KR101862398B1

KR101862398B1 - 터치 센서를 가지는 표시장치

Info

Publication number: KR101862398B1
Application number: KR1020110099209A
Authority: KR
Inventors: 김일호; 김진구; 김덕영; 서정훈
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2018-07-05
Also published as: KR20130035009A

Abstract

본 발명에 따른 터치 센서를 가지는 표시장치는 터치 센서들이 형성된 터치 스크린을 갖는 표시패널; 상기 터치 스크린의 Tx 라인들에 터치 구동펄스를 공급하는 Tx 구동회로; 상기 터치 스크린의 Rx 라인들을 통해 수신되는 상기 터치 센서들의 전압을 샘플링하고 이 샘플링 전압을 디지털 터치 데이터로 변환하는 Rx 구동회로; 및 상기 표시패널에 인가되는 디지털 비디오 데이터의 표시 타이밍을 기반으로 저 노이즈 구간을 도출하고, 상기 저 노이즈 구간 동안 샘플링 동작이 이루어지도록 상기 Rx 구동회로를 제어하며, 상기 샘플링 전압을 기반으로 노이즈 프로파일을 획득하고 화면상태의 전환시마다 상기 노이즈 프로파일을 업데이트하는 터치 콘트롤러를 구비한다.

Description

터치 센서를 가지는 표시장치{DISPLAY HAVING TOUCH SENSOR}

본 발명은 터치 센서를 가지는 표시장치에 관한 것이다.

가전기기나 휴대용 정보기기의 경량화, 슬림화 추세에 따라 유저 입력 수단이 버튼형 스위치에서 터치 스크린으로 대체되고 있다. 터치 스크린은 다른 입력장치의 필요없이 화면에 직접 접촉해 입력하는 스크린을 지칭하는 것으로, 핸프폰 시장에서의 사용을 필두로 하여 전반적인 IT 제품에 사용이 확대되고 있다.

표시장치에 적용되는 터치 스크린은 다수의 터치 센서들을 포함한다. 터치 센서들은 표시패널 내에 인셀 타입(In-cell type)으로 내장되거나, 온 셀 타입(On-cell type) 또는 애드 온 셀 타입(Add-on cell type)으로 표시패널에 결합될 수 있다. 터치 방식으로는 저항막 방식(resistive type), 정전용량 방식(capacitive type), 전자 유도 방식(electro magnetic type)등이 알려져 있으며, 이들 중 특히 정전 용량 변화가 일어난 위치를 감지하여 터치된 부분을 감지하는 정전용량 방식이 널리 쓰이고 있다.

표시장치의 표시패널에는 다수의 화소들, 데이터전압이 인가되는 다수의 데이터라인들, 각각의 화소와 데이터라인 사이의 전류 패스를 스위칭하는 다수의 박막 트랜지스터들(Thin Film Transistor ; 이하, 'TFT'라 함), TFT들의 온/오프 동작을 제어하기 위해 TFT들의 게이트전극에 스캔펄스를 공급하기 위한 다수의 게이트라인들이 형성된다. 데이터라인들에 인가되는 데이터전압의 레벨은 표시화상이 바뀔때마다, 또는 인버젼 방식에 따른 데이터전압의 극성이 바뀔때마다 계속해서 변한다. 또한 게이트라인들의 전위는 데이터전압이 공급될 각 픽셀라인을 선택하기 위해 순차 공급되는 스캔펄스에 의해 주기적으로 변동한다.

이러한 데이터라인들 및 게이트라인들의 전위 변동은 터치 스크린의 센싱 신호에 영향을 주어 센싱 노이즈를 발생시킨다. 센싱 노이즈는 표시장치의 두께 감소로 인한 저항 증가, 고성능 반도체의 작동 영향 등으로 인해 점점 증가되고 있는 실정이다. 센싱 노이즈가 커질수록 터치 스크린으로부터 샘플링되는 센싱값의 왜곡이 심해지고, 센싱값의 왜곡이 심해지면 원하지 않는 터치 결과가 초래될 수 있다. 따라서, 최근에는 센싱값에 포함되어 있는 센싱 노이즈를 제거하기 위해, 터치 스크린으로부터 센싱값을 샘플링한 후에 별도의 복잡한 노이즈 처리 과정(후처리 과정)을 반드시 거친다. 후처리 과정이 길어지면 터치 인식 속도(touch rate)가 저하될 수밖에 없다.

따라서, 본 발명의 목적은 샘플링 단계에서 미리 센싱 노이즈를 완화할 수 있도록 한 터치 센서를 가지는 표시장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 노이즈 프로파일을 획득하고, 화면상태의 전환시마다 이를 갱신하여 센싱 노이즈를 완화할 수 있도록 한 터치 센서를 가지는 표시장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서를 가지는 표시장치는 터치 센서들이 형성된 터치 스크린을 갖는 표시패널; 상기 터치 스크린의 Tx 라인들에 터치 구동펄스를 공급하는 Tx 구동회로; 상기 터치 스크린의 Rx 라인들을 통해 수신되는 상기 터치 센서들의 전압을 샘플링하고 이 샘플링 전압을 디지털 터치 데이터로 변환하는 Rx 구동회로; 및 상기 표시패널에 인가되는 디지털 비디오 데이터의 표시 타이밍을 기반으로 저 노이즈 구간을 도출하고, 상기 저 노이즈 구간 동안 샘플링 동작이 이루어지도록 상기 Rx 구동회로를 제어하며, 상기 샘플링 전압을 기반으로 노이즈 프로파일을 획득하고 화면상태의 전환시마다 상기 노이즈 프로파일을 업데이트하는 터치 콘트롤러를 구비한다.

상기 터치 콘트롤러는 소스 출력 인에이블신호 및 수평 동기신호 중 어느 하나를 기반으로 상기 저 노이즈 구간을 도출하며; 상기 저 노이즈 구간은 1 수평기간 중 상기 표시패널에 인가되는 공통전압의 흔들림이 안정화되는 구간을 지시한다.

상기 Tx 구동회로는 상기 Tx 라인들 각각에 다수회 반복해서 상기 터치 구동펄스를 공급하고; 상기 Rx 구동회로는 상기 다수회 반복해서 인가되는 상기 터치 구동펄스에 대응하여 상기 터치 센서들의 전압을 상기 다수회 반복해서 샘플링하고, 그 샘플링 전압들을 누적시킨다.

상기 샘플링 전압들은, 상기 표시패널에 인가되는 데이터전압의 극성이 정극성일 때 그 표시패널의 대응 위치에서 샘플링되는 제1 그룹의 샘플링 전압들과, 상기 표시패널에 인가되는 데이터전압의 극성이 부극성일 때 그 표시패널의 대응 위치에서 샘플링되는 제2 그룹의 샘플링 전압들로 구분되어 누적된다.

상기 터치 콘트롤러는 입력 디지털 비디오 데이터에 대한 배타적 논리합 연산에 기초하여 현재 프레임 분석 레지스터값을 결정하고, 상기 현재 프레임 분석 레지스터값을 이전 프레임에서 결정된 이전 프레임 분석 레지스터값과 비교하여 상기 화면상태의 전환 여부를 판단한다.

상기 터치 콘트롤러는, 상기 현재 프레임 분석 레지스터값이 상기 이전 프레임 분석 레지스터값과 동일하면 상기 화면상태의 전환이 이루어지지 않았다는 판단하에 이전 프레임의 노이즈 프로파일을 그대로 유지하고; 상기 현재 프레임 분석 레지스터값이 상기 이전 프레임 분석 레지스터값과 다르면 상기 화면상태의 전환이 이루어졌다는 판단하에 이전 프레임의 노이즈 프로파일을 상기 샘플링 전압에 기반한 현재 프레임의 노이즈 프로파일로 업데이트한다.

상기 터치 콘트롤러는, 상기 노이즈 프로파일을 참조하여 상기 디지털 터치 데이터를 보상하고, 보상된 터치 데이터를 미리 설정된 터치 인식 알고리즘으로 분석하여 터치 좌표를 추출하며; 상기 화면상태의 전환시 특정 지점에 터치 상태가 유지되고 있는 경우 이 특정 지점에 대한 터치 좌표 주위의 노이즈 프로파일은 업데이트하지 않는다.

상기 터치 센서들 각각은 화상 표시를 위한 픽셀보다 크고, 각 터치 센서에는 가로 및 세로 방향으로 다수의 픽셀들이 대응된다.

본 발명에 따른 터치 센서를 가지는 표시장치는 1 수평기간 주기의 타이밍 신호에 동기하여 저 노이즈 구간 동안 터치 시스템을 구동시킴으로써 규칙적으로 발생하는 심각한 노이즈를 회피하여 샘플링 단계에서 미리 센싱 노이즈를 완화시킬 수 있다. 그리고, 저 노이즈 구간이 비교적 짧지만 다수회 센싱 값을 누적함으로써 터치 데이터의 신뢰성을 확보할 수 있다.

나아가, 본 발명에 따른 터치 센서를 가지는 표시장치는 화면 전환시마다 업데이트되는 노이즈 프로파일을 이용하여 센싱 채널 또는 터치 센서들 간의 편차에 의한 센싱 값 왜곡과 표시 영상의 크로스토크에 의한 센싱 값 왜곡을 보상할 수 있다. 그리고, 노이즈 프로파일의 업데이트 시 터치 상태를 유지하는 터치 좌표 주위의 노이즈 프로파일은 업데이트 하지 않음으로써 터치 지점 또는 터치 상태를 잃어버리지 않고 터치 인식이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 블록도.
도 2 내지 도 4은 터치 스크린과 표시패널의 다양한 실시예들을 보여 주는 도면들.
도 5는 다수의 터치 센서들을 포함하는 터치 스크린을 보여 주는 도면.
도 6은 터치 센서의 크기에 대한 일 예를 보여주는 도면.
도 7은 센싱 노이즈를 완화할 수 터치 시스템을 보여주는 도면.
도 8은 센싱 인에이블신호에 따라 저 노이즈 기간 동안 터치 센서들의 전압이 샘플링되는 것을 보여주는 도면.
도 9는 노이즈 프로파일을 업데이트 하는 알고리즘의 실행 순서를 순차적으로 보여주는 도면.
도 10a 내지 도 12b는 노이즈 프로파일의 업데이트에 대한 일 예들을 보여주는 도면들.
도 13은 매트랩을 통한 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면.

이하, 도 1 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 블록도이다. 그리고, 도 2 내지 도 4은 터치 스크린과 표시패널의 다양한 실시예들을 보여 주는 도면들이다. 도 5는 다수의 터치 센서들을 포함하는 터치 스크린을 보여 주며, 도 6은 터치 센서의 크기에 대한 일 예를 보여준다. 도 5 및 도 6에서, 'Unit sensor'는 하나의 터치 센서를 의미한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 표시장치는 표시패널(DIS), 디스플레이 구동회로(202,204), 타이밍 콘트롤러(400), 터치 스크린(TSP), 터치 스크린 구동회로(302,304), 터치 콘트롤러(306) 등을 포함한다.

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 표시소자 기반으로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 평판 표시소자의 일 예로서 표시장치를 액정표시소자 중심으로 설명하지만, 본 발명의 표시장치는 액정표시소자에 한정되지 않는다는 것에 주의하여야 한다.

표시패널(DIS)은 두 장의 기판들 사이에 액정층이 형성된다. 표시패널(DIS)의 하부 기판에는 다수의 데이터라인들(D1~Dm, m은 자연수), 데이터라인들(D1~Dm)과 교차되는 다수의 게이트라인들(G1~Gn, n은 자연수), 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)의 교차부들에 형성되는 다수의 TFT들(Thin Film Transistor), 액정셀들에 데이터전압을 충전시키기 위한 다수의 화소전극들, 화소전극들에 각각 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터들(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 투과량을 조절한다. TFT들은 게이트라인(G1~Gn)으로부터의 게이트펄스에 응답하여 턴-온되어 데이터라인(D1~Dm)으로부터의 전압을 액정셀의 화소전극에 공급한다.

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 형성된다.

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. 표시패널(DIS)은 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 등 공지된 어떠한 액정 모드로도 구현될 수 있다.

디스플레이 구동회로는 데이터 구동회로(202)와, 스캔 구동회로(204)를 포함하여 입력 영상의 비디오 데이터전압을 픽셀들에 기입한다. 데이터 구동회로(202)는 타이밍 콘트롤러(400)으로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 발생하고, 그 데이터전압을 데이터라인들(D1~Dm)에 공급한다. 스캔 구동회로(204)는 데이터전압에 동기되는 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 게이트라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터 전압이 기입되는 표시패널(DIS)의 픽셀 라인을 선택한다.

타이밍 콘트롤러(400)는 외부의 호스트 시스템으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동회로(202)와 스캔 구동회로(204)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 디스플레이 타이밍 제어신호들을 발생한다.

스캔 타이밍 제어신호는 한 화면이 표시되는 1 수직기간 중에서 스캔이 시작되는 시작 수평라인을 지시하는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse : GSP), 스캔 구동회로(204) 내의 쉬프트 레지스터에 입력되어 게이트 스타트 펄스(GSP)를 순차적으로 쉬프트시키기 위한 게이트 쉬프트 클럭신호(Gate Shift Clock : GSC), 및 스캔 구동회로(204)의 출력을 제어하는 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable : GOE) 등을 포함한다.

데이터 타이밍 제어신호는 1 수평라인분의 데이터가 표시되는 1 수평기간 중에서 데이터의 시작점을 지시하는 소스 스타트 펄스(Source Start Pulse : SSP), 라이징(Rising) 또는 폴링(Falling) 에지에 기준하여 데이터의 래치동작을 제어하는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock : SSC), 데이터 구동회로(202)의 출력을 제어하는 소스 출력 인에이블신호(SOE), 및 표시패널(DIS)의 액정셀들에 공급될 데이터전압의 극성을 제어하는 극성제어신호(POL) 등을 포함한다.

터치 스크린(TSP)은 도 2와 같이 표시패널(DIS)의 상부 편광판(POL1) 상에 접합되거나, 도 3과 같이 상부 편광판(POL1)과 상부 기판(GLS1) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 터치 스크린(TSP)은 도 4와 같이 표시패널(DIS) 내에서 픽셀 어레이와 함께 인셀(In-cell) 타입으로 하부기판에 형성될 수 있다. 도 2 내지 도 4에서 "PIX"는 액정셀의 화소전극, "GLS2"는 하부 기판, "POL2"는 하부 편광판을 각각 의미한다.

터치 스크린(TSP)은 Tx 라인들(T1~Tj, j는 n 보다 작은 양의 정수), Tx 라인들(T1~Tj)과 교차하는 Rx 라인들(R1~Ri, i는 m 보다 작은 양의 정수), 및 Tx 라인들(T1~Tj)과 Rx 라인들(R1~Ri)의 교차부들에 형성된 다수의 터치 센서들을 포함한다. 일 예로 터치 센서들의 개수는 도 5와 같이 12개의 Tx 라인들(T1~T12)과 9개의 Rx 라인들(R1~R9)이 교차되는 경우 108개일 수 있다. 각 터치 센서는 픽셀보다 크게 형성될 수 있다. 각 터치 센서에는 가로 및 세로 방향으로 다수의 픽셀들이 대응될 수 있다. 일 예로 각 터치 센서는 도 6과 같이 8 픽셀들 × 8 픽셀들의 크기를 가질 수 있다.

터치 스크린 구동회로는 Tx 구동회로(302)와, Rx 구동회로(304)를 포함한다. 이러한 터치 스크린 구동회로는 Tx 라인들(T1~Tj)에 터치 구동펄스를 공급하고 Rx 라인들(R1~Ri)을 통해 터치 센서들의 전압을 샘플링하여 디지털 데이터로 변환한다. Tx 구동회로(302)와 Rx 구동회로(304)는 하나의 ROIC(Read-out IC) 내에 집적될 수 있다.

Tx 구동회로(302)는 터치 콘트롤러(306)의 제어하에 터치 구동펄스를 출력할 Tx 채널을 설정한다. 그리고 Tx 구동회로(302)는 설정된 Tx 채널과 연결된 Tx 라인들(T1~Tj)에 터치 구동펄스를 공급한다. Tx 구동회로(302)는 충분한 센싱 시간 확보를 위해 Tx 라인들(T1~Tj) 각각에 다수회 반복하여 터치 구동펄스를 공급할 수 있다. 예컨대, Tx 구동회로(302)는 터치 스크린(TSP)이 도 5 및 도 6과 구성되는 경우 Tx 라인들(T1~T12) 각각에 8회씩 반복하여 터치 구동펄스를 공급할 수 있다.

Rx 구동회로(304)는 Rx 라인들(R1~Ri)에 연결된 Rx 채널들을 통해 터치 센서들의 전압을 수신하고, 그 센싱 전압을 터치 콘트롤러(306)로부터 입력되는 센싱 인에이블신호에 따라 소정 기간 동안 샘플링한다. 여기서, 소정 기간은 터치 콘트롤러(306)로부터 입력되는 센싱 인에이블신호에 따라 결정되는 것으로, 표시패널(DIS)에서 발생되는 노이즈들이 주기적으로 줄어드는 기간을 지시한다. Rx 구동회로(304)는 다수회 반복하여 공급되는 터치 구동펄스에 대응하여 1 터치 프레임 내에서 터치 센서들 각각의 출력을 다수회 반복하여 샘플링할 수 있다. Rx 구동회로(304)는 샘플링 전압을 디지털 터치 데이터로 변환하여 터치 콘트롤러(306)에 전송한다.

터치 콘트롤러(306)는 I2C 버스, SPI(serial peripheral interface), 시스템 버스(System bus) 등의 인터페이스를 통해 Tx 구동회로(302)와 Rx 구동회로(304)에 연결된다. 터치 콘트롤러(306)는 셋업 신호를 Tx 구동회로(302)에 공급하여 터치 구동펄스가 출력될 Tx 채널을 설정한다. 터치 콘트롤러(306)는 디지털 비디오 데이터(RGB)의 표시 타이밍을 기반으로 센싱 인에이블신호를 생성하고, 이 센싱 인에이블신호를 Rx 구동회로(304)에 공급하여 터치 센서들의 전압에 대한 샘플링 타이밍을 제어한다. 터치 콘트롤러(306)는 노이즈 프로파일(noise profile)을 획득하고, 화면상태의 전환시마다(즉, 표시화상의 변경시마다) 업데이트 인에이블신호를 기반으로 노이즈 프로파일을 업데이트한다. 그리고, 터치 콘트롤러(306)는 Rx 구동회로(304)로부터 입력되는 디지털 터치 데이터에 남아 있는 노이즈 보상에 상기 업데이트된 노이즈 프로파일을 이용함으로써 센싱 노이즈를 추가적으로 완화시킨다. 터치 콘트롤러(306)는 노이즈가 보상된 디지털 터치 데이터를 미리 설정된 터치 인식 알고리즘으로 분석하여 터치 좌표값을 산출한다. 터치 콘트롤러(306)로부터 출력된 터치 위치의 좌표값 데이터는 외부의 호스트 시스템으로 전송된다. 호스트 시스템은 터치 위치의 좌표값이 지시하는 응용 프로그램을 실행한다.

도 7은 센싱 노이즈를 완화할 수 터치 시스템을 보여준다. 그리고, 도 8은 센싱 인에이블신호에 따라 저 노이즈 기간 동안 터치 센서들의 전압이 샘플링되는 것을 보여준다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 센싱 노이즈를 완화할 수 터치 시스템은 Rx 구동회로(304)에 구비된 샘플링부(3041) 및 아날로그-디지털 변환부(3042)와, 터치 콘트롤러(306)에 구비된 동기화부(3061), 센싱 인에이블신호 발생부(3062), 업데이트 인에이블신호 발생부(3063), 노이즈 프로파일 생성부(3064), 노이즈 보상부(3065) 및 터치 좌표값 추출부(3066)을 포함한다.

동기화부(3061)는 표시패널(DIS)로부터 혼입되는 노이즈들을 피하기 위해 1 수평기간(1H)을 주기로 발생되는 타이밍 신호 예컨대, 소스 출력 인에이블 신호(SOE) 또는, 수평 동기신호(Hsync)를 기반으로 1 수평기간(1H) 중 저 노이즈 구간(P2)을 도출한다. 도 8에서, 'P1'은 노이즈 영향이 큰 고 노이즈 구간이다. 저 노이즈 구간(P2)은 1 수평기간(1H) 중 고 노이즈 구간(P1)의 뒤에 할당된다.

센싱 인에이블신호 발생부(3062)는 동기화부(3061)에서 도출된 저 노이즈 구간(P2) 동안 샘플링 동작이 행해질 수 있도록 센싱 인에이블신호를 발생한다.

업데이트 인에이블신호 발생부(3063)는 디지털 비디오 데이터(RGB)의 비교 연산을 통해 화면상태의 전환 여부를 판단하고, 화면상태의 전환에 대응하여 노이즈 프로파일을 업데이트 시킬 수 있는 업데이트 인에이블신호를 발생한다.

샘플링부(3041)는 Rx 채널들을 통해 터치 센서들의 전압(Vsen)을 수신하고, 그 센싱 전압(Vsen)을 센싱 인에이블신호 발생부(3062)로부터 입력되는 센싱 인에이블신호에 따라 저 노이즈 구간(P2) 동안 샘플링한다. 터치 스크린(TSP)에 가장 큰 영향을 주는 노이즈 소스는, 소스 출력 인에이블 신호(SOE) 또는, 수평 동기신호(Hsync)의 라이징 에지(또는 폴링 에지)에 동기하여 발생되는 공통전압(Vcom)의 흔들림이다. 1 수평기간(1H) 중 공통전압(Vcom)의 흔들림이 안정화되는 저 노이즈 구간(P2)에서 샘플링 동작을 행하면 이러한 노이즈들을 피할 수 있다. 이러한 샘플링 방법은 여러 가지 대다수의 노이즈들이 규칙적으로 발생한다는 실험 결과를 근거로 한다. 물론 아날로그 디바이스에서 발생할 수 있는 랜덤 노이즈가 있지만 이것은 상대적으로 크기가 매우 작아 무시할 수 있다.

그런데, 저 노이즈 구간(P2)은 보통 10㎲ 이하로 충분한 센싱 시간이 되지 못한다. 이를 극복하기 위하여 샘플링부(3041)는 다수회(예컨대, 8회) 반복하여 공급되는 터치 구동펄스(예컨대, Nth Tx)에 대응하여 터치 센서들의 출력을 다수회(예컨대, 8회) 반복하여 샘플링하고, 그 샘플링 전압들(S1~S8)을 누적시킬 수 있다. 이때, 표시패널(DIS)에 충전되는 데이터전압(Vdata)의 극성이 1 수평라인 단위로 반전되는 인버젼 방식을 고려하여, 샘플링 전압들(S1~S8)은 제1 그룹(S1,S3,S5,S7)과 제2 그룹(S2,S4,S6,S8)으로 구분되어 누적될 수 있다. 제1 그룹의 샘플링 전압들(S1,S3,S5,S7)은 정극성(+) 데이터전압(Vdata)이 표시패널(DIS)에 충전될 때 그 표시패널(DIS)의 대응 위치에서 샘플링되는 터치 센서들의 전압이고, 제2 그룹의 샘플링 전압들(S2,S4,S6,S8)은 부극성(-) 데이터전압(Vdata)이 표시패널(DIS)에 충전될 때 그 표시패널(DIS)의 대응 위치에서 샘플링되는 터치 센서들의 전압이다.

아날로그-디지털 변환부(3042)는 샘플링부(3041)으로부터 샘플링 전압들을 입력받고, 이 샘플링 전압들을 아날로그-디지털 변환하여 디지털 터치 데이터를 생성한다.

노이즈 프로파일 생성부(3064)는 샘플링부(3041)로부터 샘플링 전압들을 입력받고, 이 샘플링 전압들을 기반으로 노이즈 프로파일을 생성한다. 노이즈 프로파일은 노이즈 보상에 이용되는 노이즈 분석값을 지시하는 것으로, 수신 채널 또는 터치 센서들 간의 편차에 의한 센싱값 왜곡을 보상하는 데 매우 유용하고, 또한 표시화상의 크로스토크에 의한 센싱값 왜곡을 보상하는 데에도 매우 유용하다. 업데이트 인에이블신호가 입력되면, 노이즈 프로파일 생성부(3064)는 화면상태의 전환시에 샘플링부(3041)로부터 입력되는 샘플링 전압들에 의한 새로운 노이즈 프로파일로 기 생성되어 있는 노이즈 프로파일을 업데이트 한다. 노이즈 프로파일을 화면상태의 전환시마다 업데이트하면 노이즈 보상의 정확도가 높아지는 효과가 있다. 다만, 노이즈 프로파일 생성부(3064)는 화면상태의 전환시 터치 상태가 유지되고 있는 경우에는 터치 좌표 주위의 노이즈 프로파일은 업데이트하지 않는다. 이러한 노이즈 프로파일을 업데이트 하는 동작에 관한 설명은 도 9의 알고리즘을 통해 상세히 후술하기로 한다.

노이즈 보상부(3065)는 노이즈 프로파일 생성부(3064)로부터의 노이즈 프로파일을 기반으로 아날로그-디지털 변환부(3042)로부터 입력되는 디지털 터치 데이터를 보상하여 터치 데이터에 잔존하는 노이즈 영향을 제거한다.

터치 좌표값 추출부는 노이즈가 제거된 터치 데이터를 미리 설정된 터치 인식 알고리즘으로 분석하여 터치 좌표값을 산출한다. 터치 좌표값은 노이즈 프로파일 생성부(3064)로 피드백되어 노이즈 프로파일을 업데이트 하는 데 사용된다.

도 9는 노이즈 프로파일을 업데이트 하는 알고리즘을 보여준다. 이러한 알고리즘은 터치 콘트롤러(306)에 내장된다.

이 알고리즘은 수직 동기신호 등의 타이밍 신호를 기반으로 현재 프레임의 시작을 감지하고, 이와 동시에 현재 프레임에서의 디지털 비디오 데이터에 대한 연산 레지스터(X)와 분석 레지스터(A)를 초기값(예컨대, 8비트 데이터의 경우 '00000000')으로 설정한다.(S1)

이 알고리즘은 수평 동기신호, 데이터 인에이블신호 등의 타이밍 신호를 기반으로 1 라인분의 디지털 비디오 데이터가 모두 입력될 때까지 입력 데이터들을 순차적으로 배타적 논리합(Exclusive OR, XOR) 연산하여 현재 프레임 연산 레지스터(X)의 저장값을 계속해서 업데이트한다.(S2,S3) 현재 프레임 연산 레지스터(X)에는 각 라인별로 입력 데이터들에 대한 배타적 논리합(XOR) 연산 결과가 순차적으로 저장된다.

이 알고리즘은 수직 동기신호 등의 타이밍 신호를 기반으로 1 프레임분의 디지털 비디오 데이터가 모두 입력될 때까지 각 라인에 대한 현재 프레임 연산 레지스터(X)의 저장값들을 순차적으로 배타적 논리합(Exclusive OR, XOR) 연산하여 현재 프레임 분석 레지스터(A)의 저장값을 계속해서 업데이트한다.(S4,S5)

이 알고리즘은 현재 프레임이 종료되면, 그때까지 업데이트 된 현재 프레임 분석 레지스터(A)의 저장값을 이전 프레임에서 저장된 이전 프레임 분석 레지스터(A')의 저장값을 비교하여 현재 프레임에서의 화면이 이전 프레임에서의 화면과 동일한지 여부를 판단한다.(S6)

이 알고리즘은 현재 프레임 분석 레지스터(A)의 저장값과 이전 프레임 분석 레지스터(A')의 저장값이 동일하면, 화면상태의 전환이 이루어지지 않았다는 판단하에 이전 프레임의 노이즈 프로파일을 그대로 유지한다. 반면, 이 알고리즘은 현재 프레임 분석 레지스터(A)의 저장값과 이전 프레임 분석 레지스터(A')의 저장값이 다르면, 화면상태의 전환이 이루어졌다는 판단하에 이전 프레임의 노이즈 프로파일을 새로운 노이즈 프로파일로 업데이트한다. 그리고, 다음 프레임에서의 연산을 위해 현재 프레임 분석 레지스터(A)의 저장값을 이전 프레임 분석 레지스터(A')의 저장값으로 재설정한다.(S7)

이 알고리즘은 노이즈 프로파일을 참조하여 디지털 터치 데이터를 보상하고, 보상된 터치 데이터를 터치 인식 알고리즘으로 분석하여 터치 좌표값을 추출한다.(S8,S9,S10)

이 알고리즘은 화면상태의 전환시 터치 상태가 유지되고 있는 경우에는 터치 좌표 주위의 노이즈 프로파일은 업데이트하지 않는다.(S11)

이러한 알고리즘을 통해 본 발명은 화면상태의 전환시 계속해서 터치 상태가 유지되고 있는 경우에는 터치 좌표 주위의 노이즈 프로파일은 업데이트하지 않음으로써, 터치 지점 또는 터치 상태를 잃어버리지 않고 정확히 인지할 수 있는 효과가 있다. 이에 대한 예들은 도 10a 내지 도 12b를 통해 상세히 후술한다.

라인 데이터들에 대한 배타적 논리합 연산량과, 이 값들을 1 프레임 동안 배타적 논리합 연산하는 연산량은 많지 않다. 따라서, 이 알고리즘은 현재 프레임 영상이 이전 프레임 영상 대비 변화가 있는지 판별하는 데 유용한 방법이 될 수 있다. 이 알고리즘은 동 영상뿐만 아니라 정지 영상에도 적용 가능하며, 노이즈 프로파일 업데이트에 의한 터치 레이트 감소는 발생하지 않는다.

도 10a 내지 도 12b는 노이즈 프로파일의 업데이트에 대한 일 예들을 보여준다.

도 10a 및 도 10b는 화면상태의 전환시 계속해서 동일 위치에 터치 상태가 유지되고 있는 경우에 터치 좌표 주위의 노이즈 프로파일까지 업데이트 할 때의 부작용을 보여준다.

도 10a를 참조하면, 초기 화면 표시상태에서 샘플링 전압들을 기반으로 노이즈 프로파일이 설정된다. 이 노이즈 프로파일에서 터치된 부분의 센싱 값은 변화가 발생한다. (노이즈+터치) 프로파일을 노이즈 프로파일을 이용해서 보정하면 터치 부분의 프로파일만 남게 된다.

도 10b를 참조하면, 프레임이 바뀌어 화면에 다른 영상이 표시되면 노이즈 프로파일은 다른 값으로 업데이트된다. 이때, 만약 화면 전환 전후에 있어 터치가 유지된 상태에서 터치 좌표 주위의 노이즈 프로파일까지 업데이트되면, 터치된 부분의 센싱 값까지 노이즈 프로파일로 인식되게 된다. 즉, 갱신된 노이즈 프로파일과 (노이즈+터치) 프로파일이 서로 동일하게 된다. 따라서, (노이즈+터치) 프로파일을 갱신된 노이즈 프로파일로 보정하면 터치된 부분이 사라지게 된다. 이는 노이즈 프로파일의 잘못된 업데이트로 인해 초래되는 부작용이다.

도 11a 및 도 11b는 화면상태의 전환시 계속해서 동일 위치에 터치 상태가 유지되고 있는 경우에 터치 좌표 주위의 노이즈 프로파일은 업데이트 하지 않을 때의 효과를 보여준다.

도 11a는 도 10a에서 설명한 바와 동일하다.

도 11b를 참조하면, 프레임이 바뀌어 화면에 다른 영상이 표시되면 노이즈 프로파일은 다른 값으로 업데이트되되, 터치 좌표 주위의 노이즈 프로파일은 업데이트되지 않고 그 전의 값으로 유지된다. 이 갱신된 노이즈 프로파일에 터치된 부분의 센싱 값 변화를 반영하여 (노이즈+터치) 프로파일을 생성한다. 그리고, (노이즈+터치) 프로파일을 갱신된 노이즈 프로파일을 이용해서 보정하면 터치 부분의 프로파일만 남게 된다. 이에 의해 터치 지점을 잃어버리지 않고 효과적으로 노이즈 프로파일을 업데이트하는 것이 가능해진다.

도 12a 및 도 12b는 화면상태의 전환시 위치를 달리하여 계속적으로 터치 상태가 유지되고 있는 경우에 터치 좌표 주위의 노이즈 프로파일은 업데이트 하지 않을 때의 효과를 보여준다.

도 12a는 도 10a에서 설명한 바와 동일하다.

도 12b를 참조하면, 프레임이 바뀌어 화면에 다른 영상이 표시되면 노이즈 프로파일은 다른 값으로 업데이트되되, 제1 터치 좌표 주위의 노이즈 프로파일은 업데이트되지 않고 그 전의 값으로 유지된다. 이 갱신된 노이즈 프로파일에 제2 터치 좌표 주위의 센싱 값 변화를 반영하여 (노이즈+터치) 프로파일을 생성한다. 그리고, (노이즈+터치) 프로파일을 갱신된 노이즈 프로파일을 이용해서 보정하면 제2 터치 좌표에 대한 터치 프로파일만 남게 된다. 이에 의해 터치 지점을 잃어버리지 않고 효과적으로 노이즈 프로파일을 업데이트하는 것이 가능해진다.

도 13은 매트랩(Matlab)을 통한 시뮬레이션 결과를 보여준다.

도 13의 (A)는 노이즈 프로파일의 일 예를, (B)는 비 보상된 센싱 데이터를, (C)는 보상된 센싱 데이터를, (C)는 2진화된 비 보상 센싱 데이터를, (D)는 2진화된 보상 센싱 데이터를 각각 보여준다.

도 13을 참조하면, 본 발명과 같이 저 노이즈 구간에서 반복적으로 센싱 데이터를 획득하고, 이를 화면상태의 전환시마다 업데이트(터치 좌표 주위 제외)되는 노이즈 프로파일을 이용하여 노이즈 보상하면 (C) 및 (D)와 같이 터치 지점을 그 이외의 부분들과 효과적으로 구분할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 터치 센서를 가지는 표시장치는 1 수평기간 주기의 타이밍 신호에 동기하여 저 노이즈 구간 동안 터치 시스템을 구동시킴으로써 규칙적으로 발생하는 심각한 노이즈를 회피하여 샘플링 단계에서 미리 센싱 노이즈를 완화시킬 수 있다. 그리고, 저 노이즈 구간이 비교적 짧지만 다수회 센싱 값을 누적함으로써 터치 데이터의 신뢰성을 확보할 수 있다.

나아가, 본 발명에 따른 터치 센서를 가지는 표시장치는 화면 전환시마다 업데이트되는 노이즈 프로파일을 이용하여 센싱 채널 또는 터치 센서들 간의 편차에 의한 센싱 값 왜곡과 표시 영상의 크로스토크에 의한 센싱 값 왜곡을 보상할 수 있다. 그리고, 본 발명은 터치가 유지된 상태에서 노이즈 프로파일의 업데이트시에는 터치 좌표 주위의 노이즈 프로파일을 업데이트 하지 않음으로써 터치 지점 또는 터치 상태를 잃어버리지 않고 터치 인식이 가능하다.

더 나아가, 본 발명에 따른 터치 센서를 가지는 표시장치는 센싱 노이즈를 완화하여 터치 데이터의 후처리 과정을 간소화함으로써 터치 인식 속도(touch rate)를 높일 수 있다. 이러한 본 발명에 따른 터치 센서를 가지는 표시장치는 인셀 타입(In-cell type) 또는 IPS(In Plane Switching) 모드의 온 셀 타입(On-cell type) 등과 같이 노이즈에 취약한 터치 센서 구조에 유용하게 활용될 수 있다.

DIS : 표시패널 202 : 데이터 구동회로
204 : 스캔 구동회로 302 : Tx 구동회로
304 : Rx 구동회로 306 : 터치 콘트롤러
400 : 타이밍 콘트롤러 3041 : 샘플링부
3042 : 아날로그-디지털 변환부 3061 : 동기화부
3062 : 센싱 인에이블신호 발생부 3063 : 업데이트 인에이블신호 발생부
3064 : 노이즈 프로파일 생성부 3065 : 노이즈 보상부
3066 : 터치 좌표값 추출부

Claims

터치 센서들이 형성된 터치 스크린을 갖는 표시패널;
상기 터치 스크린의 Tx 라인들에 터치 구동펄스를 공급하는 Tx 구동회로;
상기 터치 스크린의 Rx 라인들을 통해 수신되는 상기 터치 센서들의 전압을 샘플링하고 이 샘플링 전압을 디지털 터치 데이터로 변환하는 Rx 구동회로; 및
1 수평기간 중 상기 표시패널에 인가되는 공통전압의 흔들림이 안정화되는 저 노이즈 구간 동안 샘플링 동작이 이루어지도록 상기 Rx 구동회로를 제어하며, 상기 샘플링 전압을 기반으로 노이즈 프로파일을 획득하고 화면상태의 전환시마다 상기 노이즈 프로파일을 업데이트하는 터치 콘트롤러를 구비하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 가지는 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 터치 콘트롤러는 소스 출력 인에이블신호 및 수평 동기신호 중 어느 하나를 기반으로 상기 저 노이즈 구간을 도출하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 가지는 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 Tx 구동회로는 상기 Tx 라인들 각각에 다수회 반복해서 상기 터치 구동펄스를 공급하고;
상기 Rx 구동회로는 상기 다수회 반복해서 인가되는 상기 터치 구동펄스에 대응하여 상기 터치 센서들의 전압을 다수회 반복해서 샘플링하고, 그 샘플링 전압들을 누적시키는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 가지는 표시장치.
제 3 항에 있어서,
상기 샘플링 전압들은, 상기 표시패널에 인가되는 데이터전압의 극성이 정극성일 때 그 표시패널의 대응 위치에서 샘플링되는 제1 그룹의 샘플링 전압들과, 상기 표시패널에 인가되는 데이터전압의 극성이 부극성일 때 그 표시패널의 대응 위치에서 샘플링되는 제2 그룹의 샘플링 전압들로 구분되어 누적되는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 가지는 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 터치 콘트롤러는 입력 디지털 비디오 데이터에 대한 배타적 논리합 연산에 기초하여 현재 프레임 분석 레지스터값을 결정하고, 상기 현재 프레임 분석 레지스터값을 이전 프레임에서 결정된 이전 프레임 분석 레지스터값과 비교하여 상기 화면상태의 전환 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 가지는 표시장치.
제 5 항에 있어서,
상기 터치 콘트롤러는,
상기 현재 프레임 분석 레지스터값이 상기 이전 프레임 분석 레지스터값과 동일하면 상기 화면상태의 전환이 이루어지지 않았다는 판단하에 이전 프레임의 노이즈 프로파일을 그대로 유지하고;
상기 현재 프레임 분석 레지스터값이 상기 이전 프레임 분석 레지스터값과 다르면 상기 화면상태의 전환이 이루어졌다는 판단하에 이전 프레임의 노이즈 프로파일을 상기 샘플링 전압에 기반한 현재 프레임의 노이즈 프로파일로 업데이트하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 가지는 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 터치 콘트롤러는,
상기 노이즈 프로파일을 참조하여 상기 디지털 터치 데이터를 보상하고, 보상된 터치 데이터를 미리 설정된 터치 인식 알고리즘으로 분석하여 터치 좌표를 추출하며;
상기 화면상태의 전환시 특정 지점에 터치 상태가 유지되고 있는 경우 이 특정 지점에 대한 터치 좌표 주위의 노이즈 프로파일은 업데이트 하지 않는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 가지는 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 터치 센서들 각각은 화상 표시를 위한 픽셀보다 크고, 각 터치 센서에는 가로 및 세로 방향으로 다수의 픽셀들이 대응되는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 가지는 표시장치.