KR101953109B1 - 터치패널을 갖는 액정표시장치의 구동방법 - Google Patents

터치패널을 갖는 액정표시장치의 구동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액정표시장치의 구동방법을 공개한다. 특히 본 발명은, 하나의 프레임을 화상표시구간과 터치센싱구간으로 분할구동하여 터치센싱 구동을 구현하는 액정표시장치의 소비전력을 저감한 터치패널을 갖는 액정표시장치의 구동방법에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터치패널을 갖는 액정표시장치의 구동방법은, 터치패널에 구비된 각 터치센서의 센싱클록 시작시점을 결정하는 단계와, 터치센서에 터치센싱신호를 인가하여 그 터치센싱신호의 방전 중, 결정된 센싱클록 시작시점에 대응하여 터치좌표를 검출하는 단계를 포함한다.
이에 따라 본 발명은 터치센싱신호의 방전시작시점부터 센싱클록을 발생시켜 터치검출을 수행하는 것이 아닌, 터치가 발생하지 않은 상태에서 방전이 완료되는 시점에서부터 센싱클록을 발생시켜 터치검출을 수행함으로서 종래대비 소비전력을 절감하고, 오버플로우 불량을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

터치패널을 갖는 액정표시장치의 구동방법{METHOD FOR DRIVING LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE HAVING TOUCH PANEL}
본 발명은 액정표시장치의 구동방법에 관한 것으로, 특히 하나의 프레임을 화상표시구간과 터치센싱구간으로 분할구동하여 터치센싱 구동을 구현하는 액정표시장치의 소비전력을 저감한 터치패널을 갖는 액정표시장치의 구동방법에 관한 것이다.
액정표시장치는 복수의 신호배선 및 이의 교차지점에 구비된 스위칭 소자의 구동을 통해 화상을 구현하는 표시패널과 이를 제어하기 위한 드라이버들을 포함하며 백라이트 유닛과 같은 별도의 광원을 필요로 한다.
특히, 모바일 기기 등에 이용되는 액정표시장치에는 사용자로부터 화면상에 표시된 소정의 객체 또는 영역의 선택을 입력받기 위한 키보드, 리모트 콘트롤 장치 등의 인터페이스 장치와 연결될 뿐만 아니라, 손가락 또는 스타일러스 펜(stylus pen)등을 통해 선택된 직접 화면의 영역을 인식하는 터치방식이 적용되고 있다.
이러한 터치방식으로는 터치패널의 상판 또는 하판에 금속 전극을 형성하여 직류전압을 인가한 상태에서 터치된 위치를 저항에 따른 전압 구배(voltage gradient)로 판단하는 저항막 방식(resistive type), 터치에 따른 상하판의 전압 변화가 일어난 위치를 감지하여 터치된 부분을 감지하는 정전용량 방식(capacitive type), 전자펜이 도전막을 터치함에 따라 유도되는 LC값을 읽어들여 터치된 부분을 감지하는 전자유도 방식(electro magnetic type) 등이 있다.
이중, 정전용량 방식은 다수의 터치센서가 형성된 표시패널의 일 영역을 사용자가 손가락 등으로 터치하면 터치 전후의 충방전 시간변화를 감지하여 그 변화량으로 터치 좌표를 판단하는 방식으로서, 도 1은 종래의 정전용량 방식 중, 자기용량(self capacitance)형 터치패널의 구조를 나타내고 있다.
특히, 자기용량형 터치패널(10)은 패널상에 매트릭스 형태로 형성된 다수의 터치센서(TS)과, 각 터치센서(TS)에 연결되는 센싱배선(Tx-Rx)이 형성되어 있다. 이러한 구조의 터치패널(10)은 센싱배선(Tx-Rx)을 통해 터치센싱신호를 인가하여 각 전극에 초기 정전용량(Cp)을 형성하고, 터치센싱 신호가 인가되는 동안 사용자에 의해 소정의 터치센서(TS)이 터치되면 해당 전극에 접촉 정전용량(Cf)이 더 걸리게 되어 다시 센싱배선(Tx-Rx)을 통해 합산용량(Cp+Cf)를 읽어드려 터치 좌표를 검출하게 된다.
도 2는 도 1에 도시된 자기용량형 터치패널을 제어하기 위한 신호들의 파형에 대한 도면이다.
도시된 바와 같이, 종래의 자기용량형 터치패널은 외부로부터 인가되는 수직동기신호(Vsync)에 동기하여 1 프레임(frame)동안 화상표시구간(DPT) 및 터치센싱구간(TST)으로 분할구동된다. 화상표시구간(DPT)에는 터치패널상에 매트릭스 형태로 교차 형성되어 화소를 정의하는 게이트배선 및 데이터배선을 통해 게이트구동신호(Vg) 및 데이터신호(Vdata)가 인가되어 화상을 구현하게 되고, 터치센싱구간(TST)에는 터치센서를 충방전하는 터치센싱신호(Tsp)가 각 터치센서에 인가된다.
이러한 자기용량형 터치패널은 터치센싱신호(Tsp)의 방전되는 시간(DT)동안의 센싱클록(Sclk)의 클록수를 터치센싱 드라이버에 구비된 카운터(counter)를 통해 산출함으로서, 터치 여부를 판단하게 된다.
도 3a 및 도 3b는 종래의 자기용량형 터치패널의 터치 전후의 신호파형 변화에 대한 도면이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 터치가 없는 상태에서 터치센싱구간(TST)동안 터치센싱신호(Tsp)는 한 주기로 충방전되며, 각 터치센서(TS)는 충전구간(CT)동안 하이(high)레벨까지 충전되었다가 방전구간(DT)에서 다시 로우(low)레벨로 방전되게 된다. 이때, 터치센싱 드라이버는 방전구간(DT)동안 하나의 고정된 주파수 특성을 가지는 센싱클록(Sclk)을 이용하여 그 클록수를 카운터를 통해 산출하게 된다(a).
만약, 사용자에 의해 터치가 발생하는 경우, 도 3b에 도시된 바와 같이 방전구간(DT')에서 로우레벨로 방전되는 데 걸리는 시간이 지연되며, 센싱클록(Sclk)이 터치가 발생하지 않은 상태와 대비하여 볼 때 클록수가 증가하게 된다(a+b).
즉, 종래의 자기용량형 터치패널에서는 터치 검출을 위해 터치센싱신호(Tsp)의 방전 시작시점에서부터 로우레벨로 감소하는 시점까지의 전체 시간을 측정하는 방법을 이용하고 있다. 전술한 바와 같이, 사용자의 터치에 의해 각 터치센서의 부하가 증가할수록 방전되는 시간이 증가함에 따라 방전구간(DT)의 폭이 지연에 의해 증가하게 되며, 이에 따라 지연방전구간(DT')을 측정하기 위한 센싱클록(Sclk)의 클록수가 증가하고, 그 결과값을 기준값과 비교함으로서 터치가 발생된 터치센서를 검출하게 된다.
그러나, 전술한 방법에 의해 각 터치센서의 부하 증가에 따라 터치센싱클록의 증가하게 되면, 이와 비례하여 액정표시장치 전체의 소비전력이 증가하게 된다. 또한 경우에 따라 부하값이 지나치게 큰 경우, 즉 방전구간이 예상보다 크게 증가된 경우 터치센싱 드라이버에 구비되는 카운터의 임계범위를 넘어가 버리는 오버 플로우(overflow)현상이 발생하게 되어 정확한 터치검출이 불가능하게 되는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 자기용량방식 터치패널을 갖는 액정표시장치의 터치구동에 의한 소비전력을 절감하고, 과부하발생시 터치센싱 드라이버의 오버플로우 불량에 의한 터치 오작동 문제를 최소화할 수 있는 액정표시장치의 구동방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터치패널을 갖는 액정표시장치의 구동방법은, 상기 터치패널에 구비된 각 터치센서의 센싱클록 시작시점을 결정하는 단계; 및, 상기 터치센서에 터치센싱신호를 인가하여 상기 터치센싱신호의 방전정도에 따라 결정된 센싱클록 시작시점에 대응하여 터치좌표를 검출하는 단계를 포함한다.
상기 센싱클록 시작시점은, 적어도 상기 터치센싱신호의 방전 시작시점보다 이후인 것을 특징으로 한다.
상기 터치패널은, 하나의 프레임 동안 화상을 표시하는 화상표시구간 및 사용자에 의한 터치를 검출하기 위해 상기 터치센싱신호가 충전 및 방전되는 터치센싱구간으로 분할구동되는 것을 특징으로 한다.
상기 터치패널은, 애드-온(Add-On) 방식, 온-셀(on-cell)방식 및 인-셀(in-cell) 중, 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 터치패널에 구비된 각 터치센서의 센싱클록 시작시점을 결정하는 단계는, 상기 터치센서에 상기 터치센싱신호를 인가하여 하이레벨로 충전하는 단계; 충전된 터치센서를 로우레벨로 방전하는 단계; 상기 터치센서별 각각 로우레벨에 도달하는 시점에 따른 센싱클록의 산출결과값을 저장하는 단계; 설정된 반복회수에 따라 상기 터치센서에 대한 터치센싱신호의 충전 및 방전을 반복하고, 상기 산출결과값을 누적하는 단계; 상기 터치센서별 각각 방전완료시점을 결정하는 단계; 및, 설정된 계수값에 의해, 상기 센싱클록 시작시점을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 설정된 반복회수에 따라 상기 터치센서에 대한 터치센싱신호의 충전 및 방전을 반복하고, 상기 산출결과값을 누적하는 단계는 적어도 2회 반복되는 것을 특징으로 한다.
상기 터치센싱구간에서 상기 터치센서에 터치센싱신호를 인가하여, 상기 터치센싱신호의 방전 중, 결정된 센싱클록 시작시점에 대응하여 터치좌표를 검출하는 단계는, 상기 터치센서에 터치센싱신호를 인가하여 하이레벨에 도달 이후 방전상태에 진입하는 단계; 상기 센싱클록 시작시점에 센싱클록을 생성하는 단계; 상기 터치센서가 로우레벨에 도달시, 상기 센싱클록의 클록수에 결과값을 산출하는 단계; 및 상기 결과값에 따라, 상기 터치좌표를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 결과값에 따라, 상기 터치좌표를 검출하는 단계는, 상기 터치센서 각각에 대하여, 터치판단의 기준값을 추출하는 단계; 및 상기 결과값과 기준값을 비교하여 해당 터치센서의 터치발생유무를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 로우레벨은, 상기 터치센서의 초기상태시의 전압레벨과 동일하거나, 적어도 높은 레벨인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터치패턴을 갖는 액정표시장치의 구동방법은, 터치센싱신호의 방전시작시점부터 센싱클록을 발생시켜 터치검출을 수행하는 것이 아닌, 터치가 발생하지 않은 상태에서 설정된 방전이 완료되는 시점에서부터 센싱클록을 발생시켜 터치검출을 수행함으로서 종래대비 소비전력을 절감하고, 오버플로우 불량을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 정전용량 방식 중, 자기용량(self capacitance)형 터치패널의 구조에 대한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 자기용량형 터치패널을 제어하기 위한 신호들의 파형에 대한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 종래의 자기용량형 터치패널의 터치 전후의 신호파형 변화에 대한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치패턴을 갖는 액정표시장치의 구조에 대한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 자기용량형 터치패널을 제어하기 위한 신호들의 파형에 대한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 자기용량형 터치패널의 터치 전후의 신호파형 변화에 대한 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 종래기술에 의한 센싱클록의 클록수 산출결과값 및 본 발명의 실시예에 의한 센싱클록의 클록수 산출결과값에 대한 실험 데이터를 그래프화한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 구동방법에서 센싱클록의 생성 시작시점을 결정하는 방법에 대한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 터치구동방법에 대한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터치패널을 갖는 액정표시장치의 구동방법을 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치패턴을 갖는 액정표시장치의 구조에 대한 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치는 화상을 표시하고 화면상의 일정영역에 대한 터치를 검출하는 터치패널(100)과, 터치패널(100)의 구동타이밍을 결정하는 타이밍 콘트롤러(110)와, 타이밍 콘트롤러(110)의 제어에 따라 터치패널(100)를 구동하는 게이트 및 데이터 드라이버(120, 130)와, 터치패널(100)상에 터치 발생을 감지하고, 터치좌표를 검출하는 터치센싱 드라이버(140)를 포함한다.
터치패널(100)은 투명기판 상에 다수의 게이트배선(GL), 그리고 게이트배선(GL)과 수직하는 방향으로 다수의 데이터배선(DL)이 형성되고, 그 교차지점에 다수의 화소영역이 정의된다. 도시하지는 않았지만 각 화소영역에는 박막트랜지스터가 형성되어 있으며, 박막트랜지스터에 의해 제어되는 액정셀이 구성되어 이를 통해 화면을 표시하게 된다.
전술한 박막트랜지스터는 게이트배선(GL)으로부터의 주사신호, 즉 고전위의 게이트 구동전압(Vg)이 인가되는 경우 턴-온되어 데이터배선(DL)으로부터 인가되는 데이터신호(Vdata)를 액정셀에 전달한다. 또한, 박막트랜지스터는 게이트배선(GL)으로부터 저전위의 게이트 구동전압(Vg)이 인가되는 경우 턴-오프되어 액정셀에 충전된 데이터신호에 대응하는 전하가 한 프레임 동안 유지되게 함으로서 액정셀의 광 투과율이 조절하여 화상의 계조를 구현하게 된다.
또한, 터치패널(100)상에는 게이트 및 데이터 배선(GL, DL)이 형성된 층과 다른 층에 저저항 금속물질로 이루어지며, 각 센싱영역에 대응하는 다수의 터치센서(TS)이 형성되어 있다. 터치센서(TS)는 사용자의 터치에 의한 캐패시턴스 변화를 감지하는 것으로, 삼각형, 사각형 또는 마름모 등의 형태로 형성될 수 있다. 또한, 터치센서(TS)은 터치 센싱 드라이버(140)로부터 연장되어 터치센싱신호(Tsp)를 인가하고, 터치센서(TS)에 인가된 전압레벨 변화를 감지하는 센싱배선(Tx-Rx)과 전기적으로 연결된다.
이러한 구조의 터치패널(100)은 자기 정전용량 방식(self capacitive type)으로서, 각 터치센서(TS)에 대해 센싱배선(Tx-Rx)을 통해 터치센싱신호(Tsp)를 인가하고 터치센싱신호(Tsp)의 방전에 대한 감지를 수행하게 된다. 즉, 각 터치센서(TS)의 위치는 미리 설정되어 있으며, 각 터치센서(TS)별로 인가된 터치센싱신호(Tsp)의 전압변화에 따라 어느 좌표의 터치센서(TS)이 신호변화가 발생하였는지 검출하는 방식이다.
특히, 본 발명의 터치패널(100)은 전술한 수직동기신호(Vsync)에 동기하여 1 프레임(frame)동안 화상표시구간(DPT) 및 터치센싱구간(TST)으로 분할구동되며, 화상표시구간(DPT)에는 게이트배선(GL) 및 데이터배선(DL)을 통해 게이트구동신호(Vg) 및 데이터신호(Vdata)가 인가되어 화상을 구현하고, 이후 터치센싱구간(TST)에는 하나의 주파수로 고정된 터치센싱신호(Tsp)가 각 터치센서(TS)에 인가되어 터치여부를 감지하게 된다.
터치센싱구간(TST)에서는 센싱배선(Tx-Rx)을 통해 터치센싱신호(Tsp)가 터치센서(TS)에 인가된다. 이에 따라, 각 터치센서(TS)에는 초기 정전용량(Cp)이 형성되게 된다. 이때, 사용자에 의한 손가락이나 펜 등의 접촉이 가해지면, 상기 손가락과 터치센서(TS) 사이에 접촉 정전용량(Cf)이 형성되며, 터치시 터치센서(TS)에는 초기 정전용량(Cp)과 접촉 정전용량(Cf)의 합산용량(Cp+Cf)이 걸린다. 전술한 정전용량의 변화는 인가된 터치센싱신호(Tsp)에 대한 방전시간 지연의 원인이 되며, 이에 따라 센싱배선(Tx-Rx)를 통해 지연된 터치센싱신호(Tsp)의 방전시간을 읽어들여 신호지연이 발생한 영역을 터치영역으로 검출하게 된다.
타이밍 콘트롤러(110)는 외부시스템(미도시)로부터 인가되는 영상 데이터(RGB)와, 데이터인에이블신호(DE), 수평동기신호(Hsync) 및 수직동기신호(Vsync) 등의 타이밍신호를 인가받아, 게이트 제어신호(GCS), 데이터 제어신호(DCS) 및 터치제어신호(TCS)등을 생성한다.
여기서, 수평동기신호(Hsync)는 화면의 한 수평라인을 표시하는 데 걸리는 시간을 나타내고, 수직동기신호(Vsync)는 한 프레임의 화면을 표시하는 데 걸리는 시간을 나타낸다. 또한, 데이터인에이블신호(DE)는 터치패널(100)의 액정셀에 데이터신호(Vdata)을 공급하는 기간을 나타내는 신호이다
게이트 드라이버(120)는 게이트배선(GL)을 통해 터치패널(100)과 연결되는 복수의 쉬프트레지스터로 이루어진다. 게이트 드라이버(120)는 게이트 제어신호(GCS)에 대응하여 1 수평기간(1H)동안 게이트배선(GL)에 게이트 하이레벨의 게이트 구동신호(Vg)를 하나의 수평라인씩 순차적으로 출력하게 된다.
데이터 드라이버(130)는 데이터 제어신호들에 대응하여 디지털형태의 영상데이터(RGB)를 순차적으로 수신하고, 기준전압을 참조하여 아날로그 형태의 데이터신호(Vdata)으로 변환한다. 데이터신호(Vdata)는 하나의 수평구간(1H)만큼 래치되어 모든 데이터배선(DL)을 통해 동시에 터치패널(100)에 입력된다.
터치센싱 드라이버(140)는 타이밍 콘트롤러(110)로부터 인가되는 터치 제어신호(TCS)에 대응하여 터치패널(100)에 형성된 각 터치센서(TS)에 대한 터치 유무를 검출하고, 화면상에서 그 좌표를 구하는 역할을 수행한다.
특히, 터치센싱 드라이버(140)는 터치센싱구간에서 센싱배선(Tx-Rx)을 통해 각 터치센서(TS)에 터치센싱신호(Tsp)를 충전 및 방전하는데, 이때, 터치센서(TS)의 방전시간을 읽어드려 지연이 발생한 터치센서(TS)이 검출된 경우, 그 터치센서에 대하여 사용자에 의한 터치가 발생한 것으로 판단하여 그 터치센서(TS)의 위치에 따라 화면상에서 터치 좌표를 구하게 된다.
전술한 방전시간은 터치센싱 드라이버(140)에 내장된 클록생성기를 통해 생성한 센싱클록(Sclk)을 이용하여 산출하게 되며, 이때, 클록생성기는 통상적인 방식과 같이 터치센싱신호(Tsp)의 방전시작시점부터 센싱클록(Sclk)을 생성하는 것이 아닌, 터치가 발생하지 않은 경우 예상되는 방전종료시점 부근에서 센싱클록(Sclk)을 생성하게 된다. 이에 따라, 방전시작시점부터 센싱클록(Sclk)을 생성하는 경우보다 소비전력이 저감되며, 센싱클록(Sclk)의 클록수를 산출하는 카운터의 가산횟수가 줄어들어 오버플로우가 방지되게 된다.
이하, 전술한 구조의 액정표시장치에 이용되는 신호파형을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 터치패널을 갖는 액정표시장치의 구동방법을 설명하면 다음과 같다.도 5는 도 4에 도시된 자기용량형 터치패널을 제어하기 위한 신호들의 파형에 대한 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자기용량형 터치패널을 갖는 액정표시장치는 외부로부터 인가되는 수직동기신호(Vsync)에 동기하여 1 프레임(frame)동안 화상표시구간(DPT) 및 터치센싱구간(TST)으로 분할구동된다. 화상표시구간(DPT)에는 게이트배선을 통해 1 수평기간(1H)씩 순차적으로 게이트구동신호(Vg)가 인가되고, 이와 동기하여 데이터배선을 통해 데이터신호(Vdata)가 인가된다.
이어서, 화상표시구간(DPT)이 종료되면, 터치센싱구간(TST)이 시작되며 터치센서를 충방전하는 터치센싱신호(Tsp)가 각 터치센서(TS)에 인가되고, 하이레벨까지 충전이 완료되면 방전이 시작된다.
이때, 터치 여부는 터치센싱신호(Tsp)의 방전구간(DT)동안의 센싱클록(Sclk)의 클록수를 터치센싱 드라이버에 구비된 카운터를 통해 산출하여 검출하게 되는데, 방전이 시작되는 시점부터 센싱클록(Sclk)을 생성하는 것이 아닌, 방전구간(DT)이 완료되는 시점 부근에서 센싱클록(Sclk)을 생성하여 터치 센싱을 수행하게 된다.
즉, 터치가 발생하게 되면 신호지연에 의해 방전구간(DT)이 증가하게 되며, 터치가 발생하지 않은 상태에서는 센싱클록(Sclk)이 거의 생성되지 않지만, 터치가 발생한 상태에서는 방전구간(DT)이 증가한 상태만큼 센싱클록(Sclk)이 생성되어 그 클록수를 산출하여 터치여부를 판단할 수 있게 된다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 자기용량형 터치패널의 터치 전후의 신호파형 변화에 대한 도면이다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 터치가 없는 상태에서 터치센싱구간(TST)동안 터치센싱신호(Tsp)는 한 주기로 충방전되며, 각 터치센서(TS)는 충전구간(CT)동안 하이레벨까지 충전되었다가 방전구간(DT)에서 다시 로우레벨로 방전되게 된다. 여기서, 하이레벨 및 로우레벨의 전압치는 각 터치센서(TS)의 저항특성이 고려되어 결정되며, 특히, 로우레벨은 터치센서(TS)에 터치센싱신호(Tsp)가 인가되지 않은 상태의 전압레벨보다 약간 높거나 동일한 정도의 전압레벨일 수 있다.
이때, 터치센싱 드라이버는 내장된 센싱클록 생성기를 통해 방전구간(DT)이 완료되는 시점 부근에서 센싱클록(Sclk)을 생성하고, 그 클록수를 내장된 카운터를 통해 산출하여 기준값과 비교함으로서 터치가 없음을 판단하게 된다.
여기서, 로우레벨까지 도달하는 데 걸리는 시간은 각 터치센서(TS)마다 조금씩 차이가 있으며, 따라서 센싱클록(Sclk)이 생성되는 시점은 각 터치센서(TS)마다 상이하여 센싱클록(Sclk)이 발생되지 않거나 또는 종래와 대비하여 볼 때(도 2a의 a 참조), 클록수가 매우 작아짐을 알 수 있다(a').
또한, 사용자에 의해 터치가 발생하는 경우, 도 6b에 도시된 바와 같이, 터치센싱신호(Tsp)의 충전구간(CT) 이후 터치에 의해 지연된 방전구간(DT')에서는 로우레벨까지 도달하는 데 걸리는 시간이 늦어짐에 따라 센싱클록(Sclk)이 종래대비 소정시간 지연되게 된다(a+b').
즉, 본 발명의 터치패널에서는 터치 검출을 위해 터치센싱신호(Tsp)의 충전 이후 방전 시작시점에서부터 로우레벨로 감소하는 시점까지의 전체 시간을 측정하는 것이 아닌, 터치가 없는 경우의 방전완료 시점에서부터 터치가 발생하여 지연된 방전완료 시점까지 시간을 측정하게 된다. 따라서, 실제 터치로 인해 지연된 시간만을 측정하게 되어 측정시 요구되는 센싱클록(Sclk)의 생성기간이 짧아지게 되어 그 만큼의 소비전력 저감효과를 달성할 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 터치패턴을 갖는 액정표시장치에서는 터치가 없는 경우의 방전완료 시점, 즉 센싱클록(Sclk)의 생성시작 시점이 미리 결정되어야 하며, 이를 결정하기 위해서는 일반적인 터치센서(TS)의 방전시작 시점을 T, 방전완료 시점을 T' 라고 했을 때, T'-T시간에 해당하는 센싱 클록수를 산출하여야 한다. 이를 산출하기 위해서는 액정표시장치의 초기구동시 구간에서 설정된다.
이때, 각 터치센서(TS)에 대한 1회의 충방전을 통해 T'-T시간에 해당하는 센싱 클록수를 결정하게 되면 노이즈에 의한 오차가 발생하게 된다. 따라서, N(N은 자연수)번의 충방전 반복수행을 통해 그 오차범위를 줄여 통계적인 값을 산출하며, 적어도 2 회이상 반복하여 방전시점을 결정하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 터치가 발생하지 않는 경우의 터치센서(TS)에 대한 N번의 충전 및 방전을 수행하면서 산출되는 각 구간별 센싱클록의 클럭수를 f(t)라고 할 때, 오차가 고려된 센싱클록 시작시점 T''는 이하의 수학식 1을 만족한다.
[수학식 1]
T'= min{f(t)}, t = 1,2,3,..., N
T''=(1-a) × T', 0 < a < 1
수학식 1에 따라, 센싱클록의 생성 시작시점의 설정값은 T`에 대한 계수(a)조정을 통해 T``로 결정될 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 터치패널을 갖는 액정표시장치의 구동방법에 있어서, 터치가 발생 하지 않은 상태에서 종래기술에 의한 센싱클록의 클록수 산출결과값과 본 발명의 실시예에 의한 센싱클록의 클록수 산출결과값에 대한 실험 데이터를 그래프화한 도면이다. 도시된 그래프의 X축 및 Y축은 터치센서(TS)의 채널을 나타내며, Z축은 터치가 발생하지 않았을 때 각 터치센서(TS)에 대한 센싱클록의 클록수를 나타낸다. 본 실험에서 터치센서(TS)의 충방전 횟수(N)은 180회의 조건으로 수행되었다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 종래기술에 의한 액정표시장치의 구동방법에서는 각 터치센서(TS)에 인가되는 터치센싱신호(Tsp)를 180회 반복 충방전한 경우, 각 센서별 센싱클록의 클록수 산출결과값이 52000 ~ 59000 범위인 것을 알 수 있다. 반면, 도 7b에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 액정표시장치의 구동방법에서는 각 센서별 센싱클록의 클록수 산출결과값이 3200~8800 범위로서, 산출값이 약 94% 감소됨을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 액정표시장치 구동방법에 의하면 터치 센싱구동을 위해 요구되는 소비전력이 90% 이상 절감되는 효과가 있다. 여기서, 터치가 발생하는 경우, 증가하는 센싱클록의 클록수 산출값은 동일하게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 터치패널을 갖는 액정표시장치의 구동방법을 설명하면 다음과 같다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 구동방법을 적용하기 위해, 센싱클록의 생성 시작시점을 결정하는 방법에 대한 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 센싱클록의 시작시점 결정단계는 액정표시장치의 구동 초기시에 진행되며, 각 단계는 터치센싱 드라이버를 통해 진행된다.
전원-온 단계(S100)는 최초 액정표시장치에 전원이 인가되어 터치패널 및 각종 드라이버가 구동을 시작하는 단계이다.
다음으로, 터치센서별 충전단계(S110)는 터치센싱구간(TST)에서 센싱배선(Tx-Rx)을 통해 각 터치센서(TS)에 터치센싱신호(Tsp)를 인가하는 단계이다. 이후, 충전완료 시점을 판단하여(S120) 하이레벨까지 충전이 완료되지 않은 경우, 각 터치센서(TS)가 완충될 때까지 충전을 계속 수행하며(S110), 충전이 완료되면 터치센서(TS)에 대한 방전을 수행하게 된다.
이후, 각 터치센서(TS)별 방전시간을 산출하는 단계(S130)은 방전시작시점부터 센싱클록(Sclk)을 생성하여 그 클록수를 산출하는 단계로서, 센싱배선(Tx-Rx)을 통해 터치센서(TS)의 전압레벨을 검출하고 미리설정된 로우레벨까지 도달시까지 센싱클록(Sclk)의 클록수를 누적하며, 동시에 로우레벨 도달시점 즉 방전완료시점을 판단한다(S140). 모든 터치센서(TS)가 로우레벨까지 도달하지 못한 경우 완전방전될때까지 S130단계를 수행하여 모든 터치센서(TS)에 대한 방전이 완료되면, 각 터치센서(TS)별 센싱클록(Sclk)의 클록수 산출결과값을 저장한다(S150).
다음으로, 오차를 줄이기 위해 설정된 충방전 반복횟수(N)까지 전술한 S110 단계 내지 S160 단계를 반복하고, N회 반복 이후 각 터치센서(TS)별로 상기 수학식 1에 따라 T`를 산출하는 단계(S170)를 수행한다.
이후, 산출된 T`값을 통해 최종적으로 각 센서별 계수값(a)을 조절하여 최종으로 각 터치센서(TS)별 센싱클럭(Sclk)의 시작시점을 결정하게 된다(S180).
전술한 센싱클록의 시작시점 결정단계가 완료되면, 이하의 터치구동 단계를 시작하게 된다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 터치구동방법에 대한 도면이다.
정상구동시작단계(S200)는, 전술한 센싱클록 시작시점이 결정된 후 터치구동 드라이버가 터치인식을 수행하는 단계로서, 터치제어신호(TCS)에 따라 각 프레임 동안 화상표시구간(DPT) 이후, 터치센싱구간(TST)에 진입하는 단계이다.
터치센서별 충전후 방전진입 단계(S210)는 터치센싱구간(TST)에서 각 터치센서(TS)에 터치센싱신호(Tsp)를 인가하고, 각 터치센서(TS)가 하이레벨에 도달 이후 방전단계로 진입하는 단계이다(S210).
다음으로, 방전중인 각 터치센서(TS)별로 전술한 S180 단계에서 결정된 각 터치센서(TS)별 센싱클럭(Sclk)의 시작시점까지 진행하였는지 여부를 판단하고(S220), 센싱클럭(Sclk)의 시작시점이 도래할 때까지 계속 방전진행상태에 대기하며(S230), 터치센서(TS)의 전압레벨이 로우레벨에 인접하여 센싱클럭(Sclk)의 시작시점이 도래하면 S240 단계를 수행하게 된다.
센싱클록 산출단계(S240)는 센싱클럭(Sclk)의 시작시점이 도래함에 따라, 센싱클록 생성기가 센싱클록(Sclk)을 생성함과 동시에, 카운터기가 터치센서(TS)가 완전이 로우레벨에 도달하는 시점, 즉 방전완료 시점까지 센싱클록(Sclk)의 클록수를 산출하는 단계이다.
다음으로, 터치센서(TS)가 방전완료 시점에 도달했는지 판단하고(S250), 도달하지 않은 경우, 계속 센싱클록(Sclk)의 클록수를 산출하며(S240), 도달했다고 판단하는 경우, 지금까지 산출된 센싱클록(Sclk)의 클록수에 대한 산출 최종값을 저장한다(S260).
다음으로, 최종값에 따라 터치인식 및 좌표정보를 생성하는 단계(S270)는, 각 터치센서(TS)별로 산출된 센싱클록(Sclk)의 산출결과값과 미리 저장된 기준값을 비교하여 이를 통해 해당 터치센서의 터치유무를 판단하고, 터치 발생시 이를 인식하여 그 터치좌표에 대한 정보를 생성하는 단계이다.
이후, 생성된 터치좌표에 대한 정보를 타 드라이버에 제공하여, 터치에 따른 기타 다른 로직을 수행하게 된다.
또한, 본 발명의 터치패널을 갖는 액정표시장치의 구동방법은 화상을 구현하는 패널과, 터치구동을 수행하는 패널이 별도로 구비되어 부착되는 애드-온(Add-On) 방식, 터치센서가 영상을 표시하는 패널의 두 기판 상부 편광판 사이에 구비되는 온-셀(on-cell)방식 및 터치센서가 영상을 표시하는 패턴의 두 기판 내부에 구비되는 인-셀(in-cell)방식의 액정표시장치 등의 자기용량(self capacitance)형 액정표시장치라면 어느 방식의 액정표시장치에도 적용가능하다.
전술한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
100 : 터치패널 110 : 타이밍콘트롤러
120 : 게이트 드라이버 130 : 데이터 드라이버
140 : 터치센싱 드라이버

Claims (9)

  1. 터치패널을 갖는 액정표시장치의 구동방법에 있어서,
    상기 터치패널에 구비된 각 터치센서의 센싱클록 시작시점을 결정하는 단계; 및,
    상기 터치센서에 터치센싱신호를 인가하여 상기 터치센싱신호의 방전정도에 따라 결정된 센싱클록 시작시점에 대응하여 터치좌표를 검출하는 단계를 포함하며,
    상기 센싱클록 시작시점에 대응하여 터치좌표를 검출하는 단계는
    상기 터치센서로 인가된 터치센싱신호의 방전이 시작되는 시점부터 방전이 완료되는 시점 중 어느 한 시점에 클록생성기로부터 상기 센싱클록을 발생시키는 단계; 및
    상기 클록생성기로부터 발생되는 센싱클록을 카운트한 결과에 따라 터치 여부를 판단하고 상기 터치좌표를 검출하는 단계를 포함하는,
    터치패널을 갖는 액정표시장치의 구동방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치패널은,
    하나의 프레임 동안 화상을 표시하는 화상표시구간 및 사용자에 의한 터치를 검출하기 위해 상기 터치센싱신호가 충전 및 방전되는 터치센싱구간으로 분할구동되는 것을 특징으로 하는 터치패널을 갖는 액정표시장치의 구동방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치패널은,
    애드-온(Add-On) 방식, 온-셀(on-cell)방식 및 인-셀(in-cell) 중, 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 터치패널을 갖는 액정표시장치의 구동방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치패널에 구비된 각 터치센서의 센싱클록 시작시점을 결정하는 단계는,
    상기 터치센서에 상기 터치센싱신호를 인가하여 하이레벨로 충전하는 단계;
    충전된 터치센서를 로우레벨로 방전하는 단계;
    상기 터치센서별 각각 로우레벨에 도달하는 시점에 따른 센싱클록의 산출결과값을 저장하는 단계;
    설정된 반복회수에 따라 상기 터치센서에 대한 터치센싱신호의 충전 및 방전을 반복하고, 상기 산출결과값을 누적하는 단계;
    상기 터치센서별 각각 방전완료시점을 결정하는 단계; 및,
    설정된 계수값에 의해, 상기 센싱클록 시작시점을 결정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치패널을 갖는 액정표시장치의 구동방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 설정된 반복회수에 따라 상기 터치센서에 대한 터치센싱신호의 충전 및 방전을 반복하고, 상기 산출결과값을 누적하는 단계는 적어도 2회 반복되는 것을 특징으로 하는 터치패널을 갖는 액정표시장치의 구동방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치센싱구간에서 상기 터치센서에 터치센싱신호를 인가하여, 상기 터치센싱신호의 방전 중, 결정된 센싱클록 시작시점에 대응하여 터치좌표를 검출하는 단계는,
    상기 터치센서에 터치센싱신호를 인가하여 하이레벨에 도달 이후 방전상태에 진입하는 단계;
    상기 센싱클록 시작시점에 센싱클록을 생성하는 단계;
    상기 터치센서가 로우레벨에 도달시, 상기 센싱클록의 클록수에 결과값을 산출하는 단계; 및
    상기 결과값에 따라, 상기 터치좌표를 검출하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치패널을 갖는 액정표시장치의 구동방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 결과값에 따라, 상기 터치좌표를 검출하는 단계는,
    상기 터치센서 각각에 대하여, 터치판단의 기준값을 추출하는 단계; 및
    상기 결과값과 기준값을 비교하여 해당 터치센서의 터치발생유무를 판단하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치패널을 갖는 액정표시장치의 구동방법.
  9. 제 5 항 및 제 7 항 중, 선택되는 하나의 항에 있어서,
    상기 로우레벨은, 상기 터치센서의 초기상태시의 전압레벨과 동일하거나, 적어도 높은 레벨인 것을 특징으로 하는 터치패널을 갖는 액정표시장치의 구동방법.
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