KR101819678B1 - 터치센서를 가지는 표시장치와 그 구동방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터치센서를 가지는 표시장치와 그 구동방법에 관한 것으로, 그 표시장치는 데이터라인들과 게이트라인들이 교차되고 픽셀들이 매트릭스 형태로 배치된 픽셀 어레이; Tx 라인들과 Rx 라인들이 교차되고 상기 Tx 라인들과 상기 Rx 라인들의 교차부에 터치센서들이 형성된 터치 스크린; 1 프레임기간 동안 1 수평기간 내의 데이터 기입기간마다 상기 픽셀들에 데이터전압을 기입하는 디스플레이 구동회로; 및 상기 Tx 라인들에 소정 시간만큼 지연된 터치센서 구동펄스를 순차적으로 공급하되, 상기 Tx 라인들 각각에 상기 터치센서 구동펄스를 2회 이상 연속으로 공급하는 터치 스크린 구동회로를 포함한다.

Description

터치센서를 가지는 표시장치와 그 구동방법{DISPLAY HAVING TOUCH SENSOR AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 터치센서를 가지는 표시장치와 그 구동방법에 관한 것이다.
가전기기나 휴대용 정보기기의 경량화, 슬림화 추세에 따라 유저 입력 수단이 버튼형 스위치에서 터치 스크린으로 대체되고 있다. 터치 스크린은 다수의 터치센서들을 포함하고, 디스플레이 소자의 표시패널 상에 탑재된다. 최근에는 터치 스크린이 표시패널에 내장되는 형태도 개발되고 있다.
정전 용량 방식의 터치센서들은 상호 용량(mutual capacitance) 방식으로 구현될 수 있다. 정전 용량 방식의 터치센서들은 서로 교차하는 신호 배선들의 교차부에 형성된 상호 용량을 포함한다. 손가락이 터치센서의 상호 용량에 접근하면 그 전극들 사이의 전계가 차단되어 상호 용량의 충전양이 낮아진다. 따라서, 정전 용량 방식의 터치센서들은 터치 전후의 상호 용량의 충전양 변화를 측정하여 터치를 인식할 수 있다.
터치 스크린의 터치센서들은 표시패널에서 픽셀 어레이의 신호배선들과 기생용량을 통해 결합(coupling)될 수 있다. 이 경우에 표시패널에서 픽셀들에 연결된 신호배선들에 공급되는 픽셀 구동신호들이 터치센서들의 출력신호에 악영향을 끼칠 수 있다. 따라서, 터치센서들의 출력 신호에서 노이즈 성분으로 작용하는 픽셀 구동신호들의 영향을 줄일 수 있는 방안이 필요하다. 픽셀 어레이의 신호배선들은 픽셀들에 충전될 비디오 데이터전압이 공급되는 데이터라인들과, 데이터라인들과 교차되어 데이터전압이 충전되는 픽셀들을 선택하기 위한 스캔펄스(또는 게이트펄스)가 공급되는 스캔라인(또는 게이트라인) 등을 포함한다. 픽셀 구동신호는 상기 비디오 데이터전압, 스캔펄스 등을 포함한다.
터치센서들의 출력신호에서 픽셀 구동신호의 영향을 줄이기 위하여, 1 프레임기간을 디스플레이 기간과 터치센서 구동기간으로 시분할하여 터치 스크린과 픽셀 어레이들을 시분할 구동할 수 있다. 디스플레이 기간 동안, 픽셀 어레이의 신호배선들에는 픽셀 구동신호가 공급되고 픽셀들에는 비디오 데이터전압이 기입되고 유지된다. 터치센서 구동기간 동안, 픽셀 어레이의 픽셀들은 디스플레이 기간에 충전하였던 비디오 데이터전압을 유지하고, 터치센서들에 터치센서 구동펄스가 공급되어 터치센서들의 출력이 독출(Read-out)된다. 터치센서 구동기간이 디스플레이 기간과 시간적으로 분리되기 때문에 터치센서의 출력신호에서 픽셀 구동시간의 영향을 배제할 수 있다. 그런데 1 프레임기간을 디스플레이 기간과 터치센서 구동기간으로 시분할하면, 터치센서 구동기간이 길어지면 디스플레이 기간이 상대적으로 줄어들고 반면네, 디스플레이 기간이 길어지면 터치센서 구동기간이 짧아진다. 따라서, 픽셀 어레이의 해상도가 증가하여 픽셀 어레이나 터치 스크린의 구동 방법 변경이나 해상도 증가에 대처하기가 곤란하다.
본 발명은 픽셀 어레이의 구동신호 영향을 피하고, 픽셀 어레이의 구동과 터치센서 구동에서 시간적 제약을 줄일 수 있는 터치센서를 가지는 표시장치와 그 구동방법을 제공한다.
본 발명의 표시장치는 데이터라인들과 게이트라인들이 교차되고 픽셀들이 매트릭스 형태로 배치된 픽셀 어레이; Tx 라인들과 Rx 라인들이 교차되고 상기 Tx 라인들과 상기 Rx 라인들의 교차부에 터치센서들이 형성된 터치 스크린; 1 프레임기간 동안 1 수평기간 내의 데이터 기입기간마다 상기 픽셀들에 데이터전압을 기입하는 디스플레이 구동회로; 및 상기 Tx 라인들에 소정 시간만큼 지연된 터치센서 구동펄스를 순차적으로 공급하되, 상기 Tx 라인들 각각에 상기 터치센서 구동펄스를 2회 이상 연속으로 공급하는 터치 스크린 구동회로를 포함한다.
상기 터치센서 구동펄스들 각각의 폴링 에지는 상기 1 수평기간에서 상기 데이터 기입기간을 뺀 수평 블랭크 기간 내에 존재한다.
상기 터치 스크린 구동회로는 상기 Rx 라인들을 통해 수신되는 터치센서 출력신호를 상기 터치센서 구동펄스의 폴링 에지에 동기하여 샘플링한다.
상기 터치 스크린은 상기 픽셀 어레이와 함께 표시패널 내에 배치된다.
상기 표시장치는 상기 디스플레이 구동회로와 상기 터치 스크린 구동회로의 동작 타이밍을 제어하고 상기 디스플레이 구동회로에 디지털 비디오 데이터를 공급하는 타이밍 콘트롤러; 및 1 수평기간의 주기를 갖는 타이밍 신호를 클럭신호로 계수하여 상기 소정 시간 만큼 상기 타이밍 콘트롤러로부터 출력된 Tx 타이밍 제어신호를 지연하는 동기 제어회로를 더 포함한다.
상기 터치 스크린 구동회로는 상기 지연된 Tx 타이밍 제어신호에 응답하여 상기 터치센서 구동펄스를 발생한다.
상기 1 수평기간의 주기를 갖는 타이밍 신호는, 수평 동기신호, 데이터 인에이블 신호, 소스 출력 인에이블신호, 게이트 시프트 클럭, 게이트 출력 인에이블 신호 중 어느 하나를 포함한다.
상기 터치 스크린 구동회로는 제1 Tx 라인에 상기 터치센서 구동펄스를 2회 이상 연속으로 공급한 후에, 제2 Tx 라인에 상기 터치센서 구동펄스를 2회 이상 연속으로 공급한 다음, 제3 Tx 라인에 상기 터치센서 구동펄스를 2회 이상 연속으로 공급한다. 상기 터치 스크린 구동회로는 상기 터치센서 구동펄스 각각의 폴링 에지마다 상기 Rx 라인들을 통해 터치센서들의 출력을 샘플링한다.
상기 표시장치의 구동방법은 1 프레임기간 동안 1 수평기간 내의 데이터 기입기간마다 상기 픽셀들에 데이터전압을 기입하는 단계; 및 상기 Tx 라인들에 소정 시간만큼 지연된 터치센서 구동펄스를 순차적으로 공급하되, 상기 Tx 라인들 각각에 상기 터치센서 구동펄스를 2회 이상 연속으로 공급하는 단계를 포함한다.
본 발명은 1 프레임기간 동안 반복적으로 픽셀들에 데이터를 기입하고, 픽셀 구동신호의 전압이 최대인 데이터 기입기간(최대 픽셀 구동신호 구간)을 회피하여 터치센서들의 출력신호를 샘플링함으로써 터치센서들의 출력을 샘플링할 때 픽셀 어레이의 구동신호 영향을 피하고 픽셀 어레이의 구동과 터치센서 구동에서 시간적 제약을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 블록도이다.
도 2 내지 도 4는 터치 스크린과 표시패널의 다양한 실시예들을 보여 주는 도면들이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치의 구동방법을 보여 주는 파형도이다.
도 6은 도 1에 도시된 터치 스크린의 터치센서들과 터치센서 구동펄스를 보여 주는 등가 회로도이다.
도 7은 터치센서 구동펄스와 1 수평기간의 주기를 갖는 타이밍 신호를 보여 주는 파형도이다.
도 8은 도 1에 도시된 표시장치의 픽셀들에 공급되는 픽셀 구동신호들과, 터치 스크린의 터치센서들에 공급되는 터치센서 구동펄스를 보여 주는 파형도이다.
도 9는 터치센서 구동펄스가 지연되지 않은 실험 조건 파형을 보여 주는 파형도이다.
도 10은 도 9와 같은 터치센서 구동펄스를 Tx 라인들에 공급한 실험에서 측정된 터치센서들의 출력을 보여 주는 실험 결과 도면이다.
도 11은 터치센서 구동펄스의 폴링 에지가 최대 픽셀 구동신호 구간을 회피하도록 터치센서 구동펄스를 소정 시간만큼 지연한 실험 조건 파형을 보여 주는 파형도이다.
도 12는 도 11과 같은 터치센서 구동펄스를 Tx 라인들에 공급한 실험에서 측정된 터치센서들의 출력을 보여 주는 실험 결과 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.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 표시장치는 픽셀 어레이와 터치 스크린을 포함한 표시패널(DIS), 표시패널(DIS)의 픽셀들에 비디오 데이터를 기입하기 위한 디스플레이 구동회로, 및 터치 스크린을 구동하기 위한 터치 스크린 구동회로을 포함한다.
상기 표시장치는 터치 콘트롤러(30), 타이밍 콘트롤러(20), 동기 제어회로 등을 더 포함한다.
디스플레이 구동회로는 디스플레이 데이터 구동회로(12)와, 디스플레이 스캔 구동회로(14)을 포함하여 1 프레임기간 동안 비디오 데이터전압을 픽셀들에 1 수평 라인씩 순차적으로 기입한다. 비디오 데이터전압은 1 수평기간 내에서 게이트펄스가 발생되는 데이터 기입기간마다 픽셀들에 기입된다.
터치 스크린 구동회로는 터치센서 구동회로(18)와, 터치센서 독출회로(Touch sensor read-out circuit, 16)를 포함하여, 터치 스크린의 Tx 라인들(T1~Tj)에 소정 시간만큼 지연된 터치센서 구동펄스(EXTP)를 순차적으로 공급한다. Tx 라인들(T1~Tj) 각각에는 터치센서 구동펄스(EXTP)가 2회 이상 연속으로 공급된다. 또한, 터치 스크린 구동회로는 Rx 라인들(R1~Ri)을 통해 터치센서들(TS)로부터 수신되는 터치센서 출력신호를 터치센서 구동펄스(EXTP)의 폴링 에지에 동기하여 샘플링한다.
본 발명의 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, 터치 스크린을 포함한다. 이하의 실시예에서, 평판 표시소자의 일 예로서, 액정표시소자를 설명하지만 본 발명의 디스플레이 장치는 액정표시소자에 한정되지 않는다는 것에 주의하여야 한다.
표시패널(DIS)은 두 장의 유리기판들 사이에 액정층이 형성된다. 표시패널(DIS)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), 액정셀들에 데이터전압을 충전시키기 위한 다수의 화소전극, 화소전극에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor) 등을 포함한다.
표시패널(DIS)의 픽셀들은 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)에 의해 정의된 픽셀 영역에 형성되어 매트릭스 형태로 배치된다. 픽셀들 각각의 액정셀은 화소전극에 인가되는 데이터전압과 공통전극에 인가되는 공통전압의 전압차에 따라 인가되는 전계에 의해 구동되어 입사광의 투과양을 조절한다. TFT들은 게이트라인(G1~Gn)으로부터의 게이트펄스에 응답하여 턴-온되어 데이터라인(D1~Dm)으로부터의 전압을 액정셀의 화소전극에 공급한다. 공통전극은 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 화소전극과 함께 하부 기판 상에 형성된다.
표시패널(DIS)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등을 포함할 수 있다. 표시패널(DIS)의 하부 기판은 COT(Color filter On TFT) 구조로 구현될 수 있다. 이 경우에, 블랙매트릭스와 컬러필터는 표시패널(DIS)의 하부 기판에 형성될 수 있다.
표시패널(DIS)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(DIS)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성될 수 있다.
표시패널(DIS)의 배면에는 백라이트 유닛이 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(Direct type) 백라이트 유닛으로 구현되어 표시패널(DIS)에 빛을 조사한다.
터치 스크린의 터치센서들(TS)은 도 2와 같이 표시패널(DIS)의 상부 편광판(POL1) 상에 적층되거나, 도 3과 같이 상부 편광판(POL1)과 상부 유리기판(GLS1) 사이에 형성될 수 있다.
터치센서들(TS)은 도 4와 같이 표시패널(DIS) 내에 픽셀 어레이와 함께 인셀(In-cell) 타입으로 하부기판에 형성될 수 있다. 도 4와 같이 터치센서들(TS)이 표시패널(DIS)에 내장되는 경우에, Tx 라인들(T1~Tj)에는 픽셀들에 비디오 데이터가 기입될 때(도 8의 WR) 공통전압(Vcom)이 인가되고, 픽셀들에 비디오 데이터가 기입되지 않을 때(도 8의 HB) 터치센서 구동펄스(EXTP)가 인가된다. 따라서, 터치센서들(TS)이 표시패널(DIS)에 내장되는 경우에 Tx 라인들(T1~Tj)에는 공통전압과 터치센서 구동펄스가 스위칭된다.
도 4와 같이 터치센서들(TS)이 표시패널(DIS) 내에 내장되는 경우에 그 터치센서들(TS)은 픽셀 어레이와 함께 하부 기판 상에 형성될 수 있다. 도 2 내지 도 4에서 "PIX"는 액정셀의 화소전극, "GLS2"는 하부 기판, "POL2"는 하부 편광판을 각각 의미한다.
터치센서들은 정전 용량 방식으로 구현될 수 있다. 이 경우에, 터치 센서들은 게이트라인들(G1~Gn)과 나란한 Tx 라인들(T1~Tj, j는 n 보다 작은 양의 정수), Tx 라인들(T1~Tj)과 교차하고 데이터라인들(D1~Dm)과 나란한 Rx 라인들(R1~Ri, i는 m 보다 작은 양의 정수), 및 Tx 라인들(T1~Tj)과 Rx 라인들(R1~Ri)의 교차부에 형성된 상호 용량(도 6의 MC) 등을 포함한다.
디스플레이 데이터 구동회로(12)는 다수의 소스 드라이브 IC(Integrated Circuit)을 포함한다. 소스 드라이브 IC들은 시프트 레지스터(Shift register), 래치(Latch), 디지털-아날로그 변환기(Digital to analog converter, DAC), 출력버퍼(output buffer) 등을 포함한다. 소스 드라이브 IC들은 타이밍 콘트롤러(20)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(14)는 하나 이상의 스캔 드라이브 IC를 포함한다. 스캔 드라이브 IC는 레벨시프터(Level shifter), 시프트 레지스터(Shift register) 등을 포함한다. 스캔 드라이브 IC는 동안 타이밍 콘트롤러(20)의 제어 하에 아날로그 비디오 데이터전압에 동기되는 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 게이트라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급하여 아날로그 비디오 데이터전압이 기입되는 표시패널(DIS)의 라인을 선택한다. 디스플레이 스캔 구동회로(14)는 게이트 인 패널(Gate in panel, GIP) 공정 기술에 의해 픽셀 어레이와 함께 하부 기판 상에 형성될 수 있다.
터치센서 구동회로(18)는 지연된 Tx 타이밍 제어신호(Txcon')에 응답하여 Tx 라인들(T1~Tj)에 터치센서 구동펄스(EXTP)를 순차 출력하여 Tx 라인들(T1~Tj)에 순차적으로 인가하여 터치센서들(TS)을 스캐닝한다. 터치센서 구동펄스(EXTP)는 터치센서 독출회로(16)에 의해 하나의 터치센서 출력신호가 2회 이상 반복 샘플링될 수 있도록 Tx 라인들(T1~Tj) 각각에 2 회 이상 연속 공급된다. 터치센서 구동회로(18)는 디스플레이 스캔 구동회로(14)의 스캔 드라이브 IC와 실질적으로 동일한 회로 구성을 갖는 스캔 드라이브 IC로 구현될 수 있다.
제1 Tx 라인(T1)에 존재하는 터치센서들의 상호 용량(MC)에 충전된 전하들은 제1 Tx 라인(T1)에 공급되는 터치센서 구동펄스(EXTP)에 의해 Rx 라인들(R1~Ri)을 통해 터치센서 독출회로(16)에 입력된다. 제2 Tx 라인(T2)에 존재하는 터치센서들의 상호 용량(MC)에 충전된 전하들은 제2 Tx 라인(T2)에 공급되는 터치센서 구동펄스(EXTP)에 의해 Rx 라인들(R1~Ri)을 통해 터치센서 독출회로(16)에 입력된다. 터치센서 구동회로(18)는 Tx 라인들(T1~Tj) 각각에 2 회 이상 연속으로 터치센서 구동펄스(EXTP)를 공급한다. 예를 들어, 제1 Tx 라인(T1)에 터치센서 구동펄스(EXTP)가 N(여기서, N은 2 이상 20 이하의 양의 정수)회 반복 공급되어 제1 Tx 라인(T1)에 존재하는 터치센서의 출력신호가 터치센서 독출회로(16)에 의해 N회 반복 샘플링된다. 이어서, 제2 Tx 라인(T2)에 터치센서 구동펄스(EXTP)가 N회 반복 공급되어 제2 Tx 라인(T2)에 존재하는 터치센서의 출력신호가 터치센서 독출회로(16)에 의해 N회 반복 샘플링된다. 여기서, N은 터치 스크린의 라인 수와 터치센서 독출회로(16)의 샘플링 동작 특성에 따라 조절될 수 있다.
터치센서 독출회로(16)는 Rx 타이밍 제어신호(Rxcon)에 응답하여 Rx 라인들(R1~Ri)에 터치 기준전압(Vref)을 공급한다. 터치 기준전압(Vref)은 0V 보다 높고 3V 이하의 직류전압으로 설정될 수 있다. 터치센서 독출회로(16)는 Rx 라인들(R1~Ri)을 통해 입력되는 터치센서들의 아날로그 출력(상호 용량의 전압)의 변화를 샘플링 및 증폭하고, 디지털 터치 데이터로 변환하여 터치 콘트롤러(30)로 전송한다. 터치센서 독출회로(16)는 Rx 라인들(R1~Ri)을 통해 공급되는 전하를 축적하는 적분기의 커패시터를 이용하여 터치센서들의 출력을 샘플링한다. 따라서, 터치센서 독출회로(16)는 적분기의 커패시터에 전하가 충분히 축적되어야만 터치 전후의 변하량을 검출할 수 있다. 이를 위하여, 터치센서 독출회로(16)는 Tx 라인들(T1~Tj)마다 N회 연속적으로 공급되는 터치센서 구동펄스(EXTP)의 폴링에지마다 Rx 라인들(R1~Ri)을 통해 공급되는 터치센서들(TS)의 출력을 샘플링한다.
터치 콘트롤러(30)는 터치센서 독출회로(16)로부터 입력되는 디지털 터치 데이터들을 미리 설정된 터치 인식 알고리즘으로 분석하여 소정의 기준값 이상의 터치 데이터들에 대한 좌표값을 산출한다. 터치 콘트롤러(30)로부터 출력된 터치 위치의 좌표값 데이터는 HID 포맷의 터치 디지털 터치 데이터로서 외부의 호스트 시스템으로 전송된다. 호스트 시스템은 터치 위치의 좌표값과 연계된 응용 프로그램을 실행한다.
타이밍 콘트롤러(20)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(12)와 디스플레이 스캔 구동회로(14)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 디스플레이 타이밍 제어신호들을 발생한다. 디스플레이 스캔 구동회로(14)의 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock, GSC(GCLK)), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE), 쉬프트 방향 제어신호(DIR) 등을 포함한다. 디스플레이 데이터 구동회로(12)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(20)는 터치센서 구동회로(18)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 Tx 타이밍 제어신호(Txcon)과, 터치센서 독출회로(16)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 Rx 타이밍 제어신호들(Rxcon)을 발생한다. Tx 타이밍 제어신호(Txcon)는 터치센서 구동회로(18) 내에 형성된 시프트 레지스터의 출력을 발생하고 그 출력을 시프트하여 출력하기 위한 스타트 펄스, 시프트 레지스터, 출력 인에이블신호 등을 포함한다. Rx 타이밍 제어신호(Rxcon)는 터치센서 독출회로(16) 내에 형성된 샘플링 스위치의 타이밍 제어신호, ADC(Analog to Digital Convertor) 클럭 등을 포함한다.
타이밍 콘트롤러(20)는 1 수평기간의 주기를 갖는 타이밍 신호(HDIS)를 동기제어회로에 공급한다. 여기서, 1 수평기간의 주기를 갖는 타이밍 신호(HDIS)는 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(DE), 소스 출력 인에이블신호(SOE), 게이트 시프트 클럭(GSC(GCLK)), 게이트 출력 인에이블 신호 중 어느 하나로 선택될 수 있다. 수평 동기신호(Hsync)는 수평 블랭크기간을 포함하여 1 수평기간의 주기를 가지는 타이밍 신호로서 타이밍 콘트롤러(20)에 입력된다. 데이터 인에이블신호(DE)는 1 수평기간의 주기를 가지며 1 라인의 데이터들과 동기되어 타이밍 콘트롤러(20)에 입력된다. 소스 출력 인에이블신호(SOE)는 1 수평기간의 주기를 가지며 1 수평기간마다 디스플레이 데이터 구동회로(12)로부터 비디오 데이터전압 출력이 발생될 수 있도록 디스플레이 데이터 구동회로(12)의 출력 타이밍을 제어한다. 게이트 시프트 클럭(GSC(GCLK))은 1 수평기간의 주기를 가지며, 디스플레이 게이트 구동회로(14)와 터치센서 구동회로(18) 내에서 1 수평기간 주기로 발생되는 시프트 동작의 타이밍을 제어한다. 게이트 출력 인에이블신호(GOE)는 1 수평기간의 주기를 가지며, 비디오 데이터전압에 동기되어 1 수평기간마다 디스플레이 게이트 구동회로(14)로부터 게이트펄스가 출력될 수 있도록 디스플레이 게이트 구동회로(14)의 출력 타이밍을 제어한다. 선택된 1 수평기간의 주기를 갖는 타이밍 신호(HDIS)는 동기 제어회로의 에지 검출기(22)에 입력된다.
동기 제어회로는 에지 검출기(22)와 지연기(24)를 포함한다. 동기 제어회로는 타이밍 콘트롤러(20)에 내장될 수 있다.
에지 검출기(22)는 1 수평기간의 주기를 갖는 타이밍 신호(HDIS)를 입력받아 그 타이밍 신호(HDIS)의 라이징 에지를 검출한다.
지연기(24)는 에지 검출기(22)로부터 출력되는 에지 검출신호와, 타이밍 콘트롤러(20)로부터 출력되는 Tx 타이밍 제어신호(Txcon)를 입력 받는다. 지연기(24)는 에지 검출기(22)로부터 입력받은 에지 검출신호를 메인클럭(MCLK)으로 계수하고 미리 설정된 계수값만큼 Tx 타이밍 제어신호(Txcon)를 지연시킨다. 그 결과, 터치센서 구동펄스(EXTP)는 지연된 Tx 타이밍 제어신호(Txcon')에 의해 소정 시간만큼 지연되어 그 폴링 에지가 픽셀 구동신호에서 최대 전압이 나타나는 시간을 회피하는 시간에 나타난다. 메인클럭(MCLK)은 타이밍 콘트롤러(20)에 내장된 발진기의 출력 클럭 혹은, 지연기(24) 내에 내장된 발진기의 출력 클럭으로 대신될 수 있다.
본원 발명자는 터치센서 출력신호에 가장 큰 영향을 주는 픽셀 구동신호 구간(또는 시간)을 실험을 통해 밝혀냈다. 터치센서 출력신호에 가장 큰 영향을 주는 픽셀 구동신호 구간은 픽셀 구동신호에서 게이트펄스와 비디오 데이터전압 등의 최대 전압이 발생되는 시간이다. 실험 결과, 터치센서 출력신호에 가장 큰 영향을 주는 픽셀 구동신호 구간은 게이트펄스가 발생되어 1 수평기간 내에서 픽셀들에 데이터가 충전되는 시간이다. 이하에서, 최대 픽셀 구동신호 구간은 픽셀 어레이의 픽셀들에 데이터가 기입되는 시간으로서 터치센서 출력신호에 가장 큰 영향을 주는 픽셀 구동시간을 의미한다.
본 발명은 이하의 실시예와 같이, 1 수평기간의 주기를 갖는 타이밍 신호(HDIS)로부터 일정 시간만큼 지연된 시간에 터치센서(TS)의 출력신호를 독출함으로써 최대 픽셀 구동신호 구간을 회피하여 터치센서 출력신호를 읽어낸다. 그리고 본 발명은 터치센서들 각각의 출력을 안정되게 샘플링하기 위하여 터치센서 출력신호 각각을 N회 연속으로 반복 독출한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치의 구동 방법을 보여 주는 파형도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 표시장치의 구동 방법은 1 프레임 기간을 디스플레이 기간과 터치센서 구동기간으로 시분할하지 않고 1 프레임 기간 동안 1 라인씩 순차적으로 픽셀들에 비디오 데이터를 기입하되, 최대 픽셀 구동신호 구간들(MAX)을 회피하여 터치센서들 각각의 출력신호를 N회 반복 독출한다.
최대 픽셀 구동 신호 구간들(MAX)은 게이트펄스에 의해 화소전극에 접속된 TFT가 턴-온되어 비디오 데이터전압이 화소전극에 충전되는 시간이다. 최대 픽셀 구동신호 구간들(MAX) 사이에는 수평 블랭크 시간(Horizontal blank time)을 포함한 최대 픽셀 구동 신호 구간의 회피 시간이 존재한다. 터치센서 구동펄스(EXTP)의 폴링 에지는 1 수평기간의 타이밍 신호 지연으로 인하여 수평 블랭크 시간 내에 나타난다. 터치센서 독출회로(16)는 터치센서 구동펄스(EXTP)의 폴링 에지마다 Rx 라인들(R1~Rx)을 통해 터치센서의 출력신호를 샘플링한다. 따라서, 터치센서 각각의 출력은 연속되는 N 개의 수평 블랭크 시간마다 N회 반복 샘플링된다.
도 5에서 "1TStime"은 하나의 터치센서 출력신호를 안정적으로 샘플링하는데 필요한 시간이고, 이 시간(1TStime)은 N 개의 터치 스캐닝기간(Tscan1~TscanN)으로 나뉘어진다.
터치 스캐닝기간(Tscan1~TscanN) 각각은 수평 블랭크 시간을 포함한다. 하나의 터치센서의 출력신호는 N회(Tscan1~TscanN) 반복 연속으로 독출된다. 예를 들어, 터치 스크린의 제1 라인에 존재하는 제1 터치센서의 출력은 터치 스캐닝기간(Tscan1~TscanN) 마다 연속으로 Rx 라인들(R1~Ri)을 통해 터치센서 독출회로(16)에 입력되어 그 터치센서 독출회로(16)의 적분기에 의해 샘플링된다. 이어서, 터치 스크린의 제2 라인에 존재하는 제2 터치센서의 출력은 터치 스캐닝기간(도시하지 않은 TscanN+1~Tscan2N) 마다 연속으로 Rx 라인들(R1~Ri)을 통해 터치센서 독출회로(16)에 입력되어 그 터치센서 독출회로(16)의 적분기에 의해 샘플링된다.
도 6은 터치센서들(TS)과 터치센서 구동펄스(EXTP)를 보여 주는 등가 회로도이다.
도 6을 참조하면, 터치센서들(TS)은 Tx 라인들(T1~T4), Tx 라인들(T1~T4)과 교차되는 Rx 라인들(R1~R5), 및 Tx 라인들(T1~T4)과 Rx 라인들(R1~R5)의 교차부에 형성된 상호 용량들(MC)을 포함한다.
Tx 라인들(T1~T4)에는 터치센서 구동회로(18)에 의해 터치센서 구동펄스(EXTP)가 순차적으로 공급된다. 여기서, Tx 라인들(T1~T4) 각각에 공급되는 터치센서 구동펄스(EXTP)는 N회 연속으로 공급된다. 터치센서 독출회로(16)는 Rx 라인들(R1~R5)를 통해 입력 받은 상호 용량들(MC)의 출력을 터치센서 구동펄스(EXTP)의 폴링 에지마다 샘플링한다.
도 7은 터치센서 구동펄스(EXTP)와 1 수평기간의 주기를 갖는 타이밍 신호(HDIS)를 보여 주는 파형도이다.
도 7을 참조하면, 동기 제어회로는 1 수평기간의 주기를 갖는 타이밍 신호(HDIS)를 기준으로 소정 시간(D)만큼 Tx 타이밍 제어신호(Txcon)를 지연시킨다. 여기서, 소정 시간(D)은 1 수평기간의 주기를 갖는 타이밍 신호(HDIS)의 라이징 에지로부터 클럭신호를 계수하여 판단될 수 있다. 소정 시간(D)은 터치센서 구동펄스(EXTP)의 폴링 에지가 최대 픽셀 구동신호 구간을 회피하는 시간에 발생되도록 미리 설정된다.
도 8은 도 1에 도시된 표시장치의 픽셀들에 공급되는 픽셀 구동신호들과, 터치 스크린의 터치센서들에 공급되는 터치센서 구동펄스를 보여 주는 파형도이다.
도 8을 참조하면, 1 수평기간(1H)은 표시패널(DIS)의 1 수평라인을 스캐닝하는 시간이다. 1 수평기간은 데이터 기입기간(WR)과 수평 블랭크기간(HB)을 포함한다. 수평 블랭크기간(HB)은 1 수평기간(1H)에서 데이터 기입기간을 뺀 시간이다.
최대 픽셀 구동신호 구간은 데이터 기입기간(WR)을 포함한다. 데이터 기입기간(WR)에는 게이트펄스가 발생되고 그 게이트펄스에 응답하여 픽셀들의 화소전극에 비디오 데이터전압이 공급된다.
최대 픽셀 구동신호 구간을 회피하는 시간은 수평 블랭크기간(HB)을 포함한다. 수평 블랭크기간(HB)은 앞선 게이트펄스의 폴링에지와 그 다음 게이트펄스의 라이징 에지 사이의 기간이다. 수평 블랭크기간(HB)에는 픽셀들에 데이터전압이 기입되지 않는다.
Tx 라인들(T1~T3)에는 터치센서 구동펄스(EXTP)가 순차적으로 공급된다. 여기서, Tx 라인들(T1~T3) 각각에는 터치센서 구동펄스(EXTP)가 N 회 연속으로 공급되고, 그 터치센서 구동펄스(EXTP)의 폴링 에지가 수평 블랭크기간(HB) 내에 존재한다. 도 8은 Tx 라인들(T1~T3) 각각에는 터치센서 구동펄스(EXTP)가 3 회 연속으로 공급되는 예를 보여 준다. Tx 라인들(T1~T3) 각각에 연속으로 공급되는 터치센서 구동펄스(EXTP)의 횟수는 3회로로 한정되지 않는다.
제1 Tx 라인(T1)에는 제1 내지 제3 터치센서 구동펄스(EXTP)가 연속으로 공급되고, 제1 내지 제3 터치센서 구동펄스(EXTP)의 폴링 에지가 수평 블랭크기간(HB)에 존재한다. 이어서, 제2 Tx 라인(T2)에는 제4 내지 제6 터치센서 구동펄스(EXTP)가 연속으로 공급되고, 제4 내지 제6 터치센서 구동펄스(EXTP)의 폴링 에지가 수평 블랭크기간(HB)에 존재한다. 이어서, 제3 Tx 라인(T3)에는 제7 내지 제9 터치센서 구동펄스(EXTP)가 연속으로 공급되고, 제7 내지 제9 터치센서 구동펄스(EXTP)의 폴링 에지가 수평 블랭크기간(HB)에 존재한다. 터치센서 독출회로(16)는 터치센서 구동펄스(EXTP)의 폴링 에지마다 Rx 라인들(R1~Ri)을 통해 터치센서들(TS)의 출력을 샘플링한다.
본원 발명자는 본 발명의 효과를 비교 평가하기 위하여 도 1과 같은 표시장치를 도 5 내지 도 8과 같은 방법으로 구동하여 터치센서 구동펄스(EXTP)의 지연 유무에 따라 비교 평가 실험을 실시하였다.
도 9는 터치센서 구동펄스(EXTP)가 지연되지 않은 실험 조건 파형을 보여 주는 파형도이고, 도 10은 도 9와 같은 터치센서 구동펄스(EXTP)를 Tx 라인들에 공급한 실험에서 측정된 터치센서들의 출력을 보여 주는 실험 결과 도면이다. 도 11은 터치센서 구동펄스(EXTP)의 폴링 에지가 최대 픽셀 구동신호 구간을 회피하도록 터치센서 구동펄스(EXTP)를 소정 시간만큼 지연한 실험 조건 파형을 보여 주는 파형도이다. 도 12는 도 11과 같은 터치센서 구동펄스(EXTP)를 Tx 라인들에 공급한 실험에서 측정된 터치센서들의 출력을 보여 주는 실험 결과 도면이다. 도 9 및 도 11에서, x축은 시간이고 y축은 전압이다. 도 10 및 도 12에서 x축은 터치 스크린의 x축을 따라 일렬로 배열된 터치센서들의 번호이고, y축은 터치센서 독출회로(16)에 의해 디지털 터치 데이터로 변환된 터치센서 출력 값들이다.
실험에서 사용된 표시장치는 도 1과 같은 회로 구성을 포함하고 디스플레이 스캔 구동회로(14)가 게이트 인 패널(GIP) 형태로 픽셀 어레이에 함께 하부 기판에 형성되었다. 도 9 내지 도 12의 실험에서, 터치센서 구동펄스(EXTP)의 타이밍 기준으로 적용된 1 수평기간의 주기를 갖는 타이밍 신호(HDIS)는 디스플레이 스캔 구동회로(14)와 터치센서 구동회로(18)의 게이트 쉬프트 클럭(GCLK)으로 선택되었다. 실험에서 적용된 터치센서 구동펄스(EXTP)의 1 주기는 16μsec이고, 게이트 쉬프트 클럭(GCLK)의 1 주기는 10μsec이다.
도 9와 같이, 터치센서 구동펄스(EXTP)가 지연되지 않으면 그 터치센서 구동펄스(EXTP)의 폴링 에지가 최대 픽셀 구동신호 구간 내에 발생된다. 이 경우에, 터치센서 구동펄스(EXTP)의 폴링 에지에서 터치센서들의 출력을 측정하면 도 10과 같이 최대 픽셀 구동신호 구간에서 발생되는 게이트펄스 전압과 비디오 데이터전압의 영향으로 인하여, 터치영역(Touched Region)과 비 터치영역에서 독출된 터치센서들의 전압이 매 측정마다 다르게 측정되었다. 도 10의 실험 결과와 같이, 매 측정마다 측정치가 다르게 되면, 터치 전후를 판단하기가 어렵기 때문에 터치센서의 출력신호 신뢰성이 낮아지고 터치 감도가 낮아진다.
도 11과 같이 터치센서 구동펄스(EXTP)를 소정시간(실험에서 대략 12μsec) 만큼 지연하여 그 터치센서 구동펄스(EXTP)의 폴링 에지가 최대 픽셀 구동신호 구간을 회피하면, 도 12와 같이 터치센서들의 출력이 터치영역과 비터치영역에서 큰 차이를 보이고 매 측정치가 비슷한 결과로 측정되었다. 따라서, 터치센서 구동펄스(EXTP)를 지연시킴으로써 최대 픽셀 구동신호 구간을 회피하여 터치센서들을 샘플링하여 터치센서들의 출력신호 신뢰성을 높이고 터치 감도를 높일 수 있다는 것이 확인되었다.
DIS : 표시패널 TS : 터치센서
12 : 디스플레이 데이터 구동회로 14 : 디스플레이 스캔 구동회로
16 : 터치센서 독출회로 18 : 터치센서 구동회로
20 : 타이밍 콘트롤러 22 : 에지 검출기
24 : 지연기 30 : 터치 콘트롤러

Claims (9)

  1. 데이터라인들과 게이트라인들이 교차되고 픽셀들이 매트릭스 형태로 배치된 픽셀 어레이;
    Tx 라인들과 Rx 라인들이 교차되고 상기 Tx 라인들과 상기 Rx 라인들의 교차부에 터치센서들이 형성된 터치 스크린;
    1 프레임기간 동안 1 수평기간 내의 데이터 기입기간마다 상기 픽셀들에 데이터전압을 기입하는 디스플레이 구동회로;
    상기 Tx 라인들에 소정 시간만큼 지연된 터치센서 구동펄스를 순차적으로 공급하되, 상기 Tx 라인들 각각에 상기 터치센서 구동펄스를 2회 이상 연속으로 공급하는 터치 스크린 구동회로;
    상기 디스플레이 구동회로와 상기 터치 스크린 구동회로의 동작 타이밍을 제어하고 상기 디스플레이 구동회로에 디지털 비디오 데이터를 공급하는 타이밍 콘트롤러; 및
    상기 1 수평기간의 주기를 갖는 타이밍 신호를 클럭신호로 계수하여 상기 소정 시간 만큼 상기 타이밍 콘트롤러로부터 출력된 Tx 타이밍 제어신호를 지연하는 동기 제어회로를 포함하고,
    상기 터치센서 구동펄스들 각각의 폴링 에지는 상기 1 수평기간에서 상기 데이터 기입기간을 뺀 수평 블랭크 기간 내에 존재하고,
    상기 터치 스크린 구동회로는 상기 Rx 라인들을 통해 수신되는 터치센서 출력신호를 상기 터치센서 구동펄스의 폴링 에지에 동기하여 샘플링하며,
    상기 터치 스크린 구동회로는 상기 지연된 Tx 타이밍 제어신호에 응답하여 상기 터치센서 구동펄스를 발생하는 것을 특징으로 하는 터치센서를 가지는 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치 스크린은 상기 픽셀 어레이와 함께 표시패널 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 터치센서를 가지는 표시장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 1 수평기간의 주기를 갖는 타이밍 신호는, 수평 동기신호, 데이터 인에이블 신호, 소스 출력 인에이블신호, 게이트 시프트 클럭, 게이트 출력 인에이블 신호 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치센서를 가지는 표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치 스크린 구동회로는,
    제1 Tx 라인에 상기 터치센서 구동펄스를 2회 이상 연속으로 공급한 후에,
    제2 Tx 라인에 상기 터치센서 구동펄스를 2회 이상 연속으로 공급한 다음,
    제3 Tx 라인에 상기 터치센서 구동펄스를 2회 이상 연속으로 공급하고,
    상기 터치센서 구동펄스 각각의 폴링 에지마다 상기 Rx 라인들을 통해 터치센서들의 출력을 샘플링하는 것을 특징으로 하는 터치센서를 가지는 표시장치.
  6. 데이터라인들과 게이트라인들이 교차되고 픽셀들이 매트릭스 형태로 배치된 픽셀 어레이, 및 Tx 라인들과 Rx 라인들이 교차되고 상기 Tx 라인들과 상기 Rx 라인들의 교차부에 터치센서들이 형성된 터치 스크린을 포함한 터치센서를 가지는 표시장치의 구동방법에 있어서,
    1 프레임기간 동안 1 수평기간 내의 데이터 기입기간마다 상기 픽셀들에 데이터전압을 기입하는 단계;
    상기 Tx 라인들에 소정 시간만큼 지연된 터치센서 구동펄스를 순차적으로 공급하되, 상기 Tx 라인들 각각에 상기 터치센서 구동펄스를 2회 이상 연속으로 공급하는 단계;
    상기 1 수평기간의 주기를 갖는 타이밍 신호를 발생하는 단계; 및
    상기 1 수평기간의 주기를 갖는 타이밍 신호를 클럭신호로 계수하여 상기 소정 시간 만큼 Tx 타이밍 제어신호를 지연하는 단계를 포함하고,
    상기 터치센서 구동펄스들 각각의 폴링 에지는 상기 1 수평기간에서 상기 데이터 기입기간을 뺀 수평 블랭크 기간 내에 존재하고,
    상기 Rx 라인들을 통해 수신되는 터치센서 출력신호는 상기 터치센서 구동펄스의 폴링 에지에 동기되어 샘플링되며,
    상기 터치센서 구동펄스가 상기 지연된 Tx 타이밍 제어신호에 기초하여 발생되는 것을 특징으로 하는 터치센서를 가지는 표시장치의 구동방법.
  7. 삭제
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 1 수평기간의 주기를 갖는 타이밍 신호는, 수평 동기신호, 데이터 인에이블 신호, 소스 출력 인에이블신호, 게이트 시프트 클럭, 게이트 출력 인에이블 신호 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치센서를 가지는 표시장치의 구동방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 Tx 라인들에 소정 시간만큼 지연된 터치센서 구동펄스를 순차적으로 공급하되, 상기 Tx 라인들 각각에 상기 터치센서 구동펄스를 2회 이상 연속으로 공급하는 단계는,
    제1 Tx 라인에 상기 터치센서 구동펄스를 2회 이상 연속으로 공급하는 단계;
    제2 Tx 라인에 상기 터치센서 구동펄스를 2회 이상 연속으로 공급한 단계;
    제3 Tx 라인에 상기 터치센서 구동펄스를 2회 이상 연속으로 공급하는 단계; 및
    상기 터치센서 구동펄스 각각의 폴링 에지마다 상기 Rx 라인들을 통해 터치센서들의 출력을 샘플링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치센서를 가지는 표시장치의 구동방법.
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