KR102372536B1 - 표시장치와 그 구동방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 표시장치는 픽셀들과 터치 센서들이 구비되는 표시패널, 픽셀들에 입력 영상 데이터가 기입되는 디스플레이 구동 기간 동안 제1 게이트 하이 전압을 생성하고, 터치 센서들에 대한 터치 입력을 센싱하는 터치 센서 구동 기간 동안 제1게이트 하이 전압보다 낮은 제2 게이트 하이 전압을 생성하는 메인 전원IC, 제2 게이트 하이 전압에 대응되는 진폭으로 제1교류신호를 생성하는 터치 전원 IC 및 디스플레이 구동 기간 동안 제1 게이트 하이 전압을 기초로 게이트펄스를 생성하여 픽셀들에 연결된 게이트라인들에 공급하고, 터치 센서 구동 기간 동안 제1 교류신호를 게이트라인들에 공급하는 게이트 구동부를 포함한다.

Description

표시장치와 그 구동방법{DISPLAY DEVICE AND DRIVING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 픽셀 어레이 내에 터치 센서들이 내장된 표시장치와 그 구동방법에 관한 것이다.
유저 인터페이스(User Interface, UI)는 사람(사용자)이 쉽게 자신이 원하는 대로 각종 전자 기기를 제어할 수 있게 한다. 이러한 유저 인터페이스의 대표적인 예로는 키패드, 키보드, 마우스, 온 스크린 디스플레이(On Screen Display, OSD), 적외선 통신 혹은 고주파(RF) 통신 기능을 갖는 원격 제어기(Remote controller) 등이 있다. 유저 인터페이스 기술은 사용자 감성과 조작 편의성을 높이는 방향으로 발전을 거듭하고 있다. 최근, 유저 인터페이스는 터치 UI, 음성 인식 UI, 3D UI 등으로 진화되고 있다.
터치 UI는 스마트 폰과 같은 휴대용 정보기기에 필수적으로 채택되고 있으며, 노트북 컴퓨터, 컴퓨터 모니터, 가전 제품 등에 확대 적용되고 있다. 최근, 터치 센서들을 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 설치할 수 있다. 이러한 터치 센서들은 기생 용량을 통해 픽셀들에 연결된다. 픽셀들과 터치 센서들의 커플링(Coupling)으로 인한 상호 영향을 줄이기 위하여, 1 프레임 기간은 픽셀들을 구동하는 기간(이하, "디스플레이 구동 기간"이라 함)과 터치 센서들을 구동하는 기간(이하, "터치 센서 구동 기간"이라 함)으로 시분할될 수 있다.
인셀 터치 센서 기술은 표시패널의 픽셀들에 연결된 전극을 터치 센서들의 전극으로 활용한다. 예를 들어, 인셀 터치 센서 기술은 액정표시장치의 픽셀들에 공통 전압을 공급하기 위한 공통 전극을 분할하고, 분할된 공통 전극 패턴들을 터치 센서들의 전극으로 활용한다.
인셀 터치 센서들과 픽셀들 간의 커플링으로 인하여, 인셀 터치 센서들에 연결된 기생 용량(parasitic capacitance)이 커진다. 기생 용량이 커지면, 터치 감도와 터치 인식의 정확도가 떨어진다. 기생 용량이 터치 센싱 결과에 미치는 영향을 줄이기 위해 로드 프리 구동방법(Load Free Driving Method)이 사용된다.
로드 프리 구동방법은 터치 센서 구동 기간 동안 표시패널의 데이터라인들과 게이트라인들에 터치 구동 신호와 위상 및 진폭이 같은 교류 신호를 공급함으로써, 터치 센서의 기생 용량이 터치 센싱 결과에 미치는 영향을 줄인다. 이 방법은 디스플레이 구동 기간 동안 데이터라인들에 입력 영상의 데이터 전압(Vdata)을 공급함과 아울러 입력 영상의 데이터 전압(Vdata)에 동기되는 게이트펄스(VGH와 VGL로 구성됨)를 게이트라인들에 공급하고, 터치 센서 구동 기간 동안 터치 구동 신호에 동기되는 교류 신호를 데이터라인들과 게이트라인들에 공급한다.
로드 프리 구동방법을 채용하면, 기생 용량의 양단(터치 센서와 신호라인)에 위상 및 진폭이 동일한 터치 구동 신호와 교류 신호가 인가되기 때문에, 기생 용량에 의한 영향이 배제될 수 있다. 이는 기생 용량의 양단 전압이 동시에 변하고 그 전압 차이가 작을수록 기생 용량에 충전되는 전하량이 작아지기 때문이다. 이론적으로 로드 프리 구동방법에 의하면, 기생 용량에 충전되는 전하량은 0이 되므로 기생 용량이 없는 것과 같은 로드 프리 효과를 얻는다.
로드 프리 효과는 터치 구동 신호와 교류 신호의 위상 및 진폭이 완전히 일치되는 경우에 얻어질 수 있다.
한편, 로드 프리 구동방법은 터치 구동 신호의 진폭이 커질수록 터치 감도와 터치 인식의 정확도가 개선될 수 있으나, 게이트 드라이버 IC의 스펙으로 인해 터치 구동 신호의 진폭을 늘리는데 한계가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 터치 구동 신호의 진폭을 증가시켜 터치 감도와 터치 인식의 정확도를 개선할 수 있는 표시장치와 그 구동방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 표시장치는 픽셀들과 터치 센서들이 구비되는 표시패널, 픽셀들에 입력 영상 데이터가 기입되는 디스플레이 구동 기간 동안 제1 게이트 하이 전압을 생성하고, 터치 센서들에 대한 터치 입력을 센싱하는 터치 센서 구동 기간 동안 제1게이트 하이 전압보다 낮은 제2 게이트 하이 전압을 생성하는 메인 전원IC, 제2 게이트 하이 전압에 대응되는 진폭으로 제1교류신호를 생성하는 터치 전원 IC 및 디스플레이 구동 기간 동안 제1 게이트 하이 전압을 기초로 게이트펄스를 생성하여 픽셀들에 연결된 게이트라인들에 공급하고, 터치 센서 구동 기간 동안 제1 교류신호를 게이트라인들에 공급하는 게이트 구동부를 포함한다.
터치 센서 구동 기간 동안, 제1 교류신호와 동일한 위상 및 진폭을 갖는 터치 구동 신호가 터치 센서들에 공급되고, 제1 교류 신호와 동일한 위상 및 진폭을 갖는 제2 교류신호가 픽셀들에 연결된 데이터라인들에 공급된다.
제2 교류신호의 진폭은 제1 게이트 하이 전압과 제2 게이트 하이 전압 간의 전압 차이에 비례한다.
입력 영상을 분석하여 영상속성에 따라 전원제어신호를 생성하는 타이밍컨트롤러를 더 구비하고, 메인 전원IC는 전원제어신호에 따라 제2 게이트 하이 전압을 제어한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 표시장치의 구동방법은 픽셀들과 터치 센서들이 구비되는 표시패널을 포함하고, 픽셀들에 입력 영상 데이터가 기입되는 디스플레이 구동 기간 동안 제1 게이트 하이 전압을 생성하고, 터치 센서들에 대한 터치 입력을 센싱하는 터치 센서 구동 기간 동안 제1 레벨보다 낮은 제2 게이트 하이 전압을 생성하는 단계, 제2 게이트 하이 전압에 대응되는 진폭으로 제1교류신호를 생성하는 단계, 디스플레이 구동 기간 동안 제1 게이트 하이 전압을 기초로 게이트펄스를 생성하여 픽셀들에 연결된 게이트라인들에 공급하고, 터치 센서 구동 기간 동안 제1 교류신호를 게이트라인들에 공급하는 단계를 포함한다.
터치 센서 구동 기간 동안, 제1 교류신호와 동일한 위상 및 진폭을 갖는 터치 구동 신호를 터치 센서들에 공급하고, 제1 교류 신호와 동일한 위상 및 진폭을 갖는 제2 교류신호를 픽셀들에 연결된 데이터라인들에 공급하는 단계를 더 포함한다.
제2 교류신호의 진폭은 제1 게이트 하이 전압과 제2 게이트 하이 전압 간의 전압 차이에 비례한다.
입력 영상을 분석하여 영상속성에 따라 전원제어신호를 생성하는 단계를 더 포함한다.
터치 센서 구동 기간 동안 제1 게이트 하이 전압보다 낮은 제2 게이트 하이 전압을 생성하는 단계는 전원제어신호에 따라 제2 게이트 하이 전압을 제어한다.
본 발명은 터치 센서 구동 기간 동안에 제1 게이트 하이 전압보다 낮은 제2 게이트 하이 전압을 생성하여 터치 구동 신호의 진폭을 증가시킬 수 있다. 그 결과 터치 감도와 터치 인식의 정확도를 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 표시장치를 보여주는 도면.
도 2는 픽셀 어레이에 내장된 터치 센서의 일 예를 보여 주는 도면.
도 3은 본 발명의 시분할 구동에 따른 디스플레이 구동 기간과 터치 센서 구동 기간에서 터치 센서, 데이터라인 및 게이트라인에 공급되는 터치 구동 신호와 교류 신호들을 보여 주는 파형도.
도 4는 본 발명의 표시패널, 타이밍 컨트롤러, 터치 구동장치 및 디스플레이 구동부 간의 접속 관계를 보여주는 도면.
도 5은 도 6의 SRIC의 내부 구성을 보여주는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 메인 전원 IC, TPIC 및 PWM 생성부의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 7은 제1 게이트 하이 전압과 제2 게이트 하이 전압 간의 전압 차이에 따른 제1 교류 신호의 진폭을 보여 주는 파형도.
도 8은 전원제어신호에 따라 제어되는 제2 게이트 하이 전압을 보여 주는 파형도.
도 9 내지 도 11은 본 발명에 따른 터치 구동 장치의 다양한 구현 예들을 보여 주는 도면들.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 표시장치를 설명하기 위한 도면들이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 표시장치(10)는 액정표시소자(Liquid Crystal Display; LCD), 전계방출 표시소자(Field Emission Display; FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel; PDP), 유기발광 다이오드 표시소자(Organic Light Emitting Display; OLED), 전기영동 표시소자(Electrophoresis; EPD) 등의 평판 표시소자 기반으로 구현될 수 있다. 이하의 실시 예에서, 표시장치가 액정표시소자로 구현되는 것을 설명하지만, 본 발명의 표시장치는 액정표시소자에 한정되지 않는다.
표시장치는 디스플레이 모듈과 터치 모듈로 이루어진다.
디스플레이 모듈은 표시패널(10), 디스플레이 구동부(12, 14), 타이밍 컨트롤러(16) 및 호스트 시스템(19)을 포함할 수 있다.
표시패널(10)은 두 장의 기판들 사이에 형성된 액정층을 포함한다. 표시패널(10)의 픽셀 어레이는 데이터라인들(D1~Dm, m은 양의 정수)과 게이트라인들(G1~Gn, n은 양의 정수)에 의해 정의된 픽셀 영역에 형성된 픽셀들(101)을 포함한다. 픽셀들(101) 각각은 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)의 교차부들에 형성된 TFT(Thin Film Transistor)들, 데이터전압을 충전하는 픽셀전극, 픽셀전극에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등을 포함할 수 있다.
표시패널(10)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등이 형성될 수 있다. 표시패널(10)의 하부 기판은 COT(Color filter On TFT) 구조로 구현될 수 있다. 이 경우에, 블랙매트릭스와 컬러필터는 표시패널(10)의 하부 기판에 형성될 수 있다. 공통전압이 공급되는 공통전극은 표시패널(10)의 상부 기판이나 하부 기판에 형성될 수 있다. 표시패널(10)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(10)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성된다.
표시패널(10)의 배면 아래에는 백라이트 유닛(Backlight Unit)이 배치될 수 있다. 백라이트 유닛(Backlight Unit)은 에지형(edge type) 또는 직하형(Direct type) 백라이트 유닛(Backlight Unit)으로 구현되어 표시패널(10)에 빛을 조사한다. 표시패널(10)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.
디스플레이 구동부는 데이터 구동부(12)와 게이트 구동부(14)를 포함하며, 타이밍 컨트롤러(16)의 제어 하에 입력 영상 데이터(RGB)를 표시패널(10)의 픽셀들(101)에 기입한다. 데이터 구동부(12)는 타이밍 컨트롤러(16)로부터 입력되는 입력 영상 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 출력한다. 데이터 구동부(12)로부터 출력된 데이터전압은 데이터라인들(D1~Dm)에 공급된다. 게이트 구동부(14)는 데이터전압에 동기되는 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 게이트라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터 전압이 기입되는 표시패널(10)의 픽셀라인을 선택한다.
타이밍 컨트롤러(16)는 호스트 시스템(19)으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 입력 받아 데이터 구동부(12)와 게이트 구동부(14)의 동작 타이밍을 동기시킨다. 스캔 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함한다. 데이터 타이밍 제어신호는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity, POL), 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함한다. 타이밍 컨트롤러(16)는 입력 영상을 분석하여 영상속성에 따라 전원제어신호(PSS)를 생성한다.
호스트 시스템(19)은 입력 영상 데이터(RGB)와 함께 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, MCLK)을 타이밍 컨트롤러(16)로 전송하며, 터치 구동장치(18)로부터 입력되는 터치 좌표 정보(TDATA(XY))와 연계된 응용 프로그램을 실행할 수 있다.
터치 모듈은 터치 센서들(TS1~TS4)과, 터치 센서들(TS1~TS4)을 구동하는 터치 구동장치(18)를 포함한다.
터치 센서들(TS1~TS4)은 정전 용량 방식으로 터치 입력을 감지하는 정전 용량 센서들로 구현될 수 있다. 정전 용량은 자기 정전 용량(Self Capacitance)과 상호 정전 용량(Mutual Capacitance)으로 나뉘어질 수 있다. 자기 정전 용량은 한 방향으로 형성된 단층의 도체 배선을 따라 형성될 수 있고, 상호 정전 용량은 직교하는 두 도체 배선들 사이에 형성될 수 있다.
터치 센서들(TS1~TS4)은 표시패널(10)의 픽셀 어레이에 내장될 수 있다. 도 2를 참조하면, 표시패널(10)의 픽셀 어레이는 터치 센서들(TS1~TS4)과, 터치 센서들(TS1~TS4)과 연결된 센서라인들(L1~Li, i는 m, n 보다 작은 양의 정수)을 포함한다. 픽셀들(101)의 공통전극(COM)은 다수의 세그먼트들(segment)로 분할된다. 터치 센서들(TS1~TS4)은 분할된 공통전극(COM)으로 구현된다. 하나의 공통전극 세그먼트(segment)는 다수의 픽셀들(101)에 공통으로 연결되고 하나의 터치 센서(Touch Sensor)를 형성한다. 이 터치 센서들(TS1~TS4)은 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 픽셀들(101)에 공통전압(Vcom)을 공급하고, 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 터치 구동 신호(Vdrv)를 입력 받아 터치 입력을 센싱한다. 도 2는 자기 정전 용량 타입의 터치 센서(Touch Sensor)를 도시하였으나, 터치 센서들(TS1~TS4)은 이에 한정되지 않는다.
터치 구동장치(18)는 터치 전후 터치 센서(TS1~TS4)의 전하 변화량을 센싱하여 손가락(또는, 스타일러스 펜)과 같은 전도성 물질의 터치 여부와 그 위치를 판단한다. 터치 구동장치(18)는 터치 입력 유무에 따라 달라지는 터치 센서(TS1~TS4)의 전하 변화량을 분석하여 터치 입력을 판단하고, 터치 입력 위치의 좌표를 계산한다. 터치 입력 위치의 좌표 정보(TDATA(XY))는 호스트 시스템(19)으로 전송된다.
본 발명의 표시장치는 터치 입력을 센싱하는 기간과 입력 영상 데이터가 기입되어 디스플레이하는 기간을 시간적으로 분리한다. 이를 위해, 타이밍 컨트롤러(16)는 도 3과 같이 터치 인에이블 신호(TEN)을 기초로 하여, 1 프레임 기간을, 터치 입력을 센싱하기 위한 터치 센서 구동 기간(Tt)과 입력 영상 데이터가 기입되는 디스플레이 구동 기간(Td)으로 시분할 할 수 있다. 도 3에서는 1 프레임 기간에 터치 센서 구동 기간(Tt)과 디스플레이 구동 기간(Td)으로 시분할하는 것을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 1 프레임 기간에 적어도 하나 이상의 터치 센서 구동 기간(Tt)과, 적어도 하나 이상의 디스플레이 구동 기간(Td)으로 시분할될 수 있다.
디스플레이 구동 기간(Td) 동안, 데이터 구동부(12)는 타이밍 컨트롤러(16)의 제어 하에 데이터전압을 데이터라인들(D1~Dm)에 공급하고, 게이트 구동부(14)는 타이밍 컨트롤러(16)의 제어 하에 데이터전압에 동기되는 게이트펄스를 게이트라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급한다. 게이트 구동부(14)는 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 제1 게이트 하이 전압(vgh1)을 기초로 게이트펄스를 생성하여 픽셀들에 연결된 게이트라인들(G1~Gn)에 공급하고, 터치 센서 구동 기간 동안 제1 교류신호를 게이트라인들(G1~Gn)에 공급한다. 한편, 디스플레이 구동 기간(Td) 동안, 터치 구동장치(18)는 터치 센싱 동작을 중지한다.
터치 센서 구동 기간(Tt) 동안, 터치 구동장치(18)는 터치 센서들(TS1~TS4)을 구동한다. 터치 구동장치(18)는 터치 구동 신호(Vdrv)를 센서라인들(L1~Li)을 통해 터치 센서들(TS1~TS4)에 공급하여 터치 입력을 센싱한다.
한편, 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안, 디스플레이 구동부(12, 14)는 픽셀들(101)에 연결된 신호라인들(D1~Dm, G1~Gn)에 터치 구동 신호(Vdrv)에 동기되는 제1 및 제2 교류 신호(LFD1, LFD2)를 공급함으로써, 픽셀들(101)에 연결된 신호라인들(D1~Dm, G1~Gn)과 터치 센서들(TS1~TS4) 사이의 기생 용량을 최소화한다.
여기서, 제1 교류신호는 제2 게이트 하이 전압에 대응되는 진폭으로 변환된다. 터치 전원 IC는 터치 센서 구동 기간 동안 제2 게이트 하이 전압에 대응되는 진폭으로 제1교류신호를 생성한다. 제1 교류신호가 제2 게이트 하이 전압에 대응되는 진폭으로 변환됨에 따라, 제2 교류신호 및 터치 구동 신호도 제1 교류신호와 동일한 위상 진폭을 가지도록 변화될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
터치 센서 구동부(RIC)는 도 3과 같이, 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 터치 구동 신호(Vdrv)를 터치 센서들(TS1~TS4)에 공급한다. 그리고, 디스플레이 구동부(12, 14)는 도 3과 같이 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 제1 교류 신호(LFD1)를 게이트라인들(G1~Gn)에 공급함과 아울러, 제2 교류 신호(LFD2)를 데이터라인들(D1~Dm)에 공급한다. 즉, 터치 센서 구동부(RIC)는 터치 입력을 센싱하기 위한 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안, 터치 센서들(TS1~TS4)에는 터치 구동 신호(Vdrv)를 공급하고, 픽셀(101)들에 연결된 게이트라인들(G1~Gn)에는 터치 구동 신호(Vdrv)와 동일한 위상 및 진폭을 갖는 제1 교류 신호(LFD1)가 공급되고, 픽셀(101)들에 연결된 데이터라인들(D1~Dm)에는 터치 구동 신호(Vdrv)와 동일한 위상 및 진폭을 갖는 제2 교류신호(LFD2)가 공급된다.
터치 센서 구동부(RIC)는 도 5를 참조하면, 멀티플렉서(MUX)와 센싱부(SU)를 포함할 수 있다. 멀티플렉서(MUX)는 도시되지 않았지만, MCU(Micro Controller Unit)의 제어 하에 센싱부(SU)에 의해 액세스되는 터치 센서(TS)들을 선택한 후, 선택된 터치 센서(TS)들에 터치 구동 신호(Vdrv)를 공급한다.
센싱부(SU)는 멀티플렉서(MUX)를 통해 센서라인들(L1~Li)에 연결되어 터치 센서(TS)들로부터 수신되는 전압 파형의 변화를 측정하여 디지털 데이터로 변환한다. 센싱부(SU)는 수신된 터치 센서(TS)들의 전압을 증폭하는 증폭기, 증폭기의 전압을 누적하는 적분기, 적분기의 전압을 디지털 데이터로 변환하는 아날로그 디지털 변환기(Analog-to-Digital Converter, 이하 "ADC"라 함)를 포함한다. ADC로부터 출력된 디지털 데이터는 터치 로 데이터(Touch raw data)로서 MCU(Micro Controller Unit)로 전송된다.
도 4는 표시패널(10), 타이밍 컨트롤러(16), 터치 구동장치(18) 및 디스플레이 구동부(12, 14) 간의 접속 관계를 보여준다. 도 5는 도 4의 SRIC의 내부 구성을 보여준다. 도 6은 본 발명에 따른 메인 전원 IC, TPIC 및 PWM 생성부의 동작을 설명하기 위한 것이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 터치 구동장치(18)는 컨트롤 PCB(Control PCB, CPCB)에 실장되는 타이밍 컨트롤러(16), 터치 전원 IC(Integrated Circuit)(TPIC, 260) 및 메인 전원 IC(PMIC, 300)를 포함할 수 있다. 터치 구동장치(18)는 PWM 생성부(250)를 포함할 수 있다. PWM 생성부(250)는 컨트롤 PCB(CPCB)에 실장될 수 있다.
컨트롤 PCB(CPCB)은 케이블을 통해 소스 PCB(Source PCB, SPCB)에 전기적으로 연결될 수 있다. 소스 PCB(SPCB)와 표시패널(10)은 제1 COF(Chip On Film, COF1)을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 컨트롤 PCB(CPCB)는 디스플레이가 소형 사이즈인 경우에는 소스 PCB(Source PCB, SPCB)와 하나로 합쳐질 수 있다.
제1 COF(COF1)에는 데이터 구동부(12)를 구현하는 소스 드라이버 IC(SIC)와 터치 센서 구동부(RIC)가 하나로 합쳐진 SRIC가 실장된다.
제2 COF(COF2)에는 게이트 구동부(14)를 구현하는 게이트 드라이버 IC(GIC)가 실장된다. 제2 COF(COF2)는 표시패널(10)에 합착된다.
제1 COF(COF1)와 제2 COF(COF2)는 디스플레이가 소형 사이즈인 경우에는 COG(Chip On Glass)의 형태로 형성될 수도 있다.
터치 센서 구동부(RIC)는 멀티플렉서(MUX)와 센싱부(SU)를 포함하며, 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 터치 전원 IC(TPIC, 260)로부터 입력되는 터치 구동 신호(Vdrv)를 선택된 터치 센서(TS)들에 공급하고, 그 터치 센서(TS)들로부터 수신되는 전하를 누적하여 터치 로 데이터(Touch Raw Data)(T1~T3)를 출력한다. 디스플레이 구동 기간(Td) 동안, 센서라인들(L1~Li)은 멀티플렉서(MUX)와의 연결이 해제되고, 공통전압 입력단자(미도시)에 연결된다. 따라서, 디스플레이 구동 기간(Td) 동안, 터치 센서(TS)들에는 공통전압이 공급된다.
소스 드라이버 IC(SIC)는 터치 인에이블 신호(TEN)에 따라 스위칭되는 출력 제어 스위치(SW)들을 포함한다. 출력 제어 스위치(SW)들은 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 제2 교류 신호(LFD2)를 출력하는 터치 전원 IC(TPIC, 260)를 데이터라인들(D1~D5)에 연결함으로써, 제2 교류 신호(LFD2)가 데이터라인들(D1~D5)에 공급되도록 한다.
출력 제어 스위치(SW)들은 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 데이터전압(VDATA1~5)을 출력하는 출력 버퍼(BUF)를 데이터라인들(D1~D5)에 연결함으로써, 데이터전압(VDATA1~5)이 데이터라인들(D1~D5)에 공급되도록 한다.
게이트 드라이버 IC(GIC)는 터치 센서 구동 기간 동안 제2 게이트 하이 전압에 대응되는 진폭으로 제1 교류 신호(LFD1)를 생성하는 터치 전원 IC(TPIC, 260)를 게이트라인들(G1~Gn)에 연결함으로써, 제1 교류 신호(LFD1)가 게이트라인들(G1~Gn)에 공급되도록 한다. 게이트 드라이버 IC(GIC)와 터치 전원 IC(TPIC, 260)는 제1 COF(COF1), LOG(Line on glass) 라인들 및 제2 COF(COF2) 등을 통해 연결될 수 있다. LOG(Line on glass) 라인들은 표시패널(10)의 표시 기판에 배치되는 신호라인이다. 게이트 드라이버 IC(GIC)는 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 터치 전원 IC(TPIC, 260)와 전기적으로 해제된다.
PWM 생성부(250)는 서로 위상이 동일한 제1 PWM 신호(P1), 제2 PWM 신호(P2), 및 제3 PWM 신호(P3)를 출력한다.
터치 전원 IC(TPIC, 260)는 제1 PWM 신호(P1)를 기초로 제2 게이트 하이 전압에 대응되는 진폭이 되도록 터치 구동 신호(Vdrv)를 생성하고, 제2 PWM 신호(P2)를 기초로 제2 게이트 하이 전압에 대응되는 진폭이 되도록 제1 교류 신호(LFD1)를 생성하며, 제3 PWM 신호(P3)를 기초로 제2 게이트 하이 전압에 대응되는 진폭이 되도록 제2 교류 신호(LFD2)를 생성한다.
터치 전원 IC(TPIC, 260)는 도 6과 같이, 메인 전원 IC(PMIC, 300)로부터 직류 레벨의 게이트 로우 전압(VGL)과 공통전압(Vcom)을 입력 받는다. 게이트 로우 전압(VGL)은 표시패널(10)에 구비된 TFT들을 턴 오프(turn off) 시킬 수 있는 전압이다. 터치 전원 IC(TPIC, 260)는 공통전압(Vcom)을 기준으로 하여, PWM 생성부(250)로부터 입력되는 제1 PWM 신호(P1)를 레벨 쉬프팅하여 터치 구동 신호(Vdrv)를 생성한다. 터치 전원 IC(TPIC, 260)는 공통전압(Vcom)을 기준으로 하여, PWM 생성부(250)로부터 입력되는 제2 PWM 신호(P2)를 레벨 쉬프팅하여 제1 교류 신호(LFD1)를 생성한다. 터치 전원 IC(TPIC, 260)는 게이트 로우 전압(VGL)을 기준으로 하여, PWM 생성부(250)로부터 입력되는 제3 PWM 신호(P3)를 레벨 쉬프팅하여 제2 교류 신호(LFD2)를 생성한다. 터치 전원 IC(TPIC, 260)는 제2 게이트 하이 전압에 대응되도록 터치 구동 신호(Vdrv), 제1 교류 신호(LFD1) 및 제2 교류 신호(LFD2) 각각의 진폭을 서로 동일하게 한다.
지금까지는 터치 전원 IC(TPIC, 260)가 PWM 생성부(250)로부터 제1 PWM 신호(P1) 내지 제3 PWM 신호(P3) 각각을 입력받아 레벨 쉬프팅하여 터치 구동 신호(Vdrv), 제1 교류 신호(LFD1) 및 제2 교류 신호(LFD2) 각각의 진폭을 서로 동일하게 하는 것을 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 터치 전원 IC(TPIC, 260)는 PWM 생성부(250)로부터 제1 PWM 신호(P1) 내지 제3 PWM 신호(P3) 중 하나의 PWM 신호를 입력받아 레벨 쉬프팅하여 터치 구동 신호(Vdrv), 제1 교류 신호(LFD1) 및 제2 교류 신호(LFD2)를 각각 생성할 수 있다.
또한, 도 6에서는 터치 전원 IC(TPIC, 260)에 직류 레벨의 게이트 로우 전압(VGL)이 입력되는 것을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 터치 전원 IC(TPIC, 260)은 게이트 로우 전압(VGL)을 입력 받아 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 제1 게이트 하이 전압(vgh1)을 기초로 게이트펄스를 생성하고, 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 제2 PWM 신호(P2)를 기초로 제2 게이트 하이 전압에 대응되는 진폭이 되도록 제1 교류 신호(LFD1)를 생성할 수 있다.
도 6에서는 터치 전원 IC(TPIC, 260)에 직류 레벨의 공통전압(Vcom)이 입력되는 것을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 터치 전원 IC(TPIC, 260)은 공통전압(Vcom)을 입력 받아 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 생성하고, 터치 센서 구동 기간(Tt)에는 제1 PWM 신호(P1)를 기초로 제2 게이트 하이 전압에 대응되는 진폭이 되도록 터치 구동 신호(Vdrv)를 생성하고, 제3 PWM 신호(P3)를 기초로 제2 게이트 하이 전압에 대응되는 진폭이 되도록 제2 교류 신호(LFD2)를 생성할 수 있다.
또한, 도 6에서는 디스플레이 구동 기간(Td)과 터치 센서 구동 기간(Tt)에 따라 스위칭되는 스위치(Q1,Q2)가 터치 전원 IC(TPIC, 260)에 내장되지 않은 것을 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 터치 전원 IC(TPIC, 260)에 내장될 수 있다.
메인 전원 IC(PMIC, 300)는 제1 게이트 하이 전압(vgh1), 제2 게이트 하이 전압(vgh2), 게이트 로우 전압(VGL), 공통전압(Vcom), 고전위 구동전압(VDD), 고전위 로직전압(VCC) 등을 생성한다.
메인 전원 IC(PMIC, 300)는 픽셀(101)들에 입력 영상 데이터가 기입되는 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 제1 게이트 하이 전압(vgh1)을 생성한다. 제1 게이트 하이 전압(vgh1)은 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 표시패널(10)에 구비된 TFT들을 턴 온(turn on) 시킬 수 있는 전압이다. 메인 전원 IC(PMIC, 300)는 터치 센서(TS)들에 대한 터치 입력을 센싱하는 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 제1 게이트 하이 전압(vgh1)보다 낮은 제2 게이트 하이 전압(vgh2)을 생성한다. 이때 메인 전원 IC(PMIC, 300)는 제2 게이트 하이 전압(vgh2)을 전원제어신호에 따라 제어할 수 있다. 제1 게이트 하이 전압(vgh1)과 게이트 로우 전압(VGL)은 게이트라인들에 인가되는 게이트펄스(스캔 펄스)를 생성하기 위한 전압들이다. 고전위 구동전압(VDD)은 소스 드라이버 IC(SIC)에 포함된 감마 스트링에 공급되는 전원이다. 고전위 로직전압(VCC)은 소스 드라이버 IC(SIC), SRIC 및 게이트 드라이버 IC(GIC)의 내부 로직들을 동작시키기 위한 동작 전압이다.
또한, 본 발명의 표시장치는 터치 센서 내장형이다. 이러한 터치 센서 내장형으로 구성되는 표시장치는 RC 딜레이로 인한 신호 왜곡을 최소화하기 위해 도 4와 같이 더블 피딩(Double Feeding) 방식을 채용할 수 있다. 더블 피딩 방식에 따라 데이터전압은 서로 마주보는 표시패널(10)의 제1 측 및 제2측에서 데이터 라인들(D1~Dm)에 동시에 공급되고, 게이트펄스는 서로 마주보는 표시패널(10)의 제3 측 및 제4 측에서 게이트 라인들(G1~Gn)에 동시에 공급된다. 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7은 제1 게이트 하이 전압과 제2 게이트 하이 전압 간의 전압 차이에 따른 제1 교류 신호의 진폭을 보여 주는 파형도이고, 도 8은 전원제어신호에 따라 제어되는 제2 게이트 하이 전압을 보여 주는 파형도이다.
게이트 드라이버 IC(GIC)는 미리 설정된 구동전압범위 내에서 구동한다. 미리 설정된 구동전압범위 내에서 구동하기 위해 게이트 드라이브 IC(GIC)는 전압레벨을 제한할 수 있다. 전압레벨은 게이트 하이 전압(VGH)과 게이트 로우 전압(VGL) 간의 전압 차로 정의된다. 게이트 드라이버 IC(GIC)의 설정된 구동전압범위가 15 V ~ 40 V라고 가정할 경우, 게이트 드라이버 IC(GIC)는 전압레벨이 40 V이내가 되도록 제한한다.
예를 들어, 게이트 하이 전압(VGH)이 30 V로 설정된 경우, 게이트 드라이브 IC(GIC)는 전압레벨인 40 V 내에서 구동하기 위해 게이트 로우 전압(VGL)을 -10 V 이내로 제한한다. 이와 같이, 게이트 드라이버 IC(GIC)가 미리 설정된 구동전압범위 내에서 구동하기 위해서는 전압레벨이 제한될 수 밖에 없다.
디스플레이 구동 기간(Td) 동안, 게이트 드라이버 IC(GIC)는 게이트 하이 전압(VGH)을 전압레벨 내에서 가능한 높게 설정하여 게이트라인들(G1~Gn)에 공급함으로써, 디스플레이를 안정적으로 구동할 수 있다. 게이트 드라이버 IC(GIC)가 게이트 하이 전압(VGH)을 높게 설정함으로써, 제한된 전압레벨에 의해 게이트 로우 전압(VGL)을 낮게 설정하는데 한계가 있다. 이에 따라, 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안, 게이트 라인들(G1~Gn)에 공급되는 제1 교류 신호(LFD1)의 로우 레벨(Low level)도 제한된다. 이를 해결하기 위해 본 발명의 표시장치는 도 7에 도시된 바와 같이, 픽셀들에 입력 영상 데이터가 기입되는 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 제1 게이트 하이 전압(vgh1)을 생성하고, 터치 센서(TS)들에 대한 터치 입력을 센싱하는 터치 센서 구동 기간(tT) 동안 제1 게이트 하이 전압(vgh1)보다 낮은 제2 게이트 하이 전압(vgh2)을 생성한다.
터치 센서 구동 기간(Tt) 동안, 제2 게이트 하이 전압(vgh2)은 제1 게이트 하이 전압(vgh1)보다 Δd전압만큼 낮게 생성될 수 있다. 이에 따라, 제1 교류 신호(LFD1)의 로우 레벨(Low level)은 Δd전압만큼 낮출 수 있다. 따라서, 제1 교류 신호(LFD1)의 진폭(am)은 Δd전압의 2배만큼 더 커질 수 있다.
예를 들어, 게이트 드라이버 IC(GIC)의 설정된 구동전압범위가 40 V 로, 제1 게이트 하이 전압(vgh1)이 30 V로, 제2 게이트 하이 전압(vgh2)이 28 V로 각각 설정된다고 가정할 경우, 제1 게이트 하이 전압(vgh1)과 제2 게이트 하이 전압(vgh2) 간의 전압 차이를 나타내는 Δd전압은 2 V가 된다. 게이트 드라이버 IC(GIC)의 설정된 구동전압범위가 대략 40 V 이기 때문에 전압레벨은 -10 V ~ 30 V에서 -12 V ~ 28 V 로 시프트될 수 있다. 이에 따라, 제1 교류 신호(LFD1)의 로우 레벨은 - 2 V 만큼 더 낮출 수 있다. 제1 교류 신호(LFD1)의 로우 레벨이 - 2 V 만큼 낮아짐에 따라, 제1 교류 신호(LFD1)의 하이 레벨(High level)도 + 2 V 만큼 더 높일 수 있다. 따라서, 제1 교류 신호(LFD1)의 스윙 폭인 진폭(am)은 4V 만큼 더 커질 수 있다. 제1 교류 신호(LFD1)의 진폭(am)은 제1 게이트 하이 전압(vgh1)과 제2 게이트 하이 전압(vgh2) 간의 전압 차이에 비례할 수 있다.
제1 교류 신호(LFD1)가 제2 게이트 하이 전압(vgh2)에 대응되는 진폭(am)으로 생성됨에 따라, 제1 교류 신호(LFD1)와 동일한 위상 및 진폭을 갖는 터치 구동 신호(Vdrv)와 제2 교류 신호(LFD2)도 제2 게이트 하이 전압(vgh2)에 대응되는 진폭으로 변화될 수 있다. 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안, 제1 교류 신호(LFD1)와 동일한 위상 및 진폭을 갖는 터치 구동 신호(Vdrv)를 터치 센서(TS)들에 공급하고, 제1 교류 신호(LFD1)와 동일한 위상 및 진폭을 갖는 제2 교류신호(LFD2)를 픽셀들에 연결된 데이터라인들에 공급한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 제1 교류 신호(LFD1)가 제2 게이트 하이 전압(vgh2)에 대응되는 진폭으로 생성됨으로써, 제1 교류 신호(LFD1)의 진폭(am)이 커질 수 있다. 진폭이 커진 제1 교류 신호(LFD1)와 동일한 위상 및 진폭으로 제2 교류 신호(LFD2)와 터치 구동 신호(Vdrv)가 변화됨으로써, 터치 감도와 터치 인식의 정확도가 개선될 수 있다.
도 8을 살펴보면, 본 발명의 표시 장치는 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 제1 게이트 하이 전압(vgh1)보다 낮은 제2 게이트 하이 전압(vgh2)을 생성하고, 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 입력 영상을 분석하여 영상속성에 따라 전원제어신호(PSS)를 생성할 수 있다. 영상속성은 디스플레이되는 영상을 분석하여 구동 중 노이즈가 증가하면 구동 전압을 조절하여 보상한다.
도 8의 (a)는 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 출력되는 영상에 의해 터치 노이즈가 증가하는 경우 전원제어신호(PSS)에 따라 제어되는 제2 게이트 하이 전압(vgh2)을 보여준다.
디스플레이 구동 기간(Td) 동안 데이터 전압이 크게 변화하는 특정 영상에 의해 공통전압(Vcom)의 리플(ripple)이 크게 발생된다. 이로 인해 터치 노이즈가 증가하게 되어 터치 감도와 터치 인식의 정확도가 감소할 수 있다. 이에 따라 터치감도와 터치 인식의 정확도를 증가시키기 위해 상대적으로 높은 구동전압이 구동라인에 공급된다.
본 발명은 디스플레이 구동 기간(Td)과 터치 센서 구동 기간(Tt)을 분리하여 구동하는 로드 프리 구동방법이라고 하더라도 높은 구동전압이 구동라인에 공급되는 경우 기생 용량의 양단(터치 센서와 구동라인)에 전압 차이가 미세하게 발생되어 기생 용량에 충전되는 전하량은 0이 되지 않는다. 그 결과 터치 감도가 떨어질 수 있다.
타이밍 컨트롤러(16)는 제1 전원제어신호를 메인 전원 IC(300)에 공급하여 제2 게이트 하이 전압(vgh2)과 제1 게이트 하이 전압(vgh1) 간의 차를 증가시킨다. 제1 교류 신호(LFD1)는 제1 게이트 하이 전압(vgh1)보다 낮아진 제2 게이트 하이 전압(vgh2)에 대응되는 진폭만큼 생성되기 때문에 제1 교류 신호(LFD1)의 진폭(am1)이 커질 수 있다. 진폭(am1)이 커진 제1 교류 신호(LFD1)와 동일한 위상 및 진폭으로 제2 교류 신호(LFD2)와 터치 구동 신호(Vdrv)가 변화됨으로써, 터치 감도가 떨어지는 것을 미연에 방지할 수 있다.
도 8의 (b)는 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 출력되는 영상에 의해 터치 노이즈가 감소하는 경우 전원제어신호(PSS)에 따라 제어되는 제2 게이트 하이 전압(vgh2)을 보여준다. 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 데이터 전압이 작게 변화하는 특정 영상에 의해 공통전압(Vcom)의 리플(ripple)이 작게 발생된다. 이로 인해 터치 노이즈가 감소하게 되어 터치 감도와 터치 인식의 정확도가 증가할 수 있다. 이에 따라 상대적으로 낮은 구동전압이 구동라인에 공급되어도 터치 감도와 터치 인식의 정확도를 유지시킬 수 있다.
낮은 구동전압이 구동라인에 공급되는 경우 기생 용량의 양단(터치 센서와 구동라인)에 전압 차이가 거의 발생하지 않는다. 이에 따라, 기생 용량에 충전되는 전하량은 실질적으로 0이 된다. 타이밍 컨트롤러(16)는 제2 전원제어신호를 메인 전원 IC(300)에 공급하여 제2 게이트 하이 전압(vgh2)과 제1 게이트 하이 전압(vgh1) 간의 차를 감소시킨다. 제1 교류 신호(LFD1)는 제1 게이트 하이 전압(vgh1)보다 낮아진 제2 게이트 하이 전압(vgh2)에 대응되는 진폭만큼 생성되기 때문에 제1 교류 신호(LFD1)의 진폭(am2)이 작아진다. 진폭(am2)이 상대적으로 작아진 제1 교류 신호(LFD1)와 동일한 위상 및 진폭으로 제2 교류 신호(LFD2)와 터치 구동 신호(Vdrv)가 변화됨으로써, 일정한 터치 감도를 용이하게 유지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 전원제어신호(PSS)에 따라 제2 게이트 하이 전압(vgh2)을 제어함으로써, 노이즈에 따라 달라질 수 있는 터치 감도를 일정한 수준으로 유지시킬 수 있다.
도 9 내지 도 11은 본 발명에 따른 터치 구동 장치(18)의 다양한 구현 예들을 보여준다.
본 발명의 터치 구동 장치(18)는 도 9 내지 도 11과 같은 형태의 IC(Integrate Circuit) 패키지로 구현될 수 있다.
도 9를 참조하면, 터치 구동 장치(18)는 드라이버 IC(DIC)와 터치 센싱 IC(TIC)를 포함한다.
드라이버 IC(DIC)는 터치 센서 채널부(100), Vcom 버퍼(110), 스위치 어레이(120), 타이밍 제어신호 생성부(130), 멀티플렉서(Multiplexer, MUX, 140), 및 DTX 보상부(150)를 포함한다.
터치 센서 채널부(100)는 센서라인들을 통해 터치 센서들의 전극에 연결되고, 스위치 어레이(120)를 통해 Vcom 버퍼(110)와 멀티플렉서(140)에 연결된다. 멀티플렉서(140)는 센서라인들을 터치 센싱 IC(TIC)에 연결한다. 1:3 멀티플렉서의 경우에, 멀티플렉서(140)는 터치 센싱 IC(TIC)의 한 개 채널을 세 개의 센서라인들에 시분할 방식에 따라 순차 연결함으로써 터치 센싱 IC(TIC)의 채널 개수를 줄인다. 멀티플렉서(140)는 MUX 제어신호(MUX C1~C3)에 응답하여 터치 센싱 IC(TIC)의 채널과 연결될 센서라인들을 순차적으로 선택한다. 멀티플렉서(140)는 터치 라인들(Touch line)을 통해 터치 센싱 IC(TIC)의 채널들에 연결된다.
Vcom 버퍼(110)는 픽셀의 공통 전압(Vcom)을 출력한다. 스위치 어레이(120)는 타이밍 제어신호 생성부(130)의 제어 하에 디스플레이 구동 기간 동안 Vcom 버퍼(110)로부터의 공통 전압(Vcom)을 터치 센서 채널부(100)로 공급한다. 스위치 어레이(120)는 타이밍 제어신호 생성부(130)의 제어 하에 터치센서 구동 기간 동안 센서라인들을 터치 센싱 IC(TIC)에 연결한다.
타이밍 제어신호 생성부(130)는 디스플레이 구동부와 터치 센싱 IC(TIC)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들을 발생한다. 디스플레이 구동부는 픽셀에 입력 영상의 데이터를 기입하기 위한 데이터 구동부(12)와 게이트 구동부(14)를 포함한다. 데이터 구동부(12)는 데이터 전압을 생성하여 표시패널(10)의 데이터라인들(D1~Dm)에 공급한다. 데이터 구동부(12)는 드라이버 IC(DIC)에 집적될 수 있다. 게이트 구동부(14)는 데이터 전압에 동기되는 게이트펄스(또는 스캔 펄스)를 표시패널(10)의 게이트라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급한다. 게이트 구동부(14)는 픽셀들과 함께 표시패널(10)의 기판 상에 함께 배치될 수 있다.
타이밍 제어신호 생성부(130)는 도 1에 도시된 타이밍 컨트롤러(16) 내의 타이밍 제어신호 생성부와 실질적으로 동일하다. 타이밍 제어신호 생성부(130)는 디스플레이 구동 기간 동안 디스플레이 구동부를 구동 시키고 터치센서 구동 기간 동안 터치 센싱 IC(TIC)를 구동 시킨다.
타이밍 제어신호 생성부(130)는 도 3과 같이 디스플레이 구동 기간(Td)과 터치센서 구동 기간(Tt)을 정의하는 터치 인에이블 신호(TEN)를 생성하여 디스플레이 구동부와 터치 센싱 IC(TIC)를 동기시킨다. 디스플레이 구동부는 터치 인에이블 신호(TEN)의 제1 레벨 기간 동안 픽셀들에 데이터를 기입한다. 터치 센싱 IC(TIC)는 터치 인에이블 신호(TEN)의 제2 레벨에 응답하여 터치 센서들을 구동하여 터치 입력을 센싱한다. 터치 인에이블 신호(TEN)의 제1 레벨은 하이 레벨(High level)일 수 있고, 제2 레벨은 로우 레벨(Low level)일 수 있으나 그 반대로 설정될 수도 있다.
터치 센싱 IC(TIC)는 구동 전원부(미도시)에 연결되어 구동전원을 공급받는다. 터치 센싱 IC(TIC)는 터치 인에이블 신호(TEN)의 제2 레벨에 응답하여 터치센서 구동신호를 생성하여 터치 센서들에 인가한다. 터치센서 구동신호는 구형파 형태의 펄스, 정현파, 삼각파 등 다양한 형태로 발생될 수 있으나, 구형파로 구현됨이 바람직하다. 터치센서 구동신호는 터치 센싱 IC(TIC)의 적분기에 전하가 N(N은 2 이상의 자연수)회 이상 누적될 수 있도록 터치 센서들 각각에 N회 인가될 수 있다.
입력 영상 데이터의 변화에 따라 터치 센서 신호에 노이즈가 커질 수 있다. DTX 보상부(150)는 입력 영상 데이터를 분석하여 입력 영상의 계조 변화에 따라 터치 로 데이터(Touch raw data)에서 노이즈 성분을 제거하여 터치 센싱 IC(TIC)로 전송한다. DTX는 Display and Touch crosstalk를 의미한다. DTX 보상부(150)와 관련된 내용은 본원 출원인에 의해 기출원된 특허 출원 제10-2012-0149028호(2012.12.19 출원)에 상세히 기재되어 있다. 터치 센서의 노이즈가 입력 영상 데이터 변화에 따라 민감하게 변하지 않는 시스템의 경우에 DTX 보상부(150)는 필요 없으므로 생략될 수 있다.
터치 센싱 IC(TIC)는 타이밍 제어신호 생성부(130)로부터의 터치 인에이블 신호(TEN)에 응답하여 터치센서 구동 기간(Tt) 동안 멀티플렉서(140)를 구동시켜 멀티플렉서(140)와 센서라인들을 통해 터치 센서의 전하를 수신한다.
터치 센싱 IC(TIC)는 터치 센서 신호로부터 터치 입력 전후의 전하 변화량을 검출하고 그 전하 변화량을 소정의 문턱값과 비교하여 문턱값 이상의 전하 변화량을 갖는 터치 센서들의 위치를 터치 입력 영역으로 판정한다. 터치 센싱 IC(TIC)는 터치 입력 각각에 대하여 좌표를 계산하여 터치 입력 좌표 정보를 포함한 터치 데이터(TDATA(XY))를 외부의 호스트 시스템(19)으로 전송한다. 터치 센싱 IC(TIC)는 터치 센서의 전하를 증폭하는 증폭기, 터치 센서로부터 수신된 전하를 누적하는 적분기, 적분기의 전압을 디지털 데이터로 변환하는 ADC(Analog to Digital Converter), 및 연산 로직부를 포함한다. 연산 로직부는 ADC로부터 출력된 터치 로 데이터(Touch raw data)를 문턱값과 비교하여 그 비교 결과에 따라 터치 입력을 판정하고 좌표를 계산하는 터치 인식 알고리즘을 실행한다.
드라이버 IC(DIC)와 터치 센싱 IC(TIC)는 SPI(Serial Peripheral Interface) 인터페이스를 통해 신호들을 송수신할 수 있다.
호스트 시스템(19)은 본 발명의 표시장치(10)가 적용 가능한 전자 기기의 시스템 본체를 의미한다. 호스트 시스템(19)은 폰 시스템(Phone system), TV(Television) 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템 중 어느 하나일 수 있다. 호스트 시스템(19)은 터치 센싱 IC(TIC)로부터 터치 입력 데이터(TDATA(XY))를 수신하여 터치 입력과 연계된 어플리케이션(application)을 실행한다.
도 10을 참조하면, 터치 구동 장치(18)는 터치 센서 구동부(RIC)와 MCU(Micro Controller Unit)를 포함한다.
터치 센서 구동부(RIC)는 터치 센서 채널부(100), Vcom 버퍼(110), 스위치 어레이(120), 제1 타이밍 제어신호 생성부(130), 멀티플렉서(140), DTX 보상부(150), 센싱부(160), 제2 타이밍 제어신호 생성부(170) 및 메모리(180)를 포함한다. 이 실시 예는 전술한 도 9의 실시 예와 비교할 때, 센싱부(160)와 제2 타이밍 제어 생성부(170)가 터치 센서 구동부(RIC) 내에 집적된 것에서 차이가 있다. 제1 타이밍 제어 생성부(130)는 도 9의 그것과 실질적으로 동일하다. 따라서, 제1 타이밍 제어 생성부(130)는 디스플레이 구동부와 터치 센서 구동부(RIC)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들을 발생한다.
멀티플렉서(140)는 MCU의 제어 하에 센싱부(160)에 의해 억세스되는 터치 센서 전극들을 플로팅한다. 센싱부(160)에 의해 억세스되는 터치 센서 전극들은 데이터 전압을 충전하는 픽셀들과 연결되는 터치 센서 전극들을 제외한 다른 터치 센서 전극들 중에서 센싱부(160)에 의해 선택된다. 멀티플렉서(140)는 MCU의 제어 하에 공통 전압(Vcom)을 공급할 수 있다. 센싱부(160)는 멀티플렉서(140)를 통해 센서라인들(115)에 연결되어 터치 센서 전극들(12)로부터 수신되는 전압 파형의 변화를 측정하여 디지털 데이터로 변환한다. 센싱부(160)는 수신된 터치 센서전극들(12)의 전압을 증폭하는 증폭기, 증폭기의 전압을 누적하는 적분기, 적분기의 전압을 디지털 데이터로 변환하는 아날로그 디지털 변한기(Analog-to-Digital Converter, 이하 "ADC"라 함)를 포함한다. ADC로부터 출력된 디지털 데이터는 터치 로 데이터(Touch raw data)로서 MCU로 전송된다.
제2 타이밍 제어 생성부(170)는 멀티플렉서(140), 센싱부(160)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호, 클럭 등을 생성한다. 터치 센서 구동부(RIC) 내에서 DTX 보상부(150)는 생략될 수 있다. 메모리(180)는 제2 타이밍 제어 생성부(170)의 제어 하에 터치 로 데이터(Touch raw data)를 일시 저장한다.
터치 센서 구동부(RIC)와 MCU는 SPI(Serial Peripheral Interface) 인터페이스를 통해 신호들을 송수신할 수 있다. MCU는 터치 로 데이터(Touch raw data)를 문턱값과 비교하여 그 비교 결과에 따라 터치 입력을 판정하고 좌표를 계산하는 터치 인식 알고리즘을 실행한다.
도 11을 참조하면, 터치 구동 장치(18)는 드라이버 IC(DIC)와 메모리(Memory, MEM)를 포함한다.
드라이버 IC(DIC)는 터치 센서 채널부(100), Vcom 버퍼(110), 스위치 어레이(120), 제1 타이밍 제어신호 생성부(130), 멀티플렉서(140), DTX 보상부(150), 센싱부(160), 제2 타이밍 제어신호 생성부(170), 메모리(180), 및 MCU(190)를 포함한다. 이 실시 예는 전술한 도 10의 실시 예와 비교할 때, MCU(190)가 드라이버 IC(DIC) 내에 집적된 것에서 차이가 있다. MCU(18)는 터치 로 데이터(Touch raw data)를 문턱값과 비교하여 그 비교 결과에 따라 터치 입력을 판정하고 좌표를 계산하는 터치 인식 알고리즘을 실행한다.
메모리(MEM)는 디스플레이 구동부와 센싱부(160)의 동작에 필요한 타이밍 정보에 관한 레지스터(register) 설정값을 저장한다. 레지스터 설정값은 표시장치의 전원이 켜지면 메모리(MEM)로부터 제1 타이밍 제어신호 생성부(16)와 제2 타이밍 제어신호 생성부(170)로 로딩(Loading)된다. 제1 타이밍 제어신호 생성부(16)와 제2 타이밍 제어신호 생성부(170)는 메모리로부터 읽어 들인 레지스터 설정값을 바탕으로 디스플레이 구동부와 센싱부(160)를 제어하기 위한 타이밍 제어신호들을 발생한다. 구동 장치의 구조적 변경 없이 메모리(MEM)의 레지스터 설정값을 변경하여 모델 변경에 대응할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 터치 센서 구동 기간 동안에 제1 게이트 하이 전압보다 낮은 제2 게이트 하이 전압을 생성하여 터치 구동 신호의 진폭을 증가시킬 수 있다. 그 결과 터치 감도와 터치 인식의 정확도를 개선할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10 : 표시장치 DIS : 표시패널
12 : 데이터 구동부 14 : 게이트 구동부
16 : 타이밍 컨트롤러 18 : 터치 구동장치
19 : 호스트 시스템

Claims (9)

  1. 픽셀들과 터치 센서들이 구비되는 표시패널;
    상기 픽셀들에 입력 영상 데이터가 기입되는 디스플레이 구동 기간 동안 제1 게이트 하이 전압을 생성하고, 상기 터치 센서들에 대한 터치 입력을 센싱하는 터치 센서 구동 기간 동안 상기 제1게이트 하이 전압보다 낮은 제2 게이트 하이 전압을 생성하는 메인 전원IC;
    상기 제2 게이트 하이 전압에 대응되는 진폭으로 제1교류신호를 생성하는 터치 전원 IC;
    상기 디스플레이 구동 기간 동안 상기 제1 게이트 하이 전압을 기초로 게이트펄스를 생성하여 상기 픽셀들에 연결된 게이트라인들에 공급하고, 상기 터치 센서 구동 기간 동안 상기 제1 교류신호를 상기 게이트라인들에 공급하는 게이트 구동부;를 포함하며,
    상기 터치 센서 구동 기간 동안,
    상기 제1 교류신호와 동일한 진폭을 갖는 터치 구동 신호가 상기 터치 센서들에는 공급되고, 상기 픽셀들에 연결된 데이터라인들에는 상기 제1 교류 신호와 동일한 진폭을 갖는 제2 교류신호가 공급되는, 표시 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 터치 센서 구동 기간 동안,
    상기 터치 구동 신호는 상기 제1 교류 신호와 위상이 동일하고,
    상기 제2 교류 신호는 상기 제1 교류 신호와 위상이 동일한, 표시 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 교류신호의 진폭은 상기 제1 게이트 하이 전압과 상기 제2 게이트 하이 전압 간의 전압 차이에 비례하는 표시 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 입력 영상을 분석하여 영상속성에 따라 전원제어신호를 생성하는 타이밍컨트롤러를 더 구비하고,
    상기 메인 전원IC는
    상기 전원제어신호에 따라 상기 제2 게이트 하이 전압을 제어하는 표시 장치.
  5. 픽셀들과 터치 센서들이 구비되는 표시패널을 갖는 표시 장치의 구동방법에 있어서,
    상기 픽셀들에 입력 영상 데이터가 기입되는 디스플레이 구동 기간 동안 제1 게이트 하이 전압을 생성하고, 상기 터치 센서들에 대한 터치 입력을 센싱하는 터치 센서 구동 기간 동안 상기 제1 게이트 하이 전압보다 낮은 제2 게이트 하이 전압을 생성하는 단계;
    상기 제2 게이트 하이 전압에 대응되는 진폭으로 제1교류신호를 생성하는 단계;
    상기 디스플레이 구동 기간 동안 상기 제1 게이트 하이 전압을 기초로 게이트펄스를 생성하여 상기 픽셀들에 연결된 게이트라인들에 공급하고, 상기 터치 센서 구동 기간 동안 상기 제1 교류신호를 상기 게이트라인들에 공급하는 단계; 및
    상기 터치 센서 구동 기간 동안,
    상기 제1 교류신호와 동일한 진폭을 갖는 터치 구동 신호를 상기 터치 센서들에 공급하고, 상기 제1 교류 신호와 동일한 진폭을 갖는 제2 교류신호를 상기 픽셀들에 연결된 데이터라인들에 공급하는 단계를 포함하는 표시 장치의 구동방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 터치 센서 구동 기간 동안,
    상기 터치 구동 신호는 상기 제1 교류 신호와 위상이 동일하고,
    상기 제2 교류 신호는 상기 제1 교류 신호와 위상이 동일한 표시 장치의 구동방법.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 교류신호의 진폭은 상기 제1 게이트 하이 전압과 상기 제2 게이트 하이 전압 간의 전압 차이에 비례하는 표시 장치의 구동방법.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 입력 영상을 분석하여 영상속성에 따라 전원제어신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 표시 장치의 구동방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 터치 센서 구동 기간 동안 상기 제1 게이트 하이 전압보다 낮은 제2 게이트 하이 전압을 생성하는 단계는
    상기 전원제어신호에 따라 상기 제2 게이트 하이 전압을 제어하는 표시 장치의 구동방법.
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