KR102298338B1 - 표시 장치 및 이의 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 특히 터치 인셀(touch in-cell) 구조에서 노이즈 없이 터치 검출의 정확성을 향상시킨 표시 장치 및 이의 구동 방법에 관한 것으로, 본 발명의 표시 장치는, 서로 교차하여 화소를 정의하는 복수개의 게이트 라인 및 데이터 라인을 갖는 표시 어레이와, 복수개의 센싱 라인을 갖는 터치 센싱 어레이를 포함한 표시 패널과, n(n은 2 이상의 자연수)개의 프레임을 주기로, 첫번째 내지 n번째 프레임들에 대해 각각, (n*k+1)번째 내지 n*(k+1) 번째들의 게이트 라인들(k는 0 이상의 정수)에 게이트 펄스를 공급하는 게이트 구동 회로와, 각 프레임에서, 상기 게이트 펄스가 공급되는 게이트 라인과 연결된 화소행들에 대해 데이터 라인으로 데이터 전압을 공급하는 데이터 구동 회로와, 상기 각 프레임에서 게이트 펄스를 공급하는 주기로 데이터 인에이블 신호의 타이밍 정보를 공급하는 타이밍 컨트롤러 및 상기 데이터 인에이블 신호의 인접한 인에이블 구간들 사이의 뱅크 구간동안 상기 센싱 라인들로부터 센싱 신호를 센싱하는 터치 센싱 회로를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

표시 장치 및 이의 구동 방법 {Display Device and Driving Method of the Same}
본 발명은 표시 장치에 관한 것으로, 특히 터치 인셀(touch in-cell) 구조에서 노이즈 없이 터치 검출의 정확성을 향상시킨 표시 장치 및 이의 구동 방법에 관한 것이다.
최근 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 전기적 정보신호를 시각적으로 표현하는 디스플레이 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 박형화, 경량화, 저소비 전력화의 우수한 성능을 지닌 여러가지 다양한 평판 표시 장치 (Flat Display Device)가 개발되어 기존의 브라운관(CRT: Cathode Ray Tube)을 빠르게 대체하고 있다.
이 같은 평판 표시 장치의 구체적인 예로는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display: LCD), 플라즈마 표시 장치(Plasma Display Panel Device: PDP), 전계방출 표시 장치(Field Emission Display Device: FED), 전기발광 표시 장치 (Electro Luminescence Display Device: ELD) 등을 들 수 있는데, 이들은 공통적으로 화상을 구현하는 평판 표시 패널을 필수적인 구성요소로 하는 바, 평판 표시 패널은 고유의 발광 또는 광학 이방성을 갖는 물질층을 사이에 두고 한쌍의 투명 절연기판을 대면 합착시킨 구성을 갖는다.
이와 같이 형성된 표시장치에 최근 사람의 손이나 별도의 입력 수단을 통해 터치 부위를 인식하고 이에 대응하여 별도의 정보를 전달할 수 있는 터치 패널을 부가하는 요구가 늘고 있다.
그리고, 터치 감지 방식에 따라, 저항 방식, 정전 용량 방식, 적외선 감지 방식 등으로 나뉘며, 제조 방식의 편이성 및 센싱력 등을 감안하여 최근 정전 용량 방식이 주목받고 있다.
현재 이러한 터치 감지를 위한 터치 센싱부는 표시 장치의 외부 표면에 부착하는 형태로 적용되고 있다. 이러한 터치 센싱부를 외부에 부착하는 방식은 애드온(add-on) 방식이라 하며, 터치 센싱부의 구성을 표시 장치의 내부로 가져오는 방식을 인셀(in-cell)방식으로 나뉠 수 있다. 전자의 애드온 방식의 변형예로 표시 장치의 일 기판을 형성면으로 이용할 경우는 온셀(on-cell) 방식이 별도로 정의되기도 한다.
각 방식의 장단점이 있으며, 예를 들어, 애드온 방식(온셀 방식 포함)의 경우, 전극 및 센서의 추가가 용이할 수 있으나 장치의 슬림화가 어렵고 공정이 추가되는 문제점이 있다. 반면, 터치 센싱부를 표시 장치의 내부 어레이와 함께 일체형으로 구비하는 경우, 전극 및 센서 추가가 공정적으로 어려운 점이 있고, 터치 패널의 구동이 표시 패널의 구동에 영향을 미치는 현상이 있을 수 있어, 이러한 전극 및 센서 추가는 용이하지 않으나 장치의 슬림화가 가능한 이점이 있다.
이하, 도면을 참조하여, 방식별 터치 구동 신호와 이의 노이즈 영향을 살펴본다.
도 1a 및 도 1b는 애드온 방식의 터치 센싱부 구비시와 인셀 방식의 터치 센싱부 구비시 각 터치 구동 신호 인가시 노이즈 발생 영향을 살펴본 개략도이다.
도 1a와 같이, 애드온(add-on) 방식의 터치 센싱부 구비시 표시 패널과, 터치 센싱부는 물리적으로 구분되어 형성되어 각각의 접지 구성을 포함할 수 있으므로, 터치 센싱부 입장에서는 표시 패널과 동시에 구동하더라도 표시 패널에서 나오는 전자기적 신호를 외부 노이즈라 할 때, 외부 노이즈에 의한 영향이 작다.
반면, 도 1b와 같이, 인셀 방식의 경우, 터치 센싱부에서 터치 구동 신호 발생시 인접한 표시 패널의 어레이의 구동에 따른 신호가 노이즈로 작용하여, 터치 센싱 전극으로 전달되는 터치 구동 신호에 노이즈가 가산되어, 정확한 터치 센싱이 어려운 문제가 있다.
도 2는 종래의 인셀 방식의 터치 센싱부 적용시 구동 방법을 나타낸 타이밍도이다.
따라서, 도 2와 같이, 종래의 인셀 방식의 터치 센싱부 적용시는, 표시 패널의 어레이 구동에 의해 터치 센싱부 구동이 영향받는 것을 배제하기 위해, 프레임을 시분할하여, 디스플레이 구동 구간과, 터치 구동 구간을 구분한다.
그런데, 이 경우, 프레임을 구분하여 시분할된 터치 구동 구간 내(5.7ms-경우에 따라 이 값은 가변될 수 있지만, 디스플레이 구간보다 일반적으로 작다)에, 터치 센싱부에 구비된 총 터치 구동 전극(또는 라인)들에 구동 신호들이 나뉘어 인가되어야 하므로, 실제 나뉘어진 터치 구동 신호의 인가 시간이 매우 짧아, 터치 검출에 충분한 시간이 아니며, 또한, 노이즈 발생시 필터로 걸러내기에 충분한 시간이 확보되지 않아 터치 검출에 정확성을 얻기 힘들다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 안출한 것으로 인셀(touch in-cell) 구조에서 노이즈 없이 고속 구동을 가능하게 한 표시 장치 및 이의 구동 방법에 관한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 표시 장치는, 서로 교차하여 화소를 정의하는 복수개의 게이트 라인 및 데이터 라인을 갖는 표시 어레이와, 복수개의 센싱 라인을 갖는 터치 센싱 어레이를 포함한 표시 패널과, n(n은 2 이상의 자연수)개의 프레임을 주기로, 첫번째 내지 n번째 프레임들에 대해 각각, (n*k+1)번째 내지 n*(k+1) 번째들의 게이트 라인들(k는 0 이상의 정수)에 게이트 펄스를 공급하는 게이트 구동 회로와, 각 프레임에서, 상기 게이트 펄스가 공급되는 게이트 라인과 연결된 화소행들에 대해 데이터 라인으로 데이터 전압을 공급하는 데이터 구동 회로와, 상기 각 프레임에서 게이트 펄스를 공급하는 주기로 데이터 인에이블 신호의 타이밍 정보를 공급하는 타이밍 컨트롤러 및 상기 데이터 인에이블 신호의 인접한 인에이블 구간들 사이의 뱅크 구간동안 상기 센싱 라인들로부터 센싱 신호를 센싱하는 터치 센싱 회로를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 표시 장치의 구동 방법은, 상기 각 프레임에서 게이트 펄스를 공급하는 주기로 데이터 인에이블 신호의 타이밍 정보를 공급하며, 상기 데이터 인에이블 신호의 인접한 인에이블 구간들 사이의 뱅크 구간동안 상기 센싱 라인들로부터 센싱 신호를 센싱하는 단계를 통해, 인터레이스 방식으로 구동되어, 데이터 인에이블 사이의 인터벌이 긴 뱅크를 통해, 터치 센싱을 하여, 터치 센싱에서 데이터 공급을 피하여, 노이즈를 방지하여 터치 정확성을 향상시킬 수 있다.
이 경우, 상기 인에이블 구간과 뱅크 구간은 교번하며, 상기 뱅크 구간은 상기 인에이블 구간 이상의 시간 폭을 갖게 하여, 충분한 뱅크 시간을 확보할 수 있다. 즉, 터치 센싱에 있어서 예를 들어, 60Hz 구동시 한 프레임은 약 16.7ms로, 2필드 인터레이스 구동을 한다면, 이 중 반분된 시간인 약 8.35ms 이상 터치 센싱에 확보할 수 있어, 종래의 디스플레이 구간과 터치 센싱 구간을 시분할하여 한번에 터치 센싱을 하는 방식 대비, 터치 검출 시간을 늘릴 수 있다.
또한, 인터레이스하는 필드 수를 늘릴 경우, 데이터 인에이블 구간 사이의 뱅크 시간이 필드 수의 배로 늘어나, 더욱 터치 검출 시간을 늘려 터치 검출 정확성을 향상시킬 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 표시 장치 및 이의 구동 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
n프레임들에 대해 한 화면의 데이터 정보를 전달하도록, n 필드 인터레이스 (n field interlace) 방식으로 n프레임들에서 게이트 라인들을 나누어 n개마다의 게이트 라인들에 게이트 펄스를 공급하고, 각 프레임에서 게이트 펄스를 공급하는 주기로 데이터 인에이블 신호의 타이밍 정보를 공급하며, 상기 데이터 인에이블 신호의 인접한 인에이블 구간들 사이의 뱅크 구간동안 터치 센싱을 하여, 긴 터치 센싱 시간을 확보할 수 있고, 또한, 터치 센싱시 데이터 공급을 피하여, 노이즈를 방지하여 터치 정확성을 향상시킬 수 있다.
이 경우, 상기 인에이블 구간과 뱅크 구간은 교번하며, 상기 뱅크 구간은 상기 인에이블 구간 이상의 시간 폭을 갖게 하여, 충분한 뱅크 시간을 확보할 수 있다. 즉, 터치 센싱에 있어서 예를 들어, 60Hz 구동시 한 프레임은 약 16.7ms로, 2필드 인터레이스 구동을 한다면, 이 중 반분된 시간인 약 8.35ms 이상 터치 센싱에 확보할 수 있어, 종래의 디스플레이 구간과 터치 센싱 구간을 시분할하여 한번에 터치 센싱을 하는 방식 대비, 터치 검출 시간을 늘릴 수 있다.
또한, 인터레이스하는 필드 수를 늘릴 경우, 데이터 인에이블 구간 사이의 뱅크 시간이 필드 수의 배로 늘어나, 더욱 터치 검출 시간을 늘려 터치 검출 정확성을 향상시킬 수 있다.
한편, 터치 센싱 외에 터치 구동 신호 인가도 상기 뱅크 구간을 이용할 수 있어, 디스플레이 구간의 데이터 공급과 오버랩되지 않게 되어, 정밀한 터치 검출이 가능하며, 한 프레임 내에서 데이터 공급량이 절반 이상 줄어 소비 전력을 저감할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 애드온 방식의 터치 센싱부 구비시와 인셀 방식의 터치 센싱부 구비시 각 터치 구동 신호 인가시 노이즈 발생 영향을 살펴본 개략도
도 2는 종래의 인셀 구조의 터치 센싱부 적용시 구동 방법을 나타낸 타이밍도
도 3은 본 발명의 표시 장치를 나타낸 블락도
도 4는 본 발명의 변형예에 따른 터치 센싱 회로를 나타낸 블락도
도 5는 도 4의 터치 센싱 회로와 연결된 표시 패널 내부 회로를 나타낸 도면
도 6은 도 3의 터치 센싱 회로와 연결된 표시 패널 내부 회로를 일 형태로 나타낸 도면
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표시 장치의 구동 방법을 나타낸 타이밍도
도 8a 및 도 8b는 도 7의 우수 프레임과 기수 프레임에서 디스플레이 구간의 표시가 이루어지는 화소 행들을 나타낸 도면
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시 장치의 구동 방법을 나타낸 타이밍도
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표시 장치의 구동 방법을 나타낸 타이밍도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 표시 장치 및 이의 구동 방법에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 표시 장치를 나타낸 블락도이다.
도 3과 같이, 본 발명의 표시 장치는, 서로 교차하여 화소를 정의하는 복수개의 게이트 라인 및 데이터 라인(도 5의 Gn, Dn 참조)을 갖는 표시 어레이와, 복수개의 센싱 라인(도 5의 Rn 참조)을 갖는 터치 센싱 어레이를 포함한 표시 패널(100)과, n(n은 2 이상의 자연수)개의 프레임을 주기로, 첫번째 내지 n번째 프레임들에 대해 각각, (n*k+1)번째 내지 n*(k+1) 번째들의 게이트 라인들(k는 0 이상의 정수)에 게이트 펄스를 공급하는 게이트 구동 회로(26, 30)와, 각 프레임에서, 상기 게이트 펄스가 공급되는 게이트 라인과 연결된 화소행들에 대해 데이터 라인으로 데이터 전압을 공급하는 데이터 구동 회로(24)와, 상기 각 프레임에서 게이트 펄스를 공급하는 주기로 데이터 인에이블 신호의 타이밍 정보를 공급하는 타이밍 컨트롤러(22) 및 상기 데이터 인에이블 신호의 인접한 인에이블 구간들 사이의 뱅크 구간동안 상기 센싱 라인들로부터 센싱 신호(Sn)를 센싱하는 터치 센싱 회로(300)를 포함하여 이루어진다.
보다 자세히 설명하면, 상기 표시 패널(100)에서, 상기 표시 어레이의 화소 상의 표시를 위해, 상기 게이트 라인들 및 데이터 라인들은, 각각 구동회로로 게이트 구동 회로(26, 30) 및 데이터 구동 회로(24)와 연결되고, 상기 센싱 라인은, 터치 센싱 회로(300)와 연결된다. 또한, 상기 게이트 구동 회로(26) 및 데이터 구동 회로(24), 터치 센싱 회로(300)는 각각 타이밍 제어를 위해, 모두 타이밍 컨트롤러(22)와 연결되며, 단일의 모듈(미도시) 내에 수납된다.
상기 표시 패널(100)은 액정 패널, 유기발광 표시 패널, 플라즈마 디스플레이 패널, 양자점 표시 패널, 전기 영동 표시 패널 등의 표시 패널일 수 있다. 이러한 표시 패널(100)은 구동원리에 따라 다양한 형태로 구현가능하나, 기본적으로 적어도 하나의 기판 상에 상술한 표시 어레이와 터치 센싱 어레이를 포함한다. 이하의 실시예에서는 그 일례로서, 액정 패널을 중심으로 설명한다. 그러나, 상기 표시 패널(100)의 형태는 액정 패널에 한하지 않으며, 언급된 다른 다양한 평판 표시 패널로 변경 적용 가능하다.
예를 들어, 상기 표시 패널(100)이 액정 패널일 경우, 표시 패널(100)은 두 장의 기판들 사이에 형성된 액정층을 포함한다. 기판들은 유리 기판, 플라스틱 기판, 필름 기판 등으로 제작될 수 있다. 표시 패널(100)의 하부 기판에 형성된 화소 어레이는 데이터라인들, 데이터라인들과 교차하는 게이트라인들, 매트릭스 형태로 배치된 화소들을 포함한다. 화소 어레이는 데이터라인들과 게이트라인들의 교차부들에 형성되는 다수의 TFT들, 화소들에 데이터전압을 충전시키기 위한 화소전극들, 화소전극들에 접속되어 화소 전압을 유지시키는 스토리지 커패시터(Storage Capacitor) 등을 더 포함한다.
표시 패널(100)의 화소들은 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)에 의해 정의된 화소 영역에 형성되어 매트릭스 형태로 배치된다. 화소들 각각의 액정셀은 화소전극에 인가되는 데이터전압과, 공통전극에 인가되는 공통전압의 전압차에 따라 인가되는 전계에 의해 구동되어 입사광의 투과량을 조절한다. TFT들(Thin Film Transistor)은 게이트라인으로부터의 게이트펄스에 응답하여 턴-온되어 데이터라인(D1~Dm)으로부터의 전압을 액정셀의 화소전극에 공급한다. 공통전극은 하부 기판이나 상부 기판에 형성될 수 있다.
표시 패널(100)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등을 포함할 수 있다. 표시 패널(100)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시 패널(100)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 스페이서가 형성된다.
이러한 표시 패널(100)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.
한편, 표시 패널(100)의 배면에는 선택적으로 백라이트 유닛이 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(Direct type) 백라이트 유닛으로 구현되어 표시 패널(100)에 빛을 조사한다.
상기 데이터 구동회로(24)와 게이트 구동회로(26, 30)를 이용하여 입력 영상 데이터를 표시 패널(100)의 화소들에 기입한다.
데이터 구동회로(24)는 타이밍 컨트롤러(22)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 발생한다. 데이터 구동회로(24)는 타이밍 컨트롤러(22)의 제어 하에 데이터전압을 데이터라인들에 공급하고, 데이터전압의 극성을 반전시킨다.
본 발명의 게이트 구동회로(26, 30)는 인터레이스 방식으로 구동되는 것으로, n(n은 2 이상의 자연수)개의 프레임을 주기로, 첫번째 내지 n번째 프레임들에 대해 각각, (n*k+1)번째 내지 n*k 번째들의 게이트 라인들(k는 0 이상의 정수)에 게이트 펄스를 공급한다. 예를 들어, 2 필드 인터레이스 방식의 구동에 있어서는, 기수번째 게이트 라인들은 기수 프레임에서, 우수번째 게이트 라인들은 우수 프레임에서 나뉘어 게이트 펄스가 공급된다. 각 프레임에서 기수번째 게이트 라인들에 대해 차례로, 우수번재 게이트 라인들에 차례로 게이트 펄스가 공급된다.
게이트 구동회로는 레벨 시프터(Level shifter, 26)와, 시프트 레지스터(Shift register, 30)를 포함한다. GIP(Gate in panel) 공정으로, 상기 시프트 레지스터(30)는 표시 패널(100)의 기판에 직접 형성될 수 있다.
레벨 시프터(26)는 표시 패널(100)의 하부 기판에 전기적으로 연결된 인쇄회로보드(Printed Circuit Board, 이하 "PCB"라 함)(20)에 형성될 수 있다. 레벨 시프터(26)는 타이밍 컨트롤러(22)의 제어 하에 게이트 하이 전압(VGH)과 게이트 로우 전압(VGL) 사이에서 스윙하는 클럭신호들을 출력한다. 게이트 하이 전압(VGH)은 표시 패널(100)의 화소 어레이에 형성된 TFT의 문턱 전압 이상의 전압으로 설정된다. 게이트 로우 전압(VGL)은 표시 패널(100)의 화소 어레이에 형성된 TFT의 문턱 전압 보다 낮은 전압으로 설정된다. 이러한 레벨 시프터(26)는 타이밍 컨트롤러(22)로부터 입력되는 스타트 펄스(ST), 제1 클럭(GCLK), 제2 클럭(MCLK)에 응답하여 각각 게이트 하이 전압(VGH)과 게이트 로우 전압(VGL) 사이에서 스윙하는 스타트 펄스(VST)와 클럭신호(CLK)를 출력한다. 레벨 시프터(26)로부터 출력된 클럭신호들(CLK)은 순차적으로 위상이 시프트되어 표시 패널(100)에 형성된 시프트 레지스터(30)로 전송된다.
시프트 레지스터(30)는 화소 어레이의 게이트 라인들과 연결되도록 화소 어레이가 형성되는 표시 패널(100)의 하부 기판 가장자리에 형성된다. 시프트 레지스터(30)는 종속적으로 접속된 다수의 스테이지들을 포함한다.
시프트 레지스터(30)는 레벨 시프터(26)로부터 입력되는 스타트펄스(VST)에 응답하여 동작하기 시작하고 클럭신호들(CLK)에 응답하여 출력을 시프트하여 표시 패널(100)의 게이트라인들에 게이트펄스를 순차적으로 공급한다.
타이밍 컨트롤러(22)는 외부의 호스트 시스템으로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 데이터 구동회로(24)의 IC(Integrated Circuit)들에 공급한다. 타이밍 컨트롤러(22)는 외부의 호스트 시스템으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 클럭 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동회로(24)와 게이트 구동회로(26, 30)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들을 발생한다.
여기서, 타이밍 컨트롤러(22) 또는 호스트 시스템은 차례로 데이터 인에이블 신호(DE)의 인에이블 구간 내에 복수개의 게이트 라인들에 연결된 각 화소 행의 데이터 라인들에 데이터 전압을 공급하며, 데이터 인에이블 구간들 사이의 뱅크 구간(bank)에서 터치 센싱 회로(300)를 통해 센싱 데이터를 수신한다.
터치 센싱 회로(300)는 터치 센싱 어레이의 배선들에 터치 구동 신호를 인가하고 터치 전후의 구동 신호 전압 변화나 구동 신호의 라이징 또는 폴링 에지 지연 시간을 카운트하여 정전 용량 변화를 센싱한다. 터치 센싱 회로(300)는 터치 스크린의 정전 용량 변화에 의해 수신된 센싱 신호를 디지털 데이터로 변환하여 터치 원시 데이터(Touch raw data)를 출력한다. 그리고 터치 센싱 회로(300)는 미리 설정된 터치 인식 알고리즘을 실행하여 터치 원시 데이터를 분석하여 터치(또는 근접) 입력을 검출한다.
도 4는 본 발명의 변형예에 따른 터치 센싱 회로를 나타낸 블락도이며, 도 5는 도 4의 터치 센싱 회로와 연결된 표시 패널 내부 회로를 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5와 같이, 터치 센싱 어레이가 복수개의 서로 교차된 스캔 라인(Tlm, Llm)과, 센싱 라인(Rn)으로 이루어질 때, 각 스캔 라인의 일측은 스캔 구동부(330)와 연결되고, 각 센싱 라인(Rn)의 일측은 센싱 라인 구동부(320)와 연결되어 각각의 구동이 제어된다. 여기서, 상기 스캔 구동부(330)는 센싱 제어부(310)에 연결되어 상기 스캔 라인들에 차례로 터치 구동 신호(Tn)을 인가받고, 상기 센싱 라인 구동부(320)는 센싱 제어부(310)에 연결되어 센싱 신호의 수신에 대한 타이밍을 제어받으며, 센싱 신호(Sn)를 수신한다.
여기서, 상기 스캔 라인은 일정 폭의 라인 상일 수 있으며, 이 경우, 복수개의 화소를 커버하는 블락을 한 단위로 하는 스캔 라인 패턴(Tlm)과 이격된 스캔 라인 패턴(Tlm)을 연결하는 연결 패턴(Llm)을 포함하는 형상일 수도 있다. 상기 스캔 라인 패턴(Tlm)은 도 5에 도시된 바와 같이, 사각형일 수도 있고, 혹은 마름모꼴일 수도 있고, 혹은 다른 형태의 다각형으로도 변경될 수 있다. 터치 센싱의 정확성을 위해, 이격된 각 스캔 라인 패턴의 형상은 동일한 것이 바람직하다. 또한, 상기 스캔 라인 패턴(Tlm)은 스캔 구동부(330)를 통해 터치 구동 신호(Tn)가 인가되는데, 라인별로 순차 인가되며, 표시 어레이가 인터레이스 방식으로 구동될 때, 프레임 내의 각 화소 행에 대한 데이터 인에이블(DE) 구간 사이에 상기 터치 구동 신호(Tn)가 인가된다.
한편, 상술한 표시 패널의 터치 센싱 어레이는 상기 스캔 라인(Tlm, Llm)과 상기 센싱 라인(Rn)간의 교차부마다 상호 전정 용량이 발생되고, 터치가 있을 때, 해당 부위에서 상호 정전 용량의 변화가 있어, 상기 상호 정전 용량의 변화를, 센싱 라인(Rn)을 통해 센싱하여, 정전용량의 변화가 있는 센싱 라인과 정전용량의 변화가 검출된 시점에 터치 구동 신호가 인가된 스캔 라인을 검출하여, 그 교차 위치를 터치 위치로 검출한다.
한편, 상술한 예의 터치 센싱 어레이는 교차되는 스캔 라인과 센싱 라인을 갖는 형태이지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 센싱 전극들을 터치 구동 신호 인가와 센싱 신호의 검출에 동시에 이용하는 방식도 가능하다.
도 6은 도 3의 터치 센싱 회로와 연결된 표시 패널 내부 회로를 일 형태로 나타낸 도면이다.
도 6과 같이, 센싱 전극(R1~Rn)을 매트릭스 상으로 배치시키고, 이들을 터치 센싱 회로(300)를 통해 차례로 연결하여, 터치 구동 신호(Tn)의 인가와 터치 센싱 신호(Sn)의 검출을 함께 한다. 이 경우, 터치 구동 신호(Tn)의 인가시점과, 터치 센싱 신호(Sn)의 검출 시점을 구분할 수 있으며, 특히, 터치 센싱 신호(Sn)의 검출을 표시 어레이의 각 화소 행에 데이터 전압이 인가되는 데이터 인에이블 구간들 사이의 뱅크 구간에서 터치 구동 신호 인가와 터치 센싱 신호의 검출이 이루어질 수 있다.
이하, 구체적으로 본 발명의 표시 장치의 구동 방법을 설명한다.
본 발명의 표시 장치의 구동 방법은 간략하게 설명하면, 표시 장치를 인터레이스(interlace) 방식으로 구동하며, 필드 수의 프레임들을 주기로 하여 표시 어레이에 구비된 복수개의 화소행들에 차례로 데이터가 공급되며, 각 프레임에서 데이터가 공급되는 인접한 데이터 인에이블 구간들 사이의 뱅크(bank) 구간을 터치 구동 신호 인가와 센싱 신호 검출에 이용하여, 터치 구동/센싱이 디스플레이 구동과 중첩되지 않아 노이즈 없이 정확한 터치 검출을 가능하게 한 것이다.
이하, 인터레이스의 필드 수에 따라 각 표시 장치의 구동 방법에 대해 설명한다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표시 장치의 구동 방법을 나타낸 타이밍도이며, 도 8a 및 도 8b는 도 7의 우수 프레임과 기수 프레임에서 디스플레이 구간의 표시가 이루어지는 화소 행들을 나타낸 도면이다.
도 7과 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표시 장치의 구동 방법은, 2필드 인터레이스(2 field interlace) 방식으로, 2 개의 프레임을 주기로, 표시 패널에 구비된 복수 행의 화소들에 차례로 데이터가 공급된다.
예를 들어, 표시 패널을 SVGA, 60Hz 로 구동한다면, 1280개의 게이트 라인들, 1024개의 데이터 라인들이 구비되고, 화소 행들은 각각 게이트 라인과 연결되므로, 1280개의 화소 행이 배치되고, 각각의 화소 행은 게이트 라인과 교차하는 1024개의 데이터 라인들에 의해 구분되며, 상기 1024개의 데이터 라인을 통해 각 화소로 데이터 전압이 공급된다.
2 필드 인터레이스 방식에서는, 도 8a와 같이, 기수번째 화소 행들에 대해, 각각 기수번째 화소 행들과 연결된 게이트 라인들에 게이트 펄스가 순차 인가되어 각각의 게이트 라인이 스위칭 되며, 게이트 라인의 스위칭에 동기하여, 데이터 라인으로 데이터 전압이 공급되어 해당 화소 행으로 데이터가 표시된다. 같은 방식으로, 도 8b와 같이, 우수번째 화소 행들에 대해 우수번째 프레임에서 차례로 데이터가 공급된다. 즉, 총 화소 행들을 2분하여 각각의 프레임에서 해당 화소 행들에 대해 데이터가 표시된다.
수직 동기 신호(V-sync)는, 프레임 단위로 동작하는 것으로, 프레임별 시작 또는 끝(도면상에는 프레임의 끝에 표기)에 로우 레벨 로직 구간을 가지며, 한 화면의 시작 또는 끝에 해당한다. 그리고, 일 프레임에서 로우 레벨 로직 구간을 제외한 나머지 구간이 하이 레벨 로직 구간이 되며, 상기 로우 레벨 로직 구간과 그 전후의 소정 시간으로 수직 프런트 포치(vertical front porch)와 수직 백 포치(vertical back porch)가 있으며, 상기 프런트 포치 신호, 로우 레벨 로직 구간, 백 포치 신호를 합산한 구간을 블랭크 구간이라 하며, 상기 블랭크 구간을 제외한 나머지 영역을 화면 표시와 터치 센싱에 이용되는 액티브 구간이 된다.
대략, 상기 블랭크 구간은 수개의 수평 동기 신호의 구간에 상당하여, 수직 동기 신호의 하이 레벨 로직 구간의 대부분은 액티브(active) 구간으로 이용된다.
상기 데이터 인에이블 신호(DE)의 인에이블 구간(Ta)은, 일 프레임의 액티브 구간을 '상기 표시 패널에 구비된 게이트 라인 수/n'로 나눈 개수로 나타나며, 상기 인에이블 구간(Ta)과 뱅크 구간(Tb)은 교번하여 나타난다.
또한, 본 발명의 표시 장치의 제 1 실시예에 따른 구동 방법에 있어서, 구비된 각각의 게이트 라인의 게이트 펄스 온 타임은 상기 액티브 구간을 구비된 총 게이트 라인 수로 나눈 값에 상당하며, 기수번째 게이트 라인에 게이트 펄스 인가 후, 다음의 기수번째 게이트 라인에 게이트 펄스가 인가되기까지 적어도 한 라인의 게이트 라인에 인가되는 게이트 펄스 온 타임의 시간간격이 있으며, 이 시간간격을 데이터 인에이블 신호(DE)의 인에이블 시간(Ta) 사이의 뱅크 구간(Tb)으로 이용하는 것이다. 여기서, 상기 뱅크 구간은 적어도 하나의 게이트 펄스 온 타임 이상이 되며, 인에이블 시간과 같거나 큰 시간 폭을 갖는다.
도시된 도 7의 타이밍도에서는, 터치 센싱 회로에서 이루어지는 센싱 신호 수신(센싱)이 상기 뱅크 구간에서 이루어지는 점만을 도시하였으나, 만일 터치 센싱 어레이의 구성이 동일한 센싱 라인(패턴)을 이용하여 시분할하여 터치 구동과 센싱이 함께 이루어진다면, 터치 구동과 센싱을 상기 뱅크 구간에서 모두 수행할 수 있다.
또한, 도 4 및 도 5와 같이, 표시 패널(100)에서의 터치 센싱 어레이를 서로 교차하는 복수개의 스캔 라인과 센싱 라인으로 구비할 때, 각각의 스캔 라인에 순차 터치 구동 신호를 인가하고, 센싱 라인으로부터 센싱 신호 검출을 상기 뱅크 구간들에서 수행할 수도 있다.
대략 60Hz에서, 한 프레임은 약 16.7ms로, 2필드 인터레이스 구동을 한다면, 이 중 반분된 시간을 뱅크 구간으로 확보할 수 있고, 이에 따라 약 8.35ms 이상 터치 센싱에 확보할 수 있어, 종래의 디스플레이 구간과 터치 센싱 구간을 시분할하여 한번에 터치 센싱을 하는 방식 대비, 터치 센싱에 소요되는 시간을 늘릴 수 있다. 또한, 인터레이스 방식에서, 게이트 펄스 신호가 인가되지 않은 시간 구간에서, 터치 센싱을 수행할 수 있어, 터치 센싱에 디스플레이 구동에 의한 간섭을 방지할 수 있다.
종래의 시분할 구동에 있어서는, 한 프레임을 디스플레이 표시를 완료하고, 이어 터치 센싱을 하는 것으로, 이분되어 이루어지나, 본 발명의 표시 장치의 구동 방법에 있어서는, 데이터 인에이블 구간 사이사이의 뱅크 구간을 터치 구동/센싱에 순차 이용하되, 인접한 디스플레이 구동에 의한 간섭을 배제하도록, 터치 센싱이 게이트 라인의 오프 구간에서 이루어지게 한 것이다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시 장치의 구동 방법을 나타낸 타이밍도이다.
도 9와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시 장치의 구동 방법은, 3개의 프레임을 주기로, 첫번째 내지 3번째 프레임들에 대해 각각, (3k+1) (k는 0이상의 정수) 번째 내지 3*(k+1) 번째 게이트 라인들에 게이트 펄스를 공급하는 단계와, 각 프레임에서, 게이트 펄스를 공급하는 주기로 데이터 인에이블 신호의 타이밍 정보를 공급하여, 상기 게이트 펄스가 공급되는 게이트 라인과 연결된 화소행들에 대해 데이터 라인으로 데이터 전압을 공급하는 단계 및 상기 각 프레임에서 상기 데이터 인에이블 신호의 인접한 인에이블 구간들 사이의 뱅크 구간동안 상기 센싱 라인들로부터 센싱 신호를 센싱하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상술한 제 1 실시예에서의 동일하게 SVGA, 60Hz 구동에 있어서, 제 2 실시예에 있어서는, 한 프레임은 약 16.7ms로, 3필드 인터레이스 구동을 한다면, 이 중 16.7ms을 3으로 나눈 시간이 데이터 인에이블 신호(DE)의 인에이블 구간(Ta)으로 이용되며, 나머지 뱅크 구간은 16.7ms * (2/3)에 해당하여, 대략 일 프레임에서 11.1ms 의 시간 구간을 터치 센싱/구동에 이용할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표시 장치의 구동 방법을 나타낸 타이밍도이다.
도 10과 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표시 장치의 구동 방법은, 4개의 프레임을 주기로, 첫번째 내지 4번째 프레임들에 대해 각각, (4k+1) (k는 0이상의 정수) 번째 내지 4*(k+1) 번째 게이트 라인들에 게이트 펄스를 공급하는 단계와, 각 프레임에서, 게이트 펄스를 공급하는 주기로 데이터 인에이블 신호의 타이밍 정보를 공급하여, 상기 게이트 펄스가 공급되는 게이트 라인과 연결된 화소행들에 대해 데이터 라인으로 데이터 전압을 공급하는 단계 및 상기 각 프레임에서 상기 데이터 인에이블 신호의 인접한 인에이블 구간들 사이의 뱅크 구간동안 상기 센싱 라인들로부터 센싱 신호를 센싱하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상술한 제 1 실시예에서의 동일하게 SVGA, 60Hz 구동에 있어서, 제 3 실시예에 있어서는, 한 프레임은 약 16.7ms로, 4필드 인터레이스 구동을 한다면, 이 중 16.7ms을 4로 나눈 시간이 데이터 인에이블 신호(DE)의 인에이블 구간(Ta)으로 이용되며, 나머지 뱅크 구간은 16.7ms * (3/4)에 해당하여, 대략 일 프레임에서 12.5ms 의 시간 구간을 터치 센싱/구동에 이용할 수 있다.
즉, 인터레이스 방식의 필드 수를 늘리면 보다 터치 센싱에 이용할 수 있는 시간을 늘릴 수 있으나, 필드 수가 늘면 상대적으로 데이터 공급이 여러개의 프레임에 걸쳐 이루어지고 디스플레이 구동이 저속 구동이 될 수 있으므로, 터치 센싱에 정확도를 얻을 수 있는 수준에서 필드 수를 결정할 수 있다.
또한, 상술한 표시 장치의 구동 방법은, 디스플레이 구간의 데이터 공급과 오버랩되지 않으며 터치 검출을 수행하는 것으로, 정밀한 터치 검출이 가능하며, 더불어 한 프레임 내에서 데이터 공급량이 절반 이상 줄어 소비 전력을 저감할 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
20: PCB 22: 타이밍 컨트롤러
24: 데이터 구동 회로 26: 레벨 시프터
30: 시프트 레지스터 100: 표시 패널
Gn: 게이트 라인 Dn: 데이터 라인
Rn: 센싱 라인(패턴) 300: 터치 센싱 회로
310: 센싱 제어부 320: 센싱 라인 구동부
330: 스캔 구동부

Claims (10)

  1. 서로 교차하여 화소를 정의하는 복수개의 게이트 라인 및 데이터 라인을 갖는 표시 어레이와, 복수개의 센싱 라인을 갖는 터치 센싱 어레이를 포함한 표시 패널;
    n(n은 2 내지 4 중 어느 하나의 자연수)개의 프레임을 주기로, 각 프레임에 대해, '상기 표시 패널에 구비된 상기 복수개의 게이트 라인 수/n'로 나눈 수의 게이트 라인들에 게이트 펄스를 공급하되, 첫번째 프레임 내지 n번째 프레임들에 대해 각각 (n*k+1)(k 는 0부터 가변되는 0 이상의 정수)번째 내지 n*(k+1) 번째의 게이트 라인에 순차적으로 게이트 펄스를 공급하는 게이트 구동 회로;
    각 프레임에서, 상기 게이트 펄스가 공급되는 게이트 라인과 연결된 화소행들에 대해 데이터 라인으로 데이터 전압을 공급하는 데이터 구동 회로;
    상기 각 프레임에서 게이트 펄스를 공급하는 주기로 데이터 인에이블 신호의 타이밍 정보를 공급하는 타이밍 컨트롤러; 및
    상기 데이터 인에이블 신호의 인접한 인에이블 구간들 사이의 뱅크 구간동안 상기 센싱 라인들로부터 센싱 신호를 센싱하는 터치 센싱 회로를 포함하며,
    상기 데이터 인에이블 신호의 인에이블 구간은, 일 프레임의 액티브 구간을 '상기 표시 패널에 구비된 게이트 라인 수/n'로 나눈 개수로 나타나며,
    상기 일 프레임 내에서 상기 인에이블 구간과 상기 뱅크 구간이 교번하여 나타나고,
    상기 뱅크 구간은 상기 인에이블 구간 이상의 시간 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 터치 센싱 회로는, 상기 일 프레임 내의 뱅크 구간들은 나누어, 상기 센싱 라인들에 터치 구동 신호 인가와 센싱 신호의 센싱을 하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 표시 패널은, 상기 복수개의 센싱 라인과 교차하는 복수개의 스캔 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 터치 센싱 회로는, 상기 뱅크 구간들 동안 상기 스캔 라인들에 차례로, 터치 구동 신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  6. 서로 교차하여 화소를 정의하는 복수개의 게이트 라인 및 데이터 라인을 갖는 표시 어레이와, 복수개의 센싱 라인을 갖는 터치 센싱 어레이를 포함한 표시 패널의 구동 방법에 있어서,
    n(n은 2 내지 4 중 어느 하나의 자연수)개의 프레임을 주기로, 각 프레임에 대해, '상기 표시 패널에 구비된 상기 복수개의 게이트 라인 수/n'로 나눈 수의 게이트 라인들에 게이트 펄스를 공급하되, 첫번째 프레임에서, (n*k+1)(k는 0부터 가변되는 0 이상의 정수)번째의 게이트 라인들에 순차적으로 게이트 펄스를 공급하며, 상기 첫번째 프레임에서 n번째 프레임으로 가며 첫번째 프레임에 인가된 게이트 라인에서 하나씩 쉬프트된 게이트 라인들에 순차적으로 게이트 펄스를 공급하여, 상기 n번째 프레임에 n*(k+1) 번째의 게이트 라인들에 순차적으로 게이트 펄스를 공급하는 단계;
    각 프레임에서, 상기 게이트 펄스가 공급되는 게이트 라인과 연결된 화소행들에 대해 데이터 라인으로 데이터 전압을 공급하는 단계; 및
    상기 각 프레임에서 게이트 펄스를 공급하는 주기로 데이터 인에이블 신호의 타이밍 정보를 공급하며, 상기 데이터 인에이블 신호의 인접한 인에이블 구간들 사이의 뱅크 구간동안 상기 센싱 라인들로부터 센싱 신호를 센싱하는 단계를 포함하며,
    상기 데이터 인에이블 신호의 인에이블 구간은, 일 프레임의 액티브 구간을 '상기 표시 패널에 구비된 게이트 라인 수/n'로 나눈 개수로 나타나며,
    상기 일 프레임 내에서 상기 인에이블 구간과 상기 뱅크 구간이 교번하여 나타나고,
    상기 뱅크 구간은 상기 인에이블 구간 이상의 시간 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 표시 장치의 구동 방법.
  7. 삭제
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 프레임은 수직 동기 신호의 주기로 동작하며, 상기 수직 동기 신호의 하이 레벨 로직에서 상기 프레임의 액티브 영역이 정의되는 것을 특징으로 하는 표시 장치의 구동 방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 센싱 라인들로부터 센싱 신호를 센싱하는 단계에서,
    상기 일 프레임 내의 뱅크 구간들은 나누어, 상기 센싱 라인들에 터치 구동 신호 인가를 더하는 것을 특징으로 하는 표시 장치의 구동 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 표시 패널은, 상기 복수개의 센싱 라인과 교차하는 복수개의 스캔 라인을 더 포함하며,
    상기 뱅크 구간들동안 상기 스캔 라인들에 차례로, 터치 구동 신호를 인가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치의 구동 방법.
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