KR102014276B1 - 표시장치 및 그 구동방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 표시장치에 관한 것으로서, 특히, 터치전극들에 전류를 공급하여 상기 터치전극들의 평균전압이 기 설정된 기준전압에 도달하면, 상기 터치전극들 각각의 터치전압들을 홀딩시킨 상태에서 상기 터치전극들 각각의 터치여부를 판단할 수 있는, 표시장치 및 그 구동방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다. 이를 위해 본 발명에 따른 표시장치는, 복수의 터치전극들로 형성되는 셀프캡 방식의 터치패널이 내장되어 있는 패널; 및 1프레임기간 중 터치감지기간 동안, 상기 터치전극들에 전류를 공급하고, 상기 터치전극들의 평균전압이 기 설정된 기준전압에 도달하면, 상기 터치전극들 각각의 터치전압들을 홀딩시키며, 상기 터치전압들이 홀딩된 상태에서, 상기 터치전압들 각각과 슬로프전압을 비교하여, 상기 터치전극들 각각의 터치여부를 판단하는 터치감지부를 포함한다.

Description

표시장치 및 그 구동방법{DISPLAY DEVICE AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 표시장치에 관한 것으로서, 특히, 셀프캡 방식의 터치패널이 내장되어 있는 표시장치에 관한 것이다.
이동통신 단말기, 노트북 컴퓨터와 같은 각종 휴대용 전자기기가 발전함에 따라 이에 적용될 수 있는 평판표시장치(Flat Panel DIPSlay Device)에 대한 요구가 점차 증대되고 있다.
이러한 평판표시장치 중, 액정표시장치(Liquid Crystal DISPLAY DEVICE)는 양산 기술, 구동수단의 용이성, 고화질 및 대화면 구현의 장점으로 인해 적용 분야가 확대되고 있다.
최근 들어, 액정표시장치의 입력 장치로서 종래에 적용되었던 마우스나 키보드 등의 입력 장치를 대체하여, 사용자가 손가락이나 펜을 이용하여 직접 정보를 입력할 수 있는 터치패널이 이용되고 있다.
액정패널에 터치패널을 구성하는 방법으로는, 온 셀 타입(On Cell Type), 인 셀 타입(In-Cell Type) 및 하이브리드 인 셀 타입(Hybrid In-Cell Type) 등이 있으며, 인 셀 타입 및 하이브리드 인 셀 타입을 이용한 액정표시장치는 터치패널 내장형 액정표시장치라 한다.
도 1은 종래의 액정표시장치의 구성을 나타낸 예시도이며, 도 2는 종래의 액정표시장치에서 공통전압과 구동펄스가 터치전극에 인가되는 타이밍을 나타낸 예시도이다.
종래의 터치패널 내장형 액정표시장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 터치패널(60)이 내장되어 있는 액정패널(10) 및 터치패널을 구동하기 위한 터치감지부(30)를 포함하고 있다. 터치패널을 구동하는 방법은, 저항식 방식과 정전용량 방식이 있으며, 정전용량 방식은 다시 셀프캡(Self Cap) 방식과 뮤츄얼(mutual) 방식으로 구분될 수 있다.
이중, 셀프캡(Self Cap) 방식을 이용하고 있는 종래의 액정표시장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 터치전극(61)에서 터치전극배선(62)을 독립적으로 뽑아내어, 가로방향 터치전극 개수(q)와 세로방향 터치전극 개수(p)를 고려하여 q x p = n개의 감지기(31)가 요구된다. 감지기(31)의 숫자가 적은 경우, 터치감지부(30) 자체가 하나의 집적회로(IC)로 구성될 수 있으며, 감지기가 많이 요구되는 경우에는 복수 개의 감지기(31)로 구성된 집적회로(터치IC)가 복수 개 모여 터치감지부(30)가 구성될 수도 있다.
한편, 상기한 바와 같은 셀프캡 방식의 터치패널 내장형 액정표시장치에서는 구동펄스가 입력되는 터치전극이 공통전극으로도 이용되고 있기 때문에, 영상출력(display)과 터치감지(Touch)가 동시에 구동될 수 없다. 따라서, 수직동기신호(Vsync)에 의해 정해지는 1프레임기간은, 도 2에 도시된 바와 같이, 영상출력기간(display)과, 터치감지기간(Touch)으로 구분된다.
감지기(31)들 각각은, 터치감지기간 동안 수십 개 이상의 구동펄스를 터치전극(61)으로 인가하며, 터치전극으로부터 수신되는 감지신호를 분석하여 해당 터치전극이 터치되었는지의 여부를 판단한다.
일반적으로, 셀프캡 방식에서의 터치여부판단(Sensing)은, 구동펄스의 충전(Charging) 또는 방전(Discharging)을 이용하게 된다. 즉, 셀프캡 방식은, 터치했을 때와 터치하지 않았을 경우의 캐패시턴스(Cap)값 변화에 따른 전압 기울기 변화를 이용하여 터치여부를 감지한다.
도 3은 종래의 셀프캡 방식을 이용하는 표시장치에서 터치를 판단하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
종래의 셀프캡 방식에 중에서도, 완화진동방식(Relaxation Oscillation Type)이 널리 이용되고 있다.
완화진동방식(Relaxation Oscillator Type)은 셀프 캐패시턴스 값(Self Capacitance Value)과 충전 및 방전(Charge, Discharge) 횟수에 따라 센싱(Sensing) 시간이 결정된다.
상기한 바와 같은 완화진동방식에서는, 셀프 캐패시턴스 값(Self Cap. Value)에 의해 결정된 시간을 기준발진기(Reference Oscillator)에서 발생된 클럭(Clock)으로 카운트한다.
상기한 바와 같은 완화진동방식에서는, 결정된 시간을 기준 발진기 클럭(rence Oscillator Clock)으로 카운트함으로써, 디지털 코드(Digital Code)값을 얻을 수 있다.
그러나, 상기한 바와 같은 완화진동방식(Relaxation Oscillator Type)은 인셀터치패널(In-Cell Touch Panel)에서 터치유무를 판단하기 힘들다는 문제점을 가지고 있다.
즉, 상기한 바와 같은 완화진동방식(Relaxation Oscillator)은 싱글 셀프캡 방식(Single Self Cap Type)에서는 매우 유용한 구조이다. 그러나, 인셀 터치패널(In-Cell Touch Panel)에서는 셀프 캡패시턴스(Self Cap.) 사이에 기생 캐패시턴스(Parasitic Cap.)가 존재하기 때문에, 동일 전압이 형성되지 않을 시에는 기생 캐패시턴스(Parasitic Cap.) 값이 크게 바뀌게 된다. 따라서, 크로스 토크(Cross Talk)가 발생하며, 셀프 캐패시턴스(Self Cap.) 고유의 값이 바뀌게 되어, 터치(Touch) 유무를 판단하기가 힘들어진다.
부연하여 설명하면, 종래의 완화진동방식에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 각 터치전극에 전류를 공급하여, 각 터치전극을 기 설정된 터치전압으로 상승시킨 후, 상기 터치전압이 다시 떨어지는 시간을 카운트하여 터치여부를 판단한다. 터치여부에 따라 터치전압이 떨어지는 시간이 다르기 때문에, 상기 시간 차이를 이용하여 터치여부가 판단될 수 있다. 상기 시간차를 증대시키기 위해, 상기한 바와 같은 과정이 여러 번 반복될 수 있다. 도 3에는 상기 과정이 4회 반복되는 경우에 상기 시간을 카운트하는 방법이 도시되어 있다.
그러나, 터치가 복수의 터치전극들에서 복수로 이루어지거나 또는 복수의 터치전극들 중 어느 하나의 터치전극에서 터치가 발생된 경우, 터치가 발생된 터치전극에 인접되어 있는 터치전극들이 상기 터치가 발생된 터치전극의 캐패시턴스 변화에 의해 영향을 받게 된다. 따라서, 인접되어 있는 터치전극들에서도 비정상적인 터치가 검출될 수 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 터치전극들에 전류를 공급하여 상기 터치전극들의 평균전압이 기 설정된 기준전압에 도달하면, 상기 터치전극들 각각의 터치전압들을 홀딩시킨 상태에서 상기 터치전극들 각각의 터치여부를 판단할 수 있는, 표시장치 및 그 구동방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 표시장치는, 복수의 터치전극들로 형성되는 셀프캡 방식의 터치패널이 내장되어 있는 패널; 및 1프레임기간 중 터치감지기간 동안, 상기 터치전극들에 전류를 공급하고, 상기 터치전극들의 평균전압이 기 설정된 기준전압에 도달하면, 상기 터치전극들 각각의 터치전압들을 홀딩시키며, 상기 터치전압들이 홀딩된 상태에서, 상기 터치전압들 각각과 슬로프전압을 비교하여, 상기 터치전극들 각각의 터치여부를 판단하는 터치감지부를 포함한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 표시장치 구동방법은, 1프레임기간 중 터치감지기간 동안, 상기 터치전극들에 전류를 공급하며, 상기 터치전극들의 평균전압이 기 설정된 기준전압에 도달하면, 상기 터치전극들 각각의 터치전압들을 홀딩시키는 단계; 및 상기 터치전압들이 홀딩된 상태에서, 상기 터치전압들 각각과 슬로프전압을 비교하여, 상기 터치전극들 각각의 터치여부를 판단하는 단계를 포함한다.
본 발명은 터치전극들에 전류를 공급하여 상기 터치전극들의 평균전압이 기 설정된 기준전압에 도달하면, 상기 터치전극들 각각의 터치전압들을 홀딩시킨 상태에서 상기 터치전극들 각각의 터치여부를 판단함으로써, 각 터치전극들이 인접된 터치전극들에 의한 영향을 적게받도록 할 수 있다.
즉, 본 발명은 모든 터치전극들의 터치전압을 평균전압으로 상승시킨 상태에서 각 터치전극들의 터치여부를 판단하기 때문에, 각각의 터치전극들로 인가되는 노이즈 성분이 줄어들게 되어, 터치감도가 향상될 수 있다.
일반적으로, 셀프 캐패시턴스 값(Self Capacitance Value)이 50pF 이상이면, 터치되었을 때의 캐패시턴스의 변화량은 0.5pF 내지 0.9pF이 된다. 따라서, 본 발명은 미세한 캐패시턴스의 변화에 따른 데이터(Data) 값을 일정한 값으로 크게 만들 수 있다. 또한, 본 발명은, 상기 데이터 값을 누적함에 따라서, 터치 유무에 따른 미세한 캐패시턴스 변화를 판단할 수 있다.
또한, 본 발명은 모든 터치전극들의 모든 터치전압을 평균전압으로 생성하는 센싱방법을 이용하기 때문에, 신호대 잡음비(SNR, Signal to Noise Ratio)가 향상될 수 있다.
도 1은 종래의 액정표시장치의 구성을 나타낸 예시도.
도 2는 종래의 액정표시장치에서 공통전압과 구동펄스가 터치전극에 인가되는 타이밍을 나타낸 예시도.
도 3은 종래의 셀프캡 방식을 이용하는 표시장치에서 터치를 판단하는 방법을 설명하기 위한 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 표시장치의 구성을 개략적으로 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치에 적용되는 터치감지부의 내부 구성을 나타낸 예시도.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치에 적용되는 터치전압과 슬로프전압을 나타낸 타이밍도.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 표시장치에 적용되는 터치감지부의 내부 구성을 나타낸 예시도.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 표시장치에 적용되는 터치전압과 슬로프전압을 나타낸 타이밍도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명한다. 이하에서는 설명의 편의상, 액정표시장치가 본 발명의 일예로서 설명되겠으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명은 공통전극 및 공통전압을 이용하여 영상을 표시할 수 있는 다양한 표시장치에 적용될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 표시장치의 구성을 개략적으로 나타낸 예시도이다.
본 발명은 하이브리드 인 셀(Hybrid In-Cell) 또는 인 셀(In-Cell) 타입의 표시장치에 관한 것으로서, 이러한 터치패널 내장형 표시장치에서 터치패널을 구동하는 방법은, 저항식 방식과 정전용량 방식이 있다.
정전용량 방식은 다시 셀프캡(Self Cap) 방식과 뮤츄얼(mutual) 방식으로 구분될 수 있으며, 이 중, 본 발명은 셀프캡(Self Cap) 방식을 이용하고 있다.
본 발명에 따른 액정표시장치는 도 4에 도시된 바와 같이, 데이터라인과 게이트라인의 교차에 의해 정의되는 픽셀이 형성되어 있는 패널(100), 상기 패널(100)에 내장되어 있는 복수의 터치전극(510)들과, 복수의 터치전극들 각각에 연결되어 있는 터치전극배선(520)들로 형성되는 셀프캡 방식의 터치패널(500), 1프레임기간 중 터치감지기간 동안, 상기 터치전극들에 전류를 공급하고, 상기 터치전극들의 평균전압이 기 설정된 기준전압에 도달하면, 상기 터치전극들 각각의 터치전압들을 홀딩시키며, 상기 터치전압들이 홀딩된 상태에서, 상기 터치전압들 각각과 슬로프전압을 비교하여, 상기 터치전극들 각각의 터치여부를 판단하는 터치감지부(600) 및 상기 패널(100) 내에 형성되어 있는 데이터라인으로는 영상신호를 출력하고 상기 게이트라인으로는 스캔신호를 출력하며 상기 터치전극들로는 공통전압을 출력하기 위한 구동부(400)를 포함하고 있다.
우선, 상기 패널(100)에는 복수의 터치전극(510)들로 형성되는 셀프캡 방식의 상기 터치패널(500)이 내장되어 있다.
상기 패널(100)은 상기 표시장치의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 특히, 상기 표시장치가 액정표시장치(LCD)인 경우에는, 두 장의 유리기판 사이에 액정층이 형성되어 있는 액정패널이 될 수 있다.
이 경우, 상기 패널(100)의 하부 유리기판에는, 다수의 데이터라인들, 데이터라인들과 교차되는 다수의 게이트라인들, 데이터라인들과 게이트라인들의 교차부들에 형성되는 다수의 TFT들(Thin FilmTransistor), 픽셀에 데이터전압을 충전시키기 위한 다수의 픽셀전극(화소전극)들 및 픽셀전극과 함께 액정층에 충전된 액정을 구동하기 위한 터치전극(510)이 형성되며, 데이터라인들과 게이트라인들의 교차 구조에 의해 픽셀들이 매트릭스 형태로 배치된다. 상기 패널(100)의 상부 유리기판에는 블랙매트릭스(BM)와 컬러필터가 형성된다.
본 발명은 상기한 바와 같이 패널(100) 내에, 터치패널(500)을 구성하는 터치전극(510)이 포함되어 있는 터치패널 내장형 표시장치에 관한 것이다.
다음, 상기 터치패널(500)은 사용자의 터치여부를 감지하는 기능을 수행하는 것으로서, 특히, 본 발명에 적용되는 상기 터치패널(500)은 셀프캡(Self Cap) 방식을 적용한 정전용량 방식을 이용하고 있다. 상기 터치패널(500)은 복수의 터치전극(510)과 복수의 터치전극배선(520)을 포함하고 있다.
복수의 상기 터치전극(510)들 각각은 상기 패널(100)에 형성된 복수의 픽셀들에 걸쳐 형성될 수 있다. 상기 터치전극(510)들은 터치감지기간 동안에는 상기 터치감지부(600)로부터 인가되는 전류에 의해 기 설정된 평균전압까지 상승하여, 터치여부를 판단하도록 하는 터치전압들을 발생시키는 기능을 수행하며, 영상출력기간 동안에는 각 픽셀에 형성되어 있는 상기 픽셀전극과 함께 액정을 구동하는 기능을 수행한다.
복수의 상기 터치전극배선(520)들 각각은 상기 터치전극(510)과 연결되어 있으며, 그 끝단은 상기 터치감지부(600)와 연결되어 있다.
본 발명에 적용되는 상기 터치패널(500)은, 상기한 바와 같이, 정전용량 방식을 이용하는 것으로서, 상기 패널(100)에 내장되어 있다. 즉, 본 발명에 적용되는 상기 터치패널(500)의 상기 터치전극(510)은, 상기 픽셀전극과 함께 액정을 구동하기 위한 공통전극의 기능을 수행하기 위해, 패널(100) 내부에 형성되어 있다.
다음, 상기 구동부(400)는, 게이트라인으로 입력되는 신호들을 제어하기 위한 게이트 구동부, 데이터라인으로 입력되는 신호들을 제어하기 위한 데이터 구동부 및 게이트 구동부와 데이터 구동부를 제어하기 위한 타이밍 컨트롤러로 구성될 수 있다. 상기 구동부(400)를 구성하는 상기 게이트 구동부, 상기 데이터 구동부 및 상기 타이밍 컨트롤러는 도 4에 도시된 바와 같이, 하나의 집적회로(IC)로 구성될 수도 있으나, 개별적으로 구성될 수도 있다.
상기 타이밍 컨트롤러는 외부시스템으로부터 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 도트 클럭(CLK) 등의 타이밍신호를 입력받아 상기 데이터 구동부와 상기 게이트 구동부의 동작 타이밍을 제어하기 위한 제어신호들(GCS, DCS)을 발생한다. 또한, 상기 타이밍 컨트롤러는 상기 외부시스템으로부터 입력된 입력영상데이터를 재정렬하여, 재정렬된 영상데이터를 상기 데이터 구동부로 출력하는 기능을 수행한다.
상기 타이밍 컨트롤러는 상기 데이터 구동부와 상기 게이트 구동부를 제어함과 아울러, 상기 터치감지부(600)의 입/출력 동작 타이밍을 제어하기 위한 제어신호 및 상기 터치감지부가 공통전압 또는 구동펄스 중 어느 하나를 상기 터치전극에 인가하도록 하기 위한 제어신호들을 발생하여 상기 터치감지부(600)로 전송할 수 있다.
즉, 상기 터치전극(510)으로 출력되는 공통전압은 공통전압 생성부에서 생성되어 상기 구동부(400)를 통해 출력될 수도 있으나, 상기 구동부로부터 상기 제어신호를 전송받은 상기 터치감지부(600)를 통해 출력될 수도 있다 또한, 상기 구동펄스는 상기 구동부(400)로부터 상기 제어신호를 전송받은 상기 터치감지부(600)를 통해 출력될 수 있다.
상기 데이터 구동부는 상기 타이밍 컨트롤러로부터 입력된 영상데이터를 아날로그 데이터 전압으로 변환하여, 게이트라인에 스캔신호가 공급되는 1수평기간마다 1수평라인분의 데이터 전압을 상기 데이터라인들에 공급한다.
상기 게이트 구동부는 상기 타이밍 컨트롤러로부터 전송되어온 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse; GSP)를 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock; GSC)에 따라 쉬프트시켜, 순차적으로 게이트 라인(GL1 내지 GLn)에 게이트 온 전압(Von)을 갖는 스캔신호를 공급한다.
마지막으로, 상기 터치감지부(600)는 상기한 바와 같이, 1프레임기간 중 터치감지기간 동안, 상기 터치전극들에 전류를 공급하고, 상기 터치전극들의 평균전압이 기 설정된 기준전압에 도달하면, 상기 터치전극들 각각의 터치전압들을 홀딩시키며, 상기 터치전압들이 홀딩된 상태에서, 상기 터치전압들 각각과 슬로프전압을 비교하여, 상기 터치전극들 각각의 터치여부를 판단하는 기능을 수행한다.
즉, 상기 터치감지부(600)는, 1프레임기간 중 터치감지기간에는, 상기 터치전극(510)들의 평균전압이 기 설정된 기준전압에 도달할 때까지, 상기 터치전극(510)들에 전류를 공급한다. 상기 터치감지부는 상기 평균전압이 기 설정된 기준전압에 도달하면, 상기 터치전극들 각각의 터치전압들을 홀딩시킨 후, 상기 터치전압들이 홀딩된 상태에서, 상기 터치전압들 각각과 슬로프전압을 비교하여, 상기 터치전극들 각각의 터치여부를 판단한다.
이를 위해, 상기 터치감지부(600)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 비교부(610)들, 제어부(620) 및 터치판단부(630)를 포함한다.
상기 터치감지부(600)의 구체적인 기능 및 동작 방법은, 도 4 내지 도 8을 참조하여 상세히 설명된다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치에 적용되는 터치감지부(600)의 내부 구성을 나타낸 예시도이고, 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치에 적용되는 터치전압과 슬로프전압을 나타낸 타이밍도이다. 도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 표시장치에 적용되는 터치감지부(600)의 내부 구성을 나타낸 예시도이고, 도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 표시장치에 적용되는 터치전압과 슬로프전압을 나타낸 타이밍도이다.
본 발명에 따른 표시장치는, 1프레임 중 영상출력기간에는 상기 터치전극(510)들로 공통전압을 인가하고, 상기 1프레임 중 터치감지기간에는 상기 터치전극(510)들을 이용하여 상기 터치패널(500)에서의 터치여부를 감지한다. 상기 공통전압이 상기 터치전극(510)들로 인가되는 방법은, 상기 구동부(400)의 구성 및 기능과, 상기 터치판단부(630)의 구성 및 기능에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있다. 따라서, 이하에서는, 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치의 기능들 중, 상기 터치감지기간에 상기 터치패널(500)에서의 터치여부를 감지하는 기능에 대해 중점적으로 설명된다.
즉, 이하에서는, 터치여부를 감지하는 상기 터치감지부(600)의 구성 및 기능들 중 특히, 상기 터치여부를 감지하기 위한 구성 및 기능이 상세히 설명된다.
본 발명에 따른 표시장치에 적용되는 터치감지부(600)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 전류공급제어신호에 따라 상기 터치전극(510)에 전류를 공급하고, 홀딩제어신호에 따라 상기 터치전극(510)의 터치전압을 홀딩하며, 상기 터치전압이 홀딩된 상태에서, 상기 터치전압(Vtouch)과 슬로프전압(Vslope)을 비교하여 카운팅정보를 생성하는 복수의 비교부(610)들, 상기 전류를 상기 터치전극(510)으로 공급하는 타이밍이 도달하면 상기 비교부(610)로 상기 전류공급제어신호를 전송하고, 상기 터치전압(Vtouch)을 홀딩시키는 타이밍이 도달하면 상기 비교부(610)로 상기 홀딩제어신호를 전송하며, 상기 홀딩제어신호와 함께 상기 비교부(610)로 상기 슬로프전압(Vslope)을 전송하는 제어부(620) 및 상기 비교부(610)들 각각으로부터 전송되어온 상기 카운팅정보를 이용하여 상기 터치전극(510)들 각각의 터치여부를 판단하는 터치판단부(630)를 포함한다.
우선, 상기 비교부(610)는 상기 터치전극(510)과 1대1로 연결되어 있다. 상기 비교부(610)들 각각은, 상기 홀딩제어신호에 따라 상기 터치전극(510)의 터치전압(Vtouch)을 홀딩시키고, 상기 터치전압(Vtouch)이 홀딩된 상태에서, 상기 터치전압(Vtouch)과 상기 슬로프전압(Vslope)이 동일한 값을 가질때까지 카운트하며, 카운트된 값을 상기 카운팅정보로 변환하여 출력하는 변환부(619) 및 상기 전류공급제어신호에 따라, 상기 터치전극(501)에 전류를 공급하거나 또는 공급하지 않는 차지펌프(611)를 포함한다.
상기 변환부(619)는, 상기 홀딩제어신호에 따라 상기 터치전극의 터치전압(Vtouch)을 홀딩시키며, 상기 터치전압(Vtouc)이 홀딩된 상태에서, 상기 터치전압(Vtouch)과 상기 슬로프전압(Vslope)이 동일한 값을 가질때까지 카운트하는, 적어도 하나 이상의 카운팅부(618a, 618b) 및 적어도 하나 이상의 카운트된 값을 상기 카운팅정보로 변환하여 상기 터치판단부(630)로 츨력하기 위한 출력부(614)를 포함한다.
상기 적어도 하나 이상의 카운팅부(618a, 618b)들 각각은, 상기 홀딩제어신호에 따라 상기 터치전압(Vtouch) 전압을 홀딩하기 위한 홀딩기(S/H)(612) 및 상기 터치전압이 홀딩된 상태에서 상기 터치전압(Vtouch)과 상기 제어부(620)로부터 전송되어온 상기 슬로프전압(Vslope)을 비교하여 상기 터치전압(Vtouch)과 상기 슬로프전압(Vslope)이 동일한 값을 가질때까지 카운트하기 위한 비교기(Comparator)(613)를 포함한다.
본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 변환부(619)에 상기 카운팅부(618a)가 하나만 형성되어 있다. 이 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 터치전압(Vtouch)이 상승하는 구간과 상기 슬로프전압(Vslope)이 하강하는 구간이 겹쳐지지 않는다.
본 발명의 제2실시예에 따른 표시장치에는, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 변환부(619)에 상기 카운팅부(618a, 618b)가 두개 형성되어 있다. 이 경우, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 터치전압(Vtouch)이 상승하는 구간과 상기 슬로프전압(Vslope)이 하강하는 구간이 겹쳐질 수 있다.
상기 두 개의 실시예 이외에도, 본 발명에 따른 표시장치에 적용되는 상기 변환부(619)에는 다양한 갯 수의 상기 카운팅부가 포함될 수 있다.
상기 카운팅부의 숫자가 많아질 수록 보다 더 많은 감지가 이루어질 수 있기 때문에, 보다 정확한 터치여부가 감지될 수 있다.
상기 출력부(614)는 상기 비교기(613)에서 카운트된 값을 상기 카운팅정보로 변환하여 상기 터치판단부(630)로 츨력한다. 즉, 상기 비교기(613)에서 생성된 카운트 값이 디지털 정보로 변환되어 상기 터치판단부(630)로 전송된다.
상기 차지펌프(Charge Pump)(611)는 상기 전류공급제어신호에 따라, 상기 터치전극(501)에 전류를 공급하거나 또는 공급하지 않는 기능을 수행한다. 즉, 상기 차지펌프(611)는, 도 6 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 터치감지기간 중, 차지모드(Chare mode)에서는 상기 터치전극(510)으로 전류를 공급하여, 상기 터치전극(510)의 터치전압(Vtouch)을 상승시킨다.
다음, 상기 터치판단부(630)는, 상기 비교부(610)들의 상기 출력부(614)를 통해 전송되어온 상기 카운팅정보들을 이용하여 상기 터치전극(510)들 각각의 터치여부를 판단하는 기능을 수행한다.
마지막으로, 상기 제어부(620)는 상기 전류를 상기 터치전극(510)으로 공급하는 타이밍이 도달하면 상기 비교부(610)로 상기 전류공급제어신호를 전송하고, 상기 터치전압(Vtouch)을 홀딩시키는 타이밍이 도달하면 상기 비교부(610)로 상기 홀딩제어신호를 전송하며, 상기 홀딩제어신호와 함께 상기 비교부(610)로 상기 슬로프전압(Vslope)을 전송한다.
이를 위해, 상기 제어부(620)는, 상기 터치전극(510)들로부터 감지된 상기 터치전압(Vtouch)들을 이용하여 산출된 상기 터치전극(510)들의 평균전압이, 상기 기 설정된 기준전압(Vref)에 도달하면, 상기 비교부(610)들 각각으로 상기 전류공급제어신호 및 상기 홀딩제어신호를 전송하는 제어신호 생성부(621) 및 상기 홀딩제어신호가 상기 비교부(610)들 각각으로 인가될 때, 상기 스로프전압(Vslope)을 상기 비교부(610)들 각각으로 인가하는 슬로프전압 생성부(622)를 포함한다.
상기 제어신호 생성부(6210)는, 상기 터치전극(510)들로부터 감지된 상기 터치전압(Vtouch)들을 이용하여 상기 터치전극(510)들의 평균전압을 산출하기 위한 평균전압 산출기(621a), 상기 기준전압(Vref)에 대한 정보를 저장하고 있는 디지털 아날로그 컨버터(621d), 상기 디지털 아날로그 컨버터의 구동을 제어하기 위한 구동블럭(621c), 상기 평균전압이 상기 기준전압과 동일한지의 여부를 비교하기 위한 기준전압 비교기(621b), 상기 기준전압 비교기(621b)의 비교결과 상기 두 개의 전압이 동일하면, 특정 신호를 선택하여 발생시키는 선택기(621e), 상기 선택기로부터 발생된 신호를 순차적으로 쉬프트시키기 위한 쉬프트레지스터(621f) 및 상기 쉬프트레지스터(621f)를 통해 전송된 신호에 따라, 상기 전류공급제어신호 및 상기 홀딩제어신호를 생성하여, 상기 각각의 비교부(610)들로 전송하기 위한 타이밍 발생기(621g)를 포함한다.
상기 슬로프전압 생성부(622)는 상기 평균전압이 일정한 크기로 상승하면 상기 슬로프전압의 발생을 준비하는 게인버퍼(622a) 및 상기 게인버퍼(622a)로부터 전송된 신호에 따라 상기 슬로프전압(Vslope)을 생성하는 슬로프전압 생성기(622b)를 포함한다.
이하에서는, 도 6 내지 도 8을 참조하여, 본 발명에 따른 표시장치 구동방법이 상세히 설명된다. 여기서, 도 7 및 도 8에 도시된 본 발명의 제2실시예는, 상기한 바와 같이, 상기 비교부(610)에 상기 카운팅부(618a, 618b)가 두 개 형성되어 있어서, 상기 슬로프전압(Vslope)과 상기 터치전압(Vtouch)의 일부구간이 겹쳐진다는 점을 제외하고는, 도 5 및 도 6에 도시된 본 발명의 제1실시예와 동일하다. 따라서, 이하에서는, 본 발명의 제1실시예가 설명된다.
우선, 상기 비교부(610)는 1프레임 중 터치감지기간에, 상기 제어부(620)로부터 전송되어온 전류공급제어신호에 따라, 상기 터치전극(510)으로 전류를 공급한다. 이에 따라, 도 6의 충전모드(Charge Mode)에 도시된 바와 같이, 상기 터치전극(510)들의 터치전압(Vtouch)들은 상승한다.
상기 터치전극(510)들로 전류를 공급하기에 앞서, 상기 터치전극(510)들에 잔존하는 전류를 제거하는 리셋(Reset) 과정이 수행될 수도 있다. 즉, 도 6에 도시된 리셋모드(Reset Mode)에서는, 초기 각 채널(Channel)(터치전극)에 일정 전압을 인가하여, 터치전극의 전하를 0으로 만든다.
다음, 상기 제어부(620)를 구성하는 상기 제어신호 생성부(621)의 상기 평균전압 산출기(621a)는 상기 터치전극(510)들로부터 전송되어온 터치전압(Vtouch)을 이용하여, 상기 터치전압들의 평균전압을 산출한다.
다음, 상기 제어부(620)의 상기 제어신호 생성부(621)는 상기 터치전압들의 평균전압이 기 설정된 상기 기준전압(Vref)와 동일한지의 여부를 판단한다.
다음, 상기 판단결과, 상기 평균전압이 상기 기준전압과 동일하면, 상기 제어부(620)는, 상기 홀딩제어신호 및 상기 전류공급을 차단시키도록 하는 상기 전류공급제어신호를 생성하여 상기 비교부(610)로 전송한다.
다음, 상기 전류공급제어신호를 수신한 상기 차지펌프(611)는 상기 전류 공급을 차단하며, 상기 홀딩기(612)는, 도 6에 도시된 바와 같은 전압홀드모드(Voltage Hold Mode)에서 상기 터치전극(510)의 터치전압(Vtouch)을 홀딩한다. 이에 따라, 각각의 터치전극에서 상승되던 터치전압(Vtouch)들은 일정한 레벨로 유진된다.
다음, 상기 제어부(620)는 상기 비교부(610)들 각각으로 상기 슬로프전압(Vslope)을 전송한다.
다음, 상기 변환부(619)는, 도 6에 도시된 바와 같은 비교모드(Compare Mode)에서, 상기 터치전압(Vtouch)이 상기 슬로프전압(Vslope)과 동일해질 때까지의 기간을 카운트한다. 카운트된 값은 카운팅정보로 변환되어 상기 터치판단부(630)로 전송된다.
즉, 상기 터치전압들의 평균전압까지 상기 전류가 각각의 터치전극(510)들로 인가되었더라도, 상기 터치전극의 터치여부에 따라, 각각의 터치전극(510)의 터치전압(Vtouch)의 크기는 다를 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 평균전압이 기준전압(Vref)에 도달한 순간, 각각의 터치전극(510)의 터치전압들은 터치여부에 따라 상이한 값을 가지게 된다.
따라서, 각각의 터치전압(Vtouch)과 상기 슬로프전압(Vslope)이 동일해 질때까지의 시간은, 도 6의 비교모드에 a, b, c 및 d로 표시된 바와 같이, 서로 다르게 된다.
마지막으로, 상기 터치판단부(630)는 상기 비교부(610)들 각각으로부터 전송되어온 상기 카운팅정보들을 이용하여, 각각의 터치전극(510)들 별로 터치여부를 판단한다.
상기한 내용을 정리하면 다음과 같다.
본 발명은, 셀프캡 방식으로 구성된 인셀 터치패널(In-Cell Touch Panel)의 각 채널(터치전극과 연결된 노드(Node))에 일정 전하를 주입시켜, 상기 터치전극들에서 발생된 각 터치전압들을 하나의 평균전압으로 만든 후, 상기 터치전압이 슬로프 전압과 동일해 질 때까지의 시간의 차이에 따라 상기 각 터치전극에서의 터치여부를 판단한다. 이를 위해 본 발명은 다음과 같은 기능을 수행한다.
첫째, 리셋모드(Reset Mode)에서, 본 발명은 초기 각 채널(Channel)(터치전극)에 일정 전압을 인가하여, 터치전극의 전하를 0으로 만든다.
둘째, 차지모드(Charge Mode)에서, 본 발명은 전하가 0인 각각의 터치전극들에, 차지펌프(Charge Pump)(611)를 이용하여 일정 전류를 주입하여, 터치전압(Channel Voltage)을 선형적으로 증가시킨다.
셋째, 전압홀드모드(Voltage Hold Mode)에서, 본 발명은 전류가 증가됨에 따라 선형적으로 증가된 터치전압(Vtouch)들의 평균전압이 기준전압(Vref)에 도달하는 시점에 터치전압들을 홀드(Hold)시킨다.
넷째, 비교모드(Compare Mode)에서, 본 발명은 홀드(Hold)된 터치전압과 기울기를 가지는 슬로프전압(Vslope)을 비교(Comparator)하여 터치에 의한 변화값을 디지털 코드(Digital Code)로 출력한다.
특히, 본 발명은 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 하나의 비교부(610)의 변환부(619)에, 홀딩기(612)와 비교기(613)로 구성된 카운팅부를 두 개(618a, 618b) 구비하여, 이들 각각을 ODD타임 및 EVEN타임으로 구분하여 동작시킬 수 있다. 이와 같은 동작은 파이프 라인(Pipe Line) 동작이라 한다. 이러한 동작에 의하면, 터치감지를 위한 터치감지 기능이, 일정 시간 동안 병행하기 때문에, 로스 타임(Loss Time)이 절약될 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 전하를 일정 시간 동안 터치전극(510)들에 주입시키고, 터치전압과 슬로프전압을 비교하고, 상기 터치전압을 방전시키기 때문에, 셀프캡 방식의 인셀 터치패널에서, 터치전극들 간의 상호 기생 캐패시턴스를 제거시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 상호 기생 캐패시턴스가 제거되기 때문에, 크로스 토크(Cross Talk)에 의한 전압(Voltage) 왜곡이 발생하지 않는다.
본 발명은 차지모드(Charge Mode)에서 선형적으로 증가된 터치전압(Vtouch)을 일정 기울기를 가지는 슬로프전압(Vslope)으로 비교하기 때문에, 슬로프전압의 기울기에 따라서 터치검출(Touch Detect) 기능을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 각 터치전극(510)들에서의 터치전압은, 비교모드(Compare Mode)에서 외부와 단락된 후에, 슬로프전압과 비교되기 때문에, 외부 노이즈(Noise) 유입이 없다. 따라서, 터치 검출(Touch Detect) 성능이 향상될 수 있다.
본 발명에서는, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 파이프 라인 센싱(Pipe Line Sensing) 구조가 적용될 수 있기 때문에, 로스 타임(Loss Time) 없이 센싱이 가능하다.
본 발명은 터치전극(Channel)들의 터치전압들의 평균전압이 기준전압에 도달할 때까지 일정 전하가 지속적으로 터치전극들에 주입되므로, 일정 시간 동안 일정 전하를 주입하는 종래의 방식보다, 외부 노이즈에 의한 터치 센싱 미스(Touch Sensing Miss)를 방지할 수 있다.
본 발명은 평균전압을 생성하는 평균전압산출기(Average Voltage Generator)(621a)의 응답속도에 의해, 일정 전하 주입 시간 동안, 고주파 노이즈(High Frequency Noise) 또는 피크 노이즈(Peak Noise)에 의한 이뮤너티(Immunity)가 향상되어, 신호대 잡음비(SNR, Signal to Noise Ratio)가 향상될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.　 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 패널 400 : 구동부
500 : 터치패널 510 : 터치전극
520 : 터치전극배선 600 : 터치감지부

Claims (10)

  1. 복수의 터치전극들로 형성되는 셀프캡 방식의 터치패널이 내장되어 있는 패널; 및
    1프레임기간 중 터치감지기간 동안, 상기 터치전극들의 평균전압이 기 설정된 기준전압에 도달할 때까지 전류를 상기 터치전극들에 지속적으로 공급하고, 상기 터치전극들의 평균전압이 상기 기 설정된 기준전압에 도달하면 상기 터치전극들 각각의 터치전압들을 홀딩시키며, 상기 터치전압들이 홀딩된 상태에서 상기 터치전압들 각각과 기울기를 갖는 슬로프전압을 비교하여 상기 터치전극들 각각의 터치여부를 판단하는 터치감지부를 포함하는, 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치감지부는,
    전류공급제어신호에 따라 상기 터치전극에 전류를 공급하고, 홀딩제어신호에 따라 상기 터치전극의 터치전압을 홀딩하며, 상기 터치전압이 홀딩된 상태에서, 상기 터치전압과 슬로프전압을 비교하여 카운팅정보를 생성하는 복수의 비교부들;
    상기 전류를 상기 터치전극으로 공급하는 타이밍이 도달하면 상기 비교부로 상기 전류공급제어신호를 전송하고, 상기 터치전압을 홀딩시키는 타이밍이 도달하면 상기 비교부로 상기 홀딩제어신호를 전송하며, 상기 홀딩제어신호와 함께 상기 비교부로 상기 슬로프전압을 전송하는 제어부; 및
    상기 비교부들 각각으로부터 전송되어온 상기 카운팅정보를 이용하여 상기 터치전극들 각각의 터치여부를 판단하는 터치판단부를 포함하는, 표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 비교부들 각각은,
    상기 홀딩제어신호에 따라 상기 터치전극의 터치전압을 홀딩시키고, 상기 터치전압이 홀딩된 상태에서, 상기 터치전압과 상기 슬로프전압이 동일한 값을 가질때까지 카운트하며, 카운트된 값을 상기 카운팅정보로 변환하여 출력하는 변환부; 및
    상기 전류공급제어신호에 따라, 상기 터치전극에 전류를 공급하거나 또는 공급하지 않는 차지펌프를 포함하는, 표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 변환부는,
    상기 홀딩제어신호에 따라 상기 터치전극의 터치전압을 홀딩시키며, 상기 터치전압이 홀딩된 상태에서, 상기 터치전압과 상기 슬로프전압이 동일한 값을 가질때까지 카운트하는, 적어도 하나 이상의 카운팅부; 및
    적어도 하나 이상의 카운트된 값을 상기 카운팅정보로 변환하여 상기 터치판단부로 츨력하기 위한 출력부를 포함하는, 표시장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 터치전극들로부터 감지된 상기 터치전압들을 이용하여 산출된 상기 터치전극들의 평균전압이, 상기 기 설정된 기준전압에 도달하면, 상기 비교부들 각각으로 상기 전류공급제어신호 및 상기 홀딩제어신호를 전송하는 제어신호 생성부; 및
    상기 홀딩제어신호가 상기 비교부들 각각으로 인가될 때, 상기 슬로프전압을 상기 비교부들 각각으로 인가하는 슬로프전압 생성부를 포함하는, 표시장치.
  6. 1프레임기간 중 터치감지기간 동안, 터치전극들의 평균전압이 기 설정된 기준전압에 도달할 때까지 전류를 상기 터치전극들에 지속적으로 공급하며, 상기 터치전극들의 평균전압이 상기 기 설정된 기준전압에 도달하면 상기 터치전극들 각각의 터치전압들을 홀딩시키는 단계; 및
    상기 터치전압들이 홀딩된 상태에서, 상기 터치전압들 각각과 기울기를 갖는 슬로프전압을 비교하여, 상기 터치전극들 각각의 터치여부를 판단하는 단계를 포함하는, 표시장치 구동방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전류를 지속적으로 공급하고, 상기 터치전압들을 홀딩시키는 단계는,
    전류공급제어신호에 따라 상기 터치전극들에 상기 전류를 공급하는 단계; 및
    홀딩제어신호에 따라 상기 터치전극들 각각의 터치전압들을 홀딩하는 단계를 포함하는, 표시장치 구동방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 터치전극들 각각의 터치전압들을 홀딩하는 단계는,
    상기 터치전압을 홀딩시키는 타이밍이 도달하면 상기 홀딩제어신호를 생성하는 단계;
    상기 홀딩제어신호에 따라 상기 터치전극으로 공급되는 상기 전류를 차단하는 단계; 및
    상기 홀딩제어신호와 함께 상기 슬로프전압을 생성하는 단계를 포함하는, 표시장치 구동방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 터치전극들 각각의 터치여부를 판단하는 단계는,
    상기 터치전압이 홀딩된 상태에서, 상기 터치전압과 상기 슬로프전압이 동일한 값을 가질 때까지 카운트하는 단계;
    상기 카운트된 값을 카운팅정보로 변환하는 단계; 및
    상기 카운팅정보를 이용하여 상기 터치전극들 각각의 터치여부를 판단하는 단계를 포함하는, 표시장치 구동방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 전류를 지속적으로 공급하고, 상기 터치전압들을 홀딩시키는 단계는,
    상기 터치전극들로 상기 전류를 공급하는 단계;
    상기 터치전극들로부터 감지된 상기 터치전압들을 이용하여 산출된 상기 터치전극들의 평균전압이, 상기 기 설정된 기준전압에 도달하면, 상기 전류의 공급을 중단하는 단계; 및
    상기 터치전극들의 평균전압이, 상기 기 설정된 기준전압에 도달하면, 상기 터치전압들을 홀딩시킨 후 상기 슬로프전압을 생성하는 단계를 포함하는, 표시장치 구동방법.
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