KR102286893B1 - 터치 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인셀 터치 방식의 터치 디스플레이에 액티브 펜의 안테나를 배치한 터치 디스플레이 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 디스플레이 장치는 복수의 터치 구동 전극 및 복수의 터치 센싱 전극이 배치된 액정 패널과, 복수의 터치 구동 전극을 선택으로 연결시켜 X축 방향의 안테나 루프를 형성하는 스위칭 블록과, 복수의 터치 센싱 전극을 선택적으로 연결시켜 Y축 방향의 안테나 루프를 형성하는 복수의 스위치와, 스위칭 블록 및 복수의 스위치를 제어하는 터치 드라이버를 포함하고, 복수의 터치 구동 전극 및 복수의 터치 센싱 전극은, 디스플레이 기간 동안 디스플레이용 공통 전극으로 이용되고, 제1 터치 모드 기간 및 제2 터치 모드 기간을 터치 전극으로 이용되고, 제1 터치 모드 기간 동안 손가락의 터치에 따른 정전 용량 변화를 센싱하고, 제2 터치 모드 기간 동안 액티브 펜의 터치에 따라 안테나 루프를 통해 유도되는 전자기 신호를 센싱한다.

Description

터치 디스플레이 장치{Touch Display Device}
본 발명은 인셀 터치 방식의 터치 디스플레이에 액티브 펜의 안테나를 배치하여 제조 비용을 줄이고, 액티브 펜의 센싱 성능을 높인 터치 디스플레이 장치에 관한 것이다.
터치 스크린 장치는 액정 표시 장치, 전계 방출 표시 장치, 플라즈마 표시 장치, 전계 발광 표시 장치, 전기 영동 표시 장치, 및 유기 발광 표시 장치 등의 영상 표시 장치에 설치되어 사용자가 표시 장치를 보면서 손가락이나 펜 등으로 화면과 직접 접촉하여 정보를 입력하는 입력 장치의 한 종류이다.
터치 스크린은 이동 통신 단말기, 전자 수첩, 전자 책, PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, UMPC(Ultra Mobile PC), 모바일 폰, 스마트 폰, 태블릿 PC(Personal Computer), 및 와치 폰(watch phone) 등과 같은 휴대용 전자 기기뿐만 아니라 텔레비전, 노트북, 및 모니터 등과 같은 각종 전자 기기의 입력 장치에 채용되고 있다. 특히, 펜을 이용한 터치 입력 방식은 손가락에 의한 입력에 비해 더 세밀한 입력이 가능하므로 필기, 스케치, 및 세밀한 그림 그리기 등의 그래픽 작업을 수행하는데 적합하다.
터치 스크린은 터치 센싱 방식에 따라, 저항 방식, 정전 용량 방식, 및 전자기 방식 등으로 구분될 수 있다. 저항 방식은 직류 전압을 인가한 상태에서 압력에 의해 눌려진 위치를 전류량의 변화에 의해 감지한다. 정전용량 방식은 교류 전압을 인가한 상태에서 커패시턴스 커플링(Capacitance Coupling)을 이용하여 감지한다. 전자기 방식은 액티브 펜(또는 액티브 펜)에 구비된 공진 회로의 구동에 따라 발생되는 전자기 신호를 안테나 루프에 유도하고, 안테나 루프에 유도된 전자기 신호를 이용해 액티브 펜의 터치 좌표를 검출한다.
도 1은 종래 기술에 따른 터치 스크린 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 터치 스크린 장치는 액정 패널(10) 상부에 애드-온(add-on) 방식으로 안테나 루프 필름(20)을 배치하여 액티브 펜의 터치를 센싱한다. 안테나 루프 필름(20)에는 X축 안테나 루프(22) 및 Y축 안테나 루프(24)가 배치되어 있다. 액정 패널(10)에는 인셀 터치(in cell touch) 방식으로 손가락 터치 센서가 배치되어 있어, 손가락의 터치를 센싱한다.
손가락 터치의 센싱은 상호 정전 용량 방식의 터치 센싱을 이용하는 것으로, 서로 교차하는 터치 구동 전극과 터치 센싱 전극의 교차부에 형성되는 상호 정전 용량을 센싱하여 손가락 터치의 유무를 판단한다.
액티브 펜 터치의 센싱은 자기 용량 방식의 터치 센싱을 이용하는 것으로, 터치 구동 전극과 터치 센싱 전극 모두를 터치 구동 전극을 사용한다. 터치 구동 전극에 인가되는 터치 구동 펄스에 따라 액티브 펜에 마련된 공진 회로의 공진 주파수에 의해 발생되어 안테나 루프에 유도되는 전자기 신호를 수신하여 펜 터치의 유무를 판단한다.
이러한, 종래 기술에 따른 터치 스크린 장치는 액티브 펜 터치의 센싱을 위한 안테나 루프 필름(20)을 액정 패널(10) 상부에 배치함으로, 두께가 두꺼워는 단점이 있다. 또한, 별도로 안테나 루프 필름(20)을 마련해야 함으로 제조 비용이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명은 앞에서 설명한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 손가락 터치를 위한 터치 센서 및 액티브 펜 터치를 위한 안테나 루프를 액정 패널 내부에 배치한 터치 디스플레이 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 디스플레이 장치는 복수의 터치 구동 전극 및 복수의 터치 센싱 전극이 배치된 액정 패널, 복수의 터치 구동 전극을 선택으로 연결시켜 X축 방향의 안테나 루프를 형성하는 스위칭 블록, 복수의 터치 센싱 전극을 선택적으로 연결시켜 Y축 방향의 안테나 루프를 형성하는 복수의 스위치, 스위칭 블록 및 복수의 스위치를 제어하는 터치 드라이버를 포함한다. 각 프레임은 시분할된 디스플레이 기간, 제1 터치 모드 기간 및 제2 터치 모드 기간을 포함하고, 복수의 터치 구동 전극 및 복수의 터치 센싱 전극은, 디스플레이 기간 동안 디스플레이용 공통 전극으로 이용되고, 제1 및 제2 터치 모드 기간을 터치 전극으로 이용된다. 제1 터치 모드 기간 동안, 터치 드라이버는 복수의 터치 구동 전극 및 복수의 터치 센싱 전극을 이용하여 손가락의 터치에 따른 정전 용량 변화를 센싱하고, 제2 터치 모드 기간 동안, 터치 드라이버는 X축 방향의 안테나 루프를 형성하고, Y축 방향의 안테나 루프를 형성하고, 액티브 펜의 터치에 따라 안테나 루프를 통해 유도되는 전자기 신호를 센싱할 수 있다. 각 프레임은 시분할된 복수의 디스플레이 기간과, 복수의 제1 터치 모드 기간과, 복수의 제2 터치 모드 기간을 포함할 수 있다.
제2 터치 모드 기간 동안, 제1 행에 배치된 터치 구동 전극의 제1 측과 제2 행에 배치된 터치 구동 전극의 제1 측이 연결이 연결되고, 상기 제1 행에 배치된 터치 구동 전극의 제2 측이 상기 터치 드라이버의 리시버 단자와 연결되고, 상기 제2 행에 배치된 터치 구동 전극의 제2 측이 그라운드(GND)에 연결되어 X축 방향의 안테나 루프가 형성된다.
제2 터치 모드 기간 동안, 제1 행에 배치된 터치 구동 전극의 제1 측과 제3 행에 배치된 터치 구동 전극의 제1 측이 연결이 연결되고, 상기 제1 행에 배치된 터치 구동 전극의 제2 측이 상기 터치 드라이버의 리시버 단자와 연결되고, 상기 제3 행에 배치된 터치 구동 전극의 제2 측이 그라운드(GND)에 연결되어 X축 방향의 안테나 루프가 형성된다.
제2 터치 모드 기간 동안, 제1 터치 센싱 전극의 제1 측은 상기 터치 드라이버에 연결되고, 제2 터치 센싱 전극의 제1 측은 그라운드(GND)에 연결되고, 상기 제1 터치 센싱 전극의 제2 측과 상기 제2 터치 센싱 전극의 제2 측이 연결되어 Y축 방향의 안테나 루프가 형성된다.
디스플레이 기간과, 제1 터치 모드 기간과, 제2 터치 모드 기간이 시간 경과에 따라 번갈아가며 배치될 수 있다.
시간 경과에 따라, 디스플레이 기간 및 제1 터치 모드 기간으로 시분할된 제1 기간과, 디스플레이 기간 및 제2 터치 모드 기간으로 시분할된 제2 기간이, 시간 경과에 따라 번갈아가며 배치되거나, 복수개의 제1 기간과, 복수개의 제2 기간이, 시간 경과에 따라 번갈아가며 배치될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 디스플레이 장치는 복수의 터치 구동 전극과 복수의 터치 센싱 전극 사이에 배치되어 빛샘 발생을 방지하는 복수의 그라운드 라인을 더 포함하고, 제2 터치 모드 기간 동안 복수의 그라운드 라인을 선택적으로 연결시켜 Y축 방향의 안테나 루프를 형성하는 복수의 스위치를 더 포함할 수 있다.
복수의 그라운드 라인은, 복수의 터치 구동 전극 및 복수의 터치 센싱 전극과 독립적으로 배치되고, 복수의 터치 센싱 전극 각각의 양측에서 각 터치 센싱 전극과 나란하게 배치된 제1 및 제2 그라운드 라인을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 손가락 터치를 위한 터치 센서 및 액티브 펜 터치를 위한 안테나 루프를 액정 패널 내부에 배치하여, 터치 디스플레이 장치의 두께를 줄이고 제조 비용을 절감할 수 있다.
이 밖에도, 본 발명의 실시 예들을 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 새롭게 파악될 수도 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 터치 스크린 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 디스플레이 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 디스플레이 장치의 손가락 터치 센싱 시 스위칭 블록의 구동 방법을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 디스플레이 장치의 액티브 펜 터치 센싱 시 스위칭 블록의 구동 방법을 나타내는 도면이다.
도 5 내지 도 7은 터치 구동 전극을 이용하여 X축 안테나 루프를 형성한 것을 나타내는 도면이다.
도 8은 터치 센싱 전극을 이용하여 Y축 안테나 루프를 형성한 것을 나타내는 도면이다.
도 9는 그라운드 라인을 이용하여 Y축 안테나 루프를 형성한 것을 나타내는 도면이다.
도 10 내지 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 디스플레이 장치의 디스플레이 구동, 손가락 터치 센싱 및 액티브 펜 터치 센싱의 구동 방법을 나타내는 도면이다.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명의 핵심 구성과 관련이 없는 경우 및 본 발명의 기술분야에 공지된 구성과 기능에 대한 상세한 설명은 생략될 수 있다. 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
'적어도 하나'의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, '제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중에서 적어도 하나'의 의미는 제1 항목, 제2 항목 또는 제3 항목 각각 뿐만 아니라 제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
본 발명의 여러 실시 예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시 예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
액정 디스플레이 장치는 액정층의 배열을 조절하는 방식에 따라 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 등 다양하게 개발되어 있다.
그 중에서, TN 모드와 VA 모드는 하부기판에 픽셀 전극을 형성하고 상부기판(컬러필터 어레이 기판)에 공통 전극을 형성하여 수직 전계를 통해 액정층의 배열을 조절하는 방식이다.
한편, IPS 모드와 상기 FFS 모드는 하부기판 상에 픽셀 전극과 공통 전극을 배치하여 상기 픽셀 전극과 공통 전극 사이의 전계에 의해 액정층의 배열을 조절하는 방식이다.
IPS 모드는 상기 픽셀 전극과 공통 전극을 평행하게 교대로 배열함으로써 양 전극 사이에서 수평 전계를 일으켜 액정층의 배열을 조절하는 방식이다.
FFS 모드는 상기 픽셀 전극과 상기 공통 전극을 절연층을 사이에 두고 이격되도록 형성시킨다. 이때, 하나의 전극은 판(plate) 형상 또는 패턴으로 구성하고 다른 하나의 전극은 핑거(finger) 형상으로 구성하여 양 전극 사이에서 발생되는 프린지 필드(Fringe Field)를 통해 액정층의 배열을 조절하는 방식이다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 패널은 모드(mode)의 제한 없이 수직 전계 방식(TN 모드, VA 모드) 및 수평 전계 방식(IPS 모드, FFS 모드)이 모두 적용될 수 있으며, 아래의 상세한 설명에서는 IPS 모드 또는 FFS 모드가 적용된 것을 일 예로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 터치 디스플레이 장치와 이의 구동 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 디스플레이 장치를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 터치 디스플레이 장치는 액정 패널(100), 터치 드라이버(200), 스위칭 블록(300), 디스플레이 드라이버(미도시) 및 백라이트 유닛을 포함한다. 도 2에서는 디스플레이 드라이버 및 백라이트 유닛은 도시하지 않았다.
액정 패널(100)에는 화상을 표시하기 위한 픽셀이 배열되어 있고, 손가락 터치 센싱 및 액티브 펜 터치를 위한 복수의 터치 전극이 배열되어 있다. 액정 패널(100)은 복수의 픽셀, TFT, 픽셀 전극, 공통 전극 및 스토리지 커패시터(Cst)가 배치된 TFT 어레이 기판과, 각 픽셀에 대응되도록 RGB 컬러필터가 배치된 컬러필터 어레이 기판과, 상기 두 기판 사이에 개재된 액정층을 포함한다.
여기서, 복수의 픽셀은 서로 교차하는 복수의 데이터 라인(data line)과 복수의 게이트 라인(gate line)에 의해 정의된다. 상기 데이터 라인과 상기 게이트 라인이 교차되는 영역 마다 TFT 및 스토리지 커패시터(Cst)가 배치되어 있다.
TFT 어레이 기판의 각 픽셀에는 픽셀 전극(미도시)이 배치되어 있고, 각 픽셀에 대응하도록 공통 전극이 배치되어 있다. 픽셀 전극 및 공통 전극은 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 전도성 물질로 형성되어 있다.
공통 전극을 디스플레이를 위한 용도뿐만 아니라 터치 전극으로 이용한다. 이를 위해서, 공통 전극을 패터닝하여 복수의 터치 구동 전극(110, Tx 전극) 및 터치 센싱 전극(120, Rx 전극)을 형성한다.
여기서, 상호 정전 용량 방식으로 손가락 터치를 센싱하기 위해서, 복수의 터치 구동 전극(110) 및 복수의 터치 센싱 전극(120)이 배치되어 있다.
복수의 터치 센싱 전극(120)은 라인 형태로 세로 방향으로 배치되어 있다. 그리고, 복수의 터치 구동 전극(110)은 터치 센싱 전극(120)을 사이에 두고 배치되며, 컨택홀과 브릿지 패턴을 이용하여 터치 구동 전극(110)이 가로 방향으로 연결되어 있다.
복수의 터치 구동 전극(110) 각각은 복수의 제1 터치 신호 라인(115)을 통해 터치 드라이버(200)에 연결된다. 그리고 복수의 터치 센싱 전극(120) 각각은 복수의 제2 터치 신호 라인(117)을 통해 터치 드라이버(200)에 연결된다.
터치 드라이버(200)는 연성 회로 필름에 실장되어 액정 패널(100)에 마련된 패드부에 배치된다. 터치 드라이버(200)는 복수의 터치 구동 전극(110), 복수의 터치 센싱 전극(120) 및 안테나 루프와 연결된다.
여기서, 상기 터치 드라이버(200)는 인쇄 회로 기판(미도시)에 실장될 수도 있으며, 이 경우, 상기 터치 드라이버(200)는 액정 패널(100)의 패드부와 인쇄 회로 기판 간에 연결되는 신호 전달 필름(미도시)을 통해 복수의 터치 구동 전극(110)과 복수의 터치 센싱 전극(120) 및 안테나 루프에 연결될 수 있다.
터치 드라이버(200)는 디스플레이 드라이버에 구성된 타이밍 컨트롤러에서 공급되는 터치 센싱 모드 신호에 응답하여 액정 패널(100)을 손가락 터치 센싱 모드 또는 펜 터치 센싱 모드로 동작시킨다.
터치 드라이버(200)는 스위칭 블록(300)의 동작을 제어하는 스위치 제어신호를 생성하고, 생성된 스위치 제어 신호를 스위칭 블록(300)에 인가한다. 그리고, 복수의 스위치(125a, 125b)의 동작을 제어하기 위한 스위치 인에이블 신호를 생성하고, 생성된 스위치 인에이블 신호를 복수의 스위치(125a, 125b)에 인가한다.
예를 들어, 상기 터치 드라이버(200)는 액정 패널(100)을 1 프레임 단위로 펜 터치 센싱 모드와 손가락 터치 센싱 모드로 구동하거나, 하나의 프레임 내에서 펜 터치 센싱 모드와 손가락 터치 센싱 모드를 시분할 구동할 수 있다.
손가락 터치 센싱 모드에서, 터치 드라이버(200)는 복수의 터치 구동 전극(110)에 순차적으로 터치 구동 펄스를 인가하고, 복수의 터치 센싱 전극(120) 각각의 정전 용량 변화를 센싱하여 손가락 센싱 데이터를 생성한다. 그리고, 생성된 손가락 센싱 데이터를 타이밍 컨트롤러에 제공한다.
그리고, 펜 터치 센싱 모드에서, 터치 드라이버(200)는 고유 공진 주파수를 기반으로 터치 구동 펄스를 생성하여 사전에 설정된 순서에 따라 복수의 터치 구동 전극(110)과 복수의 터치 센싱 전극(120)에 순차적으로 인가한다. 그리고, 터치 구동 펄스를 인가할 때마다 터치 구동 펄스에 따라 액티브 펜의 공진 회로에서 발생되는 전자기 신호에 의해 안테나 루프에 유도되는 전자기 신호를 수신한다.
여기서, 터치 드라이버(200)는 안테나 루프로부터 수신된 전자기 신호를 기반으로 각 터치 전극의 위치에 대응되는 펜 센싱 데이터를 생성하여 타이밍 컨트롤러에 제공한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 디스플레이 장치의 손가락 터치 센싱 시 스위칭 블록의 구동 방법을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 손가락 터치 센싱 모드에서, 스위칭 블록(300)은 복수의 터치 구동 전극(110)이 더블 라우팅(double routing) 구조로 동작되도록 좌측 터치 구동 전극(TX1_L~ TX6_L)과 우측 터치 구동 전극(TX1_R~ TX6_R)을 쇼트시킨다. 터치 드라이버(200)에서 출력된 터치 구동 신호는 스위칭 블록(300)을 경유하여 액정 패널(100)에 배치된 복수의 터치 구동 전극(110)에 공급된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 디스플레이 장치의 액티브 펜 터치 센싱 시 스위칭 블록의 구동 방법을 나타내는 도면이고, 도 5 내지 도 7은 터치 구동 전극을 이용하여 X축 안테나 루프를 형성한 것을 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 액티브 펜 센싱 모드에서, 스위칭 블록(300)은 터치 드라이버(200)에서 인가되는 스위칭 제어신호에 따라 동작하여, 복수의 터치 구동 전극(110)을 선택적으로 연결시켜 적어도 하나의 안테나 루프를 형성한다.
도 4(A)에 도시된 바와 같이, 제1 행에 배치된 터치 구동 전극의 우측(TX1_R)과 제2 행에 배치된 터치 구동 전극의 우측(TX2_R)을 연결시킨다. 그리고, 제1 행에 배치된 터치 구동 전극의 좌측(TX1_L)은 터치 드라이버(200)의 리시버 단자와 연결시키고, 제2 행에 배치된 터치 구동 전극의 좌측(TX2_L)은 그라운드(GND)에 연결시킨다. 이를 통해, 제1 행에 배치된 터치 구동 전극들과 제2 행에 배치된 터치 구동 전극들로 X축의 제1 안테나 루프(AL1)를 형성할 수 있다.
도 4(B)에 도시된 바와 같이, 제1 행에 배치된 터치 구동 전극의 좌측(TX1_L)과 제2 행에 배치된 터치 구동 전극의 좌측(TX2_L)을 연결시킨다. 그리고, 제1 행에 배치된 터치 구동 전극의 우측(TX1_R)은 터치 드라이버(200)의 리시버 단자와 연결시키고, 제2 행에 배치된 터치 구동 전극의 우측(TX2_R)은 그라운드(GND)에 연결시킨다. 이를 통해, 제1 행에 배치된 터치 구동 전극들과 제2 행에 배치된 터치 구동 전극들로 X축의 제1 안테나 루프(AL1)를 형성할 수 있다.
이와 동일한 방법으로, 제3 행에 배치된 터치 구동 전극들과 제4 행에 배치된 터치 구동 전극들로 X축의 제2 안테나 루프(AL2)를 형성할 수 있다. 그리고, 제5 행에 배치된 터치 구동 전극들과 제6 행에 배치된 터치 구동 전극들로 X축의 제3 안테나 루프(AL3)를 형성할 수 있다.
도 6을 참조하면, 제1 행에 배치된 터치 구동 전극의 우측(TX1_R)과 제3 행에 배치된 터치 구동 전극의 우측(TX3_R)을 연결시킨다. 그리고, 제1 행에 배치된 터치 구동 전극의 좌측(TX1_L)은 터치 드라이버(200)의 리시버 단자와 연결시키고, 제3 행에 배치된 터치 구동 전극의 좌측(TX3_L)은 그라운드(GND)에 연결시킨다. 이를 통해, 제1 행에 배치된 터치 구동 전극들과 제3 행에 배치된 터치 구동 전극들로 X축의 제1 안테나 루프(AL1)를 형성할 수 있다.
이와 동일한 방법으로, 제2 행에 배치된 터치 구동 전극의 우측(TX2_R)과 제3 행에 배치된 터치 구동 전극의 우측(TX3_R)을 연결시킨다. 그리고, 제2 행에 배치된 터치 구동 전극의 좌측(TX2_L)은 터치 드라이버(200)의 리시버 단자와 연결시키고, 제3 행에 배치된 터치 구동 전극의 좌측(TX3_L)은 그라운드(GND)에 연결시킨다. 이를 통해, 제2 행에 배치된 터치 구동 전극들과 제3 행에 배치된 터치 구동 전극들로 X축의 제2 안테나 루프(AL2)를 형성할 수 있다.
도 7을 참조하면, 제1 행에 배치된 터치 구동 전극의 우측(TX1_R)과 제3 행에 배치된 터치 구동 전극의 우측(TX3_R)을 연결시킨다. 그리고, 제1 행에 배치된 터치 구동 전극의 좌측(TX1_L)은 터치 드라이버(200)의 리시버 단자와 연결시키고, 제3 행에 배치된 터치 구동 전극의 좌측(TX3_L)은 그라운드(GND)에 연결시킨다. 이를 통해, 제1 행에 배치된 터치 구동 전극들과 제3 행에 배치된 터치 구동 전극들로 X축의 제1 안테나 루프(AL1)를 형성할 수 있다.
이와 동일한 방법으로, 제2 행에 배치된 터치 구동 전극의 우측(TX2_R)과 제4 행에 배치된 터치 구동 전극의 우측(TX4_R)을 연결시킨다. 그리고, 제2 행에 배치된 터치 구동 전극의 좌측(TX2_L)은 터치 드라이버(200)의 리시버 단자와 연결시키고, 제4 행에 배치된 터치 구동 전극의 좌측(TX4_L)은 그라운드(GND)에 연결시킨다. 이를 통해, 제2 행에 배치된 터치 구동 전극들과 제4 행에 배치된 터치 구동 전극들로 X축의 제2 안테나 루프(AL2)를 형성할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 디스플레이 장치는 인셀 터치 방식으로 액정 패널 내부에 형성된 복수의 터치 구동 전극을 이용하여 X축 방향의 루프 안테나를 형성할 수 있다. 이를 통해, 터치 디스플레이 장치의 두께를 줄이고, 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, X축 방향의 루프 안테나를 터치 디스플레이 장치의 내부에 내장함으로써 액티브 펜의 센싱 성능을 높일 수 있다.
도 8은 터치 센싱 전극을 이용하여 Y축 안테나 루프를 형성한 것을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 제1 터치 센싱 전극(RX1)의 제1 단자는 터치 드라이버(200)와 연결되고, 제2 단자는 제1 스위치(125a, SW1)와 연결된다.
제2 터치 센싱 전극(RX2)의 제1 단자는 터치 드라이버(200)와 연결되고, 제2 단자는 제1 스위치(125a, SW1)와 연결된다.
제3 터치 센싱 전극(RX3)의 제1 단자는 터치 드라이버(200)와 연결되고, 제2 단자는 제2 스위치(125b, SW2)와 연결된다.
제4 터치 센싱 전극(RX4)의 제1 단자는 터치 드라이버(200)와 연결되고, 제2 단자는 제2 스위치(125b, SW2)와 연결된다.
제1 스위치(125a, SW1)는 터치 드라이버(300)에서 입력되는 스위치 인에이블 신호에 따라 동작하여, 제1 터치 센싱 전극(RX1)의 제2 단자와 제2 터치 센싱 전극(RX2)의 제2 단자를 연결시키거나, 단락 시킨다.
제1 스위치(125a, SW1)를 이용하여 제1 터치 센싱 전극(RX1)의 제2 단자와 제2 터치 센싱 전극(RX2)의 제2 단자를 연결시켜, 제1 터치 센싱 전극(RX1)과 제2 터치 센싱 전극(RX2)으로 Y축의 제1 안테나 루프(AL1)을 형성할 수 있다.
이어서, 제2 스위치(125b, SW2)는 터치 드라이버(300)에서 입력되는 스위치 인에이블 신호에 따라 동작하여, 제3 터치 센싱 전극(RX3)의 제2 단자와 제4 터치 센싱 전극(RX4)의 제2 단자를 연결시키거나, 단락 시킨다.
제2 스위치(125b, SW2)를 이용하여 제3 터치 센싱 전극(RX3)의 제2 단자와 제4 터치 센싱 전극(RX4)의 제2 단자를 연결시켜, 제2 터치 센싱 전극(RX2)과 제4 터치 센싱 전극(RX4)으로 Y축의 제2 안테나 루프(AL2)을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 디스플레이 장치는 인셀 터치 방식으로 액정 패널 내부에 형성된 복수의 터치 센싱 전극을 이용하여 Y축 방향의 루프 안테나를 형성할 수 있다. 이를 통해, 터치 디스플레이 장치의 두께를 줄이고, 제조 비용을 절감할 수 있다.
도 9는 그라운드 라인을 이용하여 Y축 안테나 루프를 형성한 것을 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 기생 커패시턴스 및 빛샘이 발생하는 것을 방지하기 위해, 터치 구동 전극(110)과 터치 센싱 전극(120) 사이에는 복수의 그라운드 라인(130)이 배치되어 있다. 그리고, 터치 드라이버(200)에서 인가되는 스위치 인에이블 신호에 따라 구동되어, 복수의 그라운드 라인(130)을 선택적으로 연결시키는 복수의 스위치(125c, 125d)가 더 배치되어 있다. 본 발명에서는 복수의 그라운드 라인(130)을 이용하여 Y축의 안테나 루프를 형성할 수 있다.
제1 터치 센싱 전극(RX1)의 좌측에 배치된 제1 그라운드 라인(G1_L)의 제1 단자는 터치 드라이버(200)에 연결되고, 제2 단자는 제3 스위치(125c, SW3)와 연결된다.
제2 터치 센싱 전극(RX2)의 우측에 배치된 제2 그라운드 라인(G1_R)의 제1 단자는 터치 드라이버(200)에 연결되고, 제2 단자는 제3 스위치(125c, SW3)와 연결된다.
제3 터치 센싱 전극(RX3)의 좌측에 배치된 제3 그라운드 라인(G2_L)의 제1 단자는 터치 드라이버(200)에 연결되고, 제2 단자는 제4 스위치(125d, SW4)와 연결된다.
제4 터치 센싱 전극(RX4)의 우측에 배치된 제4 그라운드 라인(G2_R)의 제1 단자는 터치 드라이버(200)에 연결되고, 제2 단자는 제4 스위치(125d, SW4)와 연결된다.
제3 스위치(125c, SW3)는 터치 드라이버(300)에서 입력되는 스위치 인에이블 신호에 따라 동작하여, 제1 그라운드 라인(G1_L)의 제2 단자와 제2 그라운드 라인(G1_R)의 제2 단자를 연결시키거나, 단락 시킨다.
제3 스위치(125c, SW3)를 이용하여 제1 그라운드 라인(G1_L)의 제2 단자와 제2 그라운드 라인(G1_R)의 제2 단자를 연결시켜, 제1 그라운드 라인(G1_L)과 제2 그라운드 라인(G1_R)으로 Y축의 제1 안테나 루프(AL1)을 형성할 수 있다.
이어서, 제4 스위치(125d, SW4)는 터치 드라이버(300)에서 입력되는 스위치 인에이블 신호에 따라 동작하여, 제3 그라운드 라인(G2_L)의 제2 단자와 제4 그라운드 라인(G2_R)의 제2 단자를 연결시키거나, 단락 시킨다.
제4 스위치(125d, SW4)를 이용하여 제3 그라운드 라인(G2_L)의 제2 단자와 제4 그라운드 라인(G2_R)의 제2 단자를 연결시켜, 제3 그라운드 라인(G2_L)과 제4 그라운드 라인(G2_R)으로 Y축의 제2 안테나 루프(AL2)을 형성할 수 있다.
위에서는 제3 스위치(125c, SW3) 및 제4 스위치(125d, SW4)를 이용하여 그라운드 라인들을 연결시키는 것으로 설명했으나, 이에 한정되지 않고 컨택홀을 통해서 그라운드 라인들을 연결시킬 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 디스플레이 장치는 인셀 터치 방식으로 액정 패널 내부에서 터치 구동 전극과 터치 센싱 사이에 배치된 복수의 그라운드 라인을 이용하여 Y축 방향의 루프 안테나를 형성할 수 있다. 이를 통해, 터치 디스플레이 장치의 두께를 줄이고, 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, Y축 방향의 루프 안테나를 터치 디스플레이 장치의 내부에 내장함으로써 액티브 펜의 센싱 성능을 높일 수 있다.
도 10 내지 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 디스플레이 장치의 디스플레이 구동, 손가락 터치 센싱 및 액티브 펜 터치 센싱의 구동 방법을 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 제1 프레임 기간에 중 디스플레이 기간에는 화상을 표시하고, 터치 기간에는 손가락 터치 센싱 모드로 동작하여 손가락 터치를 센싱할 수 있다.
이어서, 제2 프레임 기간에 중 디스플레이 기간에는 화상을 표시하고, 터치 기간에는 액티브 펜 터치 센싱 모드로 동작하여 액티브 펜의 터치를 센싱할 수 있다.
도 11을 참조하면, 제1 프레임 기간에 중 디스플레이 기간에는 화상을 표시하고, 터치 기간을 1/2로 분할하여 손가락 터치 센싱 모드 및 액티브 펜 터치 센싱 모드를 동작할 수 있다.
손가락 터치 센싱 모드 기간에는 때에는 손가락 터치 센싱 모드로 동작하여 손가락 터치를 센싱하고, 액티브 펜 터치 센싱 모드 기간에는 액티브 펜 터치 모드로 동작하여 액티브 펜의 터치를 센싱할 수 있다.
이어서, 제2 프레임 기간에는 상기 제1 프레임 기간과 동일하게 동작한다.
도 12를 참조하면, 제1 프레임 기간을 4분할하여 디스플레이 기간과 터치 기간을 교번적으로 배치한다. 1프레임 기간 중, 제1 디스플레이 기간에는 화상을 표시하고, 제1 터치 기간에는 손가락 터치 센싱 모드로 동작하여 손가락 터치를 센싱한다. 그리고, 제2 디스플레이 기간에는 화상을 표시하고, 제2 터치 기간에는 액티브 펜 터치 센싱 모드로 동작하여 액티브 펜의 터치를 센싱한다.
이어서, 제2 프레임 기간에는 상기 제1 프레임 기간과 동일하게 동작한다.
도 13을 참조하면, 제1 프레임 기간을 4분할하여 디스플레이 기간과 터치 기간을 교번적으로 배치한다. 1프레임 기간 중, 제1 디스플레이 기간에는 화상을 표시한다. 그리고, 제1 터치 기간에는 손가락 터치 센싱 모드로 동작하여 손가락 터치를 센싱한 후, 액티브 펜 터치 센싱 모드로 동작하여 액티브 펜의 터치를 센싱한다.
이어서, 1프레임 기간 중, 제2 디스플레이 기간에는 화상을 표시한다. 그리고, 제2 터치 기간에는 손가락 터치 센싱 모드로 동작하여 손가락 터치를 센싱한 후, 액티브 펜 터치 센싱 모드로 동작하여 액티브 펜의 터치를 센싱한다.
이어서, 제2 프레임 기간에는 상기 제1 프레임 기간과 동일하게 동작한다.
도 14를 참조하면, 제1 프레임 기간을 2분할하여 디스플레이 기간과 터치 기간을 교번적으로 배치한다. 제1 프레임의 전반부에는 디스플레이 구동과 손가락 터치 센싱 모드를 3번 반복 배치하여, 화상을 표시와 손가락 터치 센싱이 교번적으로 구동되도록 한다. 이어서, 제1 프레임의 후반부에는 디스플레이 구동과 액티브 펜 터치 센싱 모드를 3번 반복 배치하여, 화상을 표시와 액티브 펜 센싱이 교번적으로 구동되도록 한다.
이어서, 제2 프레임 기간에는 상기 제1 프레임 기간과 동일하게 동작한다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당 업자는 상술한 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: 액정 패널
110: 터치 구동 전극
115: 제1 터치 신호 라인
117: 제2 터치 신호 라인
120: 터치 센싱 전극
125a: 제1 스위치
125b: 제2 스위치
125c: 제3 스위치
125d: 제4 스위치
130: 그라운드 라인
200: 터치 드라이버
300: 스위칭 블록

Claims (5)

  1. 복수의 터치 구동 전극 및 복수의 터치 센싱 전극이 배치된 액정 패널;
    상기 복수의 터치 구동 전극을 선택으로 연결시켜 X축 방향의 안테나 루프를 형성하는 스위칭 블록;
    상기 복수의 터치 센싱 전극을 선택적으로 연결시켜 Y축 방향의 안테나 루프를 형성하는 복수의 스위치; 및
    상기 복수의 터치 구동 전극 및 상기 복수의 터치 센싱 전극과 연결되고, 상기 스위칭 블록 및 상기 복수의 스위치를 제어하는 터치 드라이버를 포함하고,
    각 프레임은 시분할된 디스플레이 기간, 제1 터치 모드 기간 및 제2 터치 모드 기간을 포함하고,
    상기 복수의 터치 구동 전극 및 복수의 터치 센싱 전극은, 상기 디스플레이 기간 동안 디스플레이용 공통 전극으로 이용되고, 상기 제1 및 제2 터치 기간 동안 터치 전극으로 이용되고,
    상기 제1 터치 모드 기간 동안, 상기 터치 드라이버는 상기 복수의 터치 구동 전극 및 상기 복수의 센싱 전극을 이용하여 손가락의 터치에 따른 정전 용량 변화를 센싱하고,
    상기 제2 터치 모드 기간 동안, 상기 터치 드라이버는 상기 X축 방향의 안테나 루프를 형성하고, 상기 Y축 방향의 안테나 루프를 형성하고, 액티브 펜의 터치에 따라 상기 안테나 루프를 통해 유도되는 전자기 신호를 센싱하며,
    상기 각 프레임은 시분할된 복수의 상기 디스플레이 기간과, 복수의 상기 제1 터치 모드 기간과, 복수의 상기 제2 터치 모드 기간을 포함하는 터치 디스플레이 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 터치 모드 기간 동안,
    제1 행에 배치된 터치 구동 전극의 제1 측과, 제2 행 및 제3 행 중 어느 한 행에 배치된 터치 구동 전극의 제1 측이 연결이 연결되고, 상기 제1 행에 배치된 터치 구동 전극의 제2 측이 상기 터치 드라이버와 연결되고, 상기 제2 행 및 제3 행 중 어느 한 행에 배치된 터치 구동 전극의 제2 측이 그라운드에 연결되어 상기 X축 방향의 안테나 루프가 형성되고,
    제1 터치 센싱 전극의 제1 측은 상기 터치 드라이버에 연결되고, 제2 터치 센싱 전극의 제1 측은 상기 그라운드에 연결되고, 상기 제1 터치 센싱 전극의 제2 측과 상기 제2 터치 센싱 전극의 제2 측이 연결되어 상기 Y축 방향의 안테나 루프가 형성된 터치 디스플레이 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 기간과, 상기 제1 터치 모드 기간과, 상기 제2 터치 모드 기간이 시간 경과에 따라 번갈아가며 배치되는 터치 디스플레이 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    시간 경과에 따라,
    상기 디스플레이 기간 및 상기 제1 터치 모드 기간으로 시분할된 제1 기간과, 상기 디스플레이 기간 및 상기 제2 터치 모드 기간으로 시분할된 제2 기간이, 시간 경과에 따라 번갈아가며 배치되거나,
    복수개의 상기 제1 기간과, 복수개의 상기 제2 기간이, 시간 경과에 따라 번갈아가며 배치되는 터치 디스플레이 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 터치 구동 전극과 상기 복수의 터치 센싱 전극 사이에 배치되어 빛샘 발생을 방지하는 복수의 그라운드 라인을 더 포함하고,
    상기 제2 터치 모드 기간 동안, 상기 복수의 그라운드 라인을 선택적으로 연결시켜 Y축 방향의 안테나 루프를 형성하는 복수의 스위치를 더 포함하고,
    상기 복수의 그라운드 라인은,
    상기 복수의 터치 구동 전극 및 상기 복수의 터치 센싱 전극과 독립적으로 배치되고,
    상기 복수의 터치 센싱 전극 각각의 양측에서 상기 각 터치 센싱 전극과 나란하게 배치된 제1 및 제2 그라운드 라인을 포함하는 터치 디스플레이 장치.
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