KR102189404B1 - 터치 스크린 장치, 이를 이용한 터치 스크린 표시장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

터치 스크린 장치, 이를 이용한 터치 스크린 표시장치 및 그 구동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 터치 스크린 장치는 복수의 구동 전극 및 복수의 센싱 전극을 포함하는 터치 스크린 패널; 및 상기 복수의 구동 전극 중 두 전극을 단위로 제1구동 전극으로 제1구동 펄스를 인가한 후 기 설정된 시간 간격을 두고 중첩하여 제2구동 전극으로 제2구동 펄스를 인가하고, 상기 복수의 센싱 전극으로부터 센싱 신호를 상기 기 설정된 시간 간격을 두고 수신하는 터치 회로부를 포함한다.

Description

터치 스크린 장치, 이를 이용한 터치 스크린 표시장치 및 그 구동 방법{TOUCH SCREEN DEVICE, TOUCH SCREEN DISPLAY DEVICE USING THE SAME AND METHOD FOR DRIVING THEREOF}
본 발명은 터치 스크린 패널에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 터치 스크린 장치 및 이를 이용한 터치 스크린 표시장치에 관한 것이다.
터치 스크린은 액정 표시장치(Liquid Crystal Display, LCD), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display, FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 전계 발광 표시장치(Electroluminescent Display, ELD), 전기 영동 표시장치(Electrophoretic Display, EPD) 등과 같은 표시장치에 설치되어 사용자가 표시장치를 보면서 손가락이나 펜 등으로 화면과 직접 접촉하여 정보를 입력하는 입력장치의 한 종류이다.
이러한 터치 스크린은 최근 들어 복수의 터치 구동 영역과 복수의 터치 센싱 영역으로 분할하여 터치 구동 영역과 터치 센싱 영역 사이에 상호 정전 용량(mutual capacitance)이 발생되도록 함으로써 터치 시 발생하는 상호 정전 용량의 변화량을 측정하여 터치 여부를 인식하는 경우가 일반적이다.
한편, 이러한 상호 정전 용량 방식에 의해 터치를 인식하는 경우 구동 펄스를 순차적으로 인가함에 따라 센싱 시간을 충분히 확보할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 구동 펄스를 두 개의 구동 전극을 단위로 중첩하여 인가함으로써 터치 센싱 시간을 확보할 수 있는 터치 스크린 장치, 이를 이용한 터치 스크린 표시장치 및 그 구동 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 터치 스크린 장치는 복수의 구동 전극 및 복수의 센싱 전극을 포함하는 터치 스크린 패널; 및 상기 복수의 구동 전극 중 두 전극을 단위로 제1구동 전극으로 제1구동 펄스를 인가한 후 기 설정된 시간 간격을 두고 중첩하여 제2구동 전극으로 제2구동 펄스를 인가하고, 상기 복수의 센싱 전극으로부터 센싱 신호를 상기 기 설정된 시간 간격을 두고 수신하는 터치 회로부를 포함한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 터치 스크린 장치 구동 방법은 복수의 구동 전극 및 복수의 센싱 전극을 포함하는 터치 스크린 패널 및 터치 회로부를 포함하는 터치 스크린 장치의 구동 방법으로써, 상기 복수의 구동 전극 중 두 전극을 단위로 제1구동 전극으로 제1구동 펄스를 인가하는 단계; 상기 제1구동 펄스에 의한 제1센싱 신호를 수신하는 단계; 기 설정된 시간 간격을 두고 중첩하여 제2구동 전극으로 제2구동 펄스를 인가하는 단계; 및 상기 제2구동 펄스에 의한 제2센싱 신호를 수신하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 구동 펄스를 두 개의 구동 전극을 단위로 일정 시간 간격을 두고 중첩하여 인가함으로써, 터치 센싱 시간을 확보할 수 있어 터치 센싱 감도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 스크린 장치의 구성의 일 예를 개략적으로 보여주는 도면;
도 2는 도 1에 도시된 구동 전극으로 인가되는 구동 펄스를 설명하기 위한 도면;
도 3은 도 1에 도시된 터치 회로부에 포함된 센싱부의 구성을 보여주는 도면;
도 4는 도 3에 도시된 제1스위치 및 제2스위치의 동작을 설명하기 위한 도면;
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 스크린 표시장치의 구성의 예들을 개략적으로 보여주는 도면; 및
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 스크린 표시장치의 구동 방법의 예들을 보여주는 타이밍도.
이하, 첨부되는 도면들을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 스크린 장치의 구성의 일 예를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 스크린 장치(10)는 터치 스크린 패널(100) 및 터치 회로부(200)를 포함한다.
먼저, 터치 스크린 패널(100)은 복수의 구동 전극(112) 및 복수의 센싱 전극(114)을 포함하며, 복수의 구동 전극(112)은 제1방향으로 나란하게 위치하며, 복수의 센싱 전극(114)은 제2방향으로 나란하게 위치한다.
예를 들어, 복수의 제1전극(112)은 도 1에 도시된 바와 같이 x축 방향으로 나란하게 위치하며, 복수의 제2전극(114)은 y축 방향으로 나란하게 위치할 수 있다.
다음으로, 터치 회로부(200)는 복수의 구동 전극 중 두 전극을 단위로 제1구동 전극으로 제1구동 펄스를 인가한 후 기 설정된 시간 간격을 두고 중첩하여 제2구동 펄스를 제2구동 전극으로 인가하고, 복수의 센싱 전극으로부터 센싱 신호를 기 설정된 시간 간격을 두고 수신한다.
이를 위해, 터치 회로부(200)는 도 1에 도시된 바와 같이, 구동부(210) 및 센싱부(220)을 포함한다.
예를 들어, 구동부(210)는 복수의 구동 전극(TX#1, TX#2, …, TX#m, 여기서, m은 짝수) 중 두 전극을 단위로 제1구동 전극인 홀수 번째 구동 전극(TX#1, TX#3, …, TX#m-1)으로 제1구동 펄스를 인가한 후 기 설정된 시간 간격을 두고 중첩하여 제2구동 펄스를 제2구동 전극인 짝수 번째 구동 전극(TX#2, TX#2, …, TX#m)으로 제2구동 펄스를 인가할 수 있다.
또한, 제1구동 펄스 및 제2구동 펄스는 하이 레벨 전압 및 로우 레벨 전압이 반복되는 스퀘어 형태의 펄스일 수 있다.
그리고, 터치 회로부(200)는 제1구동 펄스를 로우 레벨 전압에서 하이 레벨 전압으로 승압한 후 기 설정된 시간이 지난 시점마다 제2구동 펄스를 로우 레벨 전압에서 하이 레벨 전압으로 승압하며, 제1구동 펄스를 하이 레벨 전압에서 로우 레벨 전압으로 감압한 후 기 설정된 시간이 지난 시점마다 제2구동 펄스를 하이 레벨 전압에서 로우 레벨 전압으로 감압할 수 있다.
이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 터치 스크린 장치의 구동 전극으로 인가되는 구동 펄스에 대해 자세히 살펴보기로 한다.
도 2는 도 1에 도시된 구동 전극으로 인가되는 구동 펄스를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 2에는 설명의 편의상 4개의 구동 전극에 인가되는 구동 펄스만을 도시하였으며, 종래 구동 펄스는 2개의 펄스를 포함하며, 구동 펄스는 하이 레벨 전압 및 로우 레벨 전압이 반복되는 스퀘어 형태의 펄스인 것으로 가정하기로 한다.
일반적인 터치 센싱 방법의 경우 구동 펄스가 인가될 때 로우 레벨 전압에서 하이 레벨 전압으로 변화되는 시점 및 하이 레벨 전압에서 로우 레벨 전압으로 변화되는 시점에 센싱 신호가 수신된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래 구동 펄스가 4개의 구동 전극(TX#1, TX#2, TX#3, TX#4)으로 순차적으로 인가되는 것을 알 수 있다.
반면, 본 발명의 실시예들에 따른 구동 펄스의 경우, 홀수 번째 구동 전극(TX#1, TX#3)으로 제1구동 펄스가 인가된 후 기 설정된 시간(T_i) 간격을 두고 중첩하여 제2구동 펄스를 짝수 번째 구동 전극(TX#2, TX#4)으로 인가되는 것을 알 수 있다.
구체적으로, 제1구동 펄스가 로우 레벨 전압에서 하이 레벨 전압으로 상승한 후 기 설정된 시간(T_i)이 지난 시점마다 제2구동 펄스가 로우 레벨 전압에서 하이 레벨 전압으로 하강하며, 제1구동 펄스가 하이 레벨 전압에서 로우 레벨 전압으로 하강한 후 기 설정된 시간(T_i)이 지난 시점마다 제2구동 펄스가 하이 레벨 전압에서 로우 레벨 전압으로 하강하는 것을 알 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 센싱부(220)는 복수의 센싱 전극으로부터 센싱 신호를 기 설정된 시간 간격을 두고 수신할 수 있다.
예를 들어, 센싱부(220)는 복수의 센싱 전극마다 제1구동 펄스에 의한 제1센싱 신호 및 제2구동펄스에 의한 제2센싱 신호를 기 설정된 시간 간격을 두고 번갈아 수신할 수 있다.
이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 터치 회로부의 센싱부에 대해 자세히 살펴보기로 한다.
도 3은 도 1에 도시된 터치 회로부에 포함된 센싱부의 구성을 보여주는 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 제1스위치 및 제2스위치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
센싱부(220)는 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 센싱 전극 각각에 대응되는 연산증폭기(221) 및 제1센싱부(223) 및 제2센싱부(225)를 포함할 수 있다.
연산증폭기(221)는 터치 센싱 기준 전압(V_Ref)이 인가되는 비반전 입력단, 복수의 센싱 전극 중 어느 하나와 연결되는 반전 입력단 및 출력단을 포함할 수 있다.
제1센싱부(223)는 제1스위치(SW1) 동작에 의해 제1구동 펄스에 의한 제1센싱 신호를 수신하며, 제2센싱부(225)는 제2스위치(SW2) 동작에 의해 제2구동 펄스에 의한 제2센싱 신호를 수신할 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 홀수 번째 구동 전극(TX#1)으로 인가되는 제1구동 펄스가 로우 레벨 전압에서 하이 레벨 전압으로 상승하는 시점에 제1스위치(SW1)가 턴 온 되고 제2스위치(SW2)가 턴 오프 되어 제1센싱 신호를 수신한 후, 기 설정된 시간(T_i) 간격을 두고 짝수 번째 구동 전극(TX#2)으로 인가되는 제2구동 펄스가 로우 레벨 전압에서 하이 레벨 전압으로 상승하는 시점에 제1스위치(SW1)가 턴 오프 되고 제2스위치(SW2)가 턴 온 되어 제2센싱 신호를 수신할 수 있다.
또한, 홀수 번째 구동 전극(TX#1)으로 인가되는 제1구동 펄스가 하이 레벨 전압에서 로우 레벨 전압으로 하강하는 시점에 제1스위치(SW1)가 턴 온 되고 제2스위치(SW2)가 턴 오프 되어 제1센싱 신호를 수신한 후, 기 설정된 시간(T_i) 간격을 두고 짝수 번째 구동 전극(TX#2)으로 인가되는 제2구동 펄스가 하이 레벨 전압에서 로우 레벨 전압으로 하강하는 시점에 제1스위치(SW1)가 턴 오프 되고 제2스위치(SW2)가 턴 온 되어 제2센싱 신호를 수신할 수 있다.
다시 말해, 기 설정된 시간(T_i) 간격을 두고 제1스위치(SW1) 및 제2스위치(SW2)가 번갈아 턴 온 되면서 제1센싱 신호 및 제2센싱 신호를 기 설정된 시간 간격을 두고 번갈아 수신할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 스크린 장치는 구동 펄스를 두 개의 구동 전극을 단위로 일정 시간 간격을 두고 중첩하여 인가함으로써, 각각의 구동 펄스에 의한 센싱 신호를 번갈아 수신이 가능하여 터치 센싱 시간을 확보할 수 있으며, 이에 따라 터치 센싱 감도를 향상시킬 수 있다.
한편, 위에서 설명한 본 발명의 터치 스크린 장치(10)는 다양한 종류의 디스플레이 패널과 결합하여 터치 스크린 표시장치를 구성할 수 있다.
한편, 이하에서는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 스크린 표시장치에 대해 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 스크린 표시장치의 구성의 예들을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5 내지 도 7에 도시된 디스플레이 패널(20)은 액정표시장치 것으로 일 예를 들어 설명하기로 하며, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 전계 방출 표시장치, 플라즈마 디스플레이 패널, 전계발광 표시장치, 전기영동 표시장치 등 다양한 표시장치에 적용될 수 있다. 또한, 액정표시장치의 일반적인 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 실시예들에 따른 터치 스크린 표시장치(1)는 도 5에 도시된 바와 같이, 디스플레이 패널(20)의 상부 편광판(POL1) 상에 터치 스크린 장치(10)의 터치 스크린 패널(100)이 위치하거나, 도 6에 도시된 바와 같이, 디스플레이 패널(20)의 상부 편광판(POL1)과 상부 기판(GLS1) 사이에 터치 스크린 장치(10)의 터치 스크린 패널(100)이 위치하거나, 도 7에 도시된 바와 같이, 터치 스크린 장치(10)의 터치 스크린 패널(100)이 디스플레이 패널(20)에 내장될 수 있다. 여기서, "GLS2"는 하부 기판, "POL2"는 하부 편광판을 각각 의미한다.
한편, 도 7에 도시된 터치 스크린 패널(100)에 포함된 복수의 구동 전극 및 복수의 센싱 전극 중 적어도 하나는 터치 전극의 기능 및 공통 전극의 기능을 함께 수행할 수 있다.
예를 들어, 복수의 구동 전극이 공통 전극 및 터치 전극의 기능을 수행하는 경우 복수의 센싱 전극은 터치 전극의 기능만을 수행하거나, 복수의 센싱 전극이 공통 전극 및 터치 전극의 기능을 수행하는 경우 복수의 구동 전극은 터치 전극의 기능만을 수행할 수 있다. 또한, 복수의 구동 전극 및 복수의 센싱 전극 모두 공통 전극 및 터치 전극의 기능을 수행할 수 있다.
한편, 이하에서는 본 발명의 실시예들에 따는 터치 스크린 표시장치의 구동 방법을 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 스크린 표시장치의 구동 방법의 예들을 보여주는 타이밍도이다.
한편, 도 8에 도시된 타이밍도는 도 5 및 도 6에 도시된 터치 스크린 표시장치의 타이밍도에 해당하며, 도 9에 도시된 타이밍도는 도 7에 도시된 터치 스크린 표시장치의 타이밍도에 해당할 수 있다.
도 8에 도시된 타이밍도에 따는 터치 스크린 표시장치는 디스플레이 패널의 구동과 별도로 터치 구동에 대한 매 프레임마다 터치 여부를 감지하며, 복수의 구동 전극(TX#1, TX#2, …, TX#m) 중 두 전극을 단위로 홀수 번째 구동 전극(TX#1, TX#3, …, TX#m-1)으로 제1구동 펄스가 인가된 후 기 설정된 시간 간격을 두고 중첩하여 짝수 번째 구동 전극(TX#2, TX#3, …, TX#m)으로 제2구동 펄스를 인가하는 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 스크린 표시장치의 터치 리포트 레이트는 60Hz, 80Hz, 100Hz 등 다양하게 설정이 가능하다.
도 9에 도시된 타이밍도에 따른 터치 스크린 표시장치는 디스플레이 패널에 터치 스크린 패널이 내장됨에 따라 디스플레이 구동에 대한 매 프레임 마다 디스플레이 구동 및 터치 구동이 시분할 될 수 있다.
터치 구동 시 도 8과 마찬가지로 복수의 구동 전극(TX#1, TX#2, …, TX#m) 중 두 전극을 단위로 홀수 번째 구동 전극(TX#1, TX#3, …, TX#m-1)으로 제1구동 펄스가 인가된 후 기 설정된 시간 간격을 두고 중첩하여 짝수 번째 구동 전극(TX#2, TX#3, …, TX#m)으로 제2구동 펄스를 인가하는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 스크린 표시장치 구동 방법은 구동 펄스를 두 개의 구동 전극을 단위로 일정 시간 간격을 두고 중첩하여 인가함으로써, 각각의 구동 펄스에 의한 센싱 신호를 번갈아 수신이 가능하여 터치 센싱 시간을 확보할 수 있으며, 이에 따라 터치 센싱 감도를 향상시킬 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 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.
2020 : 센싱부 221 : 연산증폭기
SW1 : 제1스위치 SW2 : 제2스위치
223 : 제1센싱부 225 : 제2센싱부

Claims (8)

  1. 복수의 구동 전극 및 복수의 센싱 전극을 포함하는 터치 스크린 패널; 및
    상기 복수의 구동 전극 중 두 전극을 단위로 제1구동 전극으로 제1구동 펄스를 인가한 후 기 설정된 시간 간격을 두고 중첩하여 제2구동 전극으로 제2구동 펄스를 인가하고, 상기 복수의 센싱 전극으로부터 센싱 신호를 상기 기 설정된 시간 간격을 두고 수신하는 터치 회로부를 포함하고,
    상기 터치 회로부는, 상기 기 설정된 시간 간격을 두고 제1 스위치 및 제2 스위치가 번갈아 턴 온 되면서 상기 제1 구동펄스에 의한 제1 센싱 신호 및 상기 제2 구동펄스에 의한 제2 센싱 신호를 상기 기 설정된 시간 간격을 두고 번갈아 수신하는 터치 스크린 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1구동 전극은 상기 복수의 구동 전극 중 홀수 번째 구동 전극이며, 제2구동 전극은 상기 복수의 구동 전극 중 짝수 번째 구동 전극인 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 구동 펄스는 하이 레벨 전압 및 로우 레벨 전압이 반복되는 스퀘어 형태의 펄스이며,
    상기 터치 회로부는,
    상기 제1구동 펄스를 상기 로우 레벨 전압에서 상기 하이 레벨 전압으로 승압한 후 상기 기 설정된 시간이 지난 시점마다, 상기 제2구동 펄스를 상기 로우 레벨 전압에서 상기 하이 레벨 전압으로 승압하며,
    상기 제1구동 펄스를 상기 하이 레벨 전압에서 상기 로우 레벨 전압으로 감압한 후 상기 기 설정된 시간이 지난 시점마다, 상기 제2구동 펄스를 상기 하이 레벨 전압에서 상기 로우 레벨 전압으로 감압하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치 회로부는,
    상기 복수의 센싱 전극마다 상기 제1구동 펄스에 의한 제1센싱 신호 및 상기 제2구동 펄스에 의한 제2센싱 신호를 상기 기 설정된 시간 간격을 두고 번갈아 수신하는 센싱부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 센싱부는,
    터치 센싱 기준 전압이 인가되는 비반전 입력단, 상기 복수의 센싱 전극 중 어느 하나와 연결되는 반전 입력단 및 출력단을 포함하는 연산 증폭기; 및
    상기 출력단과 연결되는 제1스위치 동작에 의해 상기 제1센싱 신호를 수신하는 제1센싱부;
    상기 출력단과 연결되는 제2스위치 동작에 의해 상기 제2센싱 신호를 수신하는 제2센싱부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나에 기재된 터치 스크린 장치; 및
    상기 터치 스크린 장치의 상기 터치 스크린 패널 상에 위치하는 디스플레이 패널을 포함하는 터치 스크린 표시장치.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나에 기재된 터치 스크린 장치; 및
    상기 터치 스크린 장치의 상기 터치 스크린 패널이 내장된 디스플레이 패널을 포함하며,
    상기 복수의 제1전극 및 상기 복수의 제2전극 중 적어도 하나는 터치 전극의 기능 및 공통 전극의 기능을 함께 수행하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 표시장치.
  8. 복수의 구동 전극 및 복수의 센싱 전극을 포함하는 터치 스크린 패널 및 터치 회로부를 포함하는 터치 스크린 장치의 구동 방법에 있어서,
    상기 복수의 구동 전극 중 두 전극을 단위로 제1구동 전극으로 제1구동 펄스를 인가하는 단계;
    상기 제1구동 펄스에 의한 제1센싱 신호를 수신하는 단계;
    기 설정된 시간 간격을 두고 중첩하여 제2구동 전극으로 제2구동 펄스를 인가하는 단계; 및
    상기 제2구동 펄스에 의한 제2센싱 신호를 수신하는 단계를 포함하고,
    상기 제1센싱 신호를 수신하는 단계 및 상기 제2센싱 신호를 수신하는 단계는, 상기 기 설정된 시간 간격을 두고 제1 스위치 및 제2 스위치가 번갈아 턴 온 되면서 상기 제1 구동펄스에 의한 제1 센싱 신호 및 상기 제2 구동펄스에 의한 제2 센싱 신호를 상기 기 설정된 시간 간격을 두고 번갈아 수신하는 터치 스크린 장치 구동 방법.
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