적으로 적용될 수 없다는 단점이 있다는 것이다.
이러한 문제를 극복하기 위하여, 도 7과 같이 커버버텀의 일부를 제거하는 커버버텀 커팅 방식의 포스 터치형 디스플레이 장치가 제안될 수 있다.
도 7은 본 실시예가 적용될 수 있는 커버버텀 커팅 구조의 포스 터치형 디스플레이 장치의 단면구조를 도시한다.
또한, 도 8은 본 실시예에 의한 포스 터치형 디스플레이 장치의 제1전극의 배치를 도시하는 평면도이다.
도 7과 같이, 커버버텀 커팅방식의 포스 터치형 디스플레이 장치는, 도 5 및 도 6의 구조의 장점을 취한 구조로서, 디스플레이 모듈이 커버버텀을 포함하되 커버버텀의 중앙영역이 제거되고 디스플레이 모듈의 가장자리 영역에만 존재하는 형태이고, 세트장치의 미드 프레임을 제2전극으로 사용한다.
즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 포스 터치형 디스플레이 장치는 제1전극(712)이 내부에 포함된 디스플레이 패널(710)과, 디스플레이 패널에 광을 제공하는 백라이트 유닛(720)과, 중앙영역은 제거되고 백라이트 유닛의 가장자리 영역만을 지지하는 커팅 커버버텀(730)을 포함하는 디스플레이 모듈(700)과, 디스플레이 패널 전방에 배치되는 커버 글라스(740) 및 커버 글라스와 연결되어 디스플레이 장치(세트 장치)의 전체 후면 구조로 형성되는 미드 프레임(750)을 포함하여 구성된다.
이 때, 미드 프레임(750)이 제2전극이 되어 그라운드 신호가 인가된다.
또한, 제거된 커버버텀의 중앙영역에는 백라이트 유닛의 후면과 미드 프레임 사이의 공간으로 정의되는 제2에어갭(AG2)이 정의된다.
포스 터치 동작 구간동안, 제1전극(712)에는 제1전극 구동신호가 인가되고, 제2전극인 미드 프레임(750)에는 제2전극 구동신호인 그라운드 신호가 인가된다.
그 상태에서 사용자의 터치 압력이 있게 되면, 그 위치에서 제2에어갭(AG2)의 간극이 변화되고, 그에 따라 제1전극 및 제2전극 사이의 제2커패시턴스(C2)가 변화되며, 그 제2커패시턴스(C2)의 변화량을 측정함으로써 포스 터치 위치를 감지할 수 있게 된다.
도 7과 같은 포스 터치형 디스플레이 장치는 도 5 및 도 6에 의한 구조의 단점을 극복할 수는 있지만, 커버버텀이 디스플레이 패널의 표시영역(Active Area; A/A)의 일부와 중첩되어 있고, 그 중첩영역에서는 커버버텀이 없는 중앙영역(A1)과 포스 터치 성능이 달라지는 문제가 있다.
한편, 본 실시예에 의한 포스 터치형 디스플레이 장치의 제1전극은 도 8에 도시된 바와 같이, 제1전극이 커버버텀과 중첩되지 않는 중앙영역(A1)과 제1전극이 커버버텀과 중첩되는 가장자리 영역(A2)을 포함한다.
즉, 제1전극은 총 M*N개의 터치 전극들이 배치되되, 전체 터치영역의 가장자리에 배치되는 1개 라인의 터치 전극은 그 일부가 하부에 배치되는 커팅된 커버버텀의 일부와 중첩되도록 배치된다. 이 때, 커팅된 커버버텀은 가장 가장자리에 배치되는 1개 라인의 터치 전극(즉, 최외곽 터치전극 블록)의 일부와만 중첩될 수도 있고, 가장 가장자리에 배치되는 1개 라인의 터치 전극(즉, 최외곽 터치전극 블록)의 전체와 중첩될 수도 있을 것이다.
이러한 구조에서는, 도 7b의 확대도에 도시한 바와 같이, 커버버텀이 제거되는 중앙영역 A1에서는 원하는 대로의 포스 터치 감지가 가능하지만, 커팅된 커버버텀이 잔존하는 가장자리 영역 A1중 일부는 디스플레이 장치의 표시영역(A/A)의 일부와 중첩되는데 이러한 중첩영역에서는 제2전극인 미드 프레임(750)과 제1전극 사이에 금속재질의 커버버텀이 존재하게 되므로 원하는 포스 터치 성능을 확보할 수 없게 된다.
즉, 가장자리 영역 A2에서는 제1전극과 제2전극(미드 프레임) 사이의 에어갭의 거리가 달라질 뿐 아니라, 양 전극 사이에 금속재질의 커팅 커버버텀이 배치되어 일종의 차폐층으로 기능함으로써 양 전극 사이의 커패시턴스 변화를 측정할 수 없게 된다.
결과적으로 도 7과 같은 구조에서는, 커팅된 커버버텀이 표시영역(A/A)을 침범하는 영역에서는 포스 터치를 감지할 수 없다는 한계가 있게 된다.
따라서, 본 실시예에 의한 포스 터치형 디스플레이 장치에서는, 도 7과 같은 구조를 가지되, 데이터 구동부 또는 터치 구동부가 제1전극의 중앙영역 A1과 가장자리 영역 A2의 포스터치를 위하여 미드 프레임(750) 및 커팅된 커버버텀(730) 중 하나를 선택하여 제2전극으로 사용하도록 한다.
도 9는 본 실시예에 의한 포스 터치형 디스플레이 장치에서, 터치 제어부가 중앙영역과 가장자리 영역의 포스 터치 감지시 제2전극을 전환하는 구성을 도시한다.
도 9에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 의한 포스 터치형 디스플레이 장치는, 터치 감지를 위한 제1전극(712)을 포함하는 디스플레이 패널(710)과, 디스플레이 패널의 가장자리 영역의 후면을 커버하도록 배치되는 커팅된 제1지지부인 커팅 커버버텀(730)과, 커팅된 커버버텀의 후방에 배치되어 디스플레이 패널 후면 전체를 커버하는 제2지지부인 미드 프레임(750)과, 디스플레이 패널로의 터치 입력을 감지하는 터치 구동부를 포함하여 구성될 수 있다.
터치 구동부(780)는 디스플레이 패널의 영상 출력을 제어하는 데이터 구동회로(D-IC)에 포함되어 구현될 수 있으므로, 본 명세서에서는 편의상 터치 구동부를 데이터 구동회로로 표시하지만, 그에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 실시예에 의한 터치 구동부(780)는 디스플레이 패널에 인가되는 사용자의 터치 압력을 포스 터치로서 인식하는 포스 터치 동작을 수행하며, 이러한 포스 터치 동작은 제1전극에 제1전극 구동신호를 인가하고, 커팅된 커버버텀(730) 및 미드프레임(750) 중 하나를 제2전극으로 선택하고, 선택된 제2전극에 제2전극 구동신호를 인가하여 디스플레이 패널에 인가되는 사용자의 터치 압력을 감지하는 기능을 한다.
즉, 본 실시예에 의하면, 도 7과 같이 커팅된 커버버텀(730)을 디스플레이 모듈의 제1지지부로 하고, 그 후방의 미드 프레임(750)을 디스플레이 장치(세트장치) 전체의 지지구조인 제2지지부로 하되, 포스 터치시에는 터치 감지 영역에 따라서 커팅된 커버버텀과 미드 프레임 중 하나를 제2전극으로 선택하는 것이다. 즉, 본 실시예에 의하면, 미드프레임(750) 이외에 커팅된 커버버텀(730)도 포스 터치를 위한 제2전극으로 사용될 수 있다.
이 때, 제2전극 구동신호는 그라운드 신호일 수 있으며, 터치 구동부는 선택된 제2전극으로 그라운드 신호인 제2전극 구동신호를 인가한 후 제1전극과 제2전극 사이의 캐패시턴스 변화를 측정하여 포스 터치의 위치를 판정할 수 있다.
더 구체적으로, 터치 구동부는 커팅된 커버버텀이 중첩되지 않는 제1전극의 중앙영역(A1)에서의 터치 압력을 감지하는 경우에는 미드 프레임(750)을 제2전극으로 선택하고, 커팅된 커버버텀과 일부 중첩되는 제1전극의 가장자리 영역(A2)의 터치 압력을 감지하는 경우에는 커팅된 커버버텀(730)을 제2전극으로 선택한다.
이 때, 터치 구동부는 중앙영역(A1)에서의 터치 입력 감지와 가장자리 영역(A2)에서의 터치 입력 감지를 시분할로 구동할 수 있다.
도 9에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 의한 터치 구동부(780)는 제1전극 영역 중에서 커팅된 커버버텀과 일부 중첩되는 가장자리 영역 A2에서의 포스 터치 감지를 위하여, 커팅된 커버버텀(730)에 그라운드 신호(제2전극 구동신호)를 인가한 후, 제1전극 구동신호가 인가된 제1전극(712)과 제2전극 사이에 형성되는 제1캐패시턴스(C1)의 변화를 측정함으로써 포스 터치를 감지한다.
또한, 터치 구동부(780)는 제1전극 영역 중에서 커팅된 커버버텀과 중첩되지 않는 중앙영역 A1에서의 포스 터치 감지를 위하여, 세트장치의 후방 지지구조인 미드 프레임(750)에 그라운드 신호(제2전극 구동신호)를 인가한 후, 제1전극 구동신호가 인가된 제1전극(712)과 제2전극 사이에 형성되는 제2캐패시턴스(C2)의 변화를 측정함으로써 포스 터치를 감지한다.
이로써, 도 7에서 설명한 것과 다르게, 표시영역으로 침범하는 커팅 커버버텀이 존재하는 가장자리 영역 A2에서도 포스 터치를 감지할 수 있는 효과를 가진다. 따라서, 커팅된 커버버텀이 가장 가장자리에 배치되는 1개 라인의 터치 전극(즉, 최외곽 터치전극 블록)의 일부와만 중첩되는 경우와, 가장 가장자리에 배치되는 1개 라인의 터치 전극(즉, 최외곽 터치전극 블록)의 전체와 중첩되는 경우 모두에서 최외곽 터치전극 블록에서의 포스 터치 성능이 향상될 수 있게 된다.
한편, 커팅된 커버버텀과 미드 프레임 중에서 제2전극으로 선택되지 않은 것은 항상 플로팅(Floating) 되어 고임피던스 상태(Hi-Z) 상태로 유지되어야 한다. 만일 제2전극으로 선택되지 않은 커버버텀 또는 미드프레임이 일정 전위로 유지되는 경우에는 그들과 제1전극 사이에 일정한 불필요 커패시턴스가 발생될 수 있으며, 이러한 불필요 커패시턴스가 정상적인 포스 터치 동작에서 제1전극에서 측정되는 제2캐패시턴스(C2)에 부가되어서 측정 정밀도를 저하시킬 수 있기 때문이다.
더 세부적으로 볼 때, 중앙영역 A1에서의 포스 터치 감지 동작에서 제2전극으로 선택되지 않은 커버버텀이 플로팅되지 않는 경우에는, 표시패널의 대부분의 영역을 차지하는 중앙영역 A1에서의 포스 터치 성능이 저하될 수 있는 문제가 발생한다.
또한, 가장자리영역 A2에서의 포스 터치 감지동작에서는, 제1캐패시턴스(C1) 측정을 위한 제1에어갭(AG1)의 크기가 중앙영역의 제2에어갭(AG2)보다 작기 때문에 포스 터치 감지를 위한 제1캐패시턴스(C1)의 크기가 비교적 작다. 따라서, 이 때에는 만일 제2전극으로 선택되지 않는 미드프레임이 플로팅되지 않아서 제1전극과 미드프레임 사이에 불필요한 캐패시턴스가 발생되어 제1캐패시턴스에 부가되는 경우 중앙영역 A1에서보다 포스 터치 성능의 저하가 더 크게 발생될 수 있다.
따라서, 커팅된 커버버텀과 미드 프레임 중에서 제2전극으로 선택되지 않은 것은 항상 플로팅(Floating) 되어 고임피던스 상태(Hi-Z) 상태로 유지되어야 하는 것이다.
본 실시예에 의하면, 디스플레이 패널(710)과 커팅된 커버버텀(730) 사이에 배치되어 디스플레이 패널에 광을 공급하기 위한 백라이트 유닛(720)을 더 포함할 수 있다.
특히, 가장자리 영역 A2에서의 포스 터치 감지를 위하여, 백라이트 유닛(720)과 디스플레이 패널(710) 사이에는 제1에어갭(AG1)이 형성되어야 한다.
이를 위하여, 도 9에 도시한 바와 같이, 디스플레이 패널(710)의 가장자리와 커팅 커버버텀(730) 사이에 일정한 두께를 가지는 접착부재(714) 등을 배치하여, 양 부재를 접착하면서도 백라이트 유닛과 디스플레이 사이에 제1에어갭(AG1)을 형성할 수 있다.
따라서, 가장자리 영역(A2)에서 터치 조작이 있는 경우 제1에어갭의 간격이 변화되고, 그에 따라 제1캐패시턴스(C1)의 변화를 감지하여 터치 입력 위치를 판정할 수 있다.
한편, 커버버텀이 제거된 중앙영역 A1에서는 전술한 제1에어갭 이외에 백라이트 유닛(720)과 미드 프레임(750) 사이에 제2에어갭(AG2)이 형성된다.
따라서, 중앙영역 A1에서의 포스 터치 감지시에는 사용자의 터치 압력에 따라 제1에어갭(AG1) 및 제2에어갭(AG2)의 크기가 모두 변화되며, 그에 따른 제2캐패시턴스(C2)의 변화량을 측정함으로써 포스 터치 위치를 판정할 수 있다.
이 때, 중앙영역 A1에서의 양전극 사이의 변화가능한 간극은 제1에어갭과 제2에어갭의 합이 되고, 가장자리 영역 A2에서의 양전극 사이의 변화가능한 간극은 제1에어갭이 된다.
따라서, 동일한 터치 압력이 있더라도, 중앙영역 A1에서의 제2캐패시턴스(C2)의 변화정도가 가장자리 영역 A1에서의 제1캐패시턴스(C1)의 변화정도보다 더 크게 된다.
이에 따라, 본 실시예에서는 중앙영역 A1에서의 터치 압력 감지를 위한 제1레벨 개수가 가장자리 영역 A2에서의 터치 압력 감지를 위한 제2레벨 개수보다 크도록 한다.
예를 들면, 중앙영역 A1에서의 포스 터치 감지를 위한 제2캐패시턴스 변화를 나타내는 제1포스 터치 감지 신호(데이터)는 8비트로서 총 256개의 제1레벨 개수를 가지도록 할 수 있고, 가장자리 영역 A2에서의 제2포스 터치 감지 데이터는 2비트로서 총 4개의 제2레벨 개수를 가질 수 있다.
이러한 포스 터치 감지 신호의 데이터 형식 및 레벨 개수 등에 대해서는 아래에서 도 13을 참고로 더 상세하게 설명한다.
결과적으로, 중앙영역 A1에서의 포스 터치 민감도 또는 해상도가 가장자리 영역 A2의 포스 터치 민감도 또는 해상도보다 더 크게 함으로써, 중앙영역에서는 정밀한 포스 터치가 가능하면서도, 기존에 포스 터치 감지가 불가능했던 커버버텀과 중첩되는 가장자리 영역까지 포스 터치 감지가 가능해져서 결과적으로 포스 터치 감지 영역이 확장되는 효과가 있다.
한편, 터치 구동부(780)는 중앙영역 A1에서의 포스 터치 입력 감지와 가장자리 영역 A2에서의 터치 입력 감지를 시분할로 구동할 수 있으며, 이를 통하여 디스플레이 패널 전체에서의 포스 터치 동작을 원활하게 수행할 수 있다.
본 명세서에서 커팅된 커버 버텀(730)은 그 용어에 한정되는 것은 아니고, 플레이트 버텀(Plate Bottom), 베이스 프레임(Base Frame), 메탈 프레임(Metal Frame), 메탈 샤시(Metal Chassis), 샤시 베이스(Chassis Base), m-샤시 등 다른 표현으로 사용될 수 있으며, 디스플레이 패널 및 백라이트 유닛 중 1 이상의 가장자리 후방을 지지하는 모든 형태의 프레임 또는 판상 구조물을 포함하는 개념으로 이해되어야 할 것이다.
다만, 본 실시예에 사용되는 커팅된 커버버텀(730)은 일반적인 커버버텀과 달리 디스플레이 장치의 중앙영역에는 배치되지 않고, 디스플레이 장치의 가장자리만을 지지하는 형태이다.
또한, 본 명세서에서의 미드 프레임(750)는 그 용어에 한정되는 것은 아니며, 디스플레이 패널을 포함하는 완제품으로서의 세트장치의 최후방을 지지하는 모든 형태의 지지구조를 포함하는 것으로 이해되어야 하며, 백커버(Back Cover), 세트커버(Set Cover) 등 다른 용어로 대체될 수 있을 것이다.
또한, 본 실시예에 사용되는 디스플레이 패널(710)은 액정 표시패널인 경우에는 다수의 게이트 라인과 데이터 라인 및 그 교차 영역에 정의되는 픽셀(Pixel)과, 각 픽셀에서의 광투과도를 조절하기 위한 스위칭 소자인 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이 기판과, 컬러필터 및/또는 블랙매트릭스 등을 구비한 상부기판과, 그 사이에 형성되는 액정물질층을 포함하여 구성될 수 있다.
물론, 본 실시예는 반드시 액정 디스플레이 장치에 한정되는 것은 아니며, 내부에 터치 감지를 위한 제1전극이 포함되고, 그와 별도인 제2전극 사이에서 갭 변화에 따른 포스 터치를 감지할 수 있는 한 모든 형태의 디스플레이 방식에 적용될 수 있을 것이다.
본 실시예에 의한 제1전극(712)은 디스플레이 패널에 포함된 화소에 공통전극을 공급하는 공통전극으로도 기능하는 것으로서, 1개의 제1전극이 다수개의 화소를 커버하도록 배치될 수 있다.
도 10은 본 실시예에 의한 포스 터치형 디스플레이 장치에서, 제2전극 전환을 수행하기 위한 터치 구동부(또는 데이터 구동부)의 내부 구성과, 커버버텀 및 미드프레임으로의 그라운드 신호 공급 구조에 대하여 도시한다.
도 10a와 같이, 본 실시예에 의한 터치 구동부(780)는 데이터 구동회로(D-IC)에 포함될 수 있으며, 데이터 구동회로(D-IC)는 제1그라운드 출력단자(P1), 제2그라운드 출력단자(P2)와, 제1 및 제2그라운드출력단자로의 그라운드 신호 출력을 스위칭하는 스위칭부(SW)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 도 10a와 도 10b에 도시한 바와 같이, 데이터 구동회로(D-IC)와 연결되어 외부의 세트 PCB 등과 데이터 구동회로를 연결하는 연성 인쇄회로(FPC; 790)을 더 포함할 수 있다.
한편, 연성 인쇄회로(FPC; 790)에는 데이터 구동회로(D-IC)의 제1그라운드 출력단자로부터 연장되는 제1그라운드 신호라인(GL1)과, 제2그라운드 출력단자로부터 연장되는 제2그라운드 신호라인(GL2)을 포함할 수 있고, 제1그라운드 신호라인(GL1)은 커팅된 커버버텀(730)에 전기적으로 연결되고, 제2그라운드 신호라인(GL2)은 미드 프레임(750)에 전기적으로 연결될 수 있다.
즉, 데이터 구동회로(D-IC) 내부의 고객핀(Custom Pin)을 제1그라운드 출력단자(P1), 제2그라운드 출력단자(P2)로 구성하고, 연성 인쇄회로(FPC)에는 다른 그라운드 신호와는 별도로 2개의 그라운드 신호라인(GL1, Gl2)를 더 배치한 후, 그라운드 신호라인을 각각 커팅된 커버버텀(730)과 미드 프레임(750)에 연결한다.
그런 다음, 터치 구동부는 스위칭부(SW)를 이용하여, 중앙영역 A1 및 가장자리 영역 A2에서의 포스 터치 감지 동작 동안, 제1그라운드 출력단자(P1) 및 제2그라운드 출력단자(P2)로의 그라운드 신호 출력을 시분할로 제어하는 것이다.
이 때, 연성 인쇄회로(790)에 형성된 제1그라운드 신호라인(GL1)의 일부를 오픈한 후 도전 테이프 등을 이용하여 커팅 커버버텀(730)에 부착하여 전기적으로 연결시킬 수 있다.
또한, 연성 인쇄회로(790)에 형성된 제2그라운드 신호라인(GL1)의 단부에 형성된 커넥터 등을 미드 프레임(750)에 부착함으로써, 제2그라운드 신호라인을 미드 프레임에 전기적으로 연결시킬 수 있다.
이상과 같은 구성을 통하여, 기존의 데이터 구동회로 및 연성 인쇄회로의 구조 변경을 최소화하면서도, 중앙영역 및 가장자리 영역에서의 포스 터치 감지를 위한 그라운드 신호(제2전극 구동신호)의 스위칭을 용이하게 구현할 수 있게 된다.
도 11은 본 실시예에 의한 포스 터치형 디스플레이 장치의 제1전극의 배치의 일 예를 도시하는 것으로서, 2개의 터치전극 그룹이 대칭적으로 배치되고, 각각의 터치전극 그룹은 k(k=9)개의 터치전극 블록을 포함하는 구조를 도시한다.
도 11에 의한 포스 터치형 디스플레이 장치에서는 디스플레이 패널에 포함되는 터치전극인 제1전극이 디스플레이 패널에 배치되는 복수개의 터치전극 블록 그룹을 포함하며, 각각의 터치전극 블록그룹은 복수의 터치전극 블록으로 구성될 수 있다.
그 예로서, 도 11에 도시한 바와 같이, 제1전극은 디스플레이 패널의 좌측(제1측면)에 배치되는 k개의 제1터치전극 블록을 포함하는 제1터치전극 블록그룹과, 표시패널의 우측(제2측면)에 배치되는 k개의 제2터치전극 블록을 포함하는 제2터치전극 블록그룹이 대칭적으로 배치되는 구조이며, 제1터치전극 블록 및 제2터치전극 블록은 다시 m개의 터치 전극의 열로 구성될 수 있다.
즉, 도 11과 같이, 디스플레이 패널의 좌측에는 총 9개의 제1터치전극 블록이 배치되고, 우측에는 대칭으로 총 9개의 제2터치전극 블록이 배치되며, 각 터치블록은 상하로 배치되는 총 32개의 터치 전극으로 구성된다.
결과적으로 디스플레이 패널에는 총 18*32개의 제1전극(터치 전극)이 배치된다. 물론, 각 터치전극 및 터치전극 블록은 반드시 동일한 크기 및 개수일 필요는 없으며, 예컨데 디스플레이 패널의 가장자리에 배치되는 터치전극 블록이 나머지보다 작은 수의 블록 또는 터치전극으로 구성됨으로써, 터치감도를 균일하게 유지할 수도 있다.
또한, 제1터치전극 블록 및 제2터치전극 블록 각각에 포함되는 다수의 터치 전극으로의 터치 구동신호 인가를 스위칭하기 위한 터치 멀티플렉서(T-MUX; 1190, 1190')를 더 포함하며, 터치 멀티블렉서(T-MUX)는 다시 좌측의 제1터치전극 블록을 담당하는 제1 T-MUX(1190)과 우측의 제2터치전극 블록을 담당하는 제2 T-MUX(1190')으로 구성된다.
아래에서 설명할 바와 같이, 제1 T-MUX(1190)는 총9개의 제1터치전극 블록으로 제1전극 구동신호를 순차적으로 공급하여 터치 센싱을 수행하며, 제2 T-MUX(1190')는 총9개의 제2터치전극 블록으로 제1전극 구동신호를 순차적으로 공급하여 터치 센싱을 수행한다.
한편, 제1 T-MUX(13190) 및 제2 T-MUX(1190')는 동작 역시 대칭적으로 수행될 수 있다.
즉, 제1 T-MUX가 i번째 제1터치전극 블록에 제1전극 구동신호를 인가할 때 제2 T-MUX도 i번째 제2 터치전극 블록에 제1전극 구동신호를 인가하는 것이다.
한편, 본 실시예에 의한 터치 디스플레이 장치에서는, 제1전극만으로 터치 입력을 감지하는 제1터치 동작과, 제1전극과 제2전극을 이용하여 터치 입력을 감지하는 제2터치 동작을 모두 수행할 수 있다.
편의상, 본 명세서에서는 디스플레이 패널 내부의 제1전극만을 이용하는 제1터치 동작을 "인셀 터치(In-cell Touch)"로 표현하고, 제1전극과 제2전극을 모두 이용하는 제2터치 동작을 "포스 터치(Force Touch)"로 표현하지만, 그러한 표현에 한정되는 것은 아니다.
즉, 터치 구동부는 인셀 터치 동작 구간에서는 제1전극에만 제1전극 구동신호를 인가하고, 제1전극에서 발생되는 셀프 캐패시턴스를 측정함으로써 터치 입력을 감지한다.
또한, 포스 터치 동작 구간에서는, 제1전극에 제1전극 구동신호를 인가하고, 커팅된 커버버텀 또는 미드 프레임 중 하나인 제2전극으로 제2전극 구동신호를 인가한 후, 제1전극과 제2전극 사이의 뮤추얼 캐패시턴스를 측정함으로써 터치 압력을 감지할 수 있다.
이러한 인셀 터치 모드(제1터치 동작) 및 포스 터치 모드(제2터치 동작)는 시분할 방식으로 구동될 수 있다.
도 12는 본 실시예에 의한 포스 터치형 디스플레이 장치에서의 인셀터치모드와 디스플레이 모드 및 포스 터치 모드의 시분할 구동방식의 일예를 도시한다.
도 12와 같이, 본 실시예에 의한 디스플레 장치에서는 화소에 영상을 표시하는 디스플레이 동작 모드와 터치 동작 모드가 시분할되어 반복 수행된다.
그 일 예로서, 도 12와 같이, 첫번째 터치 동작 구간 T1에서는 도 11과 같은 터치전극 블록 중에서 1~3번째 터치전극 블록에 대한 인셀 터치 모드가 수행되고, 이어서 제1 디스플레이 동작 모드(D1)가 수행된다.
다음으로, 두번째 터치 동작 구간 T2에서는 4~6번째 터치전극 블록에 대한 인셀 터치 감지가 이루어지며, 이어서 제2 디스플레이 동작 모드(D2)가 수행되며, 세번째 터치 동작 구간 T3에서는 7~9번째 터치전극 블록에 대한 인셀 터치 감지가 수행된다.
도 11과 같은 터치 전극 배치 구조를 예로 들면, 인셀 터치 감지를 위하여 첫번째 터치 동작 구간(T1)에는 T-MUX의 제어에 의하여 첫번째 내지 세번째 제1터치전극 블록 및 첫번째 내지 세번째 제2터치전극 블록에만 제1전극 구동신호가 순차적으로 인가되고, 두번째 터치 동작 구간(T2)에는 T-MUX의 제어에 의하여 네번째 내지 여섯번째 제1터치전극 블록 및 네번째 내지 여섯번째 제2터치전극 블록에만 제1전극 구동신호가 순차적으로 인가되는 등의 동작이 반복되는 것이다.
그 다음의 네번째 터치 동작 구간 T4에서는 포스 터치 감지가 수행된다. 즉, 네번째 터치 동작 구간 T4동안 제1전극 전체에 순차적으로 제1전극 구동신호를 인가하고 동시에 제2전극에는 그라운드 신호를 인가한 후, 양 전극 사이의 캐패시턴스를 측정함으로써 포스 터치를 감지한다.
결과적으로, 인셀 터치 감지에 의하여 터치 위치를 확인하고, 이어서 포스 터치 감지에 의한 터치 위치 확인이 이루어진다.
이와 같이, 하나의 디스플레이 패널에 대하여 이중으로 터치 감지를 함으로써, 터치 인식 성능을 더 향상시킬 수 있게 된다.
이 때, 1회의 인셀 터치 감지와 1회의 포스 터치 감지가 완료되는 시간은 약1/120sec로서, 결과적으로 터치 센싱 주파수는 120Hz가 될 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니다.
도 13은 본 실시예에 의한 제2전극 전환을 통한 포스 터치 동작을 도시하며, 중앙영역(A1) 터치 감지신호 및 가장자리 영역(A2) 터치 감지 신호의 데이터 형식 또는 레벨 개수를 예시한다.
도 13은 도 12의 시분할 터치 감지 중에서 네번째 터치 동작 구간 T4에서의 포스 터치 감지의 세부 흐름을 도시한다.
우선, 커버버텀과 중첩되지 않는 중앙영역 A1에 대한 스캔 시작 신호가 인가(S1310)된 후, 중앙영역 A1에 배치된 제1전극과 미드 프레임(제2전극) 사이의 제2캐패시턴스(C2)를 터치신호로 수신한 후 터치 위치를 감지한다.(S1320)
S1320의 세부 흐름을 더 살펴보면, 중앙영역 A1과 가장자리 영역 A2을 포함하는 모든 영역의 제1전극에 제1전극 구동신호를 인가하고, 제2전극으로 선택된 미드 프레임에 제2전극 구동신호(GND)를 인가한 후, 양 전극 사이의 캐패시턴스를 측정한다. 이 때, 터치 구동부는 가장자리 영역 A2에서 측정된 캐패시턴스값은 무시하고, 중앙영역 A1에서 측정된 캐패시턴스값만을 취한다.
다음으로, 커버버텀과 중첩되는 가장자리 영역 A2에 대한 스캔 시작 신호가 인가(S1330)되면, 가장자리 영역 A2에 배치된 제1전극과 커팅된 커버버텀(제2전극) 사이의 제1캐패시턴스(C1)를 터치신호로 수신한 후 터치 위치를 감지한다.(S1340)
S1340의 세부 흐름을 더 살펴보면, 중앙영역 A1과 가장자리 영역 A2을 포함하는 모든 영역의 제1전극에 제1전극 구동신호를 인가하고, 제2전극으로 선택된 커팅된 커버버텀에 제2전극 구동신호(GND)를 인가한 후, 양 전극 사이의 캐패시턴스를 측정한다. 이 때, 도 9와 같이 중앙영역 A1에서는 제1전극에 대향하는 제2전극이 없기 때문에 중앙영역에서는 캐패시턴스가 측정되지 않을 것이므로, 가장자리 영역 A2에서 측정된 캐패시턴스값만을 취하면 된다.
한편, 도 9 등에서 설명한 바와 같이, 중앙영역 A1에서 측정되는 제2캐패시턴스(C2)의 변화 정도는 가장자리 영역 A2에서 측정되는 제1캐패시턴스(C1)의 변화정도보다 크게 된다.
즉, 가장자리 영역 A2에서는 비교적 작은 제1에어갭(AG1)을 가지고 중앙영역 A1에서는 큰 제2에어갭(AG2)을 가지기 때문에, 동일한 터치 압력이 있는 경우 중앙영역에서의 갭변화 및 그에 따른 캐패시턴스의 변화가 더 크게 된다.
결과적으로 중앙영역 A1 보다 가장자리 영역 A2에서의 포스 터치 민감도가 더 낮게 된다.
따라서, 중앙영역과 가장자리 영역에서 상이한 포스 터치 민감도를 반영하기 위하여, 중앙영역 A1에서의 터치 센싱을 위한 제1레벨 개수가 가장자리 영역에서의 터치 센싱을 위한 제2레벨 개수보다 더 크게 한다.
예를 들면, 도 13에 도시한 바와 같이, 중앙영역 A1에서 측정되는 포스 터치 신호는 8비트의 데이터로 구성되어 있어서 총 256개의 제1레벨 개수를 가질 수 있는 반면, 가장자리 영역 A2에서 측정되는 포스 터치 신호는 2비트의 데이터로 구성되어 있어서 총 4개의 제2레벨 개수를 가지도록 구성할 수 있다.
이와 같이, 중앙영역 A1과 가장자리 영역 A2에서 측정되는 포스 터치 감지 신호에 대하여 상이한 민감도 또는 레벨 개수를 적용함으로써, 가장자리 영역에서의 포스 터치 감지 영역을 확장하면서도, 중앙영역에서는 가장자리영역보다 더 정밀한 포스 터치 감지가 가능하게 된다.
이상과 같이, 본 실시예에 의한 터치형 디스플레이 장치를 이용하면, 디스플레이 패널의 후면 지지구조인 커버버텀(Cover Bottom)의 일부영역을 커팅하는 방식의 포스 터치 방식에서, 디스플레이 장치의 전체 영역에서 균일한 터치 성능을 확보할 수 있는 효과가 있다.
더 구체적으로, 커버버텀 커팅 방식의 포스 터치형 디스플레이 장치에서, 포스 터치를 감지하는 영역에 따라서 세트장치의 후면 지지구조인 미드 프레임(Mid Frame)과 커팅된 커버버텀에 선택적으로 그라운드(GND) 신호를 인가함으로써, 디스플레이 장치의 전체 영역에서 균일한 터치 성능을 확보할 수 있다.
또한, 커팅된 커버버텀이 존재하는 가장자리 영역에서의 포스 터치 감지를 하는 경우에는 커버버텀에 그라운드 신호를 인가하되, 디스플레이 패널의 중앙영역에서의 포스 터치 감지를 위한 제1레벨 개수보다 디스플레이 패널의 가장자리 영역에서의 포스 터치 감지를 위한 제2레벨 개수를 더 작게 설정함으로써, 디스플레이 장치 전체의 포스 터치 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
710 : 디스플레이 패널 712 : 제1전극(터치전극)
720 : 백라이트 유닛 730 : 커팅된 커버버텀(Cover Bottom)
740 : 커버 글래스 750 : 미드 프레임(Mid Frame)
780 : 터치 구동부 (D-IC) 790 : 연성 인쇄 회로(FPC)

Claims (13)

  1. 터치 감지를 위한 제1전극을 포함하는 디스플레이 패널;
    상기 디스플레이 패널의 가장자리 영역의 후면을 커버하기 위하여 중앙영역이 제거되도록 커팅되어 배치되는 커팅된 제1지지부;
    상기 커팅된 제1지지부의 후방에 배치되어 상기 디스플레이 패널 후면 전체를 커버하는 제2지지부;
    상기 제1전극에 제1전극 구동신호를 인가하고, 터치 감지 위치에 따라서 상기 커팅된 제1지지부 및 제2지지부 중 하나를 제2전극으로 선택하고, 상기 제2전극 구동신호를 인가하여 상기 디스플레이 패널에 인가되는 사용자의 터치 압력을 감지하는 터치 구동부;
    를 포함하는 터치 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커팅된 제1지지부는 커팅된 커버버텀이고, 상기 제2지지부는 미드 프레임이며, 상기 터치 구동부는 커팅된 커버버텀이 중첩되지 않는 제1전극의 중앙영역에서의 터치 압력을 감지하는 경우에는 상기 미드 프레임을 제2전극으로 선택하고, 상기 커팅된 커버버텀과 일부 중첩되는 제1전극의 가장자리 영역의 터치 압력을 감지하는 경우에는 상기 커팅된 커버버텀을 제2전극으로 선택하는 터치 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2전극 구동신호는 그라운드 신호이며, 상기 터치 구동부는 제1전극과 제2전극 사이의 캐패시턴스 변화를 측정하여 터치의 위치를 판정하는 터치 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 커팅된 커버버텀과 미드프레임 중에서 제2전극으로 선택되지 않은 것은 전기적으로 플로팅되어 고임피던스 상태(Hi-Z) 상태로 유지되는 터치 디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 중앙영역에서의 터치 압력 감지를 위한 제1레벨 개수는 상기 가장자리 영역에서의 터치 압력 감지를 위한 제2레벨 개수보다 큰 터치 디스플레이 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 터치 구동부는 상기 중앙영역에서의 터치 입력 감지와 상기 가장자리 영역에서의 터치 입력 감지를 시분할로 구동하는 터치 디스플레이 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 터치 구동부는 데이터 구동회로(D-IC)에 포함되고,
    상기 데이터 구동회로는 제1그라운드 출력단자, 제2그라운드 출력단자, 상기 제1 및 제2그라운드출력단자로의 그라운드 신호 출력을 스위칭하는 스위칭부를 포함하는 터치 디스플레이 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 데이터 구동회로와 연결되며, 상기 제1그라운드 출력단자로부터 연장되는 제1그라운드 신호라인과, 제2그라운드 출력단자로부터 연장되는 제2그라운드 신호라인을 포함하는 연성 인쇄회로(FPC)를 더 포함하며,
    상기 제1그라운드 신호라인은 상기 커팅된 커버버텀에 전기적으로 연결되고, 상기 제2그라운드 신호라인은 상기 미드 프레임에 전기적으로 연결되는 터치 디스플레이 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널에 광을 공급하기 위한 백라이트 유닛을 더 포함하며,
    상기 백라이트 유닛과 상기 디스플레이 패널 사이에는 제1갭이 배치되며,
    상기 터치 구동부는 상기 가장자리 영역에서의 터치 입력 감지시에는 상기 제1갭의 변화에 의한 캐패시턴스 변화를 측정하여 터치 입력을 감지하는 터치 디스플레이 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 터치 구동부는 제1터치 동작 구간에서는 상기 제1전극에 인가되는 제1전극 구동신호에 따라 상기 제1전극에서 발생되는 셀프 캐패시턴스를 측정함으로써 제1 터치 입력을 감지하고,
    제2터치 동작 구간에서는, 상기 제1전극에 제1전극 구동신호를 인가하고, 상기 커팅된 제1지지부 및 제2지지부 중 하나로 선택된 제2전극으로 제2전극 구동신호를 인가하여 상기 디스플레이 패널에 인가되는 사용자의 터치 압력을 감지하는 터치 디스플레이 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 커팅된 제1지지부는 커팅된 커버버텀이고, 상기 제2지지부는 미드 프레임이며, 상기 터치 구동부는 상기 제2터치 동작 구간 동안, 상기 커팅된 커버버텀이 중첩되지 않는 제1전극의 중앙영역에서의 터치 압력을 감지하는 경우에는 상기 미드 프레임을 제2전극으로 선택하고, 상기 커팅된 커버버텀과 일부 중첩되는 제1전극의 가장자리 영역의 터치 압력을 감지하는 경우에는 상기 커팅된 커버버텀을 제2전극으로 선택하는 터치 디스플레이 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 터치 구동부는 상기 중앙영역에서의 터치 입력 감지와 상기 가장자리 영역에서의 터치 입력 감지를 시분할로 구동하는 터치 디스플레이 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 중앙영역에서의 터치 압력 감지를 위한 제1레벨 개수는 상기 가장자리 영역에서의 터치 압력 감지를 위한 제2레벨 개수보다 큰 터치 디스플레이 장치.
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