KR102448658B1

KR102448658B1 - 신호 제어 회로, 전원 제어 회로, 구동 회로, 타이밍 컨트롤러, 터치 시스템, 터치 디스플레이 디바이스 및 그 구동 방법

Info

Publication number: KR102448658B1
Application number: KR1020150185479A
Authority: KR
Inventors: 김성철; 장형욱; 배상혁; 한성수; 주수윤; 정도영
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2015-10-13
Filing date: 2015-12-23
Publication date: 2022-10-04
Also published as: KR20170043983A

Abstract

본 실시예들은, 터치 기술에 관한 것으로서, 그라운드 전압을 스윙 시켜 만들어진 그라운드 전압 펄스를 이용하여, 터치 모드 구간 동안 디스플레이 디바이스에서의 다양한 전압을 간단하게 스윙 시킴으로써, 터치 구동을 효과적으로 제공할 수 있고, 액티브 영역뿐만 아니라 그 외 다른 모든 영역에서도 불필요한 기생 캐패시턴스의 발생을 방지해줄 수 있는 신호 제어 회로, 전원 제어 회로, 구동 회로, 타이밍 컨트롤러, 터치 시스템, 터치 디스플레이 디바이스 및 그 구동 방법에 관한 것이다.

Description

신호 제어 회로, 전원 제어 회로, 구동 회로, 타이밍 컨트롤러, 터치 시스템, 터치 디스플레이 디바이스 및 그 구동 방법{SIGNAL CONTROL CIRCUIT, POWER CONTROL CIRCUIT, DRIVING CIRCUIT, TIMING CONTROLLER, TOUCH SYSTEM, TOUCH DISPLAY DEVICE, AND THE METHOD FOR DRIVING THE TOUCH DISPLAY DEVICE}

본 실시예들은 신호 제어 회로, 전원 제어 회로, 구동 회로, 타이밍 컨트롤러, 터치 시스템, 터치 디스플레이 디바이스 및 그 구동 방법에 관한 것이다.

정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하기 위한 표시장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 근래에는 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display Device), 플라즈마 표시장치(PDP: Plasma Display Panel), 표시장치(OLED: Organic Light Emitting Display Device) 등과 같은 여러 가지 디스플레이 디바이스가 활용되고 있다.

이러한 디스플레이 디바이스는, 버튼, 키보드, 마우스 등의 통상적인 입력방식에서 탈피하여, 사용자가 손쉽게 정보 혹은 명령을 직관적이고 편리하게 입력할 수 있도록 해주는 터치 기반의 입력방식을 제공한다.

이러한 터치 기반의 입력 방식을 제공하기 위해서는, 사용자의 터치 유무를 파악하고 터치 좌표를 정확하게 검출할 수 있어야 한다.

이를 위해, 터치스크린 패널에 형성된 다수의 터치 전극(예: 가로 방향 전극, 세로 방향 전극)을 통해 터치 전극 간의 캐패시턴스 또는 터치 전극과 손가락 등의 포인터 간의 캐패시턴스의 변화를 토대로 터치 유무 및 터치 좌표 등을 검출하는 캐패시턴스 터치 방식이 많이 채용되고 있다.

한편, 터치 구동 및 센싱 시, 터치 센싱에 필요한 캐패시턴스 이외에, 불필요한 기생 캐패시턴스(Parasitic Capacitance)가 형성될 수 있다.

캐패시턴스 터치 방식의 경우, 불필요한 기생 캐패시턴스는, 터치 구동의 부하(Load)를 커지게 하고, 터치 센싱의 정확도를 떨어뜨리거나, 심한 경우, 터치 센싱 자체가 불가능하게 하는 문제점을 야기할 수 있다.

이러한 불필요한 기생 캐패시턴스에 의한 문제점은, 터치스크린 패널(TSP: Touch Screen Panel)이 디스플레이 패널에 내장되는 디스플레이 디바이스의 경우, 더욱 심각하게 발생할 수 있다.

본 실시예들의 목적은, 기생 캐패시턴스를 효과적으로 제거할 수 있는 신호 제어 회로, 전원 제어 회로, 구동 회로, 타이밍 컨트롤러, 터치 시스템, 터치 디스플레이 디바이스 및 그 구동 방법을 제공하는 데 있다.

본 실시예들의 다른 목적은, 액티브 영역은 물론, 디바이스 내 넌-액티브 영역을 포함하는 모든 영역에서 기생 캐패시턴스의 발생을 방지할 수 있는 신호 제어 회로, 전원 제어 회로, 구동 회로, 타이밍 컨트롤러, 터치 시스템, 터치 디스플레이 디바이스 및 그 구동 방법을 제공하는 데 있다.

본 실시예들의 또 다른 목적은, 그라운드 전압을 스윙 시켜, 터치 구동과 기생 캐패시턴스 방지를 위한 로드 프리 구동 신호에 필요한 각종 신호들을 효과적으로 생성할 수 있는 신호 제어 회로, 전원 제어 회로, 구동 회로, 타이밍 컨트롤러, 터치 시스템, 터치 디스플레이 디바이스 및 그 구동 방법을 제공하는 데 있다.

일 측면에서, 본 실시예들은, 터치 구동 및 디스플레이 구동에 이용되는 다수의 공통 전극이 배치된 디스플레이 패널과, 입력된 펄스 폭 변조 신호에 해당하는 그라운드 전압 펄스에 따라 펄스 폭 변조가 된 공통 전극 전압 펄스와 디스플레이 전압 펄스들을 생성하여 출력하는 전원 제어 회로와, 터치 모드 구간에, 디스플레이 전압 펄스들 중 제1 디스플레이 전압 펄스와 공통 전극 전압 펄스를 입력 받고, 공통 전극 전압 펄스와 동일하거나 대응되는 터치 구동 신호를 다수의 공통 전극으로 순차적으로 공급하는 제1 구동 회로와, 터치 모드 구간에, 디스플레이 전압 펄스들 중 제2 디스플레이 전압 펄스를 입력 받는 제2 구동 회로를 포함하는 터치 디스플레이 디바이스를 제공할 수 있다.

다른 측면에서, 본 실시예들은, 터치 구동 및 디스플레이 구동에 이용되는 다수의 공통 전극이 디스플레이 패널에 내장된 터치 디스플레이 디바이스의 구동 방법에 있어서, 펄스 폭 변조가 된 그라운드 전압 펄스에 동기화된 공통 전극 전압 펄스와 디스플레이 전압 펄스를 생성하는 단계와, 터치 모드 구간 동안, 공통 전압 펄스를 이용하여 터치 구동을 진행하는 단계를 포함하는 터치 디스플레이 디바이스의 구동 방법을 제공할 수 있다.

또 다른 측면에서, 본 실시예들은, 펄스 폭 변조가 된 그라운드 전압 펄스가 입력되는 그라운드 전압 입력단과, 터치 모드 구간 동안, 그라운드 전압 펄스와 동기화 되고 공통 전극 전압을 기준으로 펄스 폭 변조가 된 공통 전극 전압 펄스를 생성하는 제1 펄스 생성부와, 터치 모드 구간 동안, 그라운드 전압 펄스와 동기화 되고 디스플레이 전압을 기준으로 펄스 폭 변조가 된 디스플레이 전압 펄스를 생성하는 제2 펄스 생성부를 포함하는 터치 디스플레이 디바이스의 전원 제어 회로를 제공할 수 있다.

또 다른 측면에서, 본 실시예들은, 그라운드 전압 펄스를 발생시키는 펄스 발생기와, 그라운드 전압과 그라운드 전압 펄스를 입력 받아 그라운드 전압과 그라운드 전압 펄스 중 하나를 선택하여 출력하는 신호 선택 회로를 포함하는 터치 디스플레이 디바이스의 신호 제어 회로를 제공할 수 있다.

이러한 신호 제어 회로에서 신호 선택 회로는, 터치 모드 구간 동안, 그라운드 전압 펄스를 선택하여 출력할 수 있다.

또 다른 측면에서, 본 실시예들은, 디스플레이 모드 구간 동안, 데이터 구동을 수행하는 데이터 구동 회로와, 터치 모드 구간 동안, 터치 센싱을 위한 터치 센싱 신호를 터치 구동 신호가 인가된 공통 전극으로부터 감지하는 터치 센싱 신호 검출 회로를 포함하는 디스플레이 디바이스의 구동 회로를 제공할 수 있다.

이러한 디스플레이 디바이스의 구동 회로에서, 터치 구동 신호는 펄스 폭 변조 신호 형태의 그라운드 전압 펄스의 위상과 동일한 위상을 가질 수 있다.

또 다른 측면에서, 본 실시예들은, 디스플레이 모드 및 터치 모드의 타이밍을 제어하는 모드 타이밍 제어부와, 디스플레이 모드 구간 동안, 데이터 구동을 위한 영상 데이터를 출력하는 영상 데이터 출력부와, 터치 모드 구간 동안, 터치 구동 신호 및 로드 프리 구동 신호를 스윙 스키기 위한 펄스 폭 변조 신호 형태의 그라운드 전압 펄스를 발생시키는 신호 제어 회로를 포함하는 터치 디스플레이 디바이스의 타이밍 컨트롤러를 제공할 수 있다.

또 다른 측면에서, 본 실시예들은, 펄스 폭 변조 신호인 그라운드 전압 펄스를 발생시키는 신호 제어 회로와, 그라운드 전압 펄스와 동일한 위상을 갖는 공통 전극 전압 펄스와 디스플레이 전압 펄스를 생성하여 출력하는 전원 제어 회로와, 터치 모드 구간에, 공통 전극 전압 펄스와 디스플레이 전압 펄스를 입력 받고, 공통 전극 전압 펄스와 대응되는 터치 구동 신호를 다수의 공통 전극으로 순차적으로 공급하는 구동 회로를 포함하는 터치 시스템을 제공할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 실시예들에 의하면, 기생 캐패시턴스를 효과적으로 제거할 수 있는 신호 제어 회로, 전원 제어 회로, 구동 회로, 타이밍 컨트롤러, 터치 시스템, 터치 디스플레이 디바이스 및 그 구동 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 실시예들에 의하면, 액티브 영역은 물론, 디바이스 내 넌-액티브 영역을 포함하는 모든 영역에서 기생 캐패시턴스의 발생을 방지할 수 있는 신호 제어 회로, 전원 제어 회로, 구동 회로, 타이밍 컨트롤러, 터치 시스템, 터치 디스플레이 디바이스 및 그 구동 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 실시예들에 의하면, 그라운드 전압을 스윙 시켜, 터치 구동과 기생 캐패시턴스 방지를 위한 로드 프리 구동 신호에 필요한 각종 신호들을 효과적으로 생성할 수 있는 신호 제어 회로, 전원 제어 회로, 구동 회로, 타이밍 컨트롤러, 터치 시스템, 터치 디스플레이 디바이스 및 그 구동 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스의 시스템 구성도이다.
도 2는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스의 터치 시스템을 나타낸 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스의 디스플레이 패널에 내장된 터치스크린 패널을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스의 동작 모드를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스의 터치 모드 구간 동안, 터치 전극으로 동작하는 공통 전극에 공급되는 터치 구동 신호를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스의 터치 모드 구간 동안 액티브 영역에서 발생하는 기생 캐패시턴스를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스의 터치 모드 구간 동안 액티브 영역에서 기생 캐패시턴스의 발생을 방지하는 로드 프리 구동을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스의 터치 회로 및 구동 회로의 구현 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스의 시스템 구성과 넌-액티브 영역에서 발생하는 기생 캐패시턴스를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스의 터치 모드 구간 동안, 액티브 영역에서 기생 캐패시턴스의 발생을 방지하는 로드 프리 구동과 넌-액티브 영역에서 기생 캐패시턴스의 발생을 방지하는 로드 프리 구동을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스의 터치 모드 구간 동안, 액티브 영역에서의 로드 프리 구동 신호(LFD Signal in A/A)와 넌-액티브 영역에서의 로드 프리 구동 신호(LFD Signal in N/A)를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스에서, 풀 로드 프리 구동(Full LFD)이 가능한 터치 시스템의 예시도이다.
도 13은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스에서, 풀 로드 프리 구동(Full LFD)이 가능한 터치 시스템의 다른 예시도이다.
도 14는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스에서, 풀 로드 프리 구동(Full LFD)이 가능한 터치 시스템의 또 다른 예시도이다.
도 15는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스에서, 풀 로드 프리 구동(Full LFD)이 가능한 터치 시스템의 또 다른 예시도이다.
도 16은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스에서, 풀 로드 프리 구동(Full LFD)이 가능한 터치 시스템의 주요 신호를 나타낸 도면이다.
도 17은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스에서, 풀 로드 프리 구동(Full LFD)이 가능한 터치 시스템의 또 다른 예시도이다.
도 18은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스에서, 풀 로드 프리 구동(Full LFD)이 가능한 터치 시스템의 주요 신호를 나타낸 다른 도면이다.
도 19는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스의 전원 제어 회로의 2개 입력단의 2가지 신호 입력 상태를 나타낸 도면이다.
도 20 및 도 21은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스의 터치 모드 구간에서, 전원 제어 회로에 대한 2가지 신호 입력 방식을 나타낸 도면이다.
도 22는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스의 터치 시스템 내 각 구성 간의 신호 전달 다이어그램이다.
도 23은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스에서, 신호 제어 회로가 제1 구동 회로에 포함된 경우, 터치 시스템을 나타낸 도면이다.
도 24는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스에서, 신호 제어 회로가 타이밍 컨트롤러에 포함된 경우, 터치 시스템을 나타낸 도면이다.
도 25는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스의 전원 제어 회로를 나타낸 도면이다.
도 26은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스의 신호 제어 회로를 나타낸 도면이다.
도 27은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스의 제1 구동 회로를 나타낸 도면이다.
도 28은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스의 타이밍 컨트롤러를 나타낸 도면이다.
도 29은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스의 구동 방법에 대한 흐름도이다.
도 30 및 도 31은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스에서 3가지 그라운드 배선을 나타낸 도면이다.
도 32는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스에서, 디스플레이 모드와 터치 모드가 진행 방식에 따른 공통 전극의 역할을 나타낸 도면이다.
도 33은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스에서, 디스플레이 모드와 터치 모드가 동시에 진행되는 경우, 주요 신호들을 나타낸 도면이다.
도 34는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스에서, 터치 모드와 동시에 진행된 디스플레이 모드에서의 디스플레이 원리를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)의 시스템 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)는 화상 표시 기능과 터치 센싱 기능을 모두 제공할 수 있는 디바이스이다.

본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)는, 화상 표시 기능을 제공하기 위하여, 다수의 데이터 라인(DL) 및 다수의 게이트 라인(GL)이 배치되고, 다수의 서브픽셀이 배치된 디스플레이 패널(110)과, 다수의 데이터 라인(DL)을 구동하는 데이터 구동 회로(120)와, 다수의 게이트 라인(GL)을 구동하는 게이트 구동 회로(130)와, 데이터 구동 회로(120) 및 게이트 구동 회로(130)를 제어하는 타이밍 컨트롤러(140) 등을 포함한다.

타이밍 컨트롤러(140)는, 데이터 구동 회로(120) 및 게이트 구동 회로(130)로 각종 제어신호를 공급하여, 데이터 구동 회로(120) 및 게이트 구동 회로(130)를 제어한다.

이러한 타이밍 컨트롤러(140)는, 각 프레임에서 구현하는 타이밍에 따라 스캔을 시작하고, 외부에서 입력되는 입력 영상 데이터를 데이터 구동 회로(120)에서 사용하는 데이터 신호 형식에 맞게 전환하여 전환된 영상 데이터를 출력하고, 스캔에 맞춰 적당한 시간에 데이터 구동을 통제한다.

데이터 구동 회로(120)는, 다수의 데이터 라인(DL)으로 데이터 전압을 공급함으로써, 다수의 데이터 라인(DL)을 구동한다.

게이트 구동 회로(130)는, 다수의 게이트 라인(GL)으로 스캔 신호를 순차적으로 공급함으로써, 다수의 게이트 라인(GL)을 순차적으로 구동한다.

게이트 구동 회로(130)는, 타이밍 컨트롤러(140)의 제어에 따라, 온(On) 전압 또는 오프(Off) 전압의 스캔 신호를 다수의 게이트 라인(GL)으로 순차적으로 공급한다.

데이터 구동 회로(120)는, 게이트 구동 회로(130)에 의해 특정 게이트 라인이 열리면, 타이밍 컨트롤러(140)로부터 수신한 영상 데이터를 아날로그 형태의 데이터 전압으로 변환하여 다수의 데이터 라인(DL)으로 공급한다.

데이터 구동 회로(120)는, 도 1에서는 디스플레이 패널(110)의 일측(예: 상측 또는 하측)에만 위치하고 있으나, 구동 방식, 패널 설계 방식 등에 따라서, 디스플레이 패널(110)의 양측(예: 상측과 하측)에 모두 위치할 수도 있다.

게이트 구동 회로(130)는, 도 1에서는 디스플레이 패널(110)의 일 측(예: 좌측 또는 우측)에만 위치하고 있으나, 구동 방식, 패널 설계 방식 등에 따라서, 디스플레이 패널(110)의 양측(예: 좌측과 우측)에 모두 위치할 수도 있다.

전술한 타이밍 컨트롤러(140)는, 입력 영상 데이터와 함께, 수직 동기 신호(Vsync), 수평 동기 신호(Hsync), 입력 데이터 인에이블(DE: Data Enable) 신호, 클럭 신호(CLK) 등을 포함하는 각종 타이밍 신호들을 외부(예: 호스트 시스템)로부터 수신한다.

타이밍 컨트롤러(140)는, 외부로부터 입력된 입력 영상 데이터를 데이터 구동 회로(120)에서 사용하는 데이터 신호 형식에 맞게 전환하여 전환된 영상 데이터를 출력하는 것 이외에, 데이터 구동 회로(120) 및 게이트 구동 회로(130)를 제어하기 위하여, 수직 동기 신호(Vsync), 수평 동기 신호(Hsync), 입력 DE 신호, 클럭 신호 등의 타이밍 신호를 입력 받아, 각종 제어 신호들을 생성하여 데이터 구동 회로(120) 및 게이트 구동 회로(130)로 출력한다.

예를 들어, 타이밍 컨트롤러(140)는, 게이트 구동 회로(130)를 제어하기 위하여, 게이트 스타트 펄스(GSP: Gate Start Pulse), 게이트 쉬프트 클럭(GSC: Gate Shift Clock), 게이트 출력 인에이블 신호(GOE: Gate Output Enable) 등을 포함하는 각종 게이트 제어 신호(GCS: Gate Control Signal)를 출력한다.

또한, 타이밍 컨트롤러(140)는, 데이터 구동 회로(120)를 제어하기 위하여, 소스 스타트 펄스(SSP: Source Start Pulse), 소스 샘플링 클럭(SSC: Source Sampling Clock), 소스 출력 인에이블 신호(SOE: Source Output Enable) 등을 포함하는 각종 데이터 제어 신호(DCS: Data Control Signal)를 출력한다.

각 데이터 구동 회로(120)는, 테이프 오토메티드 본딩(TAB: Tape Automated Bonding) 방식 또는 칩 온 글래스(COG: Chip On Glass) 방식으로 디스플레이 패널(110)의 본딩 패드(Bonding Pad)에 연결되거나, 디스플레이 패널(110)에 직접 배치될 수도 있으며, 경우에 따라서, 디스플레이 패널(110)에 집적화되어 배치될 수도 있다.

또한, 각 데이터 구동 회로(120)는, 디스플레이 패널(110)에 연결된 필름(121) 상에 실장 되는 칩 온 필름(COF: Chip On Film) 방식으로 구현될 수도 있다.

각 데이터 구동 회로(120)는, 쉬프트 레지스터(Shift Register), 래치 회로(Latch Circuit), 디지털 아날로그 컨버터(DAC: Digital to Analog Converter), 출력 버퍼(Output Buffer) 등을 포함할 수 있다.

각 게이트 구동 회로(130)는, 테이프 오토메티드 본딩(TAB) 방식 또는 칩 온 글래스(COG) 방식으로 디스플레이 패널(110)의 본딩 패드(Bonding Pad)에 연결되거나, GIP(Gate In Panel) 타입으로 구현되어 디스플레이 패널(110)에 직접 배치될 수도 있으며, 경우에 따라서, 디스플레이 패널(110)에 집적화되어 배치될 수도 있다.

또한, 각 게이트 구동 회로(130)는, 디스플레이 패널(110)과 연결된 필름(131) 상에 실장 되는 칩 온 필름(COF) 방식으로 구현될 수도 있다.

각 게이트 구동 회로(130)는, 쉬프트 레지스터(Shift Register), 레벨 쉬프터(Level Shifter) 등을 포함할 수 있다.

본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)는 데이터 구동 회로(120)에 대한 회로적인 연결을 위해 필요한 적어도 하나의 소스 인쇄회로기판(S-PCB: Source Printed Circuit Board, 160)과 제어 부품들과 각종 전기 장치들을 실장 하기 위한 컨트롤 인쇄회로기판(C-PCB: Control Printed Circuit Board, 170)을 포함할 수 있다.

적어도 하나의 소스 인쇄회로기판(160)에는, 데이터 구동 회로(120)가 실장 되거나, 데이터 구동 회로(120)가 실장 된 필름(121)이 연결될 수 있다.

컨트롤 인쇄회로기판(170)에는, 데이터 구동 회로(120) 및 게이트 구동 회로(130) 등의 동작을 제어하는 타이밍 컨트롤러(140)와, 디스플레이 패널(110), 데이터 구동 회로(120) 및 게이트 구동 회로(130) 등으로 각종 전압 또는 전류를 공급해주거나 공급할 각종 전압 또는 전류를 제어하는 전원 제어 회로(150) 등이 실장 될 수 있다.

적어도 하나의 소스 인쇄회로기판(160)과 컨트롤 인쇄회로기판(170)은 적어도 하나의 연결 부재(180)를 통해 회로적으로 연결될 수 있다.

여기서, 연결 부재(180)는 가요성 인쇄 회로(FPC: Flexible Printed Circuit), 가요성 플랫 케이블(FFC: Flexible Flat Cable) 등일 수 있다.

적어도 하나의 소스 인쇄회로기판(160)과 컨트롤 인쇄회로기판(170)은 하나의 인쇄회로기판으로 통합되어 구현될 수도 있다.

본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)는 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device), 유기발광표시장치(Organic Light Emitting Display Device), 플라즈마 표시장치(Plasma Display Device) 등의 다양한 타입의 장치일 수 있다.

도 2는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)의 터치 시스템을 나타낸 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)의 디스플레이 패널(110)에 내장된 터치스크린 패널(TSP)을 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)는, 터치 센싱 기능을 제공하기 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 터치 센서(터치 전극)의 역할을 하는 공통 다수의 공통 전극(CE: Common Electrode)과, 다수의 공통 전극(CE)을 순차적으로 구동하여 터치를 센싱하는 터치 회로(190) 등을 포함한다.

터치 회로(190)는, 다수의 공통 전극(CE)에 대한 순차적으로 구동과 센싱을 수행하여 터치 유무를 감지하고 터치 좌표를 산출한다.

더 구체적으로, 터치 회로(190)는, 다수의 공통 전극(CE) 중 적어도 하나를 센싱 대상이 되는 공통 전극(CEs)으로 순차적으로 선택하여 선택된 공통 전극(CEs)으로 터치 구동 신호(TDS)를 공급하여 해당 공통 전극(CEs)으로부터 터치 센싱 신호(TSS)를 수신하고, 각 공통 전극(CE)별로 수신된 터치 센싱 신호(TSS)를 토대로 각 공통 전극(CE)별 캐패시턴스 변화량(또는 전압 변화량 또는 충전량 변화량 등일 수 있음)을 파악하여, 터치 유무를 감지하거나 터치 좌표를 산출할 수 있다.

도 2를 참조하면, 터치 회로(190)는, 일 예로, 터치 센싱과 관련된 신호 생성을 제어하고, 터치 유무 감지 및 터치 좌표 산출을 위한 프로세스를 수행하는 마이크로 컨트롤 유닛(MCU: Micro Control Unit, 210)과, 터치 센싱 신호(TSS)를 검출하여 마이크로 컨트롤 유닛(210)으로 전달해주는 터치 센싱 신호 검출 회로(220) 등을 포함한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 다수의 공통 전극(CE)은, 디스플레이 패널(110)에 내장되어 배치될 수 있다.

즉, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)의 디스플레이 패널(110)은 터치스크린 패널(TSP)을 내장한다고 할 수 있다.

디스플레이 패널(110)에 내장된 다수의 공통 전극(CE)은, 전술한 바와 같이 터치 전극(터치 센서)로서 동작할 뿐만 아니라, 화상 표시를 위하여 픽셀 전압과 대항하는 공통 전압(Vcom)이 인가되는 디스플레이 전극으로서도 동작할 수 있다.

한편, 터치 전극으로서 동작할 수 있는 다수의 공통 전극(CE)으로 터치 구동 신호(TDS)을 공급하고, 디스플레이 전극으로서 동작할 수 있는 다수의 공통 전극(CE)으로 공통 전압(Vcom)을 공급하기 위하여, 1개의 공통 전극(CE)마다 1개의 신호 라인(300)이 연결될 수 있다.

즉, 1개의 공통 전극(CE)은, 1개의 신호 라인(300)을 통해, 터치 회로(190) 및 공통 전압 공급부와 연결될 수 있다.

본 명세서에 기재된 공통 전극(CE)에서 "공통(Common)"이란, 공통 전극(CE)이 터치 전극과 디스플레이 전극으로 공용화 되어 있다는 의미이다. 즉,"공통(Common)"이란, 터치 모드와 디스플레이 모드에 공용화되어 있다는 의미이다.

이러한 의미뿐만 아니라, "공통(Common)"이란, 디스플레이 전극으로 동작하는 다수의 공통 전극(CE)에 "공통 전압(Vcom)"이 인가된다는 의미를 가질 수 도 있다.

전술한 바와 같이, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)는 화상 표시 기능과 터치 센싱 기능을 모두 제공할 수 있는데, 일 예로, TV, 모니터 등의 디스플레이일 수도 있고, 노트북 등의 컴퓨터일 수도 있고, 스마트 폰, 태블릿 등의 모바일 디바이스 등일 수도 있다.

본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)는 화상 표시 기능을 제공하기 위한 디스플레이 모드(Display Mode)와, 터치 센싱 기능을 제공하기 위한 터치 모드(Touch Mode)로 동작할 수 있다.

아래에서는, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)의 동작 모드에 대하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)의 동작 모드를 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)는, 화상 표시 기능을 제공하기 위한 디스플레이 모드와, 터치 센싱 기능을 제공하기 위한 터치 모드를 포함하는 2가지 동작 모드를 갖는다.

도 4를 참조하면, Case A와 같이, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)는, 어느 한 시점에, 디스플레이 모드로 동작하거나 터치 모드로 동작할 수 있다.

이 경우, 디스플레이 모드와 터치 모드는 시분할 되어 진행될 수 있으며, 디스플레이 모드 구간과 터치 모드 구간은 시간적으로 분리되어 있다.

도 4를 참조하면, Case B 및 Case C와 같이, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)는 동일 시점에 디스플레이 모드로도 동작하고 터치 모드로도 동작할 수 있다.

이 경우, 디스플레이 모드와 터치 모드는 독립적으로 진행될 수 있으며, 디스플레이 모드 구간과 터치 모드 구간은 시간적으로 겹칠 수 있다.

도 5는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)의 터치 모드 구간 동안, 터치 전극으로 동작하는 공통 전극(CE)에 공급되는 터치 구동 신호(TDS)를 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)가 디스플레이 모드와 독립적으로 터치 모드로 동작하는 터치 모드 구간 동안, 디스플레이 모드 구간과 시분할 된 터치 모드 구간 동안, 터치 전극으로 동작하는 공통 전극(CE)에 공급되는 터치 구동 신호(TDS)는, 일정 전압의 진폭(A)을 갖는 펄스 폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation) 신호일 수 있다.

이러한 터치 구동 신호(TDS)는 주기(T)와 펄스 폭(W)으로 신호 파형이 정의될 수 있다. 경우에 따라서, 터치 구동 신호(TDS)는 듀티 사이클(Duty Cycle, W/T)과 펄스 폭(W)으로 정의되거나, 듀티 사이클(W/T)과 주기(T)로 정의될 수도 있다.

터치 회로(190)는, 적어도 하나의 터치 모드 구간 동안, 다수의 공통 전극(CE)으로 전술한 바와 같은 터치 구동 신호(TDS)를 순차적으로 인가하여, 터치 위치에 따른 각 공통 전극(CE) 별 캐패시턴스(또는 전압 또는 충전량 등일 수 있음) 또는 그 변화량(또는 전압 변화량 또는 충전량 변화량 등일 수 있음)을 파악하여 터치를 센싱할 수 있다.

터치 구동 및 터치 센싱 시, 공통 전극(CE)와 포인터(예: 손가락, 펜 등) 사이의 캐패시턴스 이외에 불필요한 기생 캐패시턴스가 형성된다면, 원하는 캐패시턴스와 기생 캐패시턴스와 합쳐진 캐패시턴스 또는 그 변화량이 파악되어, 기생 캐패시턴스만큼 터치 센싱 정확도가 떨어질 수 있다.

이에, 본 실시예들은 터치 센싱 정확도를 저하시킬 수 있는 기생 캐패시턴스를 방지(제거)해줄 수 있는 방안을 제공할 수 있으며, 이에 대하여, 아래에서 더욱 상세하게 설명한다.

도 6은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)의 터치 모드 구간 동안 액티브 영역(A/A)에서 발생하는 기생 캐패시턴스(Cp1 Cp2, Cp3)를 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 터치 모드 구간 동안, 터치 센싱 대상으로서의 터치 전극으로 동작하는 공통 전극(CEs)에 터치 구동 신호(TDS)가 인가될 때, 센싱 대상으로서 터치 구동 신호(TDS)가 인가되는 공통 전극(CEs)과 디스플레이 패널(110)에 배치된 데이터 라인(DL) 사이에 기생 캐패시턴스(Cp1)가 형성될 수 있다.

또한, 터치 구동 신호(TDS)가 인가되는 공통 전극(CEs)과 디스플레이 패널(110)에 배치된 게이트 라인(GL) 사이에 기생 캐패시턴스(Cp2)가 형성될 수 있다.

또한, 터치 구동 신호(TDS)가 인가되는 공통 전극(CEs)과 현 시점에서 센싱 대상이 아닌 다른 공통 전극(CEo) 사이에도 기생 캐패시턴스(Cp3)가 형성될 수 있다.

다시 말해, 센싱 대상인 공통 전극(CEs)으로 터치 구동 신호(TDS)를 인가하여 터치 구동을 하는 동안, 터치 센싱을 위하여 반드시 형성되어야 하는 포인터와 공통 전극(CEs) 사이의 캐패시턴스 이외에, 디스플레이 패널(110) 내 다른 패턴들(예: 데이터 라인(DL), 게이트 라인(GL), 다른 공통 전극(CE) 등)과 센싱 되는 공통 전극(CEs) 사이에 불필요한 기생 캐패시턴스(Cp1, Cp2, Cp3)가 발생할 수 있다.

이러한 기생 캐패시턴스(Cp1, Cp2, Cp3)는 캐패시턴스 기반의 터치 센싱 방식에서는 센싱 정확도를 저하시키는 주된 요인이 된다.

즉, 센싱 대상인 공통 전극(CEs)의 주변에서 발생하는 기생 캐패시턴스(Cp1, Cp2, Cp3)는, 터치 구동 및 터치 센싱 시 "로드(Load)"로 작용하여, 터치 센싱 시 노이즈 성분(즉, 에러 성분)을 유발시켜 센싱 정확도를 떨어뜨릴 수 있다.

더 구체적으로, 터치 센싱 신호 검출 회로(220)는, 로드로 작용하는 기생 캐패시턴스(Cp1, Cp2, Cp3)에 의한 노이즈(에러)가 발생한 터치 센싱 신호(TSS)를 센싱 대상인 공통 전극(CEs)으로부터 검출하게 되고, 이로 인해, 마이크로 컨트롤 유닛(210)은 노이즈(에러)가 발생한 터치 센싱 신호(TSS)를 이용하여 잘못된 터치 유무를 감지하거나 잘못된 터치 좌표를 산출할 수 있다.

이에, 본 실시예들은, 불필요한 기생 캐패시턴스(Cp1, Cp2, Cp3)의 발생을 방지하여 터치 센싱 정확도를 향상시킬 수 있는 구동 방식인 "로드 프리 구동(LFD: Load Free Driving)"을 제공할 수 있다.

이러한 로드 프리 구동(LFD)은, 터치 센싱 정확도를 떨어뜨리는 로드(Load)를 제거하기 위한 구동으로 정의될 수 있으며, 센싱 대상인 공통 전극(CEs)로 터치 구동 신호(TDS)를 공급하는 메인 터치 구동과 동반되는 부가적인 구동이다.

이하에서는, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)의 로드 프리 구동(LFD) 방식에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 7은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)의 터치 모드 구간 동안, 디스플레이 패널(110)의 액티브 영역(A/A)에서 기생 캐패시턴스(Cp1, Cp2, Cp3)의 발생을 방지하는 로드 프리 구동(LFD)을 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하면, 터치 센싱 대상으로서의 공통 전극(CEs)으로 터치 구동 신호(TDS)가 인가되고 있는 터치 구동 구간 동안, 데이터 라인(DL), 게이트 라인(GL) 및 다른 공통 전극(CEo) 각각으로 터치 구동 신호(TDS)의 위상과 동일한 위상을 갖는 신호(이하, 로드 프리 구동(LFD) 신호라고 함)를 인가해주는 로드 프리 구동(LFD)을 통해, 데이터 라인(DL), 게이트 라인(GL) 및 다른 공통 전극(CEo) 각각에 대한 기생 캐패시턴스(Cp1, Cp2, Cp3)의 발생을 방지해줄 수 있다.

데이터 라인(DL)에 대한 기생 캐패시턴스(Cp1)의 발생을 방지하기 위한 로드 프리 구동 신호를 데이터 로드 프리 구동 신호(DATA_LFD)라고 한다.

게이트 라인(GL)에 대한 기생 캐패시턴스(Cp2)의 발생을 방지하기 위한 로드 프리 구동 신호를 게이트 로드 프리 구동 신호(GATE_LFD)라고 한다.

다른 공통 전극(CEo)에 대한 기생 캐패시턴스(Cp3)의 발생을 방지하기 위한 로드 프리 구동 신호를 공통 전극 로드 프리 구동 신호(Vcom_LFD)라고 한다.

데이터 로드 프리 구동 신호(DATA_LFD), 게이트 로드 프리 구동 신호(GATE_LFD) 및 공통 전극 로드 프리 구동 신호(Vcom_LFD)는, 터치 구동 신호(TDS)와 동일한 위상을 갖는다.

또한, 데이터 로드 프리 구동 신호(DATA_LFD), 게이트 로드 프리 구동 신호(GATE_LFD) 및 공통 전극 로드 프리 구동 신호(Vcom_LFD)는, 터치 구동 신호(TDS)와 동일한 진폭을 가질 수 있다.

여기서, 진폭이 동일하다는 의미는, 각 신호의 로우 레벨 전압과 하이 레벨 전압의 차이가 동일하다는 의미이다.

동일한 진폭을 갖는 신호들은, 로우 레벨 전압과 하이 레벨 전압의 차이만 동일하기만 하면, 로우 레벨 전압이 서로 동일할 수도 있고 다를 수도 있으며, 하이 레벨 전압도 서로 동일할 수도 있고 다를 수도 있다.

전술한 로드 프리 구동을 통해, 데이터 라인(DL)에 인가되는 데이터 로드 프리 구동 신호(DATA_LFD)와 센싱 대상인 공통 전극(CEs)에 인가되는 터치 구동 신호(TDS) 간의 진폭 및 위상이 동일함에 따라, 데이터 라인(DL) 및 센싱 대상인 공통 전극(CEs) 간의 전위차가 발생하지 않아, 해당 기생 캐패시턴스(Cp1)가 방지될 수 있다.

또한, 게이트 라인(GL)에 인가되는 게이트 로드 프리 구동 신호(GATE_LFD)와 센싱 대상인 공통 전극(CEs)에 인가되는 터치 구동 신호(TDS) 간의 진폭 및 위상이 동일함에 따라, 게이트 라인(GL) 및 센싱 대상인 공통 전극(CEs) 간의 전위차가 발생하지 않아, 해당 기생 캐패시턴스(Cp2)가 방지될 수 있다.

또한, 센싱 대상이 아닌 공통 전극(CEo)에 인가되는 공통 전극 로드 프리 구동 신호(Vcom_LFD)와 센싱 대상인 공통 전극(CEs)에 인가되는 터치 구동 신호(TDS) 간의 진폭 및 위상이 동일함에 따라, 센싱 대상이 아닌 공통 전극(CEo) 및 센싱 대상인 공통 전극(CEs) 간의 전위차가 발생하지 않아, 해당 기생 캐패시턴스(Cp3)가 방지될 수 있다.

한편, 도 6에서 설명한 기생 캐패시턴스(Cp1, Cp2, Cp3)는, 디스플레이 패널(110)의 화상 표시 영역에 해당하는 액티브 영역(A/A)에 배치된 패턴(DL, GL, CEo)과 관련하여 발생한 것이다.

한편, 터치 구동 신호(TDS) 및 터치 센싱 신호(TSS)는 액티브 영역(A/A) 뿐만 아니라, 넌-액티브 영역(N/A)으로도 지나간다.

본 명세서에서 기재된 "넌-액티브 영역(N/A)"은 액티브 영역(A/A)이 아닌 모든 영역을 의미하는 것으로서, 디스플레이 패널(110)에서 화상이 표시되지 않는 영역뿐만 아니라 신호가 지나갈 수 있는 모든 영역(예: 인쇄회로기판, 필름 등)도 모두 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이, 터치 구동 신호(TDS) 및 터치 센싱 신호(TSS)는 액티브 영역(A/A) 뿐만 아니라, 넌-액티브 영역(N/A)을 통해서도 지나가기 때문에, 넌-액티브 영역(N/A)에서도 기생 캐패시턴스가 발생할 가능성이 존재한다.

이러한 넌-액티브 영역(N/A)에서 기생 캐패시턴스가 발생할 수 있는 위치는, 터치 구동 신호(TDS) 및 터치 센싱 신호(TSS)의 신호 전달 경로의 위치와, 넌-액티브 영역(N/A)에서의 다른 전압 신호들의 신호 전달 경로의 위치에 따라 달라질 수 있다.

즉, 이러한 넌-액티브 영역(N/A)에서 기생 캐패시턴스가 발생할 수 있는 위치는, 터치 구동 신호(TDS) 및 터치 센싱 신호(TSS)와, 넌-액티브 영역(N/A)에서의 다른 전압 신호들에 대한 신호 송수신 및 처리를 담당하는 구성들의 위치에 따라 달라질 수 있다.

이에, 터치 구동 신호(TDS) 및 터치 센싱 신호(TSS)와, 넌-액티브 영역(N/A)에서의 다른 전압 신호들에 대한 신호 송수신 및 처리를 담당하는 구성들의 위치를 도 8 및 도 9를 참조하여 예시적으로 설명하고, 예시된 위치에 따른 넌-액티브 영역(N/A)에서의 기생 캐패시턴스의 발생을 방지하는 로드 프리 구동을 이어서 살펴본다.

도 8은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)의 터치 회로(190) 및 구동 회로(810, 820)의 구현 예를 나타낸 도면이다.

터치 회로(190)에 포함된 마이크로 컨트롤 유닛(210) 및 터치 센싱 신호 검출 회로(220)는, 하나의 집적회로로 구현될 수도 있고, 별도의 직접회로로 구현될 수도 있다.

이와 다르게, 터치 센싱 신호 검출 회로(220)는 데이터 구동 회로(120)에 포함될 수 있다.

또한, 터치 센싱 신호 검출 회로(220)는 도 8에 도시된 바와 같이, 데이터 구동 회로(120)와 함께, 집적회로로 구현되는 제1 구동 회로(810)에 포함될 수 있다.

이에 따라, 제1 구동 회로(810)는 데이터 구동 기능과 일부의 터치 기능을 모두 수행할 수 있다.

한편, 터치 회로(190)에 포함된 마이크로 컨트롤 유닛(210)은, 도 8에 도시된 바와 같이 별도로 구현되거나, 제1 구동 회로(810), 데이터 구동 회로(120), 또는 타이밍 컨트롤러(140) 등의 다른 부품에 포함될 수도 있다.

한편, 게이트 구동 회로(130)는 제1 구동 회로(810)와 구분하기 위하여 제2 구동 회로(820)로도 기재한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 제1 구동 회로(810)가 적어도 하나의 데이터 구동 회로(120)와 적어도 하나의 터치 센싱 신호 검출 회로(220)를 포함하는 하나의 집적회로 칩 형태로 구현되고, 마이크로 컨트롤 유닛(210)이 별도로 구성되는 경우, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)는, 도 9의 시스템 구성도와 같이 구현될 수 있다.

아래에서는 도 9의 시스템 구성에 따른 넌-액티브 영역(N/A)에서의 기생 캐패시턴스의 발생 위치를 설명한다.

도 9는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)의 시스템 구성과 넌-액티브 영역(N/A)에서 발생하는 기생 캐패시턴스를 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참조하면, 디스플레이 패널(110)의 한쪽 모서리에 있는 공통 전극(CEs)이 현재 터치 구동 및 센싱 대상인 경우, 터치 구동 신호(TDS) 또는 이와 대응되는 신호는, 컨트롤 인쇄회로기판(170), 연결 부재(180), 소스 인쇄회로기판(160), 필름(121), 제1 구동 회로(810)를 거처, 제1 구동 회로(810)와 전기적으로 연결된 신호 라인(300)을 통해 해당 공통 전극(CEs)으로 전달된다.

여기서, 신호 라인(300)은 디스플레이 패널(110)의 기판 상에 형성되어 있다.

위에서 언급한 터치 구동 신호(TDS)와 대응되는 신호는, 일 예로, 터치 구동 신호(TDS)의 생성 시 레퍼런스(Reference)가 되는 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM), 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)의 생성 시 레퍼런스가 그라운드 전압 펄스(GND_PWM) 등을 포함할 수 있다.

전술한 전달 경로(900)를 따라 터치 구동 신호(TDS)가 해당 공통 전극(CEs)으로 전달된 이후, 터치 센싱 신호(TSS)가 동일 경로(900)를 따라 마이크로 컨트롤 유닛(210)으로 전달되어 터치 센싱이 이루어진다.

이러한 터치 구동 및 센싱 경로(900)는, 센싱 라인(300)의 대부분이 배치된 액티브 영역(A/A) 뿐만 아니라, 컨트롤 인쇄회로기판(170), 연결 부재(180), 소스 인쇄회로기판(160), 필름(121) 및 패널 외곽 영역(베젤 영역)을 포함하는 넌-액티브 영역(N/A)에도 존재할 수 있다.

따라서, 전술한 바와 같이, 센싱 정확도를 떨어뜨리는 로드로 작용하는 기생 캐패시턴스는 액티브 영역(A/A) 뿐만 아니라 넌-액티브 영역(N/A)에서도 발생할 수 있다.

넌-액티브 영역(N/A)에 존재하는 터치 구동 및 센싱 경로(900)와 관련하여, 넌-액티브 영역(N/A)에서의 기생 캐패시턴스의 발생 위치는, 일 예로, 컨트롤 인쇄회로기판(170), 연결 부재(180) 및 소스 인쇄회로기판(160) 등에 배치된 라인(LOP: Line On PCB, 이하 "LOP 라인"이라고 함), 필름(121, 131) 등에 배치된 라인(LOF: Line On Film, 이하 "LOF 라인"이라고 함), 패널 외곽 영역 등에 배치된 라인(LOG: Line On Glass, 이하 "LOG 라인"이라고 함) 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

도 10은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)의 터치 모드 구간 동안, 액티브 영역(A/A)에서 기생 캐패시턴스의 발생을 방지하는 로드 프리 구동과 넌-액티브 영역(N/A)에서 기생 캐패시턴스의 발생을 방지하는 로드 프리 구동을 나타낸 도면이고, 도 11은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)의 터치 모드 구간 동안, 액티브 영역(A/A)에서의 로드 프리 구동 신호(LFD Signal in A/A)와 넌-액티브 영역(N/A)에서의 로드 프리 구동 신호(LFD Signal in N/A)를 나타낸 도면이다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 액티브 영역(A/A)에서의 기생 캐패시턴스는 도 7을 참조하여 전술한 바와 같이, 센싱 대상인 공통 전극(CEs)으로 터치 구동 신호(TDS)가 인가되는 동안, 터치 구동 신호(TDS)와 동위상의 로드 프리 구동 신호(DATA_LFD, GATE_LFD, Vcom_LFD)를 액티브 영역(A/A)에 배치된 패턴들(DL, GL, CEo)로 공급하는 "액티브 영역(A/A)에서의 로드 프리 구동(LFD in A/A)"을 통해 제거될 수 있다.

여기서, 공통 전극 로드 프리 구동 신호(Vcom_LFD)와 터치 구동 신호(TDS)는, DC 전압의 공통 전압(Vcom_DC)을 기준으로 펄스 폭 변조가 된 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)와 동일하거나, 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)로부터 만들어진 신호이다.

데이터 프리 구동 신호(DATA_LFD) 및 게이트 프리 구동 신호(GATE_LFD) 또한, 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)와 동일하거나, 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)로부터 만들어진 신호일 수 있다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 넌-액티브 영역(N/A)에서의 기생 캐패시턴스 또한, 센싱 대상인 공통 전극(CEs)으로 터치 구동 신호(TDS)가 인가되는 동안, 터치 구동 신호(TDS)와 동위상의 로드 프리 구동 신호(LOG_LFD, LOP_LFD, LOF_LFD)를 넌-액티브 영역(N/A)에 배치된 라인들(LOG 라인, LOP 라인, LOF 라인)로 공급하는 "넌-액티브 영역(N/A)에서의 로드 프리 구동(LFD in N/A)"을 통해 제거될 수 있다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 센싱 대상인 공통 전극(CEs)으로 터치 구동 신호(TDS)가 인가되는 동안, 넌-액티브 영역(N/A)에 배치된 라인들(LOG 라인, LOP 라인, LOF 라인)로 인가되는 신호는, 일 예로, 제1 전원 전압(VCC), 제2 전원 전압(VDD), 게이트 하이 레벨 전압(VGH), 게이트 로우 레벨 전압(VGL) 등이 있을 수 있다.

여기서, 제1 전원 전압(VCC), 제2 전원 전압(VDD), 게이트 하이 레벨 전압(VGH), 게이트 로우 레벨 전압(VGL) 등은 화상 표시 기능 제공 시, 제1 구동 회로(810) 및 제2 구동 회로(820)가 데이터 구동 및 게이트 구동을 위해 사용하는 "디스플레이 전압"이다.

그리고, 이러한 디스플레이 전압은, 디스플레이 모드 구간 동안 화상 표시 기능 제공 시 사용되는 전압이지만, 터치 모드 구간 동안에 터치 구동 및 터치 센싱과는 직접적인 관계는 없지만, 구동 회로들(810. 820) 및/또는 디스플레이 패널(110)로 DC 전압 형태로 인가되던 전압이다.

따라서, 도 11을 참조하면, 센싱 대상인 공통 전극(CEs)으로 터치 구동 신호(TDS)가 인가되는 동안, 넌-액티브 영역(N/A)에서의 로드 프리 구동에 의해, 넌-액티브 영역(N/A)에 배치된 라인들(LOG 라인, LOP 라인, LOF 라인)로 인가되는 로드 프리 구동 신호(LOG_LFD, LOP_LFD, LOF_LFD)는, 제1 전원 전압(VCC), 제2 전원 전압(VDD), 게이트 하이 레벨 전압(VGH), 게이트 로우 레벨 전압(VGL) 등의 디스플레이 전압을 토대로, 펄스 폭 변조 신호에 해당하는 터치 구동 신호(TDS)와 동위상으로 만들어준 로드 프리 구동 신호(VCC_PWM, VDD_PWM, VGH_PWM, VGL_PWM)일 수 있다.

넌-액티브 영역(N/A)에서의 로드 프리 구동이 제공되지 않는다면, 터치 모드 구간에서, 제1 전원 전압(VCC), 제2 전원 전압(VDD), 게이트 하이 레벨 전압(VGH), 게이트 로우 레벨 전압(VGL) 등의 디스플레이 전압은 DC 전압 형태로 넌-액티브 영역(N/A)에 배치된 라인들(LOG 라인, LOP 라인, LOF 라인)로 인가된다.

이와 같이, 터치 모드 구간 동안, DC 전압 형태의 디스플레이 전압이 넌-액티브 영역(N/A)에 배치된 라인들(LOG 라인, LOP 라인, LOF 라인)로 인가되는 경우, 넌-액티브 영역(N/A)에서 기생 캐패시턴스가 발생할 수 밖에 없다.

본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)는, 터치 모드 구간 동안, DC 전압 형태의 디스플레이 전압(VCC, VDD, VGH, VGL …)이 아니라, 터치 구동 신호(TDS)와 동위상의 로드 프리 구동 신호로서 디스플레이 전압 펄스(VCC_PWM, VDD_PWM, VGH_PWM, VGL_PWM)가 넌-액티브 영역(N/A)에 배치된 라인들(LOG 라인, LOP 라인, LOF 라인)에 인가되게 해줌으로써, 넌-액티브 영역(N/A)에서의 기생 캐패시턴스의 발생을 방지해줄 수 있다.

도 11을 참조하면, 액티브 영역(A/A)에서의 로드 프리 구동 신호와 넌-액티브 영역(N/A)에서의 로드 프리 구동 신호를 다시 정리하여 설명하면 다음과 같다.

액티브 영역(A/A)에서의 로드 프리 구동 신호(LFD Signal in A/A)로서, 공통 전극 로드 프리 구동 신호(Vcom_LFD), 데이터 프리 구동 신호(DATA_LFD) 및 게이트 프리 구동 신호(GATE_LFD) 등이 있다.

이러한 액티브 영역(A/A)에서의 로드 프리 구동 신호는 터치 구동 신호(TDS)와 동일한 위상을 가질 수 있으며, 터치 구동 신호(TDS)와 동일한 펄스 폭과 동일한 진폭을 가질 수 있다.

넌-액티브 영역(N/A)에서의 로드 프리 구동 신호(LFD Signal in N/A)로서, 제1 전원 전압 펄스(VCC_PWM), 제2 전원 전압 펄스(VDD_PWM), 게이트 하이 레벨 전압 펄스(VGH_PWM) 및 게이트 로우 레벨 전압 펄스(VGL_PWM) 등의 디스플레이 전압 펄스를 포함할 수 있다.

이러한 디스플레이 전압 펄스 중에서 제1 전원 전압 펄스(VCC_PWM) 및 제2 전원 전압 펄스(VDD_PWM)은 넌-액티브 영역(N/A)의 라인(LOP, LOF 등)에 인가되고 제1 구동 회로(810)에 공급될 수 있는 제1 디스플레이 전압 펄스이다.

디스플레이 전압 펄스 중에서 게이트 하이 레벨 전압 펄스(VGH_PWM) 및 게이트 로우 레벨 전압 펄스(VGL_PWM)는 넌-액티브 영역(N/A)의 라인(LOP, LOF, LOG 등)에 인가되고, 제2 구동 회로(820)에 공급될 수 있는 제2 디스플레이 전압 펄스이다.

제1 전원 전압 펄스(VCC_PWM), 제2 전원 전압 펄스(VDD_PWM), 게이트 하이 레벨 전압 펄스(VGH_PWM) 및 게이트 로우 레벨 전압 펄스(VGL_PWM) 등의 디스플레이 전압 펄스는, 터치 구동 신호(TDS)와 동일한 위상을 가질 수 있으며, 터치 구동 신호(TDS)와 동일한 펄스 폭과 동일한 진폭을 가질 수 있다.

한편, 제1 구동 회로(810)는, 디스플레이 모드 구간 동안, DC 전압 형태의 공통 전극 전압(Vcom_DC)을 모든 공통 전극(CE)으로 공급하거나, 펄스 폭 변조 신호 형태의 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)를 모든 공통 전극(CE)으로 공급할 수도 있다.

더 구체적으로, 도 4의 Case A와 같이, 디스플레이 모드와 터치 모드가 시분할되어 진행되는 경우, 제1 구동 회로(810)는, 디스플레이 모드 구간 동안, DC 전압 형태의 공통 전극 전압(Vcom_DC)을 모든 공통 전극(CE)으로 공급한다.

도 4의 Case B 또는 Case C와 같이, 디스플레이 모드와 터치 모드가 병렬로 진행되어 디스플레이 모드 구간과 터치 모드 구간이 시간적으로 겹치는 경우, 제1 구동 회로(810)는, 디스플레이 모드 구간 동안, 펄스 폭 변조 신호 형태의 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)를 모든 공통 전극(CE)으로 공급할 수 있다.

이 경우, 어느 한 시점에 다수의 공통 전극(CE) 중 어느 하나의 공통 전극(CEs)는, 디스플레이 모드를 위한 디스플레이 전극과 터치 모드를 위한 터치 전극으로 동시에 동작하고, 나머지 공통 전극(CEo)은 디스플레이 모드를 위한 디스플레이 전극으로 동작한다.

따라서, 어느 한 시점에 어느 하나의 공통 전극(CEs)는 터치 구동 및 터치 센싱이 되는 전극이고, 나머지 공통 전극(CEo)은 로드 프리 구동이 되는 전극이다.

이에 따라, 모든 공통 전극(CE)으로 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)이 인가되는 것이다.

한편, 터치 모드 구간과 동시에 진행되는 디스플레이 모드 구간 동안, 화상 표시를 위한 데이터 전압도 펄스 폭 변조 신호 형태의 데이터 전압 펄스로 데이터 라인으로 인가해줄 수 있다.

여기서, 화상 표시를 위한 펄스 폭 변조 신호 형태의 데이터 전압 펄스는 터치 모드 구간에서의 데이터 로드 프리 구동 신호 역할을 할 수 있다.

전술한 바에 따르면, 디스플레이 모드와 터치 모드를 시분할하여 진행할 수도 있고, 독립적으로 그리고 병렬적으로 진행할 수도 있다.

특히, 디스플레이 모드 구간 동안에, 펄스 폭 변조 신호 형태의 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)를 모든 공통 전극(CE)에 인가하더라도, 화상 표시를 위한 데이터 전압도 펄스 폭 변조 신호 형태의 데이터 전압 펄스로 데이터 라인으로 인가해줌으로써, Case B 또는 Case C와 같이, 디스플레이 모드와 터치 모드가 동시에 동작할 수 있도록 해줄 수 있다.

따라서, 공통 전극(CE)이 터치 전극의 역할과 디스플레이 전극의 역할을 모두 제공하는 공용화 전극 구조로 인해, 터치 모드와 디스플레이 모드를 동시에 진행할 수 없었던 한계를 극복할 수 있고, 이에 따라, 터치 모드와 디스플레이 모드의 시분할 진행에 따른 화상 표시 및 터치 센싱의 성능 저하를 막을 수 있고, 화상 표시 기능과 터치 센싱 기능을 효율적으로 제공할 수 있다.

아래에서는, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)가 액티브 영역(A/A)에서의 로드 프리 구동과 넌-액티브 영역(N/A)에서의 로드 프리 구동을 포함하는 풀 로드 프리 구동(Full LFD)를 효율적으로 제공하는 방법과 이를 위해 터치 시스템에 대하여, 더욱 상세하게 설명한다.

도 12는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)에서, 풀 로드 프리 구동(Full LFD)이 가능한 터치 시스템의 예시도이고, 도 13은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)에서, 풀 로드 프리 구동(Full LFD)이 가능한 터치 시스템의 다른 예시도이다.

도 12 내지 도 13을 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)의 터치 시스템은, 디스플레이 패널(110)에 배치되고 터치 구동 및 디스플레이 구동에 모두 이용되는 다수의 공통 전극(CE)과, 터치 구동 및 로드 프리 구동과 관련된 신호를 생성하는 전원 제어 회로(150)와, 전원 제어 회로(150)에서 생성된 신호를 전달받아 터치 구동 및 로드 프리 구동을 실행하는 제1 구동 회로(810)와, 전원 제어 회로(150)에서 생성된 신호를 전달받아 로드 프리 구동을 실행하는 제2 구동 회로(820) 등을 포함할 수 있다.

도 12 내지 도 13을 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)의 터치 시스템은, 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)을 발생시켜 전원 제어 회로(150)로 출력하는 신호 제어 회로(1200)를 더 포함할 수 있다.

도 12 내지 도 13을 참조하면, 터치 모드 구간 동안, 전원 제어 회로(150)는, 펄스 폭 변조 신호에 해당하는 "그라운드 전압 펄스(GND_PWM)"를 그라운드 전압 입력 단(N1)으로 입력 받는다.

전원 제어 회로(150)는, 입력된 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)에 따라 DC 전압 형태의 공통 전극 전압(Vcom_DC)을 기준으로 펄스 폭 변조가 된 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)를 생성한다.

또한, 전원 제어 회로(150)는, 입력된 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)에 따라 DC 전압 형태의 디스플레이 전압들(예: VCC_DC, VDD_DC, VGH_DC, VGL_DC)을 기준으로 펄스 폭 변조가 된 디스플레이 전압 펄스들(예: VCC_PWM, VDD_PWM, VGH_PWM, VGL_PWM)을 생성한다.

전원 제어 회로(150)는, 입력된 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)를 이용하여 생성한 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)와 해당하는 디스플레이 전압 펄스들(예: VCC_PWM, VDD_PWM, VGH_PWM, VGL_PWM)을 출력한다.

도 12 내지 도 13을 참조하면, 제1 구동 회로(810)는, 터치 모드 구간에, 디스플레이 전압 펄스들(예: VCC_PWM, VDD_PWM, VGH_PWM, VGL_PWM) 중 제1 디스플레이 전압 펄스(예: VCC_PWM, VDD_PWM)와 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)를 넌-액티브 영역에 배치된 라인(예: LOP 라인, LOF 라인 등)을 통해 입력 받고, 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)와 동일하거나 대응되는 터치 구동 신호(TDS)를 다수의 공통 전극(CE)으로 순차적으로 공급할 수 있다.

여기서, 터치 구동 신호(TDS)가 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)와 동일하다는 것은, 진폭 및 위상 등의 신호적인 특성이 서로 동일하다는 것을 의미할 수 있다.

또한, 터치 구동 신호(TDS)가 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)와 대응된다는 것은, 터치 구동 및 터치 센싱 효율을 위해, 터치 구동 신호(TDS)의 진폭, 펄스 폭, 주기 및 위상 등 중 적어도 하나의 신호적인 특성이 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)와 다를 수 있다는 것을 의미할 수 있다.

도 12 내지 도 13을 참조하면, 제2 구동 회로(820)는, 터치 모드 구간에, 디스플레이 전압 펄스들(예: VCC_PWM, VDD_PWM, VGH_PWM, VGL_PWM) 중 제2 디스플레이 전압 펄스(예: VGH_PWM, VGL_PWM)를 넌-액티브 영역에 배치된 라인(예: LOP 라인, LOF 라인, LOG 라인 등)을 통해 입력 받는다.

전술한 바와 같이, 터치 모드 구간 동안, 터치 디스플레이 디바이스(100)에서 사용되는 모든 전원의 기준이 되는 그라운드 전압이 펄스 폭 변조 신호 형태의 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)로 스윙(Swing) 되어 전원 제어 회로(150)에 입력됨으로써, 전원 제어 회로(150)는 터치 모드 구간에서의 DC 전압을 펄스 폭 변조 신호 형태로 스윙 시켜 출력할 수 있다.

이에 따라, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)는 풀 로드 프리 구동을 쉽고 효율적으로 제공할 수 있다.

더 구체적으로, 전원 제어 회로(150)는, DC 전압 형태의 공통 전극 전압(Vcom_DC)을 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)에 따라 스윙 시켜 펄스 폭 변조 신호 형태의 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)을 생성하여 출력할 수 있다.

여기서, 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)은, 제1 구동 회로(810)가 터치 구동과 액티브 영역(A/A)에서의 로드 프리 구동을 실행하는데 필요한 펄스이다.

즉, 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)는 터치 구동 신호(TDS) 및 액티브 영역(A/A)에서의 로드 프리 구동 신호(Vcom_LFD, DATA_LFD)와 동일하거나 대응된다.

또한, 전원 제어 회로(150)는, DC 전압 형태의 디스플레이 전압(VCC_DC, VDD_DC, VGH_DC, VGL_DC)을 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)에 따라 스윙 시켜 펄스 폭 변조 신호 형태의 디스플레이 전압 펄스(VCC_PWM, VDD_PWM, VGH_PWM, VGL_PWM)을 생성하여 출력할 수 있다.

이에 따라, 넌-액티브 영역(N/A)에서의 라인(LOP 라인, LOF 라인, LOG 라인)에 터치 구동 신호(TDS)와 동일하거나 대응되는 디스플레이 전압 펄스(VCC_PWM, VDD_PWM, VGH_PWM, VGL_PWM)가 인가될 수 있다. 따라서, 넌-액티브 영역(N/A)에서의 로드 프리 구동이 이루어진다.

공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM), 디스플레이 전압 펄스들(VCC_PWM, VDD_PWM, VGH_PWM, VGL_PWM) 및 터치 구동 신호(TDS)는, 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)와 동일한 위상을 갖는 펄스 폭 변조 신호일 수 있다.

전술한 바와 같이, 터치 모드 구간 동안, 액티브 영역(A/A) 및 넌-액티브 영역(N/A)에서의 모든 신호들의 위상을 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)의 위상과 동일하게 함으로써, 풀 로드 프리 구동(Full LFD)을 효율적으로 제공할 수 있다.

한편, 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM), 디스플레이 전압 펄스들(VCC_PWM, VDD_PWM, VGH_PWM, VGL_PWM) 및 터치 구동 신호(TDS)는, 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)와 동일하거나 대응되는 펄스 폭과 진폭을 갖는 펄스 폭 변조 신호일 수 있다. 이 경우, 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM), 디스플레이 전압 펄스들(VCC_PWM, VDD_PWM, VGH_PWM, VGL_PWM) 및 터치 구동 신호(TDS)는, 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)와 위상이 동일할 수도 있고 다를 수도 있다.

이와 관련하여, 기생 캐패시턴스를 줄이기 위해서, 터치 모드 구간 동안 발생되는 신호들(GND_PWM, TDS, Vcom_PWM, VCC_PWM, VDD_PWM, VGH_PWM, VGL_PWM)은 이상적으로 동일한 위상이어야 하지만, 패널 위치, 구동회로 특성, 전달 경로 등에 따라 각 신호의 위상이 달라지는 경우가 발생할 수 있으며, 이를 고려하는 경우에 약간의 위상차이를 의도적으로 만들어주어, 기생 캐패시턴스를 줄이는 효과를 더욱 좋게 할 수 있다.

즉, 터치 모드 구간 동안, 액티브 영역(A/A) 및 넌-액티브 영역(N/A)에서의 모든 신호들의 진폭 및 펄스 폭을 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)의 진폭 및 펄스 폭과 동일하거나 대응되게 하되, 각 신호의 지연 편차를 고려하여 위상 편차를 의도적으로 만들어주어, 풀 로드 프리 구동을 더욱 정확하게 제공할 수 있다.

전술한 제1 구동 회로(810)는, 터치 모드 구간에 다수의 공통 전극(CE)을 순차적으로 구동하여 터치 센싱함에 있어서, 터치 센싱 대상이 되는 공통 전극(CEs)으로 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)와 동일하거나 대응되는 터치 구동 신호(TDS)를 공급할 때, 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)와 동일하거나 대응되는 공통 전극 로드 프리 구동 신호(Vcom_LFD)를 터치 센싱 대상이 아닌 다른 공통 전극(CEo)으로 공급할 수 있다.

또한, 제1 구동 회로(810)는, 터치 모드 구간에 다수의 공통 전극(CE)을 순차적으로 구동하여 터치 센싱함에 있어서, 터치 센싱 대상이 되는 공통 전극(CEs)으로 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)와 동일하거나 대응되는 터치 구동 신호(TDS)를 공급할 때, 공통 전극 전압 펄스(Vcom_LFD)와 동일하거나 대응되는 데이터 라인 로드 프리 구동 신호(DATA_LFD)를 적어도 하나의 데이터 라인(DL)으로 공급할 수 있다.

또한, 제1 구동 회로(810)가 터치 센싱 대상이 되는 공통 전극(CEs)으로 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)와 동일하거나 대응되는 터치 구동 신호(TDS)를 공급할 때, 제2 구동 회로(820)는 공통 전극 전압 펄스(Vcom_LFD)와 동일하거나 대응되는 게이트 라인 로드 프리 구동 신호(GATE_LFD)를 적어도 하나의 게이트 라인(GL)으로 공급할 수 있다.

전술한 바에 따르면, 터치 구동 신호(TDS)의 기준이 된 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)에 따라 펄스 폭 변조가 된 공통 전극 로드 프리 구동 신호(Vcom_LFD), 데이터 라인 로드 프리 구동 신호(DATA_LFD) 및 게이트 라인 로드 프리 구동 신호(GATE_LFD)를 액티브 영역(A/A)에 배치된 공통 전극(CEo), 데이터 라인(DL) 및 게이트 라인(GL)로 인가해줌으로써, 액티브 영역(A/A)에서의 로드 프리 구동을 제공하여, 액티브 영역(A/A)에서의 기생 캐패시턴스 발생을 방지해줄 수 있다.

한편, 전술한 제1 디스플레이 전압 펄스(예: VCC_PWM, VDD_PWM)는, 넌-액티브 영역(N/A)에서의 신호 라인(예: LOP 라인, LOF 라인 등)을 통해 전원 제어 회로(150)에서 제1 구동 회로(810)로 전달될 수 있다.

또한, 제2 디스플레이 전압 펄스(예: VGH_PWM, VGL_PWM)는, 넌-액티브 영역(N/A)에서의 신호 라인(예: LOP 라인, LOF 라인, LOG 라인 등)을 통해 전원 제어 회로(150)에서 제2 구동 회로(820)로 전달될 수 있다.

전술한 바와 같이, 터치 모드 구간 동안, DC 전압 형태의 디스플레이 전압(예: VCC_DC, VDD_DC, VGH_DC, VGL_DC)이 넌-액티브 영역(N/A)에서의 신호 라인(예: LOP 라인, LOF 라인, LOG 라인 등)을 통해 전달되는 것이 아니라, 터치 구동 신호(TDS)를 생성하는데 기준이 되는 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)에 따라 펄스 폭 변조가 된 디스플레이 전압 펄스(예: VCC_PWM, VDD_PWM, VGH_PWM, VGL_PWM)가 넌-액티브 영역(N/A)에서의 신호 라인(예: LOP 라인, LOF 라인, LOG 라인 등)을 통해 전달됨으로써, 터치 구동 및 터치 센싱이 이루어지는 동안, 넌-액티브 영역(N/A)에서의 로드 프리 구동을 제공할 수 있게 되어, 넌-액티브 영역(N/A)에서의 기생 캐패시턴스의 발생을 방지해줄 수 있다.

도 13에 도시된 바와 같이, 전원 제어 회로(150)는, 펄스 폭 변조 신호를 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)로서 그라운드 전압 입력단(N1)으로 입력 받는 동시에, 신호 제어 회로(1200)로부터 펄스 폭 변조 신호를 제1 전원 전압 펄스(VCC_PWM)로서 제1 전원 전압 입력단(N2)으로 입력 받을 수도 있다.

한편, 도 12 및 도 13에 도시된 신호 제어 회로(1200)는 제1 구동 회로(810)의 내부에 포함되거나 타이밍 컨트롤러(140)의 내부에 포함될 수도 있으며, 경우에 따라서, 소스 인쇄회로기판(160)과 컨트롤 인쇄회로기판(170)과 다른 별도의 인쇄회로기판에 위치할 수도 있다.

한편, 도 12 및 도 13은 모드와 터치 모드가 시분할 되어 진행되는 경우 터치 모드 구간에서의 터치 시스템의 신호 체계만을 선별적으로 나타낸 것일 수도 있고, 디스플레이 모드와 터치 모드가 독립적으로 그리고 병렬적으로 진행되는 경우 디스플레이 모드 구간과 중첩될 수 있는 터치 모드 구간에서의 터치 시스템의 신호 체계를 나타낸 것일 수도 있다.

도 14 및 도 15는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)에서, 풀 로드 프리 구동(Full LFD)이 가능한 터치 시스템의 또 다른 예시도들이다.

도 14 및 도 15는 디스플레이 모드와 터치 모드가 독립적으로 그리고 병렬적으로 진행되는 경우와 디스플레이 모드와 터치 모드가 시분할 되어 진행되는 경우에 모두 적용될 수 있도록 한 터치 시스템의 신호 체계를 나타낸 도면이다.

도 14 및 도 15를 참조하면, 신호 제어 회로(1200)는, 펄스 변조(Pulse Modulation)를 통해 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)을 발생시킬 수 있다.

여기서, 펄스 변조는, 일 예로, 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation)일 수 있다.

일 예로, 신호 제어 회로(1200)는 정해진 펄스 폭, 주기, 또는 듀티 사이클 등을 갖는 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)을 발생시켜 전원 제어 회로(150)로 출력할 수 있다.

전술한 바에 따르면, 신호 제어 회로(1200)는 터치 디스플레이 디바이스(100)에서 사용되는 펄스 폭 변조 신호 형태의 터치 구동 신호(TDS)와 각종 로드 프리 구동 신호(Vcom_LFD, DATA_LFD, GATE_LFD, VCC_PWM, VDD_PWM, VGH_PWM, VGL_PWM 등)를 만드는데 기준이 되는 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)를 효율적으로 생성할 수 있다.

한편, 신호 제어 회로(1200)는 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)의 레벨(진폭의 전압 레벨)을 조절하여 발생시켜 전원 제어 회로(150)로 출력할 수도 있다.

예를 들어, 신호 제어 회로(1200)는 최초에 생성한 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)의 진폭을 1배, 2배, 3배 등과 정수 배만큼 크게 변환하여 출력할 수도 있고, 1.5배 등과 같이 실수 배만큼 크게 변환하여 출력할 수도 있으며, 경우에 따라서는, 0.7배 등과 같이 작게 하여 변환하여 출력할 수도 있다.

전술한 바에 따르면, 터치 구동 및 로드 프리 구동의 성능, 효율성 등을 고려하여, 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)를 다양하게 생성할 수 있다.

도 14 및 도 15를 참조하면, 신호 제어 회로(1200)는, 일 예로, 메인 신호 제어 기능을 수행하는 마이크로 컨트롤 유닛(210)과 신호 선택 기능을 수행하는 제1 멀티플렉서(1410) 등을 포함할 수 있다.

마이크로 컨트롤 유닛(210)은 DC 전압 형태의 그라운드 전압(GND_DC)과 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)를 출력할 수 있다.

또한, 제1 멀티플렉서(1410)는 그라운드 전압(GND_DC)과 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)를 입력 받고, 터치 모드 구간(디스플레이 모드 구간과 시간적으로 분리된 구간이거나 디스플레이 모드 구간과 시간적으로 중첩되는 구간일 수 있음) 동안, 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)를 선택하여 전원 제어 회로(150)의 그라운드 전압 입력단(N1)으로 출력할 수 있다.

일 예로, 제1 멀티플렉서(1410)는 디스플레이 모드 구간(터치 모드 구간과 시분할 되어 시간적으로 분리된 구간일 수 있음) 동안, 그라운드 전압(GND_DC)를 선택하여 전원 제어 회로(150)의 그라운드 전압 입력단(N1)으로 출력할 수도 있다.

전원 제어 회로(150)의 그라운드 전압 입력단(N1)에 입력된 그라운드 신호(GND)는, 전술한 바와 같이, DC 전압 형태의 그라운드 전압(GND_DC)일 수도 있고 펄스 폭 변조 신호 형태의 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)일 수도 있다.

전술한 바와 같이, 신호 제어 회로(1200)는 마이크로 컨트롤 유닛(210)의 펄스 폭 변호 신호 발생 기능과 제1 멀티플렉서(1410)의 신호 선택 기능을 이용하여, DC 전압 형태의 그라운드 전압(GND_DC)이 스윙 된 펄스 폭 변조 신호 형태의 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)를 쉽고 효율적으로 만들어 전원 제어 회로(150)의 그라운드 전압 입력단(N1)에 입력시켜 줄 수 있다.

또한, 마이크로 컨트롤 유닛(210)의 펄스 폭 변조 제어를 통해 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)를 변경, 조절 등의 제어를 통해, 터치 관련 신호들을 쉽게 제어할 수 있다.

도 15를 참조하면, 신호 제어 회로(1200)는, 전압 조절부(1500) 및 제2 멀티 플렉서(1520)를 더 포함할 수 있다. 전압 조절부(1500)는 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)의 로우 레벨 전압을 조절하고, 조절된 로우 레벨 전압(예: VCC_DC)을 갖는 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)을 제1 전원 전압 펄스(VCC_PWM)로서 출력한다. 이에 따라, 제2 멀티플렉서(1520)는 DC 전압 형태의 제1 전원 전압(VCC_DC)과 제1 전원 전압 펄스(VCC_PWM)를 입력 받고, 터치 모드 구간(디스플레이 모드 구간과 시간적으로 분리된 구간이거나 디스플레이 모드 구간과 시간적으로 중첩되는 구간일 수 있음) 동안, 제1 전원 전압 펄스(VCC_PWM)를 선택하여 전원 제어 회로(150)의 제1 전원 전압 입력단(N2)으로 출력한다. 위에서 언급한 진폭 조절부(1500)는, 일 예로, 레벨 쉬프터로 구현될 수 있다.

이러한 제2 멀티플렉서(1520)는, 디스플레이 모드 구간(터치 모드 구간과 시분할 되어 시간적으로 분리된 구간일 수 있음) 동안, DC 전압 형태의 제1 전원 전압(VCC_DC)를 선택하여 전원 제어 회로(150)의 제1 전원 전압 입력단(N2)으로 출력할 수도 있다.

전원 제어 회로(150)의 제1 전원 전압 입력단(N2)에 입력되는 제1 전원 신호(VCC1)는, DC 전압 형태의 제1 전원 전압(VCC_DC)일 수도 있고, 제1 전원 전압 펄스(VCC_PWM)일 수도 있다.

전술한 바와 같이, 신호 제어 회로(1200)는 마이크로 컨트롤 유닛(210)의 펄스 폭 변호 신호 발생 기능과 제2 멀티플렉서(1520)의 신호 선택 기능을 이용하여, DC 전압 형태의 제1 전원 전압(VCC_DC)이 스윙 된 펄스 폭 변조 신호 형태의 제1 전원 전압 펄스(VCC_PWM)를 쉽고 효율적으로 만들어 전원 제어 회로(150)의 제1 전원 전압 입력단(N2)에 입력시켜 줄 수 있다.

한편, 도 15를 참조하면, 제2 멀티플렉서(1520)에서 출력되는 신호(제1 전원 전압 펄스(VCC_PWM) 또는 제1 전원 전압(VCC_DC))는, 타이밍 컨트롤러(140)의 입력 신호(VCC2)로서 타이밍 컨트롤러(140)에 입력될 수 있다.

도 16은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)에서, 풀 로드 프리 구동(Full LFD)이 가능한 터치 시스템의 주요 신호를 나타낸 도면이다.

도 16은 디스플레이 모드와 터치 모드가 시분할되어 진행되는 경우를 가정하여, 도 15의 터치 시스템에서의 주요 신호를 나타낸 도면이다.

도 16을 참조하면, 타이밍 컨트롤러(140) 또는 마이크로 컨트롤 유닛(210) 또는 다른 컨트롤러(미도시)에서 발생한 터치 동기 신호(TOUCH SYNC)에 따라, 디스플레이 모드와 터치 모드가 시분할 되어 진행된다.

먼저, 디스플레이 모드 구간 동안의 신호 출력 상황을 설명한다.

디스플레이 모드 구간 동안, 마이크로 컨트롤 유닛(210)은 펄스 폭 변조 제어에 따라 펄스 폭 변조 신호를 출력하지 않고, DC 전압 형태의 그라운드 전압(GND_DC)만을 출력한다.

제1 멀티플렉서(1410)는, 제1 멀티플렉서 제어신호(터치 동기화 신호(TOUCH SYNC)일 수도 있음)에 따라, 입력된 DC 전압 형태의 그라운드 전압(GND_DC)을 그라운드 신호(GND)로서 전원 제어 회로(150)의 그라운드 전압 입력단(N1)으로 출력한다.

이때, 제2 멀티플렉서(1520)는, 제2 멀티플렉서 제어신호(터치 동기화 신호(TOUCH SYNC)일 수도 있음)에 따라, 입력된 DC 전압 형태의 제1 전원 전압(VCC_DC)을 제1 전원 신호(VCC1)로서 전원 제어 회로(150)의 제1 전원 전압 입력단(N2)으로 출력한다.

전원 제어 회로(150)는 그라운드 전압 입력단(N1)으로 입력된 DC 전압 형태의 그라운드 전압(GND_DC)과 제1 전원 전압 입력단(N2)으로 입력된 DC 전압 형태의 제1 전원 전압(VCC_DC)을 이용하여, DC 전압 형태의 공통 전극 전압(Vcom_DC)을 공통 전극 신호(Vcom)로서 출력하고, DC 전압 형태의 제1 전원 전압(VCC_DC)을 제1 전원 신호(VCC)로서 출력하고, DC 전압 형태의 제2 전원 전압(VDD_DC)을 제2 전원 신호(VDD)로서 출력하고, DC 전압 형태의 게이트 하이 레벨 전압(VGH_DC)을 게이트 하이 레벨 신호(VGH)로서 출력하고, DC 전압 형태의 게이트 로우 레벨 전압(VGL_DC)을 게이트 로우 레벨 신호(VGL)로서 출력할 수 있다.

다음으로, 터치 모드 구간 동안의 신호 출력 상황을 설명한다.

터치 모드 구간 동안, 마이크로 컨트롤 유닛(210)은 펄스 폭 변조 제어에 따라 ΔV의 진폭을 갖는 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)를 출력하고, DC 전압 형태의 그라운드 전압(GND_DC)도 출력한다.

제1 멀티플렉서(1410)는, 제1 멀티플렉서 제어신호(터치 동기화 신호(TOUCH SYNC)일 수도 있음)에 따라, 입력된 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)와 DC 전압 형태의 그라운드 전압(GND_DC) 중에서 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)를 그라운드 신호(GND)로서 선택하여 전원 제어 회로(150)의 그라운드 전압 입력단(N1)으로 출력한다.

제2 멀티플렉서(1520)는, 제2 멀티플렉서 제어신호(터치 동기화 신호(TOUCH SYNC)일 수도 있음)에 따라, 입력된 제1 전원 전압 펄스(VCC_PWM)와 DC 전압 형태의 제1 전원 전압(VCC_DC) 중에서 제1 전원 전압 펄스(VCC_PWM)를 제1 전원 신호(VCC1)로서 선택하여 전원 제어 회로(150)의 제1 전원 전압 입력단(N2)으로 출력한다.

전원 제어 회로(150)는 그라운드 전압 입력단(N1)으로 입력된 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)와 제1 전원 전압 입력단(N2)으로 입력된 제1 전원 전압 펄스(VCC_PWM)를 이용하여, 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)를 공통 전극 신호(Vcom)로서 출력하고, 제1 전원 전압 펄스(VCC_PWM)를 제1 전원 신호(VCC)로서 출력하고, 제2 전원 전압 펄스(VDD_PWM)를 제2 전원 신호(VDD)로서 출력하고, 게이트 하이 레벨 전압 펄스(VGH_PWM)를 게이트 하이 레벨 신호(VGH)로서 출력하고, 게이트 로우 레벨 전압 펄스(VGL_PWM)를 게이트 로우 레벨 신호(VGL)로서 출력할 수 있다.

전원 제어 회로(150)가 공통 전극 신호(Vcom)로서 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)를 제1 구동 회로(810)로 출력하면, 제1 구동 회로(810)는 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)를 이용하여 센싱 대상인 공통 전극(CEs)으로 터치 구동 신호(TDS)를 공급하고, 다른 공통 전극(CEo)으로 공통 전극 로드 프리 구동 신호(Vcom_LFD)를 공급한다.

여기서, 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)는 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)의 진폭과 동일한 진폭(ΔV)을 갖는다.

그리고, 공통 전극 로드 프리 구동 신호(Vcom_LFD)는 액티브 영역(A/A)에서의 로드 프리 구동 신호이다.

또한, 제1 전원 전압 펄스(VCC_PWM), 제2 전원 전압 펄스(VDD_PWM), 게이트 하이 레벨 전압 펄스(VGH_PWM), 게이트 로우 레벨 전압 펄스(VGL_PWM)는 디스플레이 전압 펄스(Display Voltage Pulse)로서, 넌-액티브 영역(N/A)에서의 라인(LOP 라인, LOF 라인, LOG 라인)에 인가되는 신호로서, 넌-액티브 영역(N/A)에서의 로드 프리 구동 신호이다.

그리고, 이러한 디스플레이 전압 펄스(Display Voltage Pulse)은, 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)의 진폭과 동일한 진폭(ΔV)을 갖는다.

도 17은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)에서, 풀 로드 프리 구동(Full LFD)이 가능한 터치 시스템의 또 다른 예시도이고, 도 18은 도 17의 구조를 갖는 터치 시스템의 주요 신호를 나타낸 다른 도면이다.

터치 구동 및 센싱과 로드 프리 구동 등의 성능, 효율성 등을 조절하기 위해서는, 터치 구동 및 센싱과 로드 프리 구동 등에 관련된 모든 신호의 기준이 되는 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)를 조절할 수 있어야 한다.

신호 제어 회로(1200)는, 마이크로 컨트롤 유닛(210)에서 출력된 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)의 레벨(진폭)을 변환하여 출력하는 레벨 쉬프터(L/S: Level Shifter, 1700)를 더 포함할 수 있다.

이러한 레벨 쉬프터(1700)는, 마이크로 컨트롤 유닛(210)과 2개의 멀티플렉서(1410, 1520) 사이에 전기적으로 연결되어, 마이크로 컨트롤 유닛(210)에서 출력된 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)의 레벨(진폭)을 변환하여, 레벨이 변환된 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)를 2개의 멀티플렉서(1410, 1520)로 입력시켜준다.

제1 멀티플렉서(1410)는, 터치 모드 구간 동안, 레벨 쉬프터(1700)에 의해 레벨이 변환된 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)를 선택하여 전원 제어 회로(150)로 출력한다.

그리고, 제2 멀티플렉서(1520)는, 터치 모드 구간 동안, 제1 전원 전압 펄스(VCC_PWM)를 선택하여 전원 제어 회로(150)로 출력한다.

도 18을 참조하면, 마이크로 컨트롤 유닛(210)에서 출력된 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)의 진폭이 ΔV이고, 레벨 쉬프터(1700)가 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)의 진폭(레벨)을 N배(N은 실수)하여 출력하는 경우, 레벨 쉬프터(1700)에서 출력된 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)의 진폭은 N*ΔV이다.

제1 전원 전압 펄스(VCC_PWM), 제2 전원 전압 펄스(VDD_PWM), 게이트 하이 레벨 전압 펄스(VGH_PWM), 게이트 로우 레벨 전압 펄스(VGL_PWM)는 디스플레이 전압 펄스(Display Voltage Pulse)도 레벨 쉬프터(1700)에서 출력된 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)와 동일한 진폭(N*ΔV)을 갖는다.

전술한 레벨 쉬프터(1700)를 이용하여, 터치 구동 및 센싱과 로드 프리 구동 등에 관련된 모든 신호의 기준이 되는 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)의 레벨을 조절(변환)함으로써, 터치 구동 및 센싱과 로드 프리 구동 등에 관련된 모든 신호를 효율적으로 조절할 수 있다. 이를 통해, 터치 구동 및 센싱과 로드 프리 구동 등의 성능, 효율성 등을 효과적으로 조절할 수 있다.

도 19는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)의 전원 제어 회로(150)의 2개 입력단(N1, N2)의 2가지 신호 입력 상태를 나타낸 도면이고, 도 20 및 도 21은 2가지 신호 입력 상태에 따른 전원 제어 회로(150)에 대한 2가지 신호 입력 방식을 나타낸 도면이다.

도 19를 참조하면, 터치 모드 구간 동안, 전원 제어 회로(150)의 그라운드 전압 입력단(N1)과 제1 전원 전압 입력단(N2) 각각의 신호 입력 상태는 2가지 Case(Case 1, Case 2)로 될 수 있다.

도 19를 참조하면, Case 1은, 터치 모드 구간 동안, 전원 제어 회로(150)의 그라운드 전압 입력단(N1)과 제1 전원 전압 입력단(N2) 모두로 신호가 입력되는 경우이다.

이러한 Case 1의 경우, 전원 제어 회로(150)의 그라운드 전압 입력단(N1)과 제1 전원 전압 입력단(N2)에 입력되는 신호는 펄스 폭 변조 신호이다.

도 19 및 도 20을 참조하면, Case 1의 경우, 전원 제어 회로(150)의 그라운드 전압 입력단(N1)에는 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)가 그라운드 신호(GND)로서 입력되고, 전원 제어 회로(150)의 제1 전원 전압 입력단(N2)에는 제1 전원 전압 펄스(VCC_PWM)가 제1 전원 신호(VCC1)로서 입력된다.

Case 1의 경우, 전원 제어 회로(150)는 그라운드 전압 펄스(GND_PWM) 및 제1 전원 전압 펄스(VCC_PWM)를 모두 이용하여 각종 신호를 생성할 수 있다.

도 19를 참조하면, Case 1의 경우, 전원 제어 회로(150)에서, 그라운드 전압 입력단(N1)에 입력되는 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)와, 제1 전원 전압 입력단(N2)에 입력되는 제1 전원 전압 펄스(VCC_PWM)는, 모든 지점에서 동일한 전압 차이(ΔV1)를 갖는다.

전술한 바와 같이, 전원 제어 회로(150)의 그라운드 전압 입력단(N1)과 제1 전원 전압 입력단(N2) 모두로 신호가 입력될 때, 전원 제어 회로(150)의 그라운드 전압 입력단(N1)에 입력된 신호(GND_PWM)와 제1 전원 전압 입력단(N2)에 입력되는 신호(VCC_PWM) 간의 전압 차이가 일정하게 유지됨으로써, 전원 제어 회로(150)의 각종 신호 제어를 정상적으로 수행할 수 있다.

한편, 도 19를 참조하면, Case 2는, 터치 모드 구간 동안, 전원 제어 회로(150)의 그라운드 전압 입력단(N1)과 제1 전원 전압 입력단(N2) 중에서 그라운드 전압 입력단(N1)으로만 펄스 폭 변조 신호 형태의 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)가 그라운드 신호(GND)로서 입력되는 경우이다.

이러한 Case 2의 경우, 도 21에 도시된 바와 같이, 전원 제어 회로(150)의 그라운드 전압 입력단(N1)으로 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)가 입력되고 있는 동안, 제1 전원 전압 입력단(N2)은 플로팅 된다.

따라서, Case 2의 경우, 전원 제어 회로(150)는 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)만을 이용하여 각종 신호를 생성할 수 있다.

이에, 신호 제어 회로(1200)는 제2 멀티플렉서(1520)를 포함하지 않아도 되며, 대신, 필요한 경우, DC 전압 형태의 제1 전원 전압(VCC_DC)을 전원 제어 회로(150)의 제1 전원 전압 입력단(N2)으로 입력시켜주고, 터치 모드 구간에서는 DC 전압 형태의 제1 전원 전압(VCC_DC)이 전원 제어 회로(150)의 제1 전원 전압 입력단(N2)으로 입력되지 않도록 해주는 플로팅 회로(2100)를 포함할 수도 있다.

이러한 플로팅 회로(2100)는, DC 전압 형태의 제1 전원 전압(VCC_DC)만을 입력받아 터치 모드 구간이 아닌 구간에서만 출력하는 멀티플렉서 또는 스위칭 소자로 구현될 수 있다.

전술한 바와 같이, 터치 모드 구간에서, 전원 제어 회로(150)의 제1 전원 전압 입력단(N2)이 플로팅 되게 함으로써, 전원 제어 회로(150)는 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)만을 이용하여 각종 신호를 생성한다. 이에 따라, 전원 제어 회로(150)의 신호 제어 처리가 간단해질 수 있다.

도 22는 이상에서 설명한 터치 시스템 내 각 구성 간의 신호 전달을 정리한 신호 전달 다이어그램이다.

도 22를 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)의 터치 시스템(또는 터치 회로(190)로도 볼 수 있음)은, 레벨이 변환된 펄스 폭 변조 신호인 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)를 발생시키는 신호 제어 회로(1200)와, 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)와 동일한 위상을 갖는 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)와 디스플레이 전압 펄스(VCC_PWM, VDD_PWM, VGH_PWM, VGL_PWM)을 생성하여 출력하는 전원 제어 회로(150)와, 터치 모드 구간에, 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)와 제1 디스플레이 전압 펄스(예: VCC_PWM, VDD_PWM)를 입력 받고, 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)와 대응되는 터치 구동 신호(TDS)를 다수의 공통 전극(CE)으로 순차적으로 공급하는 제1 구동 회로(810)와, 넌-액티브 영역(N/A)에서의 로드 프리 구동 신호로서 제2 디스플레이 전압 펄스(예: VGH_PWM, VGL_PWM)를 입력 받는 제2 구동 회로(820) 등을 포함할 수 있다.

제1 구동 회로(810)는 센싱 대상 순서에 해당하는 공통 전극(CEs)으로 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)와 대응되는 터치 구동 신호(TDS)를 공급하고, 나머지 공통 전극(CEo)으로 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)와 대응되는 공통 전극 로드 프리 구동 신호(Vcom_LFD)를 공급한다.

전술한 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)는, 터치 모드 구간 동안, 그라운드 전압(GND_DC)을 스윙 시킴으로써, 터치 구동과 로드 프리 구동에 필요한 모든 신호를 동위상으로 스윙 시켜 줄 수 있다.

따라서, 터치 구동 및 로드 프리 구동을 더욱 간단하고 효율적으로 제공할 수 있다. 또한, 액티브 영역(A/A) 뿐만 아니라, 넌-액티브 영역(N/A)에서도 기생 캐패시터의 발생을 방지할 수 있어, 센싱 정확도를 더욱더 높여줄 수 있다.

도 23은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)에서, 신호 제어 회로(1200)가 제1 구동 회로(810)에 포함된 경우, 터치 시스템을 나타낸 도면이고, 도 24는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)에서, 신호 제어 회로(1200)가 타이밍 컨트롤러(140)에 포함된 경우, 터치 시스템을 나타낸 도면이다.

도 23에 도시된 바와 같이, 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)를 그라운드 신호(GND)로서 발생시키는 신호 제어 회로(1200)는, 제1 구동 회로(810)의 내부에 포함될 수 있다.

도 24에 도시된 바와 같이, 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)를 그라운드 신호(GND)로서 발생시키는 신호 제어 회로(1200)는, 타이밍 컨트롤러(140)의 내부에 포함될 수도 있다.

아래에서는, 이상에서 설명한 터치 디스플레이 디바이스(100) 내 각 구성 별로 더욱 상세하게 설명한다.

도 25는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)의 전원 제어 회로(150)를 나타낸 도면이다.

도 25를 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)의 전원 제어 회로(150)는, 그라운드 전압 입력단(N1), 제1 펄스 생성부(2510), 제2 펄스 생성부(2520), 제1 전원 전압 입력단(N2) 등을 포함할 수 있다.

그라운드 전압 입력단(N1)에는, 터치 모드 구간 동안에 펄스 폭 변조가 된 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)가 그라운드 신호(GND)로서 입력되고, 디스플레이 모드 구간 동안에는 DC 전압인 그라운드 전압(GND_DC)가 그라운드 신호(GND)로서 입력될 수 있다.

제1 펄스 생성부(2510)는, 터치 모드 구간 동안, 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)와 동기화 되고 공통 전극 전압(Vcom_DC)을 기준으로 펄스 폭 변조가 된 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)를 생성하여 공통 전극 신호(Vcom)로서 출력한다.

여기서, 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)는 터치 구동 신호(TDS) 및 공통 전극 로드 프리 구동 신호(Vcom_LFD)로 이용될 수 있다.

제1 펄스 생성부(2510)는, 디스플레이 모드 구간 동안, 공통 전극 전압(Vcom_DC)을 공통 전극 신호(Vcom)로서 출력할 수 있다.

제2 펄스 생성부(2520)는, 터치 모드 구간 동안, 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)와 동기화 되고 DC 전압인 디스플레이 전압(VCC_DC, VDD_DC, VGH_ DC, VGL_ DC)을 기준으로 펄스 폭 변조가 된 디스플레이 전압 펄스(VCC_PWM, VDD_PWM, VGH_PWM, VGL_PWM)을 생성하여 디스플레이 전압 신호(VCC, VDD, VGH, VGL)로서 출력할 수 있다.

제2 펄스 생성부(2520)는, 디스플레이 모드 구간 동안, DC 전압인 디스플레이 전압(VCC_DC, VDD_DC, VGH_ DC, VGL_ DC)을 디스플레이 전압 신호(VCC, VDD, VGH, VGL)로서 출력할 수 있다.

공통 전극 로드 프리 구동 신호(Vcom_LFD)는 액티브 영역(A/A)에서의 로드 프리 구동 신호이고, 디스플레이 전압 펄스(VCC_PWM, VDD_PWM, VGH_PWM, VGL_PWM)는 넌-액티브 영역(N/A)에서의 로드 프리 구동 신호이다.

제1 전원 전압 입력단(N2)에는, 터치 모드 구간 동안, 펄스 폭 변조가 된 제1 전원 전압 펄스(VCC_PWM)가 입력되는 상태이거나 전기적으로 플로팅 된 상태일 수 있다.

제1 전원 전압 입력단(N2)에는, 디스플레이 모드 구간 동안, DC 전압인 제1 전원 전압(VCC_DC)가 입력될 수도 있다.

전술한 전원 제어 회로(150)를 이용하면, 터치 구동 및 로드 프리 구동을 위한 효율적인 전원 제어 처리를 해줄 수 있다.

도 26은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)의 신호 제어 회로(1200)를 나타낸 도면이다.

도 26을 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)의 신호 제어 회로(1200)는, 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)를 발생시키는 펄스 발생기(2610)와, 그라운드 전압(GND_DC)과 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)를 입력 받아 그라운드 전압(GND_DC)과 그라운드 전압 펄스(GND_PWM) 중 하나를 선택하여 그라운드 신호(GND)로서 출력하는 신호 선택 회로(2620) 등을 포함할 수 있다.

신호 선택 회로(2620)는, 터치 모드 구간 동안, 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)를 선택하여 그라운드 신호(GND)로서 출력할 수 있다.

신호 선택 회로(2620)는, 제1 전원 전압(VCC_DC)과 제1 전원 전압 펄스(VCC_PWM)를 입력 받아 제1 전원 전압(VCC_DC)과 제1 전원 전압 펄스(VCC_PWM) 중 하나를 선택하여 제1 전원 신호(VCC1)로서 출력할 수 있다.

신호 선택 회로(2620)는, 터치 모드 구간 동안, 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)를 제1 전원 전압 펄스(VCC_PWM)로서 선택하여 제1 전원 신호(VCC1)로서 출력할 수 있다

전술한 신호 제어 회로(1200)를 이용하면, 터치 디스플레이 디바이스(100)에서 사용되는 펄스 폭 변조 신호 형태의 터치 구동 신호(TDS)와 각종 로드 프리 구동 신호(Vcom_LFD, DATA_LFD, GATE_LFD, VCC_PWM, VDD_PWM, VGH_PWM, VGL_PWM 등)를 만드는데 기준이 되는 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)를 효율적으로 생성할 수 있다.

도 26을 참조하면, 신호 제어 회로(1200)는, 펄스 발생기(2610)에서 출력된 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)의 레벨을 변환하여 신호 선택 회로에 입력해주는 레벨 쉬프터(1700)를 더 포함할 수 있다.

이러한 레벨 쉬프터(1700)를 이용하면, 터치 구동 및 로드 프리 구동의 성능, 효율성 등을 고려하여, 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)를 다양하게 조절할 수 있다.

도 26에 도시된 바와 같이, 펄스 발생기(2610)는, 일 예로, 마이크로 컨트롤 유닛(2100의 내부 모듈일 수 있다.

도 26에 도시된 바와 같이, 신호 선택 회로(2620)는, 일 예로, 제1 멀티플렉서(1410)와 제2 멀티플렉서(1420)로 구현될 수 있다.

도 27은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)의 제1 구동 회로(810)를 나타낸 도면이다.

도 27을 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)의 제1 구동 회로(810)는, 디스플레이 모드 구간 동안, 데이터 전압 출력 및 공통 전압 출력 등의 데이터 구동을 수행하는 데이터 구동 회로(120)와, 터치 모드 구간 동안, 터치 센싱을 위한 터치 센싱 신호(TSS)를 터치 구동 신호(TDS)가 인가된 공통 전극(CEs)으로부터 감지하는 적어도 하나의 터치 센싱 신호 검출 회로(220)를 포함할 수 있다.

여기서, 터치 센싱 신호(TSS)는 터치 구동 신호(TDS)와 신호 파형이 대응된다. 터치 구동 신호(TDS)는 펄스 폭 변조 신호 형태의 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)의 위상과 동일한 위상을 갖는다.

또한, 제1 구동 회로(810)는, 센싱 대상인 공통 전극(CEs)으로 터치 구동 신호(TDS)를 공급하고, 다른 공통 전극(CEo)으로 공통 전극 로드 프리 구동 신호(Vcom_LFD)를 공급하는 터치 구동 및 로드 프리 구동도 제공할 수 있다.

전술한 제1 구동 회로(810)를 이용하면, 데이터 구동, 터치 구동, 로드 프리 구동 및 터치 센싱을 하나의 구동 칩에서 모두 제공할 수 있다. 이로 인해, 부품 수를 줄여줄 수 있고, 터치스크린 패널이 디스플레이 패널(110)에 내장된 터치 구조에 적합한 데이터 구동, 터치 구동 및 로드 프리 구동을 효율적으로 제공할 수 있다.

한편, 도 27을 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)의 제1 구동 회로(810)는, 터치 구동 신호(TDS)를 생성하는데 기준이 되는 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)를 발생시키는 신호 제어 회로(1200)를 더 포함할 수 있다(도 23 참고).

전술한 바에 따르면, 터치 구동 및 로드 프리 구동을 위한 신호들을 만드는데 기준이 되는 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)를 발생시킬 수 있는 제1 구동 회로(810)를 제공할 수 있다.

한편, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)의 제1 구동 회로(810)는, 터치 모드 구간 동안, 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)와 위상이 대응되는 위상을 갖는 디스플레이 전압 펄스(예: VCC_PWM, VDD_PWM 등)를 입력받을 수 있다.

전술한 바와 같이, 터치 모드 구간 동안, 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)와 위상 및 진폭이 대응되는 디스플레이 전압 펄스(예: VCC_PWM, VDD_PWM 등)가 제1 구동 회로(810)로 전달됨으로써, 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)와 위상 및 진폭이 동일한 터치 구동 신호(TDS) 및 터치 센싱 신호(TSS)와 디스플레이 전압 펄스(예: VCC_PWM, VDD_PWM 등) 간의 전위차가 줄어들거나 제거될 수 있어, 디스플레이 전압 펄스(예: VCC_PWM, VDD_PWM 등)가 전달되는 경로(넌-액티브 영역(N/A)에서의 라인)에서 기생 캐패시턴스의 발생을 효과적으로 방지해줄 수 있다.

도 28은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)의 타이밍 컨트롤러(140)를 나타낸 도면이다.

도 28을 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)의 타이밍 컨트롤러(140)는, 디스플레이 모드 및 터치 모드의 타이밍을 제어하는 모드 타이밍 제어부(2810)와, 디스플레이 모드 구간 동안, 데이터 구동을 위한 영상 데이터를 출력하는 영상 데이터 출력부(2820)와, 터치 모드 구간 동안, 터치 구동 신호 및 로드 프리 구동 신호를 스윙 스키기 위한 펄스 폭 변조 신호 형태의 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)를 발생시키는 신호 제어 회로(1200) 등을 포함할 수 있다.

전술한 바에 따르면, 터치 구동 및 로드 프리 구동에 필요한 각종 신호를 생성하는데 기준이 되는 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)를 생성할 수 있는 타이밍 컨트롤러(140)를 제공할 수 있다.

도 29은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)의 구동 방법에 대한 흐름도이다.

도 29를 참조하면, 터치 구동 및 디스플레이 구동에 이용되는 다수의 공통 전극(CE)이 디스플레이 패널(110)에 내장된 터치 디스플레이 디바이스(100)의 구동 방법은, 펄스 폭 변조가 된 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)를 생성하고, 생성된 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)에 동기화된 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)와 디스플레이 전압 펄스(VCC_PWM, VDD_DC, VGH_DC, VGL_DC)를 생성하는 단계(S2910)와, 터치 모드 구간 동안, 공통 전압 펄스(Vcom_PWM)를 이용하여 터치 구동을 진행하는 단계(S2920) 등을 포함할 수 있다.

여기서, 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)와 디스플레이 전압 펄스(VCC_PWM, VDD_DC, VGH_DC, VGL_DC)가 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)에 동기화된다는 것은, 위상 등이 동일해진다는 것을 의미할 수 있다.

전술한 구동 방법을 이용하면, 터치 모드 구간 동안, 그라운드 전압(GND_DC)을 스윙 시킴으로써, 터치 구동과 로드 프리 구동에 필요한 모든 신호를 동위상으로 스윙 시켜 줌으로써, 터치 구동과 로드 프리 구동을 효율적으로 제공할 수 있다.

한편, 터치 구동을 진행하는 단계(S2920)에서, 디스플레이 전압 펄스(VCC_PWM, VDD_DC, VGH_DC, VGL_DC)는 LOG (Line On Glass), LOP (Line On PCB) 및 LOF (Line On Film) 중 적어도 하나에 인가될 수 있다.

이에 따라, 넌-액티브 영역(N/A)에서의 기생 캐패시턴스의 발생을 효과적으로 방지해줄 수 있고, 이를 통해, 터치 센싱 정확도를 더욱더 높여줄 수 있다.

도 30 및 도 31은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)에서 3가지의 그라운드 배선(GND A, GDN B, GND C)을 나타낸 도면이다.

도 30 및 도 31을 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)는 제1 그라운드 배선(GND A) 및 제2 그라운드 배선(GND B)을 포함하고, 제3 그라운드 배선(GND C)을 더 포함할 수 있다.

도 30 및 도 31을 참조하면, 제1 그라운드 배선(GND A)은 DC 전압 형태의 그라운드 전압(GND_DC)이 인가되는 배선으로서 DC 전압 형태의 그라운드 전압(GND_DC)을 제1 멀티플렉서(1410) 또는 마이크로 컨트롤러(210)로 공급해줄 수 있다.

제2 그라운드 배선(GND B)은 제1 멀티플렉서(1410)의 출력단(X), 타이밍 컨트롤러(140)의 입력단(Y) 및 전원 제어 회로(150)의 입력단(Z)을 전기적으로 연결해준다.

이에 따라, 제2 그라운드 배선(GND B)에는 제1 멀티플렉서(1410)의 출력단에서 출력된 그라운드 신호(GND)가 인가된다.

그리고, 제2 그라운드 배선(GND B)에 인가된 그라운드 신호(GND)가 전원 제어 회로(150)의 입력단 및 타이밍 컨트롤러(140)의 입력단으로 입력될 수 있다.

도 31에 도시된 바와 같이, 제1 그라운드 배선(GND A)이 제1 멀티플렉서(1410)로 제1 그라운드 배선(GND A)을 바로 공급하는 경우, 제1 멀티플렉서(1410)는 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)를 마이크로 컨트롤 유닛(210)으로부터 공급받고, DC 전압 형태의 그라운드 전압(GND_DC)을 제1 그라운드 배선(GND A)으로부터 직접 공급받는다.

이와 다르게, 제1 그라운드 배선(GND A)이 마이크로 컨트롤 유닛(210)에 DC 전압 형태의 그라운드 전압(GND_DC)을 공급하는 경우, 제1 멀티플렉서(1410)는 DC 전압 형태의 그라운드 전압(GND_DC)과 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)을 마이크로 컨트롤러(210)로부터 모두 공급받을 수도 있다.

도 31을 참조하면, 제1 멀티플렉서(1410)는 제1 그라운드 배선(GND A) 또는 마이크로 컨트롤 유닛(210)으로부터 공급된 DC 전압 형태의 그라운드 전압(GND_DC)과 마이크로 컨트롤 유닛(210)으로부터 공급된 그라운드 전압 펄스(GND_PWM) 중 하나를 그라운드 신호(GND)로서 제2 그라운드 배선(GND B)로 공급한다.

이에 따라, 타이밍 컨트롤러(140) 및 전원 제어 회로(150)는, 제2 그라운드 배선(GND B)을 통해, DC 전압 형태의 그라운드 전압(GND_DC)과 그라운드 전압 펄스(GND_PWM) 중 하나에 해당하는 그라운드 신호(GND)를 입력 받는다.

전원 제어 회로(150)는, 제2 그라운드 배선(GND B)을 통해 입력 받은 그라운드 신호(GND)에 해당하는 그라운드 전압(GND_DC) 또는 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)를 이용하여, DC 전압 형태의 공통 전극 전압(Vcom_DC) 또는 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)를 공통 전극 신호(Vcom)로서 출력하고, DC 전압 형태의 제1 전원 전압(VCC_DC) 또는 제1 전원 전압 펄스(VCC_PWM)을 제1 전원 신호(VCC)로서 출력하며, DC 전압 형태의 제2 전원 전압(VDD_DC) 또는 제2 전원 전압 펄스(VDD_PWM)를 제2 전원 신호(VDD)로서 출력하고, DC 전압 형태의 게이트 하이 레벨 전압(VGH_DC) 또는 게이트 하이 레벨 전압 펄스(VGH_PWM)를 게이트 하이 레벨 신호(VGH)로서 출력하며, DC 전압 형태의 게이트 로우 레벨 전압(VGL_DC) 또는 게이트 로우 레벨 전압 펄스(VGL_PWM)를 게이트 로우 레벨 신호(VGL)로서 출력할 수 있다.

도 30 및 도 31을 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)는 제2 그라운드 배선(GND B)과 전기적으로 연결되고 디스플레이 패널(110)에 배치된 제3 그라운드 배선(GND C)을 더 포함할 수 있다.

이에 따라, 제2 그라운드 배선(GND B)에 인가된 그라운드 신호(GND)에 해당하는 그라운드 전압(GND_DC) 또는 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)가 디스플레이 패널(110)에 배치된 제3 그라운드 배선(GND C)에도 인가될 수 있다.

제3 그라운드 배선(GND C)은 도 31에 도시된 바와 같이 디스플레이 패널(110)의 테두리 영역을 따라 폐 루프(Closed Loop) 형태로 되어 있을 수도 있고, 어느 한 지점이 오픈 된 형태로 되어 있을 수도 있다.

한편, 도 30을 참조하면, 제1 그라운드 배선(GND A)는 제1 인쇄회로기판(3010)에 배치되고, 제2 그라운드 배선(GND B)는 제2 인쇄회로기판(3020)에 배치될 수 있다. 여기서, 제1 인쇄회로기판(3010)과 제2 인쇄회로기판(3020)는 서로 다른 인쇄회로기판일 수도 있고 하나로 통합되어 있을 수도 있다.

도 30을 참조하면, 제2 인쇄회로기판(3020)과 디스플레이 패널(110)은 가요성 플랫 케이블(FFC: Flexible Flat Cable) 등의 연결 부재(3030)를 통해 연결될 수 있으며, 연결 부재(3030)는, 제2 그라운드 배선(GND B)와 제3 그라운드 배선(GND C)를 전기적으로 연결해주는 배선을 포함할 수 있다.

도 32는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)에서, 디스플레이 모드와 터치 모드가 진행 방식에 따른 공통 전극(CE)의 역할을 나타낸 도면이다.

도 32를 참조하면, 디스플레이 모드 및 터치 모드는 Case A, Case B 및 Case C와 같은 방식으로 진행될 수 있다.

Case A는 디스플레이 모드와 터치 모드가 서로 연계되어 순차적으로 진행되는 경우이고, Case B와 Case C는 디스플레이 모드와 터치 모드가 서로 독립적으로 진행되는 경우로서 디스플레이 모드와 터치 모드가 동시에 진행될 수도 있는 경우이다.

Case A의 경우, 디스플레이 모드 구간 및 터치 모드 구간은 시분할되어 분리된 구간일 수 있다.

따라서, 어느 한 시점에서, 공통 전극(CE)은 디스플레이 전극으로만 동작하거나, 터치 전극으로만 동작할 수 있다.

이에 따라, 제1 구동 회로(810)는, 디스플레이 모드 구간 동안, 디스플레이 전극으로 동작하는 다수의 공통 전극(CE) 모두에 DC 전압 형태의 공통 전극 전압(Vcom_DC)을 공급하고, 터치 모드 구간 동안, 터치 전극으로 동작하는 다수의 공통 전극(CE)에 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)를 터치 구동 신호(TDS)로서 순차적 공급한다.

Case B와 Case C는, 디스플레이 모드와 터치 모드가 서로 독립적으로 진행되는 경우로서 디스플레이 모드와 터치 모드가 동시에 진행될 수도 있는 경우로서, 디스플레이 모드 구간 및 터치 모드 구간은 시간적으로 중첩 가능한 독립된 구간일 수 있다.

따라서, 디스플레이 모드 구간 및 터치 모드 구간이 시간적으로 중첩되는 어느 한 구간에서, 공통 전극(CE)은 디스플레이 전극으로도 동작하고, 터치 전극으로도 동작할 수 있다.

이와 같이, 디스플레이 모드 구간 및 터치 모드 구간이 시간적으로 중첩될 때, 제1 구동 회로(810)는, 다수의 공통 전극(CE) 모두에 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)를 공급할 수 있다.

이때, 다수의 공통 전극(CE) 중 적어도 하나(터치 대상이 되는 공통 전극)에 공급되는 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)는 픽셀 전압과 대응되는 디스플레이 전압으로서의 공통 전극 전압이면서 터치 센싱을 위한 터치 구동 신호(TDS)이고, 나머지 공통 전극(CE)에 공급되는 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)는 픽셀 전압과 대응되는 디스플레이 전압으로서의 공통 전극 전압이면서 공통 전극 로드 프리 구동 신호(Vcom_LFD)이다.

도 33은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)에서, 디스플레이 모드와 터치 모드가 동시에 진행되는 경우, 주요 신호들을 나타낸 도면이다.

도 33을 참조하면, 전원 제어 회로(150)가 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)를 기초로 생성하여 출력한 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM), 제1 전원 전압 펄스(VCC_PWM), 제2 전원 전압 펄스(VDD_PWM), 게이트 하이 레벨 전압 펄스(VGH_PWM), 게이트 로우 레벨 전압 펄스(VGL_PWM)는, 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)와 동일한 위상과 동일한 진폭(ΔV 또는 ΔV*N)을 갖는다.

Case B와 Case C와 같이, 디스플레이 모드와 터치 모드가 동시에 진행되는 경우, 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)는, 디스플레이 모드 진행을 위하여 픽셀 전압과 대응되는 디스플레이 전압 역할도 하지만, 터치 구동을 위한 터치 구동 신호(TDS)와 로드 프리 구동을 위한 로드 프리 구동 신호(Vcom_LFD)의 역할도 한다.

Case B와 Case C와 같이, 디스플레이 모드와 터치 모드가 동시에 진행되는 경우, 제1 전원 전압 펄스(VCC_PWM), 제2 전원 전압 펄스(VDD_PWM), 게이트 하이 레벨 전압 펄스(VGH_PWM), 게이트 로우 레벨 전압 펄스(VGL_PWM)는, 디스플레이 모드 진행을 위한 디스플레이 전압 역할도 하지만, 로드 프리 구동을 위한 로드 프리 구동 신호의 역할도 한다.

도 34는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 디바이스(100)에서, 터치 모드와 동시에 진행된 디스플레이 모드에서의 디스플레이 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 34는 데이터 라인과 게이트 라인에 의해 정의된 하나의 서브픽셀을 간략하게 도시한 등가 회로와, 하나의 서브픽셀에서 트랜지스터(TFT)의 드레인 노드 또는 소스 노드에 연결된 픽셀 전극(Ep)에 인가되는 픽셀 전압(Vp)과 모든 서브픽셀에 공통으로 작용하는 공통 전압(Vcom)으로서의 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)을 나타낸 도면이다.

도 34를 참조하면, 각 서브픽셀에는, 소스 노드 또는 드레인 노드가 데이터 라인과 연결되고 드레인 노드 또는 소스 노드가 픽셀 전극(Ep)에 연결되면 게이트 노드가 게이트 라인과 연결되는 트랜지스터(TFT)와, 픽셀 전극(Ep)과 공통 전극(CE) 사이에 형성되는 스토리지 캐패시터(Cst)와 액정 캐패시터(Clc)가 존재한다.

트랜지스터(TFT)는 게이트 라인에서 공급된 스캔 신호에 의해 턴-온 되어, 데이터 라인에서 공급된 데이터 전압을 픽셀 전극(Ep)으로 공급한다.

픽셀 전극(Ep)에 인가된 데이터 전압인 픽셀 전압(Vp)과, 공통 전극(CE)에 인가된 공통 전압(Vcom)으로서의 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)에 의해, 스토리지 캐패시터(Cst)와 액정 캐패시터(Clc)에 캐피시턴스가 만들어질 수 있다. 이에 따라, 해당 서브픽셀에서 빛이 나올 수 있다.

한편, 도 33에서 도시된 바와 같이, 디스플레이 모드 구간 및 터치 모드 구간이 시간적으로 중첩될 때, 즉, 터치 모드와 동시에 디스플레이 모드가 진행될 때, 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM), 그라운드 전압 펄스(GND_PWM) 및 디스플레이 전압 펄스들(예: VCC_PWM, VDD_PWM, VGH_PWM, VGL_PWM)은 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)과 동일한 위상과 동일한 진폭을 갖는다. 또한, 픽셀 전압(Vp)도 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)과 동일한 위상과 동일한 진폭을 갖는다.

그런데, 해당 서브픽셀에서 원하는영상을 표시하기 위해서, 픽셀 전극(Ep)과 공통 전극(CE) 간의 전위차에 해당하는 전압은, 원하는 영상을 표시하기 위한 DC 전압이 되어야 한다.

이를 위해, 터치 모드와 디스플레이 모드가 동시에 진행됨에 따라, 픽셀 전극(Ep)에 인가되는 픽셀 전압(Vp)과 공통 전극(CE)에 인가되는 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM) 모두가 DC 전압이 아니더라도, 픽셀 전극(Ep)에 인가되는 픽셀 전압(Vp)과 공통 전극(CE)에 인가되는 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)이, 모든 지점(Ta, Tb, Tc)에서 동일한 전압 차이를 유지하면서(ΔVa=ΔVb=ΔVc), 동일한 위상으로 전압 레벨이 스윙(Swing)을 하게 되면, 모든 지점(Ta, Tb, Tc) 각각에서는, 픽셀 전극(Ep)에 인가되는 픽셀 전압(Vp)과 공통 전극(CE)에 인가되는 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM) 간의 전압 차이(ΔVa, ΔVb, ΔVc)에 해당하는 전압은 마치 (상대적인) DC 전압처럼 보이게 된다.

즉, 픽셀 전극(Ep)에서의 픽셀 전압(Vp)은, 그라운드 전압 펄스(GND_PWM)와 동일한 위상과 동일한 진폭을 갖는 펄스 폭 변조 신호이다.

그리고, 모든 지점(Ta, Tb, Tc)에서, 픽셀 전극(Ep)에서의 픽셀 전압(Vp)은, 공통 전극 전압 펄스(Vcom_PWM)와 동일한 전압 차이를 갖는다(ΔVa=ΔVb=ΔVc).

따라서, 해당 서브픽셀은, 터치 모드와 디스플레이 모드가 동시에 진행되더라도, 디스플레이 모드를 정상적으로 진행하여 원하는 영상을 표시할 수 있다.

한편, 터치 모드와 디스플레이 모드를 시분할 방식으로 분리하여 진행하는 방식(Case A)에서는, 한정된 시간을 2개의 구간(터치 모드 구간, 디스플레이 모드 구간)으로 나누어 사용해야 하기 때문에, 터치 센싱 속도 향상과 디스플레이 품질 향상을 동시에 달성하기가 어려웠다.

하지만, 전술한 바와 같이, Case B 와 Case C의 진행 방식을 정상적으로 할 수 있게 되어, 즉, 공통 전극(CE)을 모두 이용하는 2가지의 구동 모드인 터치 모드와 디스플레이 모드를 동시에 진행할 수 있게 됨에 따라, 터치 센싱 속도 향상과 디스플레이 품질 향상을 동시에 꾀할 수 있다.

이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 터치 디스플레이 디바이스 110: 디스플레이 패널
120: 데이터 구동 회로 130: 게이트 구동 회로
140: 타이밍 컨트롤러 150: 전원 제어 회로
190: 터치 회로 210: 마이크로 컨트롤 유닛
220: 터치 센싱 신호 검출 회로 300: 신호 라인
810: 제1 구동 회로 820: 제2 구동 회로
1200: 신호 제어 회로 1410: 제1 멀티플렉서
1520: 제2 멀티플렉서 1700: 레벨 쉬프터
2510: 제1 펄스 생성부 2520: 제2 펄스 생성부
2610: 펄스 발생기 2620: 신호 선택 회로
2810: 모드 타이밍 제어부 2820: 영상 데이터 출력부

Claims

터치 구동 및 디스플레이 구동에 이용되는 다수의 공통 전극이 배치된 디스플레이 패널;
입력된 펄스 폭 변조 신호에 해당하는 그라운드 전압 펄스에 따라 펄스 폭 변조가 된 공통 전극 전압 펄스와 디스플레이 전압 펄스들을 생성하여 출력하는 전원 제어 회로;
터치 모드 구간에, 상기 디스플레이 전압 펄스들 중 제1 디스플레이 전압 펄스와 상기 공통 전극 전압 펄스를 입력 받고, 상기 공통 전극 전압 펄스와 동일하거나 대응되는 터치 구동 신호를 상기 다수의 공통 전극으로 순차적으로 공급하는 제1 구동 회로; 및
상기 터치 모드 구간에, 상기 디스플레이 전압 펄스들 중 제2 디스플레이 전압 펄스를 입력 받는 제2 구동 회로를 포함하는 터치 디스플레이 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 공통 전극 전압 펄스, 상기 디스플레이 전압 펄스들 및 상기 터치 구동 신호는,
상기 그라운드 전압 펄스와 동일한 위상 또는 진폭을 갖는 신호인 터치 디스플레이 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 제1 디스플레이 전압 펄스는,
넌-액티브 영역에서의 신호 라인을 통해 상기 전원 제어 회로에서 상기 제1 구동 회로로 전달되고,
상기 제2 디스플레이 전압 펄스는,
넌-액티브 영역에서의 신호 라인을 통해 상기 전원 제어 회로에서 상기 제2 구동 회로로 전달되는 터치 디스플레이 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 제1 구동 회로는,
상기 터치 모드 구간에 상기 다수의 공통 전극을 순차적으로 구동하여 터치 센싱함에 있어서, 터치 센싱 대상이 되는 공통 전극으로 상기 공통 전극 전압 펄스와 동일하거나 대응되는 상기 터치 구동 신호를 공급할 때,
상기 공통 전극 전압 펄스와 동일하거나 대응되는 공통 전극 로드 프리 구동 신호를 터치 센싱 대상이 아닌 다른 공통 전극으로 공급하는 터치 디스플레이 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 제1 구동 회로는,
상기 터치 모드 구간에 상기 다수의 공통 전극을 순차적으로 구동하여 터치 센싱함에 있어서, 터치 센싱 대상이 되는 공통 전극으로 상기 공통 전극 전압 펄스와 동일하거나 대응되는 상기 터치 구동 신호를 공급할 때,
상기 공통 전극 전압 펄스와 동일하거나 대응되는 데이터 라인 로드 프리 구동 신호를 적어도 하나의 데이터 라인으로 공급하는 터치 디스플레이 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 제1 구동 회로가, 터치 센싱 대상이 되는 공통 전극으로 상기 공통 전극 전압 펄스와 동일하거나 대응되는 상기 터치 구동 신호를 공급할 때,
상기 제2 구동 회로는,
상기 공통 전극 전압 펄스와 동일하거나 대응되는 게이트 라인 로드 프리 구동 신호를 적어도 하나의 게이트 라인으로 공급하는 터치 디스플레이 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 그라운드 전압 펄스를 발생시켜 상기 전원 제어 회로로 출력하는 신호 제어 회로를 더 포함하는 터치 디스플레이 디바이스.
제7항에 있어서,
상기 신호 제어 회로는,
상기 그라운드 전압 펄스를 출력하는 마이크로 컨트롤 유닛; 및
DC 전압에 해당하는 그라운드 전압과 상기 그라운드 전압 펄스를 입력 받고, 상기 터치 모드 구간 동안, 상기 그라운드 전압 펄스를 선택하여 상기 전원 제어 회로로 출력하는 제1 멀티플렉서를 포함하는 터치 디스플레이 디바이스.
제8항에 있어서,
상기 신호 제어 회로는,
제1 전원 전압과 상기 그라운드 전압 펄스를 입력 받고, 상기 터치 모드 구간 동안, 상기 그라운드 전압 펄스를 제1 전원 전압 펄스로서 선택하여 상기 전원 제어 회로로 출력하는 제2 멀티플렉서를 더 포함하는 터치 디스플레이 디바이스.
제8항에 있어서,
상기 신호 제어 회로는,
상기 마이크로 컨트롤 유닛에서 출력된 상기 그라운드 전압 펄스의 레벨을 변환하여 출력하는 레벨 쉬프터를 더 포함하는 터치 디스플레이 디바이스.
제8항에 있어서,
상기 그라운드 전압을 상기 제1 멀티플렉서 또는 상기 마이크로 컨트롤 유닛으로 공급하는 제1 그라운드 배선; 및
상기 제1 멀티플렉서의 출력단, 상기 전원 제어 회로의 입력단 및 타이밍 컨트롤러의 입력단이 전기적으로 연결된 제2 그라운드 배선을 포함하는 터치 디스플레이 디바이스.
제11항에 있어서,
상기 제2 그라운드 배선과 전기적으로 연결되고 상기 디스플레이 패널에 배치된 제3 그라운드 배선을 포함하는 터치 디스플레이 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 전원 제어 회로의 제1 전원 전압 입력단과 그라운드 전압 입력단 모두로 신호가 입력되는 경우,
상기 제1 전원 전압 입력단으로 입력되는 신호와 상기 그라운드 전압 입력단은 입력되는 신호는 펄스 폭 변조 신호이고,
상기 제1 전원 전압 입력단으로 입력되는 신호와 상기 그라운드 전압 입력단은 입력되는 신호는, 모든 지점에서 동일한 전압 차이를 갖는 터치 디스플레이 디바이스.
제1항에 있어서,
디스플레이 모드와 터치 모드가 시분할되어 진행되는 경우,
상기 제1 구동 회로는,
디스플레이 모드 구간 동안, 디스플레이 전극으로 동작하는 상기 다수의 공통 전극 모두에 DC 전압 형태의 공통 전극 전압을 공급하고,
상기 터치 모드 구간 동안, 터치 전극으로 동작하는 상기 다수의 공통 전극에 상기 공통 전극 전압 펄스를 터치 구동 신호로서 순차적 공급하는 터치 디스플레이 디바이스.
제1항에 있어서,
디스플레이 모드 및 터치 모드는 독립적으로 진행되고 시간적으로 동시 진행이 가능한 터치 디스플레이 디바이스.
제15항에 있어서,
상기 디스플레이 모드 및 상기 터치 모드가 동시에 진행되는 경우,
상기 제1 구동 회로는,
상기 다수의 공통 전극 모두에 상기 공통 전극 전압 펄스를 공급하는 터치 디스플레이 디바이스.
제16항에 있어서,
상기 디스플레이 모드 및 상기 터치 모드가 동시에 진행되는 경우,
상기 제1 구동 회로에 의해 상기 다수의 공통 전극 중 적어도 하나에 공급되는 상기 공통 전극 전압 펄스는 터치 구동 신호이고, 나머지 공통 전극에 공급되는 상기 공통 전극 전압 펄스는 공통 전극 로드 프리 구동 신호인 터치 디스플레이 디바이스.
제16항에 있어서,
상기 디스플레이 모드 및 상기 터치 모드가 동시에 진행되는 경우,
상기 공통 전극 전압 펄스, 상기 그라운드 전압 펄스 및 상기 디스플레이 전압 펄스들은 상기 그라운드 전압 펄스와 동일한 위상과 동일한 진폭을 갖고,
픽셀 전극에서의 픽셀 전압은,
상기 그라운드 전압 펄스와 동일한 위상과 동일한 진폭을 갖는 펄스 폭 변조 신호이고,
모든 지점에서 상기 공통 전극 전압 펄스와 동일한 전압 차이를 갖는 터치 디스플레이 디바이스.
터치 구동 및 디스플레이 구동에 이용되는 다수의 공통 전극이 디스플레이 패널에 내장된 터치 디스플레이 디바이스의 구동 방법에 있어서,
펄스 폭 변조가 된 그라운드 전압 펄스를 생성하는 단계;
상기 그라운드 전압 펄스에 동기화된 공통 전극 전압 펄스와 디스플레이 전압 펄스를 생성하는 제1 단계; 및
터치 모드 구간 동안, 상기 공통 전극 전압 펄스를 이용하여 터치 구동을 진행하는 제2 단계를 포함하는 터치 디스플레이 디바이스의 구동 방법.
제19항에 있어서,
상기 제2 단계에서,
상기 디스플레이 전압 펄스는 LOG (Line On Glass), LOP (Line On PCB) 및 LOF (Line On Film) 중 적어도 하나에 인가되는 터치 디스플레이 디바이스의 구동 방법.
제19항에 있어서,
상기 제2 단계는,
상기 디스플레이 모드 구간 및 상기 터치 모드 구간이 시간적으로 중첩되는 단계로서, 상기 다수의 공통 전극 모두에 상기 공통 전극 전압 펄스를 공급하는 터치 디스플레이 디바이스의 구동 방법.
펄스 폭 변조가 된 그라운드 전압 펄스가 입력되는 그라운드 전압 입력단;
터치 모드 구간 동안, 상기 그라운드 전압 펄스와 동기화 되고 공통 전극 전압을 기준으로 펄스 폭 변조가 된 공통 전극 전압 펄스를 생성하는 제1 펄스 생성부; 및
상기 터치 모드 구간 동안, 상기 그라운드 전압 펄스와 동기화 되고 디스플레이 전압을 기준으로 펄스 폭 변조가 된 디스플레이 전압 펄스를 생성하는 제2 펄스 생성부를 포함하는 터치 디스플레이 디바이스의 전원 제어 회로.
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펄스 폭 변조 신호인 그라운드 전압 펄스를 발생시키는 신호 제어 회로;
상기 그라운드 전압 펄스와 동일한 위상을 갖는 공통 전극 전압 펄스와 디스플레이 전압 펄스를 생성하여 출력하는 전원 제어 회로; 및
터치 모드 구간에, 상기 공통 전극 전압 펄스와 상기 디스플레이 전압 펄스를 입력 받고, 상기 공통 전극 전압 펄스와 대응되는 터치 구동 신호를 다수의 공통 전극으로 순차적으로 공급하는 구동 회로를 포함하는 터치 시스템.