KR102273499B1 - 터치 센서를 갖는 표시장치와 이의 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터치 스크린 및 구동회로를 포함하는 터치 센서를 갖는 표시장치를 제공한다. 터치 스크린은 표시패널에 위치하는 전극으로 구성된다. 구동회로는 표시패널에 영상을 표시하는 디스플레이 구동기간 동안 공통전압을 출력하고, 터치 스크린을 센싱하는 터치 스크린 구동기간 동안 터치구동신호를 출력한다. 표시패널은 영상을 비표시하는 슬립 모드의 디스플레이 구동기간 동안 그라운드전압보다 낮은 저전위전압을 공급받는다.

Description

터치 센서를 갖는 표시장치와 이의 구동 방법{DISPLAY DEVICE HAVING A TOUCH SENSOR AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 터치 센서를 갖는 표시장치와 이의 구동 방법에 관한 것이다.
각종 전자장치 예컨대 가전기기나 휴대용 정보기기는 경량화, 슬림화 추세에 따라 사용자의 입력 수단이 버튼형 스위치에서 터치 센서로 대체되고 있다. 이에 따라, 최근 출시되는 표시장치 등과 같은 전자장치는 터치 센서(또는 터치 스크린)를 갖는다.
터치 센서는 스마트폰과 같은 휴대용 정보기기에 필수적으로 채택되고 있으며, 노트북 컴퓨터, 컴퓨터 모니터, 가전 제품 등에 확대 적용되고 있다. 최근에는 터치 센서를 표시패널의 픽셀 어레이에 내장하는 기술(이하, "인셀 터치 센서(In-cell touch sensor)"라 함)이 제안되고 있다.
인셀 터치 센서 기술은 표시패널의 두께 증가 없이 표시패널에 터치 센서들을 갖는 터치 스크린을 설치할 수 있다. 인셀 터치 센서를 갖는 전자장치는 서브 픽셀들과 터치 센서들의 커플링(Coupling)으로 인한 상호 영향을 줄이기 위하여, 서브 픽셀들을 구동하는 기간("디스플레이 구동 기간"이라고도 함)과 터치 센서들을 구동하는 기간("터치 스크린 구동 기간"이라고도 함)을 시분할 한다.
인셀 터치 센서 기술은 표시패널의 서브 픽셀들에 연결된 전극을 터치 센서들의 전극으로 활용한다. 예를 들어, 인셀 터치 센서 기술은 액정표시장치의 픽셀들에 공통전압을 공급하기 위한 공통 전극을 분할하여 터치 센서들의 전극으로 활용하는 예가 제안되고 있다.
인셀 터치 센서 기술 분야에서는 표시장치를 사용하지 않을 때 표시패널을 슬립 모드(또는 휴지 모드)로 돌입시키고 터치 스크린을 저주파수로 구동하는 소비전력 절감 기능이 제안된 바 있다. 소비전력 절감 기능은 장치를 사용하지 않는 기간 동안 표시패널 등을 휴지시키는 방식으로 장치의 소비전력을 낮춘다. 소비전력 절감 기능을 수행하는 기간 동안 터치 스크린을 두드리듯이 터치하면(노크 온; Knock-on)을 하면 장치는 슬립 모드에서 깨어난다.
그런데, 종래에 제안된 방식은 슬립 모드에서 깨어나는 슬립 아웃 동작시 표시패널에 플리커(Flicker)가 발생하고 있는바 이의 개선이 요구된다.
상술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 슬립 모드에서 깨어나는 슬립 아웃 동작시 표시패널에 플리커(Flicker)가 발생하는 문제를 개선 및 방지하여 표시품질과 장치의 신뢰성을 향상함과 더불어 소비전력을 절감하는 것이다.
상술한 과제 해결 수단으로 본 발명은 터치 스크린 및 구동회로를 포함하는 터치 센서를 갖는 표시장치를 제공한다. 터치 스크린은 표시패널에 위치하는 전극으로 구성된다. 구동회로는 표시패널에 영상을 표시하는 디스플레이 구동기간 동안 공통전압을 출력하고, 터치 스크린을 센싱하는 터치 스크린 구동기간 동안 터치구동신호를 출력한다. 표시패널은 영상을 비표시하는 슬립 모드의 디스플레이 구동기간 동안 그라운드전압보다 낮은 저전위전압을 공급받는다.
표시패널은 영상을 비표시하는 슬립 모드의 디스플레이 구동기간 동안 네거티브전압 또는 게이트로우전압을 공급받는다.
슬립 모드의 디스플레이 구동기간에 대응하여 공급되는 스위치 제어신호에 대응하여 표시패널의 공통전압라인에 그라운드전압보다 낮은 저전위전압을 전달하도록 스위칭 동작하는 스위치를 포함할 수 있다.
스위치는 공통전압라인에 제1전극이 연결되고 공통전압이 인가되는 공통전압원에 제2전극이 연결되고 저전위전압이 인가되는 저전위전압원에 제3전극이 연결되며 스위치 제어신호가 인가되는 스위치신호라인에 스위치전극이 연결될 수 있다.
스위치는 슬립 모드의 디스플레이 구동기간 동안 표시패널의 공통전압라인을 통해 저전위전압을 전달하도록 동작하고, 슬립 모드를 벗어난 노말 모드의 디스플레이 구동기간 동안 표시패널의 공통전압라인을 통해 공통전압을 전달하도록 동작할 수 있다.
슬립 모드의 디스플레이 구동기간 동안 표시패널의 데이터라인들과 게이트라인들에는 그라운드전압이 전달될 수 있다.
다른 측면에서 본 발명은 터치 센서를 갖는 표시장치의 구동방법을 제공한다. 터치 센서를 갖는 표시장치의 구동방법은 표시패널에 영상을 표시하고 제1주파수로 표시패널에 내장된 터치 스크린을 구동하는 단계; 및 표시패널의 입력 유무를 판별하고, 입력이 미존재하면 슬립 모드로 돌입하고, 표시패널에 영상을 비표시하고 제1주파수보다 느린 제2주파수로 터치 스크린을 구동하는 단계를 포함하고, 슬립 모드의 터치 스크린을 구동하는 터치 스크린 구동기간을 미포함하는 디스플레이 구동기간 동안 표시패널의 공통전압라인에는 그라운드전압보다 낮은 저전위전압이 전달된다.
슬립 모드의 디스플레이 구동기간 동안 표시패널의 공통전압라인에는 네거티브전압 또는 게이트로우전압이 전달될 수 있다.
슬립 모드의 디스플레이 구동기간 동안 표시패널의 데이터라인들과 게이트라인들에는 그라운드전압이 전달될 수 있다.
본 발명은 슬립 모드에서 깨어나는 슬립 아웃 동작시 표시패널에 플리커(Flicker)가 발생하는 문제를 개선 및 방지하여 표시품질과 장치의 신뢰성을 향상함과 더불어 소비전력을 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 슬립 모드시 터치 스크린 구동기간을 제외한 디스플레이 구동기간 동안 공통전압라인에 그라운드전압보다 낮은 저전위전압을 인가하여 데이터 구동부의 누설전류에 의해 기인하는 서브 픽셀의 전하를 제거(방전)할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 구성을 개략적으로 보여 주는 블록도.
도 2는 터치 스크린의 터치 센서를 개략적으로 보여주는 예시도.
도 3은 공통전극으로 이루어진 터치 스크린을 보여주는 예시도.
도 4는 인셀 터치 방식의 시분할 구동 기술을 설명하기 위한 파형 예시도.
도 5는 셀프 터치 센싱 방식의 라인별 센싱 개념을 설명하기 위한 터치 스크린의 예시도.
도 6은 도 5에 도시된 통합 구동회로의 블록을 설명하기 위한 예시도.
도 7은 표시장치의 소비전력 절감 기능을 설명하기 위한 도면.
도 8은 표시장치의 소비전력 절감 기능을 설명하기 위한 흐름도.
도 9는 종래 기술에 따른 구동방식을 설명하기 위한 파형도.
도 10은 종래 기술 및 실험예를 설명하기 위한 도면.
도 11 및 도 12는 실험예의 문제점을 설명하기 위한 파형도.
도 13은 슬립 모드시 스위칭 트랜지스터의 특성을 고찰하기 위한 도면.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동방식을 설명하기 위한 파형도.
도 15는 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위한 도면.
도 16은 본 발명의 일 실시예를 구현하기 위한 회로 구성 예시도.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 터치 센서를 갖는 표시장치는 텔레비젼, 네비게이션, 영상 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈시어터 및 모바일폰(스마트폰) 등으로 구현된다.
본 발명에 따른 터치 센서를 갖는 표시장치는 액정표시패널, 유기발광표시패널, 전기영동표시패널, 플라즈마표시패널 등의 표시패널이 선택될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 다만, 이하의 설명에서는 설명의 편의를 위해 액정표시패널을 예로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 구성을 개략적으로 보여 주는 블록도이고, 도 2는 터치 스크린의 터치 센서를 개략적으로 보여주는 예시도이며, 도 3은 공통전극으로 이루어진 터치 스크린을 보여주는 예시도이고, 도 4는 인셀 터치 방식의 시분할 구동 기술을 설명하기 위한 파형 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치에는 타이밍 콘트롤러(20), 데이터 구동회로(12), 스캔 구동회로(14), 액정표시패널(DIS), 터치 스크린(TSP), 터치 스크린 구동회로(30) 및 마이크로 콘트롤러(40)가 포함된다.
타이밍 콘트롤러(20)는 데이터 구동회로(12)와 스캔 구동회로(14)를 제어한다. 타이밍 콘트롤러(20)는 호스트 시스템(미도시)으로부터 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클록(MCLK) 등의 타이밍신호와 더불어 디지털 비디오 데이터(RGB)를 공급받는다.
타이밍 콘트롤러(20)는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클록(Gate Shift Clock) 및 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등의 스캔 타이밍 제어신호를 기반으로 스캔 구동회로(14)를 제어한다. 타이밍 콘트롤러(20)는 소스 샘플링 클록(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity, POL) 및 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등의 데이터 타이밍 제어신호를 기반으로 데이터 구동회로(12)를 제어한다.
데이터 구동회로(12)는 타이밍 콘트롤러(20)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 생성한다. 데이터 구동회로(12)는 데이터라인들(D1~Dm)을 통해 데이터전압을 공급한다.
스캔 구동회로(14)는 데이터전압에 동기되는 게이트신호(또는 스캔펄스)를 순차적으로 생성한다. 스캔 구동회로(14)는 게이트라인들(G1~Gn)을 통해 게이트신호를 공급한다. 스캔 구동회로(14)는 액정표시패널(DIS)의 서브 픽셀에 포함된 스위칭 트랜지스터를 턴온하는 게이트하이전압과 턴오프하는 게이트로우전압을 게이트신호로 출력한다.
액정표시패널(DIS)은 스캔 구동회로(14)로부터 공급된 게이트펄스와 데이터 구동회로(12)로부터 공급된 데이터전압을 기반으로 영상을 표시한다. 액정표시패널(DIS)은 두 장의 기판 사이에 형성된 액정층을 포함한다. 액정표시패널(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.
액정표시패널(DIS)의 서브 픽셀들은 데이터라인들(D1~Dm, m은 2 이상의 정수)과 게이트라인들(G1~Gn, n은 2 이상의 정수)에 의해 정의된다. 하나의 서브 픽셀은 데이터라인과 게이트라인의 교차부들에 형성된 TFT(Thin Film Transistor), 데이터전압을 충전하는 화소전극, 화소전극에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등을 포함한다.
액정표시패널(DIS)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등이 형성된다. 액정표시패널(DIS)의 하부 기판에는 박막 트랜지스터, 화소전극 및 공통전극 등이 형성된다. 액정표시패널(DIS)은 COT(Color filter On TFT) 구조로 구현될 수 있다. 이 경우, 블랙매트릭스와 컬러필터는 액정표시패널(DIS)의 하부 기판에 형성될 수 있다.
공통전압이 공급되는 공통전극은 액정표시패널(DIS)의 상부 기판이나 하부 기판에 형성될 수 있다. 액정표시패널(DIS)의 상부 기판과 하부 기판에는 각각 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다.
액정표시패널(DIS)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성된다. 액정표시패널(DIS)의 하부 편광판의 배면 아래에는 백라이트 유닛이 배치된다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(Direct type) 등으로 구현되어 액정표시패널(DIS)에 광을 제공한다.
터치 스크린 구동회로(30)는 터치 스크린(TSP)을 이용하여 터치의 유무 및 위치를 센싱한다. 터치 스크린 구동회로(30)에는 터치 센서를 구동하기 위한 구동전압을 생성하는 구동회로와 터치 센서를 센싱하고 터치의 유무 및 좌표 정보 등을 검출하기 위한 데이터를 생성하는 센싱회로가 포함된다. 터치 스크린 구동회로(30)의 구동회로와 센싱회로는 하나의 집적회로(IC) 형태로 형성되거나 기능별로 구분되어 분리될 수 있다.
터치 스크린 구동회로(30)는 액정표시패널(DIS)과 접속되는 외부 기판 상에 형성된다. 터치 스크린 구동회로(30)는 센싱라인들(L1 ~ Li, i는 양의 정수)을 통해 터치 스크린(TSP)에 연결된다. 터치 스크린 구동회로(30)는 터치 스크린(TSP)에 형성된 터치 센서들 간의 정전용량 편차를 기반으로 터치의 유무 및 위치를 센싱한다.
사용자의 손가락이 접촉된 위치와 비접촉된 위치 간에는 정전용량의 편차가 발생하는데, 터치 스크린 구동회로(30)는 이 정전용량을 감지하는 방식으로 터치의 유무 및 위치를 센싱한다. 터치 스크린 구동회로(30)는 터치의 유무 및 위치에 대한 터치 데이터를 생성하고 이를 마이크로 콘트롤러(40)로 전달한다.
마이크로 콘트롤러(40)는 터치 스크린 구동회로(30)를 제어한다. 마이크로 콘트롤러(40)는 타이밍 콜트롤러(20)로부터 제1터치 동기신호(ITsync)를 공급받는다. 마이크로 콘트롤러(40)는 제1터치 동기신호(ITsync)를 기반으로 터치 스크린 구동회로(30)를 제어하는 제2터치 동기신호(Tsync)를 생성한다.
마이크로 콘트롤러(40)는 터치 스크린 구동회로(30)와의 사이에 정의된 인터페이스(IF)를 기반으로 터치 데이터나 기타 신호 등을 주고 받는다. 마이크로 콘트롤러(40)는 호스트 시스템(미도시)으로 터치 데이터를 전달한다. 한편, 위의 설명에서는 마이크로 콘트롤러(40)와 터치 스크린 구동회로(30)를 별도의 블록으로 도시하였으나 이는 하나의 집적회로(IC) 형태로 이루어진 터치 스크린 제어부(30, 40)로 형성될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 터치 스크린(TSP)은 액정표시패널(DIS)의 표시영역(AA)에 인셀 셀프 터치(in-cell self touch)(이하 셀프 터치로 약기함) 방식으로 내장되도록 구현될 수 있다. 셀프 터치 센싱 방식의 터치 스크린(TSP)은 액정표시패널(DIS)의 내부에 형성된 전극 등에 의해 블록(또는 포인트) 형태로 구성된 전극을 터치 센서로 이용한다.
액정표시패널(DIS)의 표시영역(AA)에 형성된 "C1, C2, C3, C4"는 터치 센서(또는 터치 센서블록)를 의미하고, "L1, L2, L3, L4 ~ Li"는 터치 센서에 연결된 센싱라인을 의미한다. 이하에서는 공통전극으로 터치 센서를 구성하는 예를 기준으로 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 셀프 터치 센싱 방식의 터치 스크린(TSP)은 액정표시패널(DIS)의 내부에 형성된 제M개(M은 4 이상 정수)의 서브 픽셀(예컨대, 가로 32개의 서브 픽셀 * 세로 32개의 서브 픽셀)에 포함된 공통전극들(COM)이 하나의 터치 센서를 이루게 된다. 즉, 터치 센서들(C1, C2, C3, C4)은 액정표시패널(DIS) 상에서 분리 형성된 공통전극들(COM)에 의해 정의된다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 셀프 터치 센싱 방식의 터치 스크린을 갖는 표시장치는 액정표시패널(DIS)에 영상을 표시하는 디스플레이 구동기간(Td)과 터치 스크린(TSP)을 센싱하는 터치 스크린 구동기간(Tt)이 시간상으로 분할된다. 즉, 디스플레이 구동기간(Td)과 터치 스크린 구동기간(Tt)은 시분할 구동된다.
터치 스크린 구동회로(30)는 셀프 터치 센싱 방식의 터치 스크린(TSP)에 연결된 센싱라인(L1 ~ Li)을 통해 터치구동신호(Tdrv)를 공급한다.
위와 같이 터치 스크린 구동기간(Tt) 동안 센싱라인(L1 ~ Li)에는 터치구동신호(Tdrv)가 공급된다. 반면, 디스플레이 구동기간(Td) 동안 센싱라인(L1 ~ Li)에는 공통전압(Vcom)이 공급된다. 터치구동신호(Tdrv)는 교류 신호 형태로 생성된다. 디스플레이 구동기간(Td)과 터치 스크린 구동기간(Tt)의 시분할 구동은 터치 동기신호(Tsync)에 의해 이루어진다.
도 5는 셀프 터치 센싱 방식의 라인별 센싱 개념을 설명하기 위한 터치 스크린의 예시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 통합 구동회로의 블록을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 터치 스크린(TSP)의 일측(하단)에는 액정표시패널과 터치 스크린(TSP)을 구동하는 구동회로들(12a ~ 12c, 30a ~ 30c)이 배치된다. 터치 스크린(TSP)의 터치 센싱 영역은 예컨대 수직 방향(y)을 기준으로 3개의 영역으로 구분될 수 있다. 이처럼, 수직 방향(y)에서 터치 센싱 영역에 대해 구분하여 도시한 이유는 구동회로가 구동할 수 있는 물리적 범위에 따라 설계의 변경이 일어날 수 있음을 보여주기 위한 것이다.
제1구동회로(12a, 30a)는 제1터치 채널(TCH1)을 센싱하도록 좌측 영역에 배치되고, 제2구동회로(12b, 30b)는 제2터치 채널(TCH2)을 센싱하도록 중앙 영역에 배치되고, 제3구동회로(12c, 30c)는 제3터치 채널(TCH3)을 센싱하도록 우측 영역에 배치된다.
제1 내지 제3구동회로들(12a ~ 12c, 30a ~ 30c)은 데이터 구동회로(12a ~ 12c)와 터치 스크린 구동회로(30a ~ 30c)를 각각 포함한다. 즉, 데이터 구동회로(12a ~ 12c)와 터치 스크린 구동회로(30a ~ 30c)는 각기 하나씩 결합되어 통합 구동회로 형태의 집적회로(IC)로 구현된다.
제1 내지 제3구동회로들(12a ~ 12c, 30a ~ 30c)은 내부 또는 외부에 포함된 먹스부에 의해 터치 스크린(TSP)을 한 라인씩 시분할 센싱할 수 있다. 예컨대, 터치 스크린(TSP)의 센싱 영역은 수평 방향(x)을 기준으로 16개의 영역으로 구분될 수 있다. 이처럼, 수평 방향(x)에서 터치 센싱 영역에 대해 구분하여 도시한 이유는 하나의 구동회로가 구동할 수 있는 물리적 범위에 따라 설계의 변경이 일어날 수 있음을 보여주기 위한 것이다.
제1 내지 제3구동회로들(12a ~ 12c, 30a ~ 30c)은 내부 또는 외부에 포함된 먹스부에 의해 터치 스크린(TSP)의 제1먹스라인(MUX1)부터 제16먹스라인(MUX16)(또는 제I먹스라인(I는 2 이상 정수))까지 순차적으로 센싱할 수 있다. 터치 스크린(TSP)의 센싱은 상부에서부터 시작하여 하부에서 완료되도록 y2 방향으로 진행될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 통합 구동회로(50)는 중앙에 데이터 구동회로(12a)(Source IC 또는 Source라고 함)가 배치되고 그 좌우측에 터치 스크린 구동회로(30aL, 30aR)(Read Out IC 또는 ROIC라고 함)가 배치되도록 구성될 수 있다. 데이터 구동회로(12a)의 데이터패드(SPAD)는 액정표시패널의 데이터라인들에 연결되고, 터치 스크린 구동회로(30aL, 30aR)의 터치패드(TPADL, TPADR)는 터치 스크린의 센싱라인에 연결된다.
도 7은 표시장치의 소비전력 절감 기능을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 표시장치의 소비전력 절감 기능을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 앞서 설명된 표시장치는 사용자가 장치를 사용하지 않을 때 슬립 모드(또는 휴지 모드)로 돌입한다. 반면, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 사용자가 액정표시패널(DIS)의 화면을 노크하듯이 X(X는 2 이상 정수)번 터치하면 표시장치는 슬립 모드에서 깨어난다.
앞서 설명된 표시장치는 장치를 사용하지 않을 때 액정표시패널(DIS)을 슬립 모드(또는 휴지 모드)로 돌입시키고 터치 스크린을 저주파수로 구동하는 소비전력 절감 기능을 수행하게 된다. 소비전력 절감 기능은 장치를 사용하지 않는 기간 동안 액정표시패널(DIS) 등을 휴지시키는 방식으로 장치의 소비전력을 낮춘다. 소비전력 절감 기능을 수행하는 기간 동안 터치 스크린을 두드리듯이 터치하면(이하 노크 온; Knock-on)을 하면 장치는 슬립 모드에서 깨어난다.
앞서 설명된 소비전력 절감 기능은 도 8에 도시된 바와 같은 흐름으로 수행될 수 있다.
먼저, 일반적인 구동 상태에서는 영상을 표시 및 터치 구동을 한다(S110). 영상표시 및 터치 구동기간을(노말 모드 또는 비 슬립 모드)하는 일반적인 구동 상태에서는 지속적(또는 주기적)으로 입력의 유무를 판별한다(S120). 이때, 터치 스크린은 제1주파수로 센싱된다.
입력이 존재하면(Y), 이전과 동일하게 영상표시 및 터치 구동을 하고 또한 터치 스크린을 센싱한다(S110). 이와 달리, 입력이 존재하지 않으면(N), 표시장치는 슬립 모드로 돌입한다(S130).
표시장치가 슬립 모드에 돌입하면, 이전과 달리 영상을 비표시 및 터치 구동을 한다(S140). 영상비표시 및 터치 구동기간 동안(슬립 모드)에는 터치 스크린을 제1주파수보다 느린 제2주파수(저주파수)로 구동 및 센싱하여 소비전력을 절감한다. 슬립 모드에서는 지속적(또는 주기적)으로 노크 온의 유무를 판별한다(S150).
노크 온이 미발생하면(N), 이전과 동일하게 영상비표시 및 터치 구동을 하고 또한 저주파수로 터치 스크린을 센싱한다(S140). 이와 달리, 노크 온이 발생하면(Y), 표시장치는 슬립 모드가 해제(슬립 아웃)된다(S160).
표시장치가 슬립 모드에서 해제된 노말 모드가 되면, 이전과 달리 영상을 표시 및 터치 구동을 한다(S170). 영상표시 및 터치 구동기간 동안(노말 모드 또는 비 슬립 모드)에는 이전과 같이 정상적인 주파수로 터치 스크린을 센싱한다.
그런데, 종래에 제안된 방식은 슬립 모드에서 깨어나는 슬립 아웃 동작시 표시패널에 플리커(Flicker)가 발생하고 있다.
도 9는 종래 기술에 따른 구동방식을 설명하기 위한 파형도이고, 도 10은 종래 기술 및 실험예를 설명하기 위한 도면이며, 도 11 및 도 12는 실험예의 문제점을 설명하기 위한 파형도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 터치 스크린을 갖는 표시장치는 슬립 모드(Sleep Mode)에서도 액정표시패널(DIS)에 영상을 표시하는 디스플레이 구동기간(Td)과 터치 스크린(TSP)을 센싱하는 터치 스크린 구동기간(Tt; Touch_EN)이 분할 구동된다.
디스플레이 구동기간(Td) 동안 공통전압라인(Vcom)에는 그라운드전압(GND)이 선택되어 공급된다. 터치 스크린 구동기간(Tt) 동안 공통전압라인(Vcom)에는 네거티브와 포지티브 형태로 교번하는 터치구동신호로 선택되어 공급된다.
소비전력 절감 기능을 수행하기 위해 표시장치는 슬립 모드(Sleep Mode)로 터치 스크린을 구동하고, 액정표시패널은 디스플레이 오프시킨다. 그런데, 종래의 구조는 슬립 모드(Sleep Mode)에서 깨어나는 슬립 아웃(Sleep Out) 동작시 액정표시패널에 플리커(Flicker)가 발생한다.
종래 구조는 슬립 모드(Sleep Mode)가 장시간 지속 된 후 노크 온(Knock On)을 하면 터치 스크린 구동 기간(Tt) 동안 플로팅되었던 데이터 구동부로부터 누설전류(Leakage Current)가 발생한다. 그 결과, 슬립 아웃(Sleep Out) 동작시 디스플레이 온(Display On)과 더불어 누설전류에 의해 액정표시패널에 충전된 전하로 인하여 화면이 깜빡이거나 원치않는 영상이 표시되는 등의 플리커(Flicker)가 발생하는 것으로 검토된다.
이하, 종래 구조 및 이를 개선하기 위한 실험예를 설명한다.
[종래 구조]
종래 구조는 슬립 모드의 터치 스크린 구동기간 동안 도 10의 (a)와 같은 구동 조건을 걸어주었다.
서브 픽셀의 스위칭 트랜지스터(SW)의 게이트전극(게이트전극은 게이트라인 "Gate"에 연결되는 전극이다)에 그라운드전압(GND)을 공급하고, 드레인전극(드레인전극은 데이터라인 "Data"에 연결되는 전극이다)에는 데이터신호가 미공급되도록 플로팅(Floating)한다.
그러나, 이와 같은 구동 조건은 슬립 모드(Sleep Mode)가 장시간 지속 된 후 노크 온(Knock On)을 하면 데이터 구동부의 누설전류(Leakage Current)에 의해 액정표시패널에 플리커(Flicker)가 유발된다.
액정표시패널에 플리커(Flicker)가 유발되는 이유는 서브 픽셀의 스위칭 트랜지스터(SW)와 관계하는 스토리지 커패시터(Cst)와 액정층(Clc)에 전하가 충전되었기 때문이다.
[실험예의 구조]
실험예의 구조는 슬립 모드의 터치 스크린 구동기간 동안 도 10의 (b)와 같은 구동 조건을 걸어주었다.
서브 픽셀의 스위칭 트랜지스터(SW)의 게이트전극에 그라운드전압(GND)을 공급하고, 드레인전극에는 데이터신호가 미공급되도록 플로팅(Floating)한다. 그리고 이와 더불어, 데이터 구동부의 누설전류(Leakage Current)가 서브 픽셀에 공급되지 않도록 서브 픽셀의 스위칭 트랜지스터(SW)의 게이트전극에 오프유지신호를 공급한다.
실험예에서는 오프유지신호를 인가하기 위해, 서브 픽셀의 스위칭 트랜지스터(SW)의 게이트전극에 오프유지신호를 인가할 수 있는 보상회로(Tail TFT)를 부가하고, 보상회로(Tail TFT)를 통해 오프유지신호 역할을 할 수 있는 저전위전압(DDVDL)을 인가하였다.
실험예와 같이 액정표시패널의 모든 서브 픽셀들의 게이트전극에 오프유지신호를 인가하기 위해서는 슬립 모드(Sleep Mode) 동안 저전위전압(DDVDL)을 출력할 수 있는 전원 공급부가 존재해야 한다. 그리고 전원 공급부는 항상 턴온된 상태를 유지해야 한다.
전원 공급부는 도 11과 같이 입력전압(VPNL), 제1구동전압(DDVDH), 제1회로전압(IOVCC), 제2구동전압(DDVDL) 이상 4개의 전압을 출력하도록 구성되거나 입력전압(VPNL) 및 제1회로전압(IOVCC) 이상 2개의 전압을 출력하도록 구성된다.
그러나 전원 공급부가 2개의 전압을 출력하도록 구성된 경우, 이는 도 12와 같이 입력전압(VPNL)을 기반으로 제2회로전압(VCL), 제2구동전압(DDVDL) 및 제1구동전압(DDVDH)의 순으로 전압을 생성할 수 있는 차지 펌프 회로를 구비해야 한다.
그러므로, 실험예와 같은 방식을 이용할 경우 슬립 모드(Sleep Mode) 동안 전원 공급부 또는 차지 펌프 회로를 지속적으로 구동해야 하는바, 소비전력이 증가하게 된다. 때문에, 실험예는 데이터 구동부의 누설전류 문제는 방지할 수 있으나 슬립 모드(Sleep Mode) 동안에 발생하는 소비전력의 증가 문제가 있는바, 다른 방안을 모색해야 할 것으로 사료된다.
위의 설명에서, 제1구동전압(DDVDH)과 제2구동전압(DDVDL)은 통합 구동회로 등에 공급되는 전압이고, 제1회로전압(IOVCC)과 제2회로전압(VCL)은 타이밍 콘트롤러 또는 마이크로 콘트롤러 등에 공급되는 전압이다. 그리고 전원 공급부로부터 출력된 전압의 레벨은 제1구동전압(DDVDH) < 입력전압(VPNL) < 제1회로전압(IOVCC) < 제2회로전압(VCL) < 제2구동전압(DDVDL)의 순이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 대해 설명한다.
도 13은 슬립 모드시 스위칭 트랜지스터의 특성을 고찰하기 위한 도면이고, 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동방식을 설명하기 위한 파형도이고, 도 15는 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이며, 도 16은 본 발명의 일 실시예를 구현하기 위한 회로 구성 예시도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 액정표시패널의 서브 픽셀들에 포함된 스위칭 트랜지스터는 슬립 모드 상태일 때 게이트 소오스 간에 인가되는 전압은 그라운드전압(Vgs = GND)이다. 이로 인하여, 드레인과 소오스는 플로팅 상태(Vds = Floating)가 된다. 도 13에서, 스위칭 트랜지스터의 하나인 PMOS 타입(P-Substrate와 이의 양쪽에 존재하는 N형 반도체 참조)을 일례로 하나 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
게이트 소오스 간에 인가되는 전압(Vgs)보다 스위칭 트랜지스터를 턴온하기 위한 최소전압(Vt)이 클 경우, 스위칭 트랜지스터는 턴오프된 상태이지만 약한 반전 상태가 된다. 스위칭 트랜지스터의 드레인전극을 통해 인가되는 전류(ID)는 게이트 소오스 간에 인가되는 전압(Vgs)에 의해 결정된다.
스위칭 트랜지스터의 드레인과 소오스에 인가되는 전압(VDS)이 그라운드전압(GND)에 해당할 경우 스위칭 트랜지스터의 누설전류(Leakage Current)는 발생하지 않는다. 반면, 스위칭 트랜지스터의 드레인과 소오스에 인가되는 전압(VDS)이 플로팅될 경우 스위칭 트랜지스터의 누설전류(Leakage Current)는 발생하게 된다.
이러한, 특성을 이용하여 본 발명의 일 실시예는 표시장치가 슬립 모드로 돌입하게 되면 1 프레임 중 터치 스크린 구동기간을 제외한(미포함하는) 나머지 디스플레이 구동기간 동안 공통전압라인을 그라운드전압보다 낮은 전압라인과 연결한다. 이와 같이, 공통전압라인을 그라운드전압보다 낮은 전압라인과 연결하면 스위칭 트랜지스터의 누설전류(Leakage Current)를 제거(방전)할 수 있게 된다.
도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예는 표시장치가 슬립 모드(Sleep Mode)에 돌입하면 터치 스크린 구동기간(Tt; Touch_EN) 동안 공통전압라인(Vcom)에는 네거티브와 포지티브 형태로 교번하는 터치구동신호가 선택되어 공급된다. 반면, 디스플레이 구동기간(Td) 동안 공통전압라인(Vcom)에는 그라운드전압보다 낮은 저전위전압(VSS)이 선택되어 공급된다.
슬립 모드(Sleep Mode)의 디스플레이 구동기간(Td) 동안 액정표시패널은 디스플레이 오프(Display Off) 상태이다. 그러나, 데이터 구동부의 누설전류(Leakage Current)로 인하여 서브 픽셀들에 전하가 충전된다. 때문에, 슬립 모드(Sleep Mode)의 디스플레이 구동기간(Td) 동안 공통전압라인(Vcom)을 통해 그라운드전압보다 낮은 저전위전압(VSS)을 공급하면 이를 제거(방전)시킬 수 있다.
[실험예의 구조]
실험예의 구조는 슬립 모드의 터치 스크린 구동기간 동안 도 15의 (a)와 같이 서브 픽셀의 스위칭 트랜지스터(SW)의 게이트전극에 오프유지신호를 공급하는 구동 조건을 걸어주었다. 그러나, 실험예의 구조는 오프유지신호 역할을 할 수 있는 저전위전압(DDVDL)을 인가해야 함에 따라 전원 공급부 등의 동작을 필요로 하는바 소비전력의 증가를 유발하였다.
[실시예의 구조]
본 발명의 실시예의 구조는 슬립 모드의 디스플레이 구동기간 동안 도 15의 (b)와 같이 구동 조건을 걸어주었다.
서브 픽셀의 스위칭 트랜지스터(SW)의 게이트전극(게이트전극은 게이트라인 "Gate"에 연결되는 전극이다) 및 드레인전극(드레인전극은 데이터라인 "Data"에 연결되는 전극이다)에 그라운드전압(GND)을 공급한다. 그리고 이와 더불어, 공통전압라인에 그라운드전압보다 낮은 저전위전압(VSS)을 공급한다.
스캔 구동회로 및 데이터 구동회로는 서브 픽셀의 스위칭 트랜지스터(SW)의 게이트전극 및 드레인전극에 그라운드전압(GND)을 공급하기 위해 출력을 차단하거나 게이트라인들과 데이터라인들에 연결된 출력채널을 그라운드전압라인으로 연결한다.
서브 픽셀의 공통전압라인에 그라운드전압(GND)보다 낮은 저전위전압(VSS)을 공급하면 데이터 구동부의 누설전류(Leakage Current)에 의해 서브 픽셀의 스토리지 커패시터(Cst) 및 액정층(Clc) 등에 전하가 충전되더라도 이는 저전위전압라인을 통해 제거(방전)된다.
도 16에 도시된 바와 같이, 공통전압 생성부(17)는 스위치(SWT)의 동작에 대응하여 공통전압라인(Vcom)을 통해 공통전압(Vcom)을 출력하거나 저전위전압(VSS)을 출력한다.
공통전압 생성부(17)는 슬립 모드의 디스플레이 구동기간에 대응하여 공급되는 스위치 제어신호(CS)에 대응하여 자신으로부터 출력되는 전압을 공통전압(Vcom)에서 저전위전압(VSS)으로 전환할 수 있다. 스위치 제어신호(CS)는 슬립 모드의 디스플레이 구동기간에 대한 정보를 알 수 있는 외부회로 예컨대, 타이밍 콘트롤러, 마이크로 콘트롤러 또는 통합 구동회로로부터 출력된다.
스위치(SWT)는 공통전압라인(Vcom)에 제1전극이 연결되고, 공통전압(Vcom)이 인가되는 공통전압원에 제2전극이 연결되고 저전위전압(VSS)이 인가되는 저전위전압원에 제3전극이 연결되며, 스위치 제어신호(CS)가 인가되는 스위치신호라인에 스위치전극이 연결된다. 스위치전극은 스위치 제어신호(CS)에 대응하여 제1전극을 제2전극 또는 제3전극에 연결한다.
스위치(SWT)는 슬립 모드의 디스플레이 구동기간 동안 액정표시패널의 공통전압라인(Vcom)을 통해 저전위전압(VSS)을 전달하도록 동작하고, 슬립 모드를 벗어난 노말 모드의 디스플레이 구동기간 동안 액정표시패널의 공통전압라인(Vcom)을 통해 공통전압(Vcom)을 전달하도록 동작한다.
실시예에서는 스위치(SWT)가 공통전압 생성부(17)의 내부에 위치하는 것을 일례로 하였다. 그러나, 스위치(SWT)는 공통전압 생성부(17)의 외부에 위치할 수도 있다. 또한, 실시예에서는 공통전압 생성부(17)의 내부에 저전위전압(VSS)이 전달되고, 스위치(SWT)의 위치가 이동하게 됨에 따라 공통전압(Vcom)을 출력하게 되거나 저전위전압(VSS)을 출력하게 되는 것으로 도시 및 설명하였다. 그러나, 이는 하나의 예시일 뿐, 스위치(SWT)가 공통전압 생성부(17)의 외부에 위치하는 경우 저전위전압(VSS) 또한 공통전압 생성부(17)의 외부에 배치된 저전위전압라인을 통해 전달되며 이 라인은 스위치(SWT)의 일측 전극에 접속된다.
위의 설명에서는 공통전압라인에 그라운드전압보다 낮은 저전위전압(VSS)을 공급하는 것을 일례로 설명하였다.
통상 그라운드전압(GND)은 0V에 해당하는 전압으로 설정되지만, 저전위전압(VSS)은 이보다 낮은 네거티브전압으로 설정된다. 누설전류(Leakage Current)는 전압이 낮을수록 빠른 속도로 제거(방전)된다. 그러므로, 데이터 구동부의 누설전류(Leakage Current)의 양에 따라 공통전압라인에 인가되는 전압은 저전위전압(VSS) 또는 이보다 더 낮은 네거티브전압으로 선택될 수 있다.
예컨대, 공통전압라인에는 스캔 구동회로에 공급되는 게이트로우전압 또는 이와 유사한 네거티브전압이 공급될 수도 있다. 통상 게이트로우전압은 -20V의 레벨로 설정된다. 때문에, 슬립 모드의 디스플레이 구동기간(Td) 동안 공통전압라인에 게이트로우전압을 공급할 경우 서브 픽셀의 스토리지 커패시터(Cst) 및 액정층(Clc) 등에 충전된 전하를 더욱 빠른 속도로 제거(방전)하게 된다. 이 경우, 스위치(SWT)의 일측 전극에는 게이트로우전압을 전달하는 게이트로우전압라인이 연결된다.
앞서 설명된 표시장치는 슬립 모드 동작시 차지 펌프 회로를 미사용하면서도 데이터 구동부의 누설전류에 따른 플리커 문제를 개선할 수 있는바, 전원 공급부가 2개의 전압을 출력하도록 구성된 경우 더욱 괄목할만한 효과를 나타낼 것이다.
이상 본 발명은 슬립 모드에서 깨어나는 슬립 아웃 동작시 표시패널에 플리커(Flicker)가 발생하는 문제를 개선 및 방지하여 표시품질과 장치의 신뢰성을 향상함과 더불어 소비전력을 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 슬립 모드시 터치 스크린 구동기간을 제외한 디스플레이 구동기간 동안 공통전압라인에 그라운드전압보다 낮은 저전위전압을 인가하여 데이터 구동부의 누설전류에 의해 기인하는 서브 픽셀의 전하를 제거(방전)할 수 있는 효과가 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 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 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
20: 타이밍 콘트롤러 12: 데이터 구동회로
14: 스캔 구동회로 DIS: 액정표시패널
TSP: 터치 스크린 30: 터치 스크린 구동회로
50: 통합 구동회로 Tt: 터치 스크린 구동기간
Td: 디스플레이 구동기간 SW: 스위칭 트랜지스터
GND: 그라운드전압 VSS: 저전위전압

Claims (10)

  1. 표시패널에 위치하는 전극으로 구성된 터치 스크린; 및
    상기 표시패널에 영상을 표시하는 디스플레이 구동기간 동안 공통전압을 출력하고, 상기 터치 스크린을 센싱하는 터치 스크린 구동기간 동안 터치구동신호를 출력하는 통합 구동회로를 포함하며,
    상기 표시패널은 영상을 비표시하는 슬립 모드의 디스플레이 구동기간 동안 상기 표시패널에 포함된 서브 픽셀에 충전된 전하가 방전되도록 그라운드전압보다 낮은 저전위전압을 공급받는 터치 센서를 갖는 표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표시패널은
    상기 영상을 비표시하는 슬립 모드의 디스플레이 구동기간 동안 네거티브전압 또는 게이트로우전압을 공급받는 터치 센서를 갖는 표시장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 슬립 모드의 디스플레이 구동기간에 대응하여 공급되는 스위치 제어신호에 대응하여 상기 표시패널의 공통전압라인에 상기 그라운드전압보다 낮은 상기 저전위전압을 전달하도록 스위칭 동작하는 스위치를 포함하는 터치 센서를 갖는 표시장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스위치는
    상기 공통전압라인에 제1전극이 연결되고 공통전압이 인가되는 공통전압원에 제2전극이 연결되고 상기 저전위전압이 인가되는 저전위전압원에 제3전극이 연결되며 상기 스위치 제어신호가 인가되는 스위치신호라인에 스위치전극이 연결된 터치 센서를 갖는 표시장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 스위치는
    상기 슬립 모드의 디스플레이 구동기간 동안 상기 표시패널의 공통전압라인을 통해 상기 저전위전압을 전달하도록 동작하고,
    상기 슬립 모드를 벗어난 노말 모드의 디스플레이 구동기간 동안 상기 표시패널의 공통전압라인을 통해 상기 공통전압을 전달하도록 동작하는 터치 센서를 갖는 표시장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 슬립 모드의 디스플레이 구동기간 동안 상기 표시패널의 데이터라인들과 게이트라인들에는 그라운드전압이 전달되는 터치 센서를 갖는 표시장치.
  7. 표시패널에 영상을 표시하고 제1주파수로 상기 표시패널에 내장된 터치 스크린을 구동하는 단계; 및
    상기 표시패널의 입력 유무를 판별하고, 입력이 미존재하면 슬립 모드로 돌입하고, 상기 표시패널에 영상을 비표시하고 상기 제1주파수보다 느린 제2주파수로 상기 터치 스크린을 구동하는 단계를 포함하고,
    상기 슬립 모드의 터치 스크린을 구동하는 터치 스크린 구동기간을 미포함하는 디스플레이 구동기간 동안 상기 표시패널에 포함된 서브 픽셀에 충전된 전하가 방전되도록 상기 표시패널의 공통전압라인에 그라운드전압보다 낮은 저전위전압이 전달되는 터치 센서를 갖는 표시장치의 구동방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 슬립 모드의 디스플레이 구동기간 동안 상기 표시패널의 공통전압라인에는 네거티브전압 또는 게이트로우전압이 전달되는 터치 센서를 갖는 표시장치의 구동방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 슬립 모드의 디스플레이 구동기간 동안 상기 표시패널의 데이터라인들과 게이트라인들에는 그라운드전압이 전달되는 터치 센서를 갖는 표시장치의 구동방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 표시패널에 포함된 서브 픽셀은
    상기 저전위전압을 기반으로 스토리지 커패시터에 충전된 전하의 방전이 이루어지는 터치 센서를 갖는 표시장치.
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