KR102153620B1 - 터치스크린 일체형 표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 터치스크린 일체형 표시장치는 터치 센싱 구간 동안 패널에 배치된 복수의 전극들에 터치 스캔 신호를 인가하고 DTX 보상 신호를 생성하는 디스플레이 드라이버 IC; 및 상기 터치 센싱 구간 동안 직렬 주변 장치 인터페이스(Serial Peripheral Interface, SPI)를 통해 상기 드라이버 IC에 상기 터치 스캔 신호를 공급하고, 상기 직렬 주변 장치 인터페이스를 통해 상기 드라이브 IC로부터 상기 DTX 신호를 수신 받는 터치 IC 를 포함한다. 상기 직렬 주변 장치 인터페이스에서 상기 DTX 보상 신호를 전달하는 기간은 상기 터치 스캔 신호의 인가 기간과 중첩되지 않는다.

Description

터치스크린 일체형 표시장치{DISPLAY DEVICE WITH INTEGRATED TOUCH SCREEN}

본 발명은 터치스크린 일체형 표시장치에 관한 기술이다.

터치스크린은 액정 표시장치(Liquid Crystal Display), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display, FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 전계발광 표시장치(Electroluminescence Device, EL), 전기영동 표시장치 등과 같은 화상표시장치에 설치되어 사용자가 화상표시장치를 보면서 터치스크린 내의 터치 센서를 가압하여(누르거나 터치하여) 미리 정해진 정보를 입력하는 입력장치의 한 종류이다.

상술한 표시장치에 사용되는 터치스크린은 그 구조에 따라 부착형(add-on type), 상판형(on-cell type) 및 일체형(in-cell type)으로 나눌 수 있다. 부착형은 표시장치와 터치스크린을 개별적으로 제조한 후에, 표시장치의 상판에 터치스크린을 부착하는 방식이다. 상판형은 표시장치의 상부 유리 기판 표면에 터치 스크린을 구성하는 소자들을 직접 형성하는 방식이다. 일체형은 표시장치 내부에 터치스크린을 내장하여 표시장치의 박형화를 달성하고 내구성을 높일 수 있는 방식이다.

그러나, 부착형 터치스크린은 표시장치 위에 완성된 터치스크린이 올라가 장착되는 구조로 두께가 두껍고, 표시장치의 밝기가 어두워져 시인성이 저하되는 문제가 있다. 또한, 상판형 터치스크린은 표시장치의 상면에 별도의 터치스크린이 형성된 구조로서, 부착형 보다 두께를 줄일 수 있지만, 여전히 터치스크린을 구성하는 구동 전극과 센싱 전극 및 이들을 절연시키기 위한 절연층 때문에 전체 두께가 증가하고 공정수가 증가하여 제조가격이 증가하는 문제점이 있었다.

한편, 일체형 터치스크린은 내구성 향상과 박형화가 가능하다는 점에서 부착형과 상판형의 터치스크린에 의해 발생하는 문제점들을 해결할 수 있는 장점이 있다. 이러한 일체형 터치스크린은 광방식 및 정전용량 방식의 터치스크린으로 구분될 수 있다.

광방식 일체형 터치스크린은 표시장치의 박막 트랜지스터 기판 어레이에 광센싱층을 형성하고, 백라이트 유닛으로부터의 광이나 적외선 광을 이용하여 터치된 부분에 존재하는 물체를 통해 반사된 광을 인식하는 방식이다. 그러나, 광방식 일체형 터치스크린은 주변이 어두운 경우 비교적 안정된 구동성능을 보여주지만, 주변이 밝은 경우 반사된 광보다 더 강한 광들이 노이즈로 작용하게 된다. 실제 터치에 의해 반사되는 광의 세기는 매우 약하여 외부가 조금만 밝아도 터치인식에 오류가 발생할 수 있기 때문이다. 특히, 광방식 터치스크린은 주변환경이 태양광에 노출되는 경우 광의 세기가 워낙 강하여 경우에 따라서는 터치 인식이 되는 않은 경우도 발생할 수 있는 문제점이 있다.

정전용량 방식 일체형 터치스크린은 자기 정전용량 방식(self capacitance type)과 상호 정전용량 방식(mutual capacitance type)으로 구분 될 수 있다. 상호 정전용량 방식 일체형 터치스크린은 공통 전극을 분할하고, 이를 구동 전극과 센싱 전극으로 나누어 구동 전극과 센싱 전극 사이에 상호 정전용량(mutual capacitance)이 형성되도록 함으로써 터치 시 발생하는 상호 정전용량의 변화량을 측정하여 터치를 인식하는 방법이고, 자기 정전용량 방식 일체형 터치스크린은 공통 전극을 분할하여 공통 전극과 사용자의 입력 사이에 발생하는 자기 정전용량의 변화량을 측정하여 터치를 인식하는 방법이다.

상술한 정전용량 방식 터치스크린 일체형 표시장치는 도 1에 도시된 바와 같이 1 프레임 동안 디스플레이 구간과 터치 센싱 구간으로 시분할 구동한다. 다시 말해, 패널에 포함되어 있는 공통 전극들에 디스플레이 구간에는 공통 전압을 인가하여 공통 전극들이 픽셀 전극과 함께 디스플레이 구동을 위한 디스플레이 전극으로 동작하게 하고, 패널에 포함되어 있는 공통 전극들에 터치 센싱 구간 구간에는 터치 스캔 신호를 인가하여 공통 전극들이 터치 센싱 구동을 위한 터치 전극으로 동작하게 한다.

하지만, 이처럼 디스플레이 구간과 터치 구간을 시분할 구동함으로 인해 DTX 현상이 발생하며, 이러한 DTX 현상은 터치 감도를 낮아지게 하므로, DTX 보상을 하여 터치 감도가 낮아지는 것을 방지해야 한다. 여기서 DTX란, Display와 touch crosstalk를 말한다.

상술한 DTX 보상 신호는 터치스크린 일체형 표시장치의 직렬 주변 장치 인터페이스(Serial Peripheral Interface, SPI)를 통해 터치 IC로 전달되는데, FPC 설계 시 부득이하게 SPI 배선 과 터치 배선을 인접하게 형성하므로 라인 Crosstalk에 의해 터치 센싱 노이즈가 발생한다는 새로운 문제가 생긴다.

예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, SPI 신호는 터치 인에이블(Touch En 신호가 시작되는 시점에 터치 IC로 인가되지만, 터치 스캔 신호가 패널에 인가되는 시점과 중첩되는 부분이 생기므로, 이 부분에서 터치 센싱 노이즈가 발생하는 것이다.

따라서, 터치 센싱 노이즈 없이 DTX 보상을 가능하게 하는 터치스크린 일체형 표시장치의 필요성이 대두되고 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 터치 센싱 노이즈 없이 DTX 보상을 가능하게 하는 터치스크린 일체형 표시장치를 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.

본 발명의 터치스크린 일체형 표시장치는 1 프레임 동안 디스플레이 구간 및 터치 센싱 구간으로 시분할 구동하는 패널; 상기 터치 센싱 구간 동안 상기 패널에 배치된 복수의 전극들에 터치 스캔 신호를 인가하고 DTX 보상 신호를 생성하는 디스플레이 드라이버 IC; 및 상기 터치 센싱 구간 동안 직렬 주변 장치 인터페이스(Serial Peripheral Interface, SPI)를 통해 상기 드라이버 IC에 상기 터치 스캔 신호를 공급하고, 상기 직렬 주변 장치 인터페이스를 통해 상기 드라이브 IC로부터 상기 DTX 신호를 수신 받는 터치 IC 를 포함한다.
상기 직렬 주변 장치 인터페이스에서 상기 DTX 보상 신호를 전달하는 기간은 상기 터치 스캔 신호의 인가 기간과 중첩되지 않는다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 터치스크린 일체형 표시장치에서 SPI를 통한 DTX 보상 신호를 분할하여 전송받는 알고리즘을 이용하여 라인 Crosstalk로 인해 발생하는 터치 센싱 노이즈를 회피할 수 있는 효과가 있다.

또한, FPC 설계 시 설계 방향에 대한 선택의 폭이 넓어지는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 터치스크린 일체형 표시장치의 타이밍도;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 일체형 표시장치의 구성을 나타낸 도면; 및
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 일체형 표시장치의 타이밍도.

이하, 첨부되는 도면들을 참고하여 본 발명의 다양한 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 일체형 표시장치의 구성을 나타낸 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 일체형 표시장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 디스플레이 드라이버 IC(200)를 포함하고 있는 패널(100) 및 터치 IC(300)를 포함한다.

먼저, 패널(100)은 터치스크린(미도시)이 내장되어 있는 표시 영역(110)과 디스플레이 드라이버 IC(200)가 형성되어 있는 비표시 영역(120)으로 구분되어 있으며, 여기서, 터치 스크린은 사용자의 터치 위치를 감지하는 기능을 수행하는 것으로서, 특히, 본 발명에 적용되는 터치스크린은 1 프레임 동안 디스플레이 구간 및 터치 센싱 구간이 시간적으로 분할하여 구동되는 자기 정전용량 방식의 일체형 터치스크린이다.

패널(100)은 두 장의 기판 사이에 액정층이 형성되는 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 패널(100)의 하부 기판에는 다수의 게이트 라인, 게이트 라인과 교차되는 다수의 데이터 라인, 데이터 라인과 게이트 라인의 교차부들에 형성되는 다수의 TFT들(Thin Film Transistor), 데이터 라인과 게이트 라인의 교차 구조에 의해 픽셀들이 매트릭스 형태로 배치된다.

또한, 패널(100)은 표시영역에 복수의 전극(130)과 복수의 배선(140)을 포함하고 있다.

여기서, 복수의 전극(130)은 패널(100)의 표시 영역(110)에 형성되어 복수의 픽셀 전극과 중첩되도록 형성되어 있다. 다시 말해, 복수의 전극은 픽셀마다 형성되어 있는 것이 아니라, 복수개의 픽셀과 중첩되는 표시 영역(110)에 형성되어 있다.

복수의 전극(130)은 디스플레이 구동 기간 동안 각 픽셀에 형성되어 있는 픽셀 전극과 함께 액정을 구동하는 공통 전극으로 동작하고, 복수의 전극(130)은 터치 구동 기간 동안 터치 IC(300)로부터 인가되는 터치 스캔 신호에 의해 사용자의 터치 위치를 감지하는 터치 전극으로 동작한다.

복수의 배선(140)은 복수의 전극(130) 각각과 디스플레이 드라이버 IC(200)를 연결한다.

예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 배선(140)은 복수의 전극(130)들과 디스플레이 드라이버 IC(200)를 연결하여, 디스플레이 드라이버 IC(200)로부터 출력된 공통 전압 및 터치 스캔 신호가 각각의 배선들을 통해 복수의 전극(130)들로 인가되게 한다.

다음으로, 디스플레이 드라이버 IC(200)는 패널(100)의 비표시 영역(120)에 형성되어 패널(100)의 구동모드에 따라 복수의 배선(140)을 통해 복수의 전극(130)으로 공통 전압을 인가하거나 터치 스캔 신호를 인가한다.

다시 말해, 디스플레이 구간에는, 디스플레이 드라이버 IC(200)는 패널(100)의 복수의 전극(130)으로 공통 전압을 인가하여 패널이 디스플레이 구동을 하게 하고, 터치 센싱 구간에는, 디스플레이 드라이버 IC(200)는 패널의 복수의 전극으로 터치 스캔 신호를 인가하여 패널이 터치 구동을 하게 한다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 드라이버 IC(200)는 DTX 보상 신호를 생성하여 터치 IC(300)로 인가한다.

예를 들어, 디스플레이 구간과 터치 구간을 시분할 구동함으로 인해 DTX 현상이 발생하며, 이러한 DTX 현상은 터치 감도를 낮아지게 하므로, DTX 보상을 하여 터치 감도가 낮아지는 것을 방지하기 위해, 디스플레이 드라이버 IC는 직렬 주변 장치 인터페이스(Serial Peripheral Interface)를 통해 DTX 보상 신호를 터치 IC로 인가한다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 일체형 표시장치는 DTX 보상 신호를 터치 IC로 전달하는 직렬 주변 장치 인터페이스(Serial Peripheral Interface)를 더 포함한다.

상술한, 직렬 주변 장치 인터페이스에서 터치 IC로 DTX 보상 신호를 전달하는 기간은 터치 센싱 기간에서 터치 스캔 신호가 디스플레이 드라이버 IC를 통해 패널의 복수의 전극으로 인가되는 기간과 중첩되지 않게 설정한다.

다음으로, 터치 IC(300)는 디스플레이 드라이버 IC(200)을 통해 복수의 전극(130)에 터치 스캔 신호를 인가시킨 후, 전극의 정전용량의 변화를 감지하여, 전극에 대한 터치 여부를 감지하는 기능을 수행한다.

예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 IC(300)는 터치 감지를 위해 패널의 복수의 전극에 공급될 터치 스캔 신호를 생성하는 터치 스캔 신호 생성부를 포함할 수 있고, 또한, 터치 IC(300)는 패널 내의 복수의 전극(130)으로부터 터치 스캔 신호에 따른 터치 센싱 신호를 수신하고 터치 좌표를 연산하여, 사용자에 의한 터치 입력 위치를 감지하는 기능을 수행하는 터치 감지부를 포함할 수 있다. 연산된 터치 좌표는 표시장치의 시스템부로 전달되어 패널에서 발생되는 사용자의 터치 좌표를 감지할 수 있게 한다.

상술한 터치 IC(300)는 디스플레이 드라이버 IC(200) 내부에 형성되어 터치 센싱 기능을 수행할 수도 있으며, 이런 경우 디스플레이 드라이버 IC와 터치 IC를 단일 IC 또는 One Chip 등으로 부를 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 IC는 디스플레이 드라이버 IC에서 인가받은 DTX 보상 신호를 통해 패널의 DTX를 보상하는 기능을 추가적으로 수행하고, 터치 센싱 구간에서, 터치 스캔 신호의 인가 기간과 DTX를 보상하는 기간은 중첩되지 않게 설정한다.

다시 말해, 터치 IC(300)는 DTX가 터치 센싱에 영향을 미치는 것을 보상하기 위해 디스플레이 드라이버 IC(200)로부터 DTX 보상 신호를 받고, 터치 IC(300)는 DTX 보상 신호를 수신하여 디스플레이를 구동하기 위한 구동신호들의 영향도를 계산하고 이러한 영향도를 터치 센싱에서 보상 처리하는데, 이 보상 처리 하는 기간과 터치 IC에서 디스플레이 드라이버 IC로 터치 스캔 신호를 인가하는 기간에 시간적 차이를 두는 것이다.

상술한 바와 같은 터치스크린 일체형 표시장치의 타이밍도에 대해 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 일체형 표시장치의 타이밍도이다.

도 3의 타이밍도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예 따른 터치스크린 일체형 표시장치는 1 프레임 동안 터치 인에이블(touch En) 신호에 따라 디스플레이 구간과 터치 센싱 구간으로 시분할 구동한다.

다시 말해, 디스플레이 구간에는 패널에 공통 전압을 인가하고 터치 센싱 구간에는 패널에 터치 스캔 신호를 인가한다.

그리고, 터치 센싱 구간에는 DTX 현상에 대한 보상 신호인 DTX 보상 신호를 추가적인 인가한다. 상술한 DTX 보상 신호는 터치스크린 일체형 표시장치의 직렬 주변 장치 인터페이스(Serial Peripheral Interface)를 통해 디스플레이 드라이버 IC에서 터치 IC로 인가된다.

특히, 도 3에 도시된 바와 같이, 직렬 주변 장치 인터페이스에서 DTX 보상 신호를 전달하는 기간은 터치 스캔 신호의 인가 기간과 중첩되지 않게 하는 것을 특징으로 한다.

즉, DTX 보상 신호를 분할하여 전송하는 알고리즘을 이용하여 DTX 보상 신호를 전달하는 기간과 터치 스캔 신호를 통해 터치 센싱을 하는 기간과의 중첩되는 부분을 없애 라인 Crosstalk로 인해 발생하는 터치 센싱 노이즈 없이 DTX 보상을 가능하게 한다.

그리고, 직렬 주변 장치 인터페이스는 터치 센싱 구간 동안 DTX 보상 신호를 총 2회 전달하며, 바람직한 실시예로 터치 센싱 구간에서 터치 스캔 신호가 인가되기 전에 첫번째 DTX 보상 신호를 터치 IC로 전달하고, 터치 스캔 신호가 인가된 후에 두번째 DTX 보상 신호를 터치 IC로 전달한다.

다시 말해, 터치 인에이블(Touch En) 신호가 시작된 후 바로 터치 스캔 신호가 인가되지 않고, 첫번째 DTX 보상 신호가 터치 IC로 전달되어 DTX 보상을 수행한 후 터치 스캔 신호가 인가된다. 그리고, 터치 스캔 신호가 인가된 후 두번째 DTX 보상 신호가 터치 IC로 전달되어 DTX 보상을 수행한다. 즉, 터치 스캔 신호에 의해 터치 센싱이 이루어지지 않는 구간은 터치 인에이블 신호의 시작 시점과 터치 스캔 신호가 인가되는 시작 시점 사이이며, 그리고, 터치 스캔 신호가 인가된 시점과 터치 인에이블 신호의 끝나는 시점 사이이다.

여기서, 터치 IC는 초기 부팅시에 정해진 터치 인에이블 신호 내에서 터치 센싱 구간 내에서 터치 센싱이 이루어지지 않는 구간을 자동으로 판단하여 DTX 보상 신호를 분할하여 전송받을 수 있다. 그리고, 정해진 터치 인에이블 구간과 정해진 터치 스캔 신호 사이의 Front / End 의 안정화 시간을 판단한다. 또한, 터치 IC는 직렬 주변 장치 인터페이스와의 통신 속도를 자동으로 조절하고, 터치 센싱이 이루어지지 않는 구간의 시간을 자동으로 판단한다는 특징이 있으며, 첫번째 DTX 보상 신호와 두번째 DTX 보상 신호를 스스로 구분하여 인가 받는다는 특징이 있다.

그리고, 터치 IC는 터치 센싱 구간 동안 터치 인에이블 신호의 Rising Edge에 동기화 하여 Front 안정화 구간에서 첫번째 DTX 보상 신호를 전송받고, 터치 스캔 신호의 Falling Edge에 동기화 하여 End 안정화 구간에서 두번째 DTX 보상 신호를 전송 받는다.

이상에서 기재된 포함하다, 구성하다 또는 형성하다 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 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.

100 : 패널 110 : 표시 영역
120 : 비표시 영역 130 : 전극
140 : 배선 200 : 디스플레이 드라이버 IC
300 : 터치 IC

Claims (8)

1 프레임 동안 디스플레이 구간 및 터치 센싱 구간으로 시분할 구동하는 패널;
상기 터치 센싱 구간 동안 상기 패널에 배치된 복수의 전극들에 터치 스캔 신호를 인가하고 DTX 보상 신호를 생성하는 디스플레이 드라이버 IC; 및
상기 터치 센싱 구간 동안 직렬 주변 장치 인터페이스(Serial Peripheral Interface, SPI)를 통해 상기 드라이버 IC에 상기 터치 스캔 신호를 인가하고, 상기 직렬 주변 장치 인터페이스를 통해 상기 드라이버 IC로부터 상기 DTX 보상 신호를 수신 받는 터치 IC를 포함하고,
상기 직렬 주변 장치 인터페이스에서 상기 DTX 보상 신호를 전달하는 기간은 상기 터치 스캔 신호의 인가 기간과 중첩되지 않는 것을 특징으로 하는 터치스크린 일체형 표시장치.

삭제

삭제

제 1항에 있어서,
상기 직렬 주변 장치 인터페이스는 상기 터치 센싱 구간동안 상기 DTX 보상 신호를 총 2회 전달하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 일체형 표시장치.

제 4항에 있어서,
상기 터치 센싱 구간에서 상기 터치 스캔 신호가 인가되기 전에 첫번째 DTX 보상 신호를 상기 터치 IC로 전달하고, 상기 터치 스캔 신호가 인가된 후에 두번째 DTX 보상 신호를 상기 터치 IC로 전달하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 일체형 표시장치.

제 5항에 있어서,
상기 터치 IC는 상기 터치 센싱 구간 동안 터치 인에이블 신호의 Rising Edge에 동기화 하여 Front 안정화 구간에서 상기 첫번째 DTX 보상 신호를 전달받고, 상기 터치 스캔 신호의 Falling Edge에 동기화 하여 End 안정화 구간에서 두번째 DTX 보상 신호를 전달받는 것을 특징으로 하는 터치스크린 일체형 표시장치.

제 1항에 있어서,
상기 터치 IC는 상기 직렬 주변 장치 인터페이스와의 통신 속도를 자동으로 조절하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 일체형 표시장치.

제 1항에 있어서,
상기 디스플레이 드라이버 IC는 상기 디스플레이 구간에는 상기 패널에 공통 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 일체형 표시장치.

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