KR102385632B1 - 터치 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터치 발생 여부에 따라 영역별 터치 센싱 기간과 데이터 기입 기간을 적응적으로 조절할 수 있는 터치 디스플레이 장치에 관한 것으로, 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 장치에서 타이밍 컨트롤러는 터치 동기 신호를 이용하여 각 프레임을 복수의 단위 기간으로 시분할하고, 각 단위 기간을 상기 픽셀 어레이의 복수의 픽셀 블록들 중 어느 하나를 스캔하는 각 데이터 기입 기간과, 상기 터치 전극 어레이의 복수의 터치 블록들 중 어느 하나의 터치 블록을 스캔하는 각 터치 센싱 기간으로 시분할하며, MCU로부터 터치 좌표 정보를 공급받아 패널을 터치 발생 영역과 터치 비발생 영역으로 정의하고, 터치 발생 영역을 스캔하는 어느 하나의 제1 터치 센싱 기간을, 터치 비발생 영역을 스캔하는 어느 하나의 제2 터치 센싱 기간 보다 증가하도록 조절한다.

Description

터치 디스플레이 장치{TOUCH DISPLAY DEVICE}
본 발명은 터치 발생 여부에 따라 영역별 터치 센싱 기간과 데이터 기입 기간을 적응적으로 조절할 수 있는 터치 디스플레이 장치에 관한 것이다.
디스플레이의 화면상에서 터치로 정보 입력이 가능한 터치 센서는 스마트 폰과 같은 휴대용 정보 기기뿐만 아니라 노트북, 모니터, 가전 제품 등의 다양한 디스플레이에 확대 적용되고 있다.
디스플레이에 적용된 터치 기술은 디스플레이 패널 위에 터치 패널을 부착한 애드 온(Add on) 타입과, 디스플레이 패널에 터치 전극을 내장한 인 셀(In-cell) 타입이 있다. 인 셀 타입은 액정 디스플레이의 공통 전극을 분할하여 터치 전극으로 활용하는 어드밴스드 인 셀 터치(Advanced In-cell Touch; 이하 AIT) 타입으로 진보되었다.
AIT 디스플레이 장치는 각 프레임 기간을 픽셀 어레이를 분할 구동하는 복수의 데이터 기입 기간(또는 디스플레이 기간)과, 터치 전극 어레이를 분할 구동하는 복수의 터치 센싱 기간으로 시분할하고, 각 데이터 기입 기간과 각 터치 센싱 기간이 교번하도록 터치 디스플레이 패널을 구동한다.
각 프레임을 시분할하는 데이터 기입 기간과 터치 센싱 기간은 트레이드-오프(trade-off) 관계이므로, 터치 센싱 시간 확보에 주력할 경우 상대적으로 데이터 기입 기간이 감소하여 데이터 충전 시간이 손실되거나, 데이터 충전 시간 확보에 주력할 경우 상대적으로 터치 센싱 기간이 감소하여 터치 센싱 시간이 손실될 수 있다. 각 프레임에서 데이터 기입 기간과 터치 센싱 기간은 터치 동기 신호에 의해 일정 비율로 고정되어 있다.
그런데, AIT 디스플레이 장치가 고해상도화 됨에 따라 스캔 라인 수가 증가하고 있으나, 터치 센싱 기간의 확보를 위해 데이터 기입 기간의 증가가 어려우므로, 데이터 충전 시간이 불충분하여 디스플레이 성능이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 터치 발생 여부에 따라 영역별 터치 센싱 기간과 데이터 기입 기간을 적응적으로 조절할 수 있는 터치 디스플레이 장치를 제공한다.
일 실시예에 따른 터치 디스플레이 장치는 픽셀 어레이와, 그 픽셀 어레이에 포함된 복수의 터치 전극들로 구성된 터치 전극 어레이를 포함하는 패널과, 패널의 데이터 라인들과 터치 전극들을 구동하고 터치 전극들의 커패시턴스 변화를 리드아웃하여 센싱 데이터를 출력하는 터치/데이터 드라이버와, 패널의 게이트 라인들을 구동하는 게이트 드라이버와, 터치/데이터 드라이버 및 게이트 드라이버의 디스플레이 동작을 제어하는 타이밍 컨트롤러와, 터치/데이터 드라이버의 터치 센싱 동작을 제어하고, 터치/데이터 드라이버로부터 센싱 데이터를 공급받아 터치 좌표 정보를 생성하여 공급하는 MCU를 포함한다. 타이밍 컨트롤러는 터치 동기 신호를 이용하여 각 프레임을 복수의 단위 기간으로 시분할하고, 각 단위 기간을 상기 픽셀 어레이의 복수의 픽셀 블록들 중 어느 하나를 스캔하는 각 데이터 기입 기간과, 상기 터치 전극 어레이의 복수의 터치 블록들 중 어느 하나의 터치 블록을 스캔하는 각 터치 센싱 기간으로 시분할한다. 타이밍 컨트롤러는 MCU로부터 터치 좌표 정보를 공급받아 패널을 터치 발생 영역과 터치 비발생 영역으로 정의하고, 터치 발생 영역을 스캔하는 어느 하나의 제1 터치 센싱 기간을, 터치 비발생 영역을 스캔하는 어느 하나의 제2 터치 센싱 기간 보다 증가하도록 조절한다.
타이밍 컨트롤러는 터치 발생 영역을 스캔하는 제1 터치 센싱 기간을 포함하는 어느 하나의 제1 단위 기간에 속하는 제1 데이터 기입 기간과 대비하여, 터치 비발생 영역을 스캔하는 제2 터치 센싱 기간을 포함하는 어느 하나의 제2 단위 기간에 속하는 제2 데이터 기입 기간이 증가하도록 조절한다.
타이밍 컨트롤러는 제1 단위 기간과 제2 단위 기간은 각각 유지하되, 제1 단위 기간에서 제1 터치 센싱 기간과 제1 데이터 기입 기간을 동일하게 조절하고, 제2 단위 기간에서 제2 데이터 기입 기간을 제2 터치 센싱 기간 보다 크게 조절한다.
터치/데이터 드라이버는 각 데이터 기입 기간 동안 상기 데이터 라인들에는 데이터 신호를 공급하고 터치 전극들에는 라우팅 라인들을 통해 공통 전압을 공급하고, 각 터치 센싱 기간 동안 상기 데이터 라인들 및 라우팅 라인들에 교류 파형의 터치 구동 신호를 공급한다. 게이트 드라이버는 각 데이터 기입 기간 동안 해당 게이트 라인들에 스캔 신호와 게이트 오프 전압을 공급하고, 각 터치 구동 기간 동안 게이트 라인들에 터치 구동 신호와 동일 위상 및 동일 진폭을 갖는 교류 파형의 게이트 오프 변조 신호를 공급한다.
일 실시예에 따른 터치 디스플레이 장치는 터치 발생 여부에 따라 영역별 터치 센싱 기간과 데이터 기입 기간을 적응적으로 조절할 수 있다.
이에 따라, 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 장치는 터치가 발생한 터치 발생 영역에서는 터치 센싱 기간을 상대적으로 증가시킴으로써 터치 성능을 향상시킬 수 있고, 터치가 발생하지 않은 터치 비발생 영역에서는 데이터 기입 기간을 상대적으로 증가시킴으로써 데이터 충전 시간을 확보하여 디스플레이 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 패널에서 터치 전극 및 서브픽셀의 구성을 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 장치의 구동 파형도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 장치에서 터치 발생 영역과 터치 비발생 영역을 예를 들어 나타낸 모식도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 장치에서 터치 센싱 기간과 데이터 기입 기간의 조절 방법을 나타낸 타이밍도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 도 2는 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 패널에서 터치 전극 및 서브픽셀의 구성을 예시한 도면이다. 도 3은 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 장치의 구동 파형도이다.
도 1을 참조하면, 터치 디스플레이 장치는 패널(100), 게이트 드라이버(200), 터치/데이터 드라이버(300), 타이밍 컨트롤러(Timing Controller; 이하 TCON)(400), 전원 회로(Power Management Integrated Circuit; PMIC)(500), 터치 전원 회로(Touch Power Integrated Circuit; TPIC) (600), 마이크로 컨트롤러 유닛(Micro Controller Unit; 이하 MCU)(700) 등을 구비한다.
패널(100)은 터치 센싱 기능 및 디스플레이 기능을 갖는다. 패널(100)은 서브픽셀들이 매트릭스 형태로 배열된 픽셀 어레이를 통해 영상을 표시한다. 패널(100)은 픽셀 어레이에 포함된 공통 전극 겸용 터치 전극들(TE)이 매트릭스 형태로 배열된 터치 전극 어레이를 이용하여 커패시턴스 방식으로 터치 여부를 감지한다. 커패시턴스 터치 센싱 방식은 상호 커패시턴스(Mutual Capacitance) 터치 센싱 방식과, 셀프 커패시턴스(Self-Capacitance) 터치 센싱 방식 중 어느 하나를 이용할 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 셀프 커패시턴스 터치 센싱 방식을 예로 들어 설명한다.
패널(100)은 도 2에 도시된 바와 같이 매트릭스 형태로 배열된 서브픽셀들(SP)을 통해 영상을 표시한다. 기본 픽셀은 화이트(W), 레드(R), 그린(G), 블루(B) 서브픽셀들 중 컬러 혼합으로 화이트 표현이 가능한 적어도 3개 서브픽셀들로 구성될 수 있다. 예를 들면, 기본 픽셀은 R/G/B 조합의 서브픽셀들, W/R/G 조합의 서브픽셀들, B/W/R 조합의 서브픽셀들, G/B/W 조합의 서브픽셀들로 구성되거나, W/R/G/B 조합의 서브픽셀들로 구성될 수 있다.
각 서브픽셀(SP)은 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)과 접속된 박막 트랜지스터(TFT)와, 박막 트랜지스터(TFT) 및 공통 전극(COM)인 터치 전극(TE)과 접속된 액정 커패시터(Clc) 및 스토리지 커패시터(Cst)를 구비한다. 액정 커패시터(Clc)는 박막 트랜지스터(TFT)를 통해 화소 전극에 공급된 데이터 신호와, 터치 전극(TE)에 공급된 공통 전압과의 차전압을 충전하고 충전된 전압에 따라 액정을 구동하여 광투과율을 조절한다. 스토리지 커패시터(Cst)는 액정 커패시터(Clc)에 충전된 전압을 안정적으로 유지시킨다.
패널(100)은 픽셀 어레이의 공통 전극 기능과, 터치 센서 기능을 갖는 터치 전극들(TE)로 구성된 터치 전극 어레이를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 터치 전극 어레이는 복수의 터치 전극 컬럼을 포함하고, 각 터치 전극 컬럼은 데이터 라인(DL)의 방향으로 배열된 복수의 터치 전극들(TE)과, 복수의 터치 전극들(TE) 각각을 개별적으로 터치/데이터 드라이버(300)와 접속시키는 복수의 라우팅 라인(RL)을 포함한다. 복수의 터치 전극들(TE)은 픽셀 어레이에 위치하는 공통 전극이 복수의 세그먼트로 분할된 것으로, 각 터치 전극(TE)은 터치점 크기를 고려하여 복수의 서브픽셀들(SP)을 포함하는 일정 크기로 형성된다. 각 터치 전극(TE)은 자신과 오버랩하는 복수의 서브픽셀들(SP)과 공통 접속되고 하나의 터치 센서를 형성한다.
전원 회로(500)는 입력 전압을 공급받아 터치 디스플레이 장치에서 필요로 하는 복수의 구동 전압들을 생성하여 공급한다. 전원 회로(500)는 입력 전압을 이용하여 터치 전원 회로(600), TCON(400), MCU(700), 게이트 드라이버(200), 터치/데이터 드라이버(300) 등에서 필요한 복수의 구동 전압들을 생성하여 공급할 수 있다. 예를 들면, 전원 회로(500)는 디지털 회로 구동 전압을 생성하여 각 구동 회로에 공급할 수 있고, 아날로그 회로 구동 전압을 생성하여 터치 전원 회로(600) 및 터치/데이터 드라이버(300) 등에 공급할 수 있다. 전원 회로(500)는 게이트 드라이버(200)에서 필요한 구동 전압들을 생성하여 공급할 수 있다. 전원 회로(500)는 게이트 오프 전압(VGL), 공통 전압(VCOM) 등을 생성하여 터치 전원 회로(600)에 공급할 수 있다.
또한, 전원 회로(500)는 레벨 쉬프터를 내장하고, TCON(400)으로부터 온 클럭, 오프 클럭, 스타트 신호 등을 포함하는 기본 타이밍 신호를 공급받아 복수의 게이트 제어 신호를 생성하여 게이트 드라이버(200)로 공급할 수 있다. 예를 들면, 전원 회로(500)는 TCON(400)로부터 공급받은 온 클럭에 동기하는 라이징 타이밍과 오프 클럭에 동기하는 폴링 타이밍이 서로 다른 복수의 클럭들을 생성하여 게이트 드라이버(200)로 출력하고, TCON(400)으로부터 공급받은 스타트 신호, 리셋 신호 등을 레벨 쉬프팅하여 게이트 드라이버(200)로 출력한다.
터치 전원 회로(600)는 전원 회로(500)의 출력 전압과 MCU(700)의 제어 신호를 공급받고, 게이트 드라이버(200), 터치/데이터 드라이버(300) 등과 같이 터치 구동 및 센싱과 관련된 구동 회로들에서 필요한 복수의 구동 신호를 생성하여 출력한다.
예를 들면, 터치 전원 회로(600)는 MCU(700)의 제어에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이 각 데이터 기입 기간(DW)에서 전원 회로(500)로부터 공급받은 공통 전압(VCOM)을 터치/데이터 드라이버(300)에 공급하고, 게이트 오프 전압(VGL)을 게이트 드라이버(200)에 공급한다.
터치 전원 회로(600)는 MCU(700)의 제어에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이 각 터치 센싱 기간(TD)에서 동일 위상 및 동일 진폭을 갖는 터치 구동 신호(VCOM_LFD) 및 게이트 오프 변조 신호(VGL_LFD)를 생성하여 터치/데이터 드라이버(300) 및 게이트 드라이버(200)에 각각 공급한다.
터치 전원 회로(600)는 각 터치 센싱 기간(TD)에서 공통 하이 전압(VCOM_H)과 공통 로우 전압(VCOM_L)을 주기적으로 교번하는 교류 파형의 터치 구동 신호(VCOM_LFD)를 생성하여 터치/데이터 드라이버(300)에 공급하고, 게이트 오프 하이 전압(VGL_H)과 게이트 오프 로우 전압(VGL_L)을 주기적으로 교번하는 교류 파형의 게이트 오프 변조 신호(VGL_LFD)를 생성하여 게이트 드라이버(200)에 공급한다. 터치 전원 회로(600)는 공통 전압(VCOM) 및 게이트 오프 전압(VGL)은 전원 회로(500)로부터 공급받고, 공통 하이 전압(VCOM_H), 공통 로우 전압(VCOM_L), 게이트 오프 하이 전압(VGL_H), 게이트 오프 로우 전압(VGL_L)은 내부 메모리에 저장된 디지털 데이터를 아날로그 전압으로 변환하여 이용할 수 있다.
TCON(400)은 호스트 시스템으로부터 영상 데이터와, 타이밍 신호들을 공급받는다. 타이밍 신호들은 도트 클럭, 데이터 인에이블 신호, 수직 동기 신호, 수평 동기 신호를 포함한다. 호스트 시스템은 컴퓨터, TV 시스템, 셋탑 박스, 태블릿이나 휴대폰 등과 같은 휴대 단말기의 시스템 중 어느 하나일 수 있다.
TCON(400)은 호스트 시스템으로부터 공급받은 타이밍 신호들과 내부 레지스터에 저장된 타이밍 정보를 이용하여 터치/데이터 드라이버(300)의 동작 타이밍을 제어하는 데이터 제어 신호들을 생성하여 터치/데이터 드라이버(300)로 공급한다. 예를 들면, 데이터 제어 신호들은 데이터의 래치 타이밍을 제어하는데 이용되는 소스 스타트 펄스, 소스 샘플링 클럭, 데이터의 출력 타이밍을 제어하는 소스 출력 인에이블 신호, 데이터 신호의 극성을 제어하는 극성 제어 신호 등을 포함한다.
TCON(400)은 호스트 시스템으로부터 공급받은 타이밍 신호들과 내부 레지스터에 저장된 타이밍 정보를 이용하여, 전원 회로(500)에 내장된 레벨 쉬프터에서 게이트 제어 신호들을 생성하는데 이용되는 온 클럭, 오프 클럭, 스타트 신호 등과 같은 기본 타이밍 신호를 생성하여 전원 회로(500)로 공급한다.
TCON(400)은 호스트 시스템으로부터 공급받은 타이밍 신호들과 내부 레지스터에 저장된 타이밍 정보를 이용하여, 도 3에 도시된 바와 같이 각 프레임을 복수의 데이터 기입 기간(DW1~DWn)과 복수의 터치 센싱 기간(TD1~TDn)으로 시분할하고, 각 데이터 기입 기간(DW)과 각 터치 센싱 기간(TD)이 교번하는 터치 동기 신호(Tsync)를 생성하여 MCU(700)로 공급한다. 다시 말하여, 각 프레임은 터치 동기 신호(Tsync)에 의해 복수의 단위 기간(UT1~UTn)으로 시분할되고, 각 단위 기간(UT)은 하나의 데이터 기입 기간(DW)과 하나의 터치 센싱 기간(TD)으로 시분할될 수 있다. 터치 동기 신호(Tsync)의 가변에 의해 각 단위 기간(UT)에서 데이터 기입 기간(DW)과 하나의 터치 센싱 기간(TD)이 조절될 수 있다. 각 데이터 기입 기간(DW)은 패널(100)에서 해당 픽셀 블록의 서브픽셀들에 영상 데이터를 충전(기입)하는 기간을 의미하고, 각 터치 센싱 기간(TD)은 패널(100)에서 해당 터치 블록의 터치 전극들(TE)을 스캔하면서 각 터치 전극(TE)에 터치 구동 신호(VCOM_LFD)를 인가하고 그 터치 전극(TE)으로부터 커패시턴스 변화를 리드아웃하여 터치 발생 여부를 센싱하는 기간을 의미한다.
TCON(400)은 MCU(700)로부터 터치 좌표 정보를 공급받고 터치 발생 여부에 따라 영역별로 각 데이터 기입 기간(DW)과 각 터치 센싱 기간(TD)을 적응적으로 조절할 수 있다. 예를 들면, TCON(400)은 터치 발생 영역에 대한 터치 센싱 기간(TD)을 상대적으로 증가시킴으로써 터치 센싱 성능을 향상시키고, 터치 비발생 영역에서는 데이터 기입 기간(DW)을 상대적으로 증가시킴으로써 데이터 충전 시간을 확보하여 디스플레이 성능을 향상시킬 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
TCON(400)은 시스템으로부터 공급받은 영상 데이터를 화질 보상 및 소비 전력 감소 등을 위한 다양한 영상 처리를 수행하여 메모리에 저장한다. TCON(400)은 각 데이터 기입 기간(DW)에서, 메모리로부터 해당 픽셀 블록의 영상 데이터를 라이팅 속도보다 빠른 리딩 속도로 읽어내고, 영상 데이터 및 데이터 제어 신호들을 포함하는 디스플레이 정보를 터치/데이터 드라이버(300)로 공급한다.
TCON(400)과 터치/데이터 드라이버(300)는 다양한 인터페이스 중 어느 하나를 이용하여 데이터를 송수신한다. 예를 들면, TCON(400)은 다양한 제어 정보 및 영상 데이터를 클럭을 포함하는 직렬 형태로 변환하여 패킷 단위로 포인트-투-포인트(Point-to-Point) 방식으로 전송하는 임베디드 포인트-투-포인트 인터페이스(Embedded Point-to-point Interface; EPI)를 이용한다.
TCON(400)은 EPI 프로토콜을 이용하여 제어 정보와, 영상 데이터 등을 포함하는 디스플레이 정보를 클럭을 포함하는 EPI 패킷으로 변환하고 전송 라인 쌍을 통해 EPI 패킷을 터치/데이터 드라이버(300)로 전송한다. EPI 패킷은 터치/데이터 드라이버(300)의 내부 클럭 록킹(locking)을 위한 클럭 트레이닝 패턴, 얼라인 트레이닝 패턴, 클럭과 데이터 제어 정보를 직렬 형태로 포함하는 제어 패킷, 클럭과 영상(픽셀) 데이터를 직렬 형태로 포함하는 데이터 패킷 등을 포함한다. TCON(400)은 각 터치 센싱 기간(TD) 동안 더미 데이터를 터치 데이터 드라이버(300)로 출력할 수 있다.
터치/데이터 드라이버(300)는 각 데이터 기입 기간(DW) 동안 TCON(400)으로부터 공급받은 EPI 패킷으로부터 클럭, 제어 정보, 영상 데이터 등의 디스플레이 정보를 복원하고, 영상 데이터를 복수의 감마 전압들을 이용하여 아날로그 데이터 신호(Vdata)로 변환하여 패널(100)의 데이터 라인들(DL)로 공급한다. 터치/데이터 드라이버(300)는 각 데이터 기입 기간(DW) 동안 터치 전원 회로(600)로부터 공급받은 공통 전압(VCOM)을 라우팅 라인들(RL)을 통해 터치 전극들(TE)로 공급하여 터치 전극들(TE)이 공통 전극 역할을 하게 한다.
터치/데이터 드라이버(300)는 각 터치 센싱 기간(TD) 동안, 터치 전원 회로(600)로부터 공급받은 터치 구동 신호(VCOM_LFD)를 해당 블록의 라우팅 라인들(RL)을 통해 해당 블록의 터치 전극들(TE)에 공급함과 동시에 데이터 라인들(DL)에 터치 구동 신호(VCOM_LFD)를 공급한다.
터치/데이터 드라이버(300)는 리드아웃 회로를 내장하고, 각 터치 센싱 기간(TD) 동안, 라우팅 라인들(RL)을 통해 해당 터치 블록의 터치 전극들(TE)로 터치 구동 신호(VCOM_LFD)를 공급한 후 그 터치 전극들(TE) 각각으로부터 개별의 라우팅 라인(RL)을 통해 피드백되는 신호를 리드아웃한다. 터치/데이터 드라이버(300)는 각 터치 전극(TE)에 대한 터치 구동 신호(VCOM_LFD)와 리드아웃 신호를 차동 증폭하여 터치로 인한 각 터치 전극(TE)의 셀프 커패시턴스 변화(신호 지연량)를 센싱하고 신호 처리를 통해 센싱 데이터(터치 센싱 정보)를 생성하여 MCU(700)로 공급한다.
터치/데이터 드라이버(300)는 하나 이상의 터치/데이터 IC로 구성되고, 각 IC는 COF(Chip On Film) 등과 같이 회로 필름에 개별적으로 실장되어 패널(100)에 TAB(Tape Automatic Bonding) 방식으로 본딩되거나, COG(Chip On Glass) 방식으로 패널(100) 상에 실장될 수 있다.
게이트 드라이버(200)는 전원 회로(500)로부터 복수의 게이트 제어 신호 및 구동 전압을 공급받고, 터치 전원 회로(600)로부터 게이트 오프 전압(VGL) 및 게이트 오프 변조 신호(VGL_LFD)를 포함하는 게이트 오프 신호를 공급받는다. 게이트 드라이버(200)는 각 데이터 기입 기간(DW) 동안 게이트 제어 신호에 따라 스캔 펄스를 생성하여 해당 픽셀 블록의 게이트 라인들(GL)을 개별 구동한다. 게이트 드라이버(200)는 각 데이터 기입 기간(DW) 동안 전원 회로(500)로부터 공급받은 게이트 제어 신호에 따라 해당 게이트 라인(GL)의 구동 기간마다 게이트 온 전압(VGH)의 스캔 펄스를 해당 게이트 라인(GL)에 공급하고, 해당 게이트 라인(GL)의 비구동 기간에는 터치 전원 회로(600)로부터 공급받은 게이트 오프 전압(VGL)을 해당 게이트 라인(GL)에 공급한다.
게이트 드라이버(200)는 각 터치 센싱 기간(TD) 동안 터치 전원 회로(600)로부터 공급받은 게이트 오프 변조 신호(VGL_LFD)를 게이트 라인들(GL)에 공급한다.
게이트 드라이버(200)는 패널(100)의 픽셀 어레이(PA)를 구성하는 박막 트랜지스터 어레이와 함께 기판에 형성됨으로써 패널(100)의 비표시 영역에 GIP(Gate In Panel) 타입으로 내장되어 구성될 수 있다. GIP 타입의 게이트 드라이버(200)는 패널(100)의 일측부에 위치하거나 패널(100)의 양측부에 위치할 수 있다. 한편, 게이트 드라이버(200)는 복수의 게이트 IC로 구성되고, 각 IC가 COF 등과 같이 회로 필름에 개별적으로 실장되어 패널(100)에 TAB 방식으로 본딩되거나, COG 방식으로 패널(100) 상에 실장될 수 있다.
MCU(700)는 TCON(400)으로부터 터치 동기 신호(Tsync)를 공급받아 터치 센싱에 필요한 복수의 타이밍 제어 신호들을 생성하여 터치/데이터 드라이버(300) 및 터치 전원 회로(600)로 공급한다. MCU(700)는 터치/데이터 드라이버(300)로부터 터치 센싱 정보를 공급받아 터치가 발생된 터치 좌표를 생성하여 호스트 시스템 및 TCON(400)으로 공급한다. 터치/데이터 드라이버(300)와 MCU(700)는 SPI(Serial Peripheral Interface) 통신을 통해 터치 센싱 정보를 공유할 수 있다. MCU(700)와 TCON(400)은 SPI 통신을 통해 터치 센싱 영역 정보를 공유할 수 있다.
도 3을 참조하면, 각 프레임은 터치 구동 신호(Tsync)에 의해 패널(100)의 픽셀 어레이를 복수의 픽셀 블록으로 시분할 구동하는 복수의 데이터 기입 기간(DW1~DWn)과, 패널(100)의 터치 전극 어레이를 복수의 터치 블록으로 시분할 구동하는 복수의 터치 센싱 기간(TD1~TDn)을 포함한다. 즉, 각 프레임을 시분할하는 복수의 단위 기간(UT1~UTn) 각각은 어느 하나의 픽셀 블록을 스캔하는 데이터 기입 기간(DW)과 어느 하나의 터치 블록을 스캔하는 터치 센싱 기간(TD)을 포함한다. 터치 구동 신호(Tsync)는 각 단위 기간(UT)은 유지하면서, 터치 발생 여부에 따라 데이터 기입 기간(DW)과 터치 센싱 기간(TD)을 가변시킬 수 있다. 각 터치 센싱 기간(TD)에서 스캔되는 각 터치 블록의 크기는 각 데이터 기입 기간(DW)에서 스캔되는 각 픽셀 블록의 크기보다 크다. 이에 따라 각 프레임에서 픽셀 어레이는 복수의 데이터 기입 기간(DW1~DWn)에 의해 1회 스캔되는 반면, 터치 전극 어레이는 복수의 터치 센싱 기간(TD1~TDn)에 의해 2회 이상 스캔될 수 있다.
각 데이터 기입 기간(DW) 동안, 터치/데이터 드라이버(300)는 TCON(400)으로부터 공급받은 영상 데이터를 아날로그 데이터 신호(Vdata)로 변환하여 패널(100)의 데이터 라인들(DL)로 공급하고, 터치 전원 회로(600)로부터 공급된 공통 전압(VCOM)을 라우팅 라인들(RL)을 통해 터치 전극들(TE)로 공급한다. 각 데이터 기입 기간(DW) 동안, 게이트 드라이버(200)는 전원 회로(500)로부터 공급된 게이트 제어 신호와 터치 전원 회로(600)로부터 공급된 게이트 오프 전압(VGL)을 이용하여 해당 픽셀 블록의 게이트 라인들(GL)을 순차 구동하여 데이터 라인들(DL)로 공급된 영상 데이터가 각 서브픽셀에 충전되게 한다.
각 터치 센싱 기간(TD) 동안, 터치/데이터 드라이버(300)는 터치 전원 회로(600)로부터 공급된 터치 구동 신호(VCOM_LFD)를 해당 터치 블록의 라우팅 라인들(RL)에 공급함과 동시에 데이터 라인들(DL)에 공급하고, 게이트 드라이버(200)는 터치 전원 회로(600)로부터 공급된 게이트 오프 변조 신호(VGL_LFD)를 게이트 라인들(GL)에 공급한다. 각 터치 센싱 기간(TD) 동안, 터치/데이터 드라이버(300)는 라우팅 라인들(RL)을 통해 해당 터치 블록의 터치 전극들(TE) 각각의 커패시턴스 변화를 리드아웃하고, 터치 발생 여부를 나타내는 센싱 데이터로 변환하여 MUC(700)로 공급한다.
터치 구동 신호(VCOM_LFD)로 이용되는 공통 하이 전압(VCOM_H)은 공통 전압(VCOM) 보다 높고, 공통 로우 전압(VCOM_L)은 공통 전압(VCOM) 보다 낮은 전압일 수 있다. 한편, 공통 로우 전압(VCOM_L)은 공통 전압(VCOM)과 동일한 전압일 수 있다. 게이트 오프 변조 신호(VGL_LFD)로 이용되는 게이트 오프 하이 전압(VGL_H)은 게이트 온 전압(VGH) 보다 낮고 게이트 오프 전압(VGL) 보다 높으며, 게이트 오프 로우 전압(VGL_L)은 게이트 오프 전압(VGL) 보다 낮은 전압일 수 있다. 한편, 게이트 오프 로우 전압(VGL_L)은 게이트 오프 전압(VGL)과 동일한 전압일 수 있다. 공통 하이 전압(VCOM_H)과 공통 로우 전압(VCOM_L)의 스윙폭 및 펄스폭은 게이트 오프 하이 전압(VGL_H)과 게이트 오프 로우 전압(VGL_L)의 스윙폭 및 펄스폭과 동일하다.
터치 센싱 기간(TD) 동안, 패널(100)의 데이터 라인들(DL) 및 터치 전극들(TE)로 공급되는 터치 구동 신호(VCOM_LFD)와 게이트 라인들(GL)로 공급되는 게이트 오프 변조 신호(VGL_LFD)는 동일 위상 및 동일 진폭을 갖음으로써 터치 전극들(TE)은 로드 프리 구동을 할 수 있다. 즉, 로드 프리 구동에 의해 터치 센싱 기간(TD) 동안 패널(100)에서 터치 전극(TE)과 게이트 라인(GL), 터치 전극(TE)과 데이터 라인(DL) 간의 초기 커패시턴스를 최소화하여 터치 전극들(TE)의 RC 로드(Resistor Capacitor Load)를 최소화할 수 있으므로 RC 로드로 인한 신호 왜곡을 최소화하여 터치 센싱 감도를 향상시킬 수 있다.
터치 구동 신호(VCOM_LFD) 및 게이트 오프 변조 신호(VGL_LFD)의 교류 파형은 도 3에 도시된 구형파 이외에도 사다리꼴(trapezoid)파 또는 사인(sine)파 등과 같은 다양한 파형이 이용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 장치에서 터치 발생 영역과 터치 비발생 영역을 예를 들어 나타낸 모식도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 터치가 발생되면 TCON(400)은 MCU(700)를 통해 터치 좌표 정보를 공급받고, 터치 좌표가 포함되는 영역을 터치 발생 영역으로 정의하고, 나머지 영역을 터치 비발생 영역으로 정의한다. 터치 발생 영역은 가변하는 터치 좌표를 트랙킹하여 가변될 수 있다.
TCON(400)은 터치 발생 영역을 스캔하는 터치 센싱 기간(TD)은 터치 비발생 영역을 스캔하는 다른 터치 센싱 기간(TD')보다 증가하도록 조절할 수 있고, 터치 비발생 영역을 스캔하는 데이터 기입 기간(DW)은 터치 발생 영역을 스캔하는 다른 터치 센싱 기간(DW')보다 증가하도록 조절할 수 있다.
이에 따라, 터치 발생 영역에서는 터치 센싱 기간(TD)이 증가하여 터치 성능을 향상시킬 수 있고, 터치 비발생 영역에서는 데이터 기입 기간(DW)이 증가하여 데이터 충전 시간을 확보할 수 있으므로 디스플레이 성능을 향상시킬 수 있다.
도 5 및 도 6은 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 장치에서 터치 센싱 기간과 데이터 기입 기간의 조절 방법을 나타낸 타이밍도이다.
TCON(400)은 호스트 시스템으로부터 공급받은 입력 데이터 인에이블 신호(DE)의 인에이블 기간에 입력 영상 데이터를 메모리에 저장하고, 입력 데이터 인에이블 신호(DE) 보다 주파수가 빠른 내부 데이터 인에이블 신호(DE)의 인에이블 기간에 메모리에 저장된 영상 데이터를 읽어내어 터치/데이터 드라이버(300)로 전송한다. 데이터 기입 기간(DW)에서 내부 데이터 인에이블 신호(DE)의 각 주기는 패널(100)에서 한 수평라인의 서브픽셀들에 데이터를 기입하는 1 수평기간(1H)에 대응한다. TCON(400)은 MUC(700)로부터 터치 좌표를 공급받아 그 터치 좌표가 위치하는 영역을 터치 발생 영역으로 정의하고, 나머지 영역을 터치 비발생 영역으로 정의한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, TCON(400)은 터치 발생 영역과, 터치 비발생 영역에서 터치 동기 신호(Tsync)를 제어하여 각 단위 기간(UT)은 유지하되, 각 단위 기간(UT) 내에서 데이터 기입 기간(DW)과 터치 센싱 기간(TD)을 적응적으로 조절한다.
예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 터치 발생 영역을 스캔하는 터치 센싱 기간(TD)이 포함된 단위 기간(UT)에서, 해당 단위 기간(UT)은 유지하되, 터치 센싱 기간(TD)이 증가하고 그 증가분만큼 데이터 기입 기간(DW)이 감소함으로써, 터치 센싱 기간(TD)과 데이터 기입 기간(DW)이 동일한 비율(50%)으로 조절될 수 있다.
예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이, 터치 비발생 영역을 스캔하는 터치 센싱 기간(TD)이 포함된 단위 기간(UT)에서, 해당 단위 기간(UT)은 유지하되, 데이터 기입 기간(DW)이 증가하고 그 증가분만큼 터치 센싱 기간(TD)이 감소함으로써, 데이터 기입 기간(DW)의 비율(60%)은 터치 센싱 기간(TD)의 비율(40%) 보다 크게 조절될 수 있다.
이에 따라, 터치 발생 영역에서는 터치 센싱 기간(TD)이 증가하여 터치 성능을 향상시킬 수 있고, 터치 비발생 영역에서는 데이터 기입 기간(DW)이 증가하여 데이터 충전 시간을 확보할 수 있으므로 디스플레이 성능을 향상시킬 수 있다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 패널 200: 게이트 드라이버
300: 터치/데이터 드라이버 400: 타이밍 컨트롤러(TCON)
500: 전원 회로 600: 터치 전원 회로
700: 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU)

Claims (4)

  1. 픽셀 어레이와, 그 픽셀 어레이에 포함된 복수의 터치 전극들로 구성된 터치 전극 어레이를 포함하는 패널과,
    상기 패널의 데이터 라인들과 상기 터치 전극들을 구동하고 상기 터치 전극들의 커패시턴스 변화를 리드아웃하여 센싱 데이터를 출력하는 터치/데이터 드라이버와,
    상기 패널의 게이트 라인들을 구동하는 게이트 드라이버와,
    상기 터치/데이터 드라이버 및 게이트 드라이버의 디스플레이 동작을 제어하는 타이밍 컨트롤러와,
    상기 터치/데이터 드라이버의 터치 센싱 동작을 제어하고, 상기 터치/데이터 드라이버로부터 센싱 데이터를 공급받아 터치 좌표 정보를 생성하여 공급하는 MCU를 포함하고,
    상기 타이밍 컨트롤러는
    터치 동기 신호를 이용하여 각 프레임을 복수의 단위 기간으로 시분할하고, 각 단위 기간을 상기 픽셀 어레이의 복수의 픽셀 블록들 중 어느 하나를 스캔하는 각 데이터 기입 기간과, 상기 터치 전극 어레이의 복수의 터치 블록들 중 어느 하나의 터치 블록을 스캔하는 각 터치 센싱 기간으로 시분할하며,
    상기 MCU로부터 상기 터치 좌표 정보를 공급받아 상기 패널을 터치 발생 영역과 터치 비발생 영역으로 정의하고,
    상기 터치 발생 영역을 스캔하는 어느 하나의 제1 터치 센싱 기간을, 상기 터치 비발생 영역을 스캔하는 어느 하나의 제2 터치 센싱 기간 보다 증가하도록 조절하고, 상기 터치 비발생 영역을 스캔하는 어느 하나의 제2 데이터 기입 기간을, 상기 터치 발생 영역을 스캔하는 어느 하나의 제1 데이터 기입 기간 보다 증가하도록 조절하는 터치 디스플레이 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 타이밍 컨트롤러는
    상기 터치 발생 영역을 스캔하는 상기 제1 터치 센싱 기간을 포함하는 어느 하나의 제1 단위 기간에 속하는 상기 제1 데이터 기입 기간과 대비하여, 상기 터치 비발생 영역을 스캔하는 상기 제2 터치 센싱 기간을 포함하는 어느 하나의 제2 단위 기간에 속하는 상기 제2 데이터 기입 기간이 증가하도록 조절하는 터치 디스플레이 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 타이밍 컨트롤러는
    상기 제1 단위 기간과 제2 단위 기간은 각각 유지하되,
    상기 제1 단위 기간에서 상기 제1 터치 센싱 기간과 상기 제1 데이터 기입 기간을 동일하게 조절하고,
    상기 제2 단위 기간에서 상기 제2 데이터 기입 기간을 상기 제2 터치 센싱 기간 보다 크게 조절하는 터치 디스플레이 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 터치/데이터 드라이버는 상기 각 데이터 기입 기간 동안 상기 데이터 라인들에는 데이터 신호를 공급하고 상기 터치 전극들에는 라우팅 라인들을 통해 공통 전압을 공급하고, 상기 각 터치 센싱 기간 동안 상기 데이터 라인들 및 상기 라우팅 라인들에 교류 파형의 터치 구동 신호를 공급하며,
    상기 게이트 드라이버는 상기 각 데이터 기입 기간 동안 해당 게이트 라인들에 스캔 신호와 게이트 오프 전압을 공급하고, 상기 각 터치 구동 기간 동안 상기 게이트 라인들에 상기 터치 구동 신호와 동일 위상 및 동일 진폭을 갖는 교류 파형의 게이트 오프 변조 신호를 공급하는 터치 디스플레이 장치.
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