KR102468754B1 - 터치 구동회로, 터치 회로, 터치 표시장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예들은, 터치 구동회로, 터치 회로, 터치 표시장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 다수의 터치 전극이 배치된 터치 패널 및 사인 파형의 터치 구동신호를 터치 패널로 출력하고, 터치 패널에서 감지되는 터치 센싱신호의 전압 및 위상을 감지하고, 감지된 터치 센싱신호의 전압 및 위상으로부터 터치 유무 또는 터치 위치를 센싱하는 터치 회로를 포함하여, EMI 노이즈 발생을 억제할 수 있으며, 터치 센싱 정확도를 높일 수 있는 터치 구동회로, 터치 회로, 터치 표시장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.

Description

터치 구동회로, 터치 회로, 터치 표시장치 및 그 구동 방법{TOUCH DRIVING CIRCUIT, TOUCH DISPLAY DEVICE AND METHOD FOR DRIVING TOUCH CIRCUIT}

본 발명은 터치 구동회로, 터치 회로, 터치 표시장치 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), 유기발광표시장치(OLED: Organic Light Emitting Display Device) 등과 같은 여러 가지 표시장치가 활용되고 있다.

이러한 표시장치 중에는 버튼, 키보드, 마우스 등의 통상적인 입력방식에서 탈피하여, 사용자가 손쉽게 정보 혹은 명령을 직관적이고 편리하게 입력할 수 있도록 해주는 터치 기반의 입력방식을 제공할 수 있는 터치 표시장치가 있다.

이러한 터치 표시장치가 터치 기반의 입력 방식을 제공하기 위해서는, 사용자의 터치 유무를 파악하고 터치 좌표(터치 위치)를 정확하게 검출할 수 있어야 한다.

이를 위해, 터치 패널(터치스크린 패널)에 터치 센서(Touch Sensor)로서 배치된 다수의 터치 전극을 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 센싱 기능을 갖는 터치 표시장치 등의 전자 기기에서, 다수의 터치 전극으로부터 터치 센싱신호를 수신하여 터치 센싱 데이터를 생성하는 터치 회로는 전자파 간섭(EMI: Electro Magnetic Interference, 이하 "EMI"라고 함)이나 기타 노이즈 등으로 인해, 오동작할 수 있다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은, EMI 노이즈 발생을 억제할 수 있는 터치 구동회로, 터치 회로, 터치 표시장치 및 그 구동 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 터치 센싱 정확도를 높일 수 있는 터치 구동회로, 터치 회로, 터치 표시장치 및 그 구동 방법을 제공하는데 있다.

일측면에서, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 표시장치는, 다수의 터치 전극이 배치된 터치 패널 및 사인 파형의 터치 구동신호를 터치 패널로 출력하고, 터치 패널에서 감지되는 터치 센싱신호의 전압 및 위상을 감지하고, 감지된 터치 센싱신호의 전압 및 위상으로부터 터치 유무 또는 터치 위치를 센싱하는 터치 회로를 포함할 수 있다.

이러한 터치 회로는, 터치 구동 신호를 다수의 터치 전극 중 적어도 하나의 터치 전극으로 공급하여 구동하고, 구동된 터치 전극으로부터 감지되는 터치 센싱신호의 전압 및 위상을 분리하고, 분리된 전압 및 위상을 극좌표계 신호로 변환하며, 변환된 극좌표계 신호를 디지털 데이터로 변환하여 I 센싱 데이터 및 Q 센싱 데이터를 획득하는 터치 구동회로, 및 I 센싱 데이터 및 Q 센싱 데이터를 수신 및 분석하여, 터치 유무 또는 터치 위치를 판별하는 터치 컨트롤러를 포함할 수 있다.

터치 회로는, 터치 컨트롤러에 의해 지정되는 주파수, 진폭 및 위상을 갖는 사인 파형의 터치 구동신호를 생성하는 터치 구동신호 생성부를 더 포함할 수 있다.

터치 구동회로는, 다수의 터치 전극 중 적어도 하나의 터치 전극으로 터치 구동신호를 공급하고, 터치 구동신호가 공급된 터치 전극을 통해 감지되는 터치 센싱신호로부터 I(in-phase) 신호와 Q(Quadrature-phase) 신호를 획득하는 적어도 하나의 센싱 유닛, I 신호 및 Q 신호를 각각 디지털 신호로 변환하여 I 데이터 및 Q 데이터를 출력하는 적어도 하나의 아날로그 디지털 컨버터를 포함하는 AD 변환부 및 I 데이터 및 Q 데이터를 누적하여 I 센싱 데이터 및 Q 센싱 데이터를 생성하는 복조부를 포함할 수 있다.

적어도 하나의 센싱 유닛은, 터치 구동신호와 터치 센싱신호를 수신하고, 수신된 터치 구동신호와 터치 센싱신호 사이의 차를 증폭하여 출력하는 프리-증폭기 및 프리-증폭기에서 출력되는 신호의 전압과 위상이 미리 지정된 범위에 포함되도록 보상하고, 보상된 신호를 극좌표계 신호인 I 신호와 Q 신호로 변환하는 보상 회로를 포함할 수 있다.

적어도 하나의 센싱 유닛은, I 신호와 Q 신호를 안티 앨리어싱 필터링 하는 필터부를 더 포함할 수 있다.

터치 구동회로는, 다수의 터치 전극 중 터치 구동신호를 공급할 적어도 하나의 터치 전극을 선택하는 제1 스위칭부 및 적어도 하나의 센싱 유닛 중 적어도 하나의 센싱 유닛을 선택하여, 적어도 하나의 아날로그 디지털 컨버터와 연결하는 적어도 하나의 제2 멀티플렉서를 포함하는 제2 스위칭부를 더 포함할 수 있다.

터치 컨트롤러는, I 센싱 데이터 및 Q 센싱 데이터를 이용하여 계산되는 벡터의 터치 및 논 터치 시의 크기 변화에 따라 터치 여부 및 터치 위치를 판별할 수 있다.

다른 측면에서, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 회로의 구동 방법은 다수의 터치 전극 중 적어도 하나의 터치 전극으로 사인 파형의 터치구동신호를 공급하여 구동하는 단계, 구동된 터치 전극으로부터 감지되는 터치 센싱신호의 전압 및 위상을 분리하고, 분리된 전압 및 위상을 극좌표계 신호로 변환하여, I 신호 및 Q 신호를 획득하는 단계, I 신호 및 Q 신호를 각각 디지털 데이터로 변환하여 I 센싱 데이터 및 Q 센싱 데이터를 획득하는 단계 및 I 센싱 데이터 및 Q 센싱 데이터를 수신 및 분석하여, 터치 유무 또는 터치 위치를 판별하는 단계를 포함할 수 있다.

또 다른 측면에서, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 회로는 터치 패널에 배치된 다수의 터치 전극 중 적어도 하나의 터치 전극으로 사인 파형의 터치 구동 신호를 공급하여 구동하며, 구동된 터치 전극으로부터 감지되는 터치 센싱신호의 전압 및 위상을 극좌표계 신호로 변환 및 디지털 데이터로 변환하여 I 센싱 데이터 및 Q 센싱 데이터를 획득하는 터치 구동회로 및 I 센싱 데이터 및 Q 센싱 데이터를 수신 및 분석하여, 터치 유무 또는 터치 위치를 판별하는 터치 컨트롤러를 포함할 수 있다.

또 다른 측면에서, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 구동회로는 터치 패널에 배치된 다수의 터치 전극 중 적어도 하나의 터치 전극으로 사인 파형의 터치 구동신호를 공급하고, 터치 구동신호가 공급된 터치 전극을 통해 감지되는 터치 센싱신호와 터치 구동신호 사이의 차를 극좌표계로 변환하여 I(in-phase) 신호와 Q(Quadrature-phase) 신호를 획득하는 적어도 하나의 센싱 유닛, I 신호 및 Q 신호를 각각 디지털 신호로 변환하여 I 데이터 및 Q 데이터를 출력하는 적어도 하나의 아날로그 디지털 컨버터를 포함하는 AD 변환부 및 I 데이터 및 Q 데이터를 누적하여 터치 전극에 대한 터치 여부를 판별하기 위한 I 센싱 데이터 및 Q 센싱 데이터를 생성하는 복조부를 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예들에 의하면, EMI 노이즈 발생을 억제할 수 있는 터치 구동회로, 터치 회로, 터치 표시장치 및 그 구동 방법을 제공할 수 있다.

터치 센싱 정확도를 높일 수 있는 터치 구동회로, 터치 회로, 터치 표시장치 및 그 구동 방법을 제공할 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 표시장치의 개략적인 시스템 구성도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 표시장치의 표시 기간과 터치 기간을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 회로의 개략적 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 구동회로의 개략적 구성을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 센싱 유닛의 구성을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 센싱 유닛의 구성을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 센싱 벡터와 이를 이용한 터치 센싱 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 회로의 구동 방법을 나타낸다.

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 1 및 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 표시장치의 개략적인 시스템 구성도이다.

본 발명의 실시예들에 따른 터치 표시장치(100)는 다수의 데이터 라인(DL) 및 다수의 게이트 라인(GL)이 배치되고, 다수의 데이터 라인(DL) 및 다수의 게이트 라인(GL)에 의해 정의되는 다수의 서브픽셀(SP)이 배열된 표시 패널(110)을 포함한다.

또한 터치 표시장치(100)는, 터치 센싱을 위한 터치 센서로서 역할을 하는 다수의 터치 전극들(TE)이 배치된 터치 패널(120)을 포함할 수 있다.

터치 패널(120)은 표시 패널(110)과 별도로 제작되어 표시 패널(110)과 본딩될 수도 있고, 표시 패널(110)에 내장될 수도 있다.

터치 패널(120)이 표시 패널(110)에 내장되는 경우, 터치 패널(120)은 다수의 터치 전극들(TE) 및 다수의 터치 라인들(TL)의 집합체로 볼 수 있다.

다수의 터치 전극(TE)이 표시 패널(110)에 내장되는 경우, 다수의 터치 전극(TE)은 인-셀(In-Cell) 타입 또는 온-셀(On-Cell) 타입으로 배치될 수 있으며, 표시 패널(110)의 제조 시에 함께 제조될 수 있다.

이하에서는 설명의 편의를 위해, 터치 패널(120)이 표시 패널(110)에 내장되어 구현된 것으로 가정하여 설명하며, 표시 패널(110)과 터치 패널(120)을 별도로 구분하지 않는다.

본 발명의 실시예들에 따른 터치 표시장치(100)는, 영상 표시를 위한 디스플레이 구동과 터치 센싱을 위한 터치 구동의 2가지 구동 동작을 갖는다.

터치 표시장치(100)는, 디스플레이 구동을 수행하는 디스플레이 기간 동안 표시 패널(110)을 구동하기 위하여, 다수의 데이터 라인들(DL)을 구동하기 위한 소스 구동회로(SDC: Source Driving Circuit)와, 다수의 게이트 라인들(GL)을 구동하기 위한 게이트 구동회로(GDC: Gate Driving Circuit) 등을 포함할 수 있다.

소스 구동회로(SDC)는, 적어도 하나의 소스 드라이버 집적회로(SDIC: Source Driver Integrated Circuit)를 포함하여 구현될 수 있다.

각 소스 드라이버 집적회로(SDIC)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 소스 드라이버 집적회로(SDIC)는, 경우에 따라서, 아날로그 디지털 컨버터(ADC: Analog to Digital Converter)를 더 포함할 수 있다.

게이트 구동회로(GDC)는, 적어도 하나의 게이트 드라이버 집적회로(GDIC: Gate Driver Integrated Circuit)를 포함하여 구현될 수 있다.

각 게이트 드라이버 집적회로(GDIC)는 쉬프트 레지스터(Shift Register), 레벨 쉬프터(Level Shifter) 등을 포함할 수 있다.

소스 구동회로(SDC)는, 표시 패널(110)의 일측(예: 상측 또는 하측)에만 위치할 수도 있고, 경우에 따라서는, 구동 방식, 패널 설계 방식 등에 따라 표시 패널(110)의 양측(예: 상측과 하측)에 모두 위치할 수도 있다.

게이트 구동회로(GDC)는, 표시 패널(110)의 일 측(예: 좌측 또는 우측)에만 위치할 수도 있고, 경우에 따라서는, 구동 방식, 패널 설계 방식 등에 따라 표시 패널(110)의 양측(예: 좌측과 우측)에 모두 위치할 수도 있다.

또한, 터치 표시장치(100)는, 소스 구동회로(SDC) 및 게이트 구동회로(GDC)로 각종 제어신호(DCS, GCS)를 공급하여, 소스 구동회로(SDC) 및 게이트 구동회로(GDC)를 제어하는 컨트롤러(CONT)를 더 포함할 수 있다.

이러한 컨트롤러(CONT)는, 각 디스플레이 프레임에서 구현하는 타이밍에 따라 스캔을 시작하고, 외부에서 입력되는 입력 영상 데이터를 소스 구동회로(SDC)에서 사용하는 데이터 신호 형식에 맞게 전환하여 전환된 영상 데이터(Data)를 출력하고, 스캔에 맞춰 적당한 시간에 데이터 구동을 통제한다.

이러한 컨트롤러는, 통상의 디스플레이 기술에서 이용되는 타이밍 컨트롤러(Timing Controller)이거나, 타이밍 컨트롤러(Timing Controller)를 포함하여 다른 제어 기능도 더 수행하는 제어장치일 수 있다.

또한 컨트롤러(CONT)는 터치 동기신호(Tsync)를 터치 회로(TC)로 전송할 수 있다. 터치 동기신호(Tsync)는 터치 패널(120)이 터치 센싱을 위해 터치 구동을 수행하는 터치 기간을 정의하기 위한 신호이다.

도 1을 참조하면, 터치 표시장치(100)는, 터치 기간 동안 터치 패널(120)을 구동하고, 터치 패널(120)로부터 신호를 수신하여 수신된 신호를 토대로 터치 센싱 및 펜 터치 센싱을 수행하는 터치 회로(TC)를 포함할 수 있다.

터치 회로(TC)는 컨트롤러(CONT)로부터 수신되는 터치 동기신호(Tsync)에 따라 정의된 터치 기간에 다수의 터치 전극들(TE)을 구동하기 위한 터치 구동신호(TDS: Touch Driving Signal)를 생성하여, 터치 전극들(TE)로 출력할 수 있다.

터치 회로(TC)는 다수의 터치 전극들(TE)을 구동하기 위한 터치 구동회로(TDC: Touch Driving Circuit)와, 터치 기간에 터치 구동신호(TDS)가 인가된 터치 전극들(TE)로부터 수신되는 신호를 토대로 터치 유무 및/또는 터치 위치를 판별하는 터치 컨트롤러(TCR) 등을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 실시예들에서 터치 컨트롤러(TCR)는 컨트롤러(CONT)(또는 타이밍 컨트롤러(Timing Controller)) 내부에 내장되어 구성될 수 있다.

터치 구동회로(TDC)는 다수의 터치 전극(TE)과 다수의 신호 라인을 통해 전기적으로 연결될 수 있으며, 다수의 터치 전극들(TE)로 터치 구동신호(TDS)를 공급하여, 다수의 터치 전극들(TE)을 구동할 수 있다.

또한 터치 구동회로(TDC)는 터치 구동신호(TDS)가 공급된 각 터치 전극(TE)으로부터 터치 센싱신호(TSS: Touch Sensing Signal)을 수신할 수 있다.

터치 구동회로(TDC)는, 수신한 터치 센싱신호(TSS) 또는 이를 신호 처리한 센싱 데이터(TSD)를 터치 컨트롤러(TCR)로 전달한다.

터치 컨트롤러(TCR)는, 센싱 데이터(TSD)를 이용하여 터치 알고리즘을 실행하고, 이를 통해 터치 유무 및/또는 터치 위치를 결정할 수 있다.

도시하지 않았으나, 터치 표시장치(100)는 터치 구동신호(TDS)를 생성하는 터치 구동신호 생성부(미도시)를 포함할 수 있다. 터치 구동신호 생성부는 터치 구동회로(TDC)의 내부에 있을 수도 있고, 외부에 있을 수도 있다.

터치 구동신호 생성부는 터치 컨트롤러(TCR)의 내부 또는 외부에 있을 수 있다. 경우에 따라서, 터치 구동신호 생성부는 별도의 파워 컨트롤러 집적회로로 구현될 수 있다.

터치 컨트롤러(TCR)는 컨트롤러로(CONT)부터 수신되는 터치 동기신호(Tsync)에 따른 터치 기간 내에 터치 구동 제어신호를 터치 구동신호 생성부 및 터치 구동회로(TDC)로 전송할 수 있다.

그리고 터치 구동신호 생성부는 터치 구동 제어신호에 응답하여, 터치 기간에 터치 구동신호(TDS)를 생성하여, 터치 구동회로(TDC)로 출력할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 터치 컨트롤러(TCR)는, 각 터치 전극(TE)과 포인터 사이의 셀프-캐패시턴스(Self-Capacitance)의 변화를 파악하여 터치 유무 및/또는 터치 위치를 알아내는 셀프-캐패시턴스기반의 터치 센싱 방식을 채용할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예들에 따른 터치 표시장치(100)에서, 다수의 터치 전극들(TE)이 전기적으로 서로 분리된 구동 전극(터치 구동 전극 또는 전송(Tx) 전극이라고도 함)과 센싱 전극(터치 센싱 전극 또는 수신(Rx) 전극이라고도 함)으로 분류되고, 구동 전극으로 터치 구동신호(TDS)를 인가하고, 센싱 전극에서 터치 센싱신호(TSS)를 수신하여, 구동 전극과 센싱 전극 간의 뮤추얼-캐패시턴스(Mutual-Capacitance)의 변화를 터치 유무 및/또는 터치 위치를 알아내는 뮤추얼-캐패시턴스 기반의 터치 센싱 방식을 채용할 수도 있다.

한편, 위에서 언급한 소스 구동회로(SDC), 게이트 구동회로(GDC), 터치 구동회로(TDC), 터치 컨트롤러(TCR)는 기능상의 분류로서, 별도로 구현될 수도 있고, 경우에 따라서, 소스 구동회로(SDC), 게이트 구동회로(GDC), 터치 구동회로(TDC), 터치 컨트롤러(TCR) 중 둘 이상이 통합되어 구현될 수도 있다.

일예로 도 2에 도시된 바와 같이, 터치 구동회로(TDC)는 데이터 구동 회로(SDIC)와 함께, 통합 구동 회로(SRIC)로 구현될 수도 있다.

통합 구동 회로(SRIC)는 칩 온 필름(Chip On Film) 타입으로 구현될 수 있다. 이 경우, 통합 구동 회로(SRIC)는 소스 회로 필름(SF) 상에 실장될 수 있다.

소스 회로 필름(SF)의 일 단은 표시패널(110)에 전기적으로 연결(본딩)되고, 소스 회로 필름(SF)의 타 단은 소스 인쇄회로기판(SPCB: Source Printed Circuit Board)에 전기적으로 연결(본딩)될 수 있다.

그리고 소스 인쇄회로기판(SPCB)은, 가요성 플랫 케이블(FFC: Flexible Flat Cable) 등의 연결 부재를 통해, 컨트롤러(CONT)가 실장되는 컨트롤 인쇄회로기판(CPCB: Control Printed Circuit Board)에 연결될 수 있다.

통합 구동 회로(SRIC)는 터치 패널(TSP) 상에 배치되는 COG (Chip On Glass) 타입으로 구현될 수도 있다.

게이트 구동 회로(GDC) 또한 표시패널(110)과 연결된 게이트 회로 필름(GF) 상에 실장된 칩일 수 있으며, 경우에 따라서, 표시패널(110)에 GIP (Gate In Panel) 타입의 칩으로 실장될 수도 있다.

한편 터치 구동 신호 생성부가 터치 구동회로(TDC) 또는 터치 컨트롤러(TCR)에 포함되지 않고, 별도의 파워 컨트롤러 집적회로로 구현되는 경우, 터치 구동 신호 생성부는 소스 인쇄회로기판(SPCB) 또는 컨트롤 인쇄회로기판(CPCB)에 실장될 수 있다.

본 발명의 실시예들에서, 1개의 터치 전극(TE)은 1개의 서브픽셀(SP)의 크기보다 클 수 있다. 즉, 1개의 터치 전극(TE)은 복수 개의 서브픽셀(SP)이 차지하는 영역의 크기에 대응되거나 큰 크기를 가질 수 있다.

예를 들어, 1개의 터치 전극(TE, 단위 터치 전극)은 1개의 서브픽셀(SP)보다 수 배에서 수백 배의 크기를 가질 수 있다.

터치 전극 크기와 서브픽셀 크기 간의 비율은 터치 센싱 효율 및 성능, 또는 터치 센싱에 의한 디스플레이 영향성 등을 종합적으로 고려하여 조절될 수 있을 것이다.

예를 들어, 터치 표시장치(100)는, 디스플레이 구동 시 사용되는 공통 전극(Vcom 전극)을 다수 개로 블록화하여 다수의 터치 전극(TE)으로 사용할 수 있다.

표시패널(110)은 액정표시패널, 유기발광표시패널 등의 다양한 타입의 패널일 수 있으며, 일 예로, 표시패널(110)이 액정표시패널인 경우, 터치 표시장치(100)는, 공통전압(Vcom)이 인가되어 픽셀 전극과 전계를 형성하는 공통 전극을 다수 개의 블록화하여 다수의 터치 전극(TE)으로 활용할 수 있다.

다른 예로, 표시패널(110)이 유기발광표시패널인 경우, 터치 표시장치(100)는, 유기발광다이오드(OLED: Organic Light Emitting Diode)를 구성하는 제1 전극, 유기발광층 및 제2 전극 상에 위치하여 봉지 기능을 갖는 봉지층(Encapsulation Layer) 상에 위치하는 터치 센서 메탈 층(Touch Sensor Metal Layer)에 다수의 터치 전극(TE)이 형성되어 있을 수 있다.

아래에서는, 설명의 편의를 위하여, 다수의 터치 전극(TE)이 터치 구동 시에는 터치 구동 전극(터치 센서)로 이용되고, 디스플레이 구동 시에는 공통 전극(Vcom 전극)으로 이용되는 경우로 가정하여 설명한다.

통합 구동 회로(SRIC)는 는 도2 에 도시된 바와 같이, 칩 온 필름(Chip On Film) 타입으로 구현될 수 있다.

이 경우, 통합 구동 회로(SRIC)는 소스 회로 필름(SF) 상에 실장될 수 있다.

또한 터치 구동회로(TDC)와 데이터 구동 회로(SDIC)는 별도의 구동 칩으로 구현될 수도 있다. 터치 구동회로(TDC)는 터치스크린 패널(TSP)을 이루는 다수의 터치 전극(TE)과 다수의 신호 라인(SL)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.

소스 회로 필름(SF)의 일 단은 표시패널(110)에 전기적으로 연결(본딩)되고, 소스 회로 필름(SF)의 타 단은 소스 인쇄회로기판(SPCB: Source Printed Circuit Board)에 전기적으로 연결(본딩)될 수 있다.

소스 인쇄회로기판(SPCB)는, 가요성 플랫 케이블(FFC: Flexible Flat Cable) 등의 연결 부재를 통해, 컨트롤러(CONT)가 실장되는 컨트롤 인쇄회로기판(CPCB: Control Printed Circuit Board)에 연결될 수 있다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 표시장치의 표시 기간과 터치 기간을 나타낸 도면이다.

본 발명의 실시예들에 따른 터치 표시장치(100)는 시간 분할 구동(Time Division Driving) 방식 및/또는 시간 프리 구동(Time Free Driving) 방식으로 구동 동작을 할 수 있다.

도 3을 참조하면, 터치 표시장치(100)는 시간 분할 구동 방식으로 동작하는 경우, 터치 표시장치(100)는 영상 표시 기능을 제공하기 위한 디스플레이 구동과 터치 감지 기능을 제공하기 위한 터치 구동이 시분할 되어 디스플레이 기간(DS)과 터치 기간(TS)에서 각각 수행할 수 있다.

이 경우, 디스플레이 기간(DS)과 터치 기간(TS)은 터치 동기신호(TSYNC)에 의해 타이밍이 제어될 수 있다. 즉 터치 동기신호(Tsync)는 터치 기간(TS)과 함께 디스플레이 기간(DS)을 함께 정의하기 위한 신호로 이용될 수 있다.

디스플레이 기간(DS) 동안, 다수의 터치 전극들(TE)에는 DC 전압인 공통 전압이 인가될 수 있다.

여기서, 공통 전압은 각 서브픽셀 내 픽셀 전극에 인가되는 픽셀 전압과 전계를 형성하는 전압일 수 있다.

터치 기간(TS) 동안, 다수의 터치 전극들(TE)의 전체 또는 일부로 터치 구동신호(TDS)가 인가될 수 있다.

터치 구동신호(TDS)는 전압 레벨이 가변 되는 펄스 타입의 신호 또는 사인 파형의 신호일 수 있다.

그리고, 하나의 디스플레이 프레임 기간을 디스플레이 기간(DS)과 터치 기간(TS)으로 시분할하는 방식은 다시 V-센싱 방식과 H-센싱 방식 등으로 분류될 수 있다.

V-센싱 방식의 경우, 하나의 디스플레이 프레임 기간을 1개의 표시 기간(DS)과 1개 이상의 터치 기간(TS)으로 시분할한다.

1개의 디스플레이 기간(DS) 동안, 터치 표시장치(100)는, 한 디스플레이 프레임에 대한 디스플레이 구동을 수행한다.

1개 이상의 터치 기간(TS) 동안, 터치 표시장치(100)는, 한 디스플레이 프레임 영역에서의 터치 유무 또는 터치 위치를 센싱한다.

H-센싱 방식의 경우, 하나의 디스플레이 프레임 기간을 2개 이상의 디스플레이 기간(DS)과 2개 이상의 터치 기간(TS)으로 시분할한다.

2개 이상의 디스플레이 기간(DS) 동안, 터치 표시장치(100)는, 한 디스플레이 프레임에 대한 디스플레이 구동을 수행한다.

2개 이상의 터치 기간(TS) 동안, 터치 표시장치(100)는, 한 디스플레이 프레임 영역에서의 터치 유무 또는 터치 위치를 센싱한다.

한편, 도 4를 참조하면, 터치 표시장치(100)는 시간 프리 구동(Time Free Driving) 방식으로 동작을 하는 경우, 영상 표시 기능을 제공하기 위한 디스플레이 구동과 터치 감지 기능을 제공하기 위한 터치 구동을 동시에 수행할 수 있다. 이러한 시간 프리 구동 방식을 동시 구동 방식이라고도 한다.

터치 표시장치(100)가 대화면, 고해상도화 되어감에 따라, 디스플레이 기간과 터치 기간으로 요구되는 시간이 증가하고 있다. 따라서 시간 분할된 디스플레이 기간과 터치 기간을 별도로 구분하는 경우, 하나의 디스플레이 프레임 기간을 초과할 수 있다.

그러나 시간 프리 구동 방식은 디스플레이 기간과 터치 기간이 중첩될 수 있어, 디스플레이 기간과 터치 기간에 대한 시간 제약을 감소 시킬 수 있다.

도 4에서는 디스플레이 기간과 터치 기간이 동일 기간으로 예시하였으나, 디스플레이 기간과 터치 기간의 구동 시점 또는 구동 종점은 서로 상이할 수 있다.

즉 표시 패널(110)을 디스플레이 모드로 구동하는 디스플레이 기간과 터치 패널(120)의 터치 기간은 시간적으로 적어도 일부가 중첩될 수 있다.

터치 표시장치(100)가 시간 프리 구동 방식으로 구동 동작을 하는 경우, 일예로 터치 구동회로(TDC)는 2개의 터치 전극에 대응되는 센싱신호의 차이에 대응하는 값들을 포함하는 센싱 데이터(TSD)를 출력하도록 구성될 수 있다.

즉 터치 회로(TC)는, 다수의 데이터 라인(DL)들로 데이터 전압(Vdata)들이 인가되는 디스플레이 구동 기간 동안, 다수의 터치 라인들(TL) 중 제1 터치 라인(TL1) 및 제2 터치 라인(TL2)으로부터 수신된 제1 센싱신호(TSS1) 및 제2 센싱신호(TSS2) 간의 차이에 대응하는 값을 포함하는 센싱 데이터(TSD)를 토대로 터치 유무 또는 터치 좌표를 획득할 수 있다.

이러한 방식을 차동 센싱(Differential Sensing) 방식이라 할 수 있다.

한편 터치 구동신호(TDS)는, 터치 센싱을 위해 터치 전극들(TE)을 구동하기 위한 신호이면서, 터치 전극들(TE)이 디스플레이 구동을 위한 공통 전극 역할을 하도록 하는 공통 전압일 수도 있다.

예를 들어, 터치 구동신호(TDS)는 각 터치 전극(TE)과 중첩되는 둘 이상의 서브픽셀(SP) 각각으로 공급되는 데이터 전압(Vdata)과 캐패시턴스를 형성하는 공통 전압일 수 있다.

즉, 터치 구동신호(TDS)는, 제1 터치 전극(TE1)과 중첩되는 둘 이상의 서브픽셀(SP) 각각으로 공급되는 데이터 전압(Vdata)과 캐패시턴스를 형성하는 전압이면서, 제2 터치 전극(TE2)과 중첩되는 둘 이상의 서브픽셀(SP) 각각으로 공급되는 데이터 전압(Vdata)과 캐패시턴스를 형성하는 전압일 수 있다.

터치 표시장치(100)가 시간 프리 구동 방식으로 동작을 하는 경우, 각 서브픽셀 내 픽셀 전극에 인가되는 픽셀 전압과 전계를 형성하는 공통 전압은, DC 전압이 아니라, 전압 레벨이 가변 되는 신호일 수 있다.

그리고 터치 표시장치(100)가 시간 프리 구동 방식으로 구동 동작을 하는 경우, 다수의 터치 전극들(TE)은 여러 개로 블록화된 공통 전극일 수 있고, 터치 구동신호(TDS)은 공통 전압으로도 볼 수 있다.

이 경우, 터치 동기신호(Tsync)는 디스플레이 기간과 무관하게 터치 기간을 정의하기 위한 신호로 이용될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 회로의 개략적 구성도이다.

도 5를 참조하면, 터치 회로(TC)는 터치 컨트롤러(TCR), 터치 구동신호 생성부(TPIC) 및 터치 구동회로(TDC)를 포함할 수 있다.

터치 컨트롤러(TCR)는 컨트롤러(CONT)로부터 터치 기간(TS)을 정의하는 터치 동기신호(Tsync)를 수신한다.

여기서 터치 동기신호(Tsync)는 상기한 바와 같이, 디스플레이 기간(DS)과 터치 기간(TS)을 구분하여 정의하기 위해 이용되는 신호일 수도 있으며, 디스플레이 기간(DS)과 무관하게 터치 기간(TS)만을 정의하기 위해 이용되는 신호일 수도 있다.

터치 컨트롤러(TCR)는 수신된 터치 동기신호(Tsync)에 따라 터치 기간(TS)에 터치 구동생성신호(PWM)를 생성하여, 터치 구동신호 생성부(TPIC) 및 터치 구동회로(TDC)로 출력할 수 있다.

이때 터치 컨트롤러(TCR)는 터치 동기신호(Tsync)에 의해 정의된 터치 기간(TS)동안 터치 구동생성신호(PWM)를 터치 구동회로(TDC)로 출력할 수 있다.

비록 도시하지 않았으나, 터치 컨트롤러(TCR)는 이는 터치 회로(TC)의 터치 컨트롤러(TCR)와 터치 구동신호 생성부(TPIC) 및 터치 구동회로(TDC)의 동작을 동기 시키기 위해, 터치 구동신호 생성부(TPIC) 및 터치 구동회로(TDC)로 클럭 신호를 전송할 수 있다.

터치 컨트롤러(TCR)는 클럭 신호를 직접 생성할 수도 있으며, 컨트롤러(CONT)로부터 수신할 수도 있다.

터치 구동신호 생성부(TPIC)는 터치 구동생성신호(PWM)에 따라 터치 구동신호(TDS)를 생성하여, 터치 구동회로(TDC)로 출력한다.

즉 터치 구동생성신호(PWM)는 터치 구동신호(TDS)를 생성하기 위한 신호로서, 터치 구동신호(TDS)의 주파수, 위상 및 진폭을 결정할 수 있다.

이때 터치 구동신호 생성부(TPIC)는 터치 구동생성신호(PWM)의 신호 파형에 대응하는 신호 파형을 갖는 터치 구동신호(TDS)를 생성할 수 있다.

일예로 터치 구동신호 생성부(TPIC)는 터치 구동생성신호(PWM)에 의해 지정된 횟수로 토글하는 펄스 파형 또는 사인 파형의의 터치 구동신호(TDS)를 생성할 수 있다.

한편, 터치 구동회로(TDC)는 터치 구동신호(TDS)를 다수의 터치 전극(TE)로 공급하여 구동한다.

터치 구동회로(TDC)는, 다수의 터치 전극(TE)을 구동할 때, 다수의 터치 전극(TE)을 1개 또는 2개 이상씩 순차적으로 구동할 수도 있고, 다수의 터치 전극(TE) 모두를 함께 구동할 수도 있다.

한편 터치 구동신호(TDS)가 인가된 터치 전극(TE)은, 데이터 라인(DL)과 게이트 라인(GL) 및 터치 구동신호(TDS)가 인가되지 않는 다른 터치 전극(TE) 각각과 기생 캐패시턴스(Cp)를 형성할 수 있다. 그리고 기생 캐패시턴스(Cp)는, 터치 센싱 시 로드(Load)로 작용하여 센싱 정확도를 떨어뜨리는 주요한 요인이 될 수 있다.

이에 터치 표시장치(100)는, 터치 기간 동안 적어도 하나의 터치 전극(TE)에 터치 구동신호(TDS)를 인가할 때, 다수의 데이터 라인(DL), 다수의 게이트 라인(GL) 및 나머지 터치 전극(TE)의 전체 또는 일부로 터치 구동신호(TDS) 또는 이와 대응되는 신호를 인가할 수 있다.

여기서 터치 구동신호(TDS)에 대응하는 신호를 로드 프리 구동신호(LFDS)라 하며, 로드 프리 구동신호(LFDS)를 다수의 데이터 라인(DL), 다수의 게이트 라인(GL) 및 나머지 터치 전극(TE)의 전체 또는 일부로 인가하여 기생 캐패시턴스(Cp)가 형성되는 것을 방지하는 구동 방식을 로드 프리 구동(Load Free Driving)이라 할 수 있다.

여기서 로드 프리 구동신호(LFDS)는, 터치 구동신호(TDS)와 완전히 동일하거나 실질적으로 동일한 신호일 수도 있고, 터치 센싱 대상이 되는 터치 전극(TE)과 다른 전극 간의 기생 캐패시턴스를 제거하거나 감소시킬 수 만 있다면 터치 구동신호(TDS)와 다르거나 유사한 신호일 수도 있다.

터치 구동회로(TDC)는 터치 구동신호(TDS)가 공급된 각 터치 전극(TE)으로부터 터치 센싱신호(TSS)을 수신하고, 수신한 터치 센싱신호(TSS)를 신호 처리한 센싱 데이터(TSD)를 미리 지정된 인터페이스에 따라 터치 컨트롤러(TCR)로 전달한다.

일예로 터치 구동회로(TDC)는 LVDS(Low Voltage Differential Sinaling) 또는 직렬 주변 장치 인터페이스(Serial Peripheral Interface : 이하 SPI) 통신 등의 통신 방식을 이용하여 센싱 데이터(TSD)를 터치 컨트롤러(TCR)로 전송할 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않는다.

여기서 터치 센싱신호(TSS)는 다수의 터치 전극(TE) 각각에서 캐패시턴스 변화에 따라 파형이 가변되는 신호이다.

이에 터치 컨트롤러(TCR)는, 센싱 데이터(TSD)를 이용하여 터치 알고리즘을 실행하고, 이를 통해 터치 유무 및/또는 터치 위치를 검출할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 구동회로의 개략적 구성을 나타낸다.

도 6을 참조하면, 통합 회로(SRIC) 내에 포함될 수 있는 터치 구동회로(TDC)는 제1 멀티플렉서 회로(MUX1), 다수의 센싱 유닛(SU)을 포함하는 센싱 유닛 블록(SUB), 제2 멀티플렉서 회로(MUX2) 및 아날로그 디지털 컨버터(ADC) 등을 포함할 수 있다.

펄스 파형의 터치 구동신호(TDS)는, 제1 멀티플렉서 회로(MUX1)를 거쳐 터치 패널(TSP)에서의 해당 신호 라인(SL)을 통해 해당 터치 전극(TE)으로 전달될 수 있다.

제1 멀티플렉서 회로(MUX1)는, 다수의 터치 전극(TE) 중에서 터치 센싱신호(TSS)를 수신할 적어도 하나 터치 전극을 선택한다.

선택된 터치 전극을 통해 수신되는 터치 센싱신호(TSS)는 센싱 유닛 블록(SUB) 내 해당 센싱 유닛(SU)으로 전달되고, 센싱 유닛(SU)은 터치 센싱신호(TSS)를 감지 및 증폭하여 아날로그 디지털 컨버터(ADC)로 전달한다.

이때 센싱 유닛(SU)은 아날로그 디지털 컨버터(ADC)의 입력 단으로 공급되는 입력 전압을 샘플링 하여 유지하고, 유지된 전압을 아날로그 디지털 컨버터(ADC)가 이전 변환을 끝낼 때까지 그대로 유지시켜 줄 수 있다.

제2 멀티플렉서 회로(MUX2)는 다수의 센싱 유닛(SU) 중 하나를 선택하여 선택된 센싱 유닛(SU)이 유지하고 있던 전압을 아날로그 디지털 컨버터(ADC)로 입력해준다.

아날로그 디지털 컨버터(ADC)는 입력된 전압을 디지털 값으로 변환하여, 센싱 데이터(TSD)를 출력한다.

이렇게 출력된 센싱 데이터(TSD)는 터치 컨트롤러(TCR)에서 터치 유무 및/또는 터치 위치를 파악하는데 이용될 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 센싱 유닛의 구성을 나타낸다.

도 7에서는 일예로 터치 구동회로(TDC)가 펄스 파형의 터치 구동신호(TDS)를 터치 전극(TE)로 공급하여 구동하는 경우의 구성을 나타내었다.

도 7에서 터치 패널(TSP)에는 설명의 편의를 위해 하나의 터치 전극(TE)만을 도시하였으며, 터치 패널(TSP)에 나타난 2개의 캐패시터(Cf, Cp)는 각각 터치 물체(예를 들면 손가락)에 의한 캐패시턴스 및 터치 패널(TSP)의 캐패시턴스를 의미하며, 핑거 캐패시턴스(Cf) 및 패널 캐패시턴스(Cp)라 할 수 있다.

여기서 핑거 캐패시턴스(Cf)는 터치 전극(TE)에 대한 터치 물체의 접촉 여부에 따라 나타나거나 제외되는 캐패시턴스이다. 즉 터치 회로(TC)는 핑거 캐패시턴스(Cf)에 의한 터치 구동신호(TDS)의 신호 변화를 감지함으로써, 터치 여부를 판별할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 센싱 유닛(SU)은 프리-증폭기(Pre-AMP), 적분기(INTG), 샘플 앤 홀드 회로(SHA: Sample and Hold Circuit) 등을 포함할 수 있다.

샘플 앤 홀드 회로(SHA)는 각 센싱 유닛(SU)마다 1개씩 포함될 수도 있다. 또는, 2개 이상의 센싱 유닛(SU)마다 1개의 샘플 앤 홀드 회로(SHA)가 존재할 수도 있고, 경우에 따라서, 다수의 센싱 유닛(SU) 전체에 대하여 1개의 샘플 앤 홀드 회로(SHA)가 존재할 수도 있다.

선택된 터치 전극(TE)을 통해 수신되는 터치 센싱신호(TSS)는 센싱 유닛 블록(SUB)에서 제1 멀티플렉서 회로(MUX1)에 의해 선택된 센싱 유닛(SU)으로 전달되어 프리-증폭기(Pre-AMP)를 통해 적분기(INTG)로 입력된다.

프리-증폭기(Pre-AMP)는 증폭기(AMP) 및 피드백 캐패시터(Cfb)를 포함하고, 2개의 입력 단자 중 반전 입력 단자로 터치 전극(TE)에서 전달되는 터치 센싱신호(TSS)를 수신하고, 비반전 입력 단자로 터치 구동 신호(TDS)를 수신한다.

프리-증폭기(Pre-AMP)는 터치 센싱신호(TSS)와 터치 구동 신호(TDS) 사이의 차를 증폭하여 출력한다.

터치 전극(TE)와 프리-증폭기(Pre-AMP) 사이에 병렬로 연결되는 전하 방전회로(charge removing circuit: CRC)는 센싱 라인(SL)의 전하를 방전하기 위한 회로이다. 전하 방전회로(CRC)는 제1 전극이 센싱 라인(SL)과 연결되고, 제2 전극으로 전하 방전을 위한 방전 전압(Vcr)이 공급되는 방전 캐패시터(Ccr)를 포함한다.

여기서 방전 전압(Vcr)은 토글되는 펄스 신호로서, 터치 구동신호(TDS)와 동일한 신호일 수 있다.

적분기(INTG)는, 프리-증폭기(Pre-AMP)의 출력 전압(즉, 프리-증폭기(Pre-AMP)의 출력단자로 출력되는 신호)의 적분 값을 출력한다. 이러한 적분기(INTG)는 비교기, 캐패시터 등의 소자들로 구성될 수 있다.

적분기(INTG)에서 출력된 신호는 샘플 앤 홀드 회로(SHA)로 입력된다.

샘플 앤 홀드 회로(SHA)는 아날로그 디지털 컨버터(ADC)의 입력 전압을 샘플링 하여 유지하고, 유지된 전압을 아날로그 디지털 컨버터(ADC)가 이전 변환을 끝낼 때까지 그대로 유지한다.

이에 아날로그 디지털 컨버터(ADC)는 샘플 앤 홀드 회로(SHA)에서 유지되는 전압을 수신하여, 디지털 값으로 변환하여, 센싱 데이터(TSD)를 출력한다.

아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력된 센싱 데이터(TDS)는 터치 구동회로(TDC) 내에 배치된 센싱 버퍼 메모리(SBUF)에 임시 저장된 후, 터치 컨트롤러(TCR)로 전송된다.

여기서 터치 구동신호(TDS)는 다수의 터치 전극(TE)으로 제공되어 다수의 터치 전극들(TE)을 구동하기 위한 펄스 신호이다.

그러나 펄스 신호는 다수의 고조파(harmonic wave)를 발생하고, 이는 EMI를 유발하는 요인이 된다. 그리고 터치 회로(TC) 또한 이러한 EMI로 인해 오동작할 가능성이 있을 뿐만 아니라 터치 표시장치(100)가 영상을 표출하는데 에도 영향을 미칠 수 있다.

특히 펄스 신호의 주파수나 진폭이 높을수록 이러한 고조파에 의한 EMI 영향은 증가된다.

그러나 다수의 터치 전극(TE)를 안정적으로 구동하기 위해서는 터치 구동신호(TDS)의 진폭(하이 레벨 전압과 로우 레벨 전압의 전압차이)이 커야 한다(일예로 -4 ~ 8V).

또한 최근에는 멀티 터치에 대한 요구 및 액티브 펜과 같이 터치 패널과 연동 기능을 수행할 수 있는 장치에 대한 요구가 높아 지고 있다.

이에 터치 구동 신호(TDS)의 주파수 또한 높아지고 있다.

따라서 펄스 파형의 터치 구동신호(TDS)를 이용하는 경우, 터치 회로(TC)에서 발생할 수 있는 EMI가 문제가 된다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 센싱 유닛의 구성을 나타낸다.

도 8의 센싱 유닛은 도 7에서와 달리 터치 구동회로(TDC)가 사인 파형의 터치 구동신호(TDS)를 터치 전극(TE)로 공급하여 구동하는 경우의 구성을 나타내었다.

도 8을 참조하면, 센싱 유닛(SU)은 프리-증폭기(Pre-AMP), 보상회로(CC), 필터부(AAF)를 포함한다.

프리-증폭기(Pre-AMP)는 사인 파형의 터치구동신호(TDS)와 터치 전극(TE)에서 전달되는 터치 센싱신호(TSS) 사이의 차를 증폭하여 출력한다.

보상 회로(CC: compensating circuit)는 프리-증폭기(Pre-AMP)에서 증폭된 신호를 수신하고, 수신된 신호의 전압(A) 및 위상(Φ)이 포화되지 않고, 미리 지정된 범위 내의 마진 범위 내에 포함되도록 보상한다.

또한 보상회로(CC)는 보상된 전압(A) 및 위상(Φ)을 극좌표계 값으로 변환하여 I(in-phase) 신호와 Q(Quadrature-phase) 신호로 구분하여 출력한다.

여기서 I 신호는 I=A * cosΦ로 획득될 수 있으며, Q 신호는 Q = A * sinΦ로 획득될 수 있다.

필터부(AAF)는 보상회로(CC)에서 생성된 I 신호와 Q 신호를 필터링한다. 여기서 필터부(AAF)는 일예로 안티 앨리어싱 필터(Anti-Aliasing Filter)로 구현될 수 있다.

필터부(AAF)는 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 디지털로 변환된 신호를 복조부(DBE)에서 복조하는 경우에 발생할 수 있는 앨리어싱 오차(Aliasing error)을 회피하기 위해 구비된다.

필터부(AAF)는 수신되는 신호의 주파수 중복을 방기하기 위해 필터링을 수행하며, 보상 회로(CC)로부터 I 신호와 Q 신호가 수신되면, 수신된 I 신호와 Q 신호 각각에 대해 나이키스트(Nyquist) 주파수를 초과하는 신호 성분을 제거한다.

필터부(AAF)는 I 신호와 Q 신호를 각각 필터링하기 위해, 2 둘 이상의 안티 앨리어싱 필터를 포함할 수 있다.

따라서 도 8에서 센싱 유닛(SU)은 도 7의 센싱 유닛(SU)와 유사하게 프리-증폭기(Pre-AMP)를 포함하지만, 프리-증폭기(Pre-AMP)에서 출력되는 신호를 누적하여 유지하는 적분기(INTG) 및 샘플 앤 홀드 회로(SHA)를 대체하여, I 신호와 Q 신호를 획득하는 보상 회로(CC) 및 필터부(AAF)를 포함한다.

한편, 아날로그 디지털 컨버터(ADC)는 필터부(AAF)에서 필터링된 I 신호와 Q 신호를 각각 디지털 값으로 변환하여, I 데이터 및 Q 데이터를 출력한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 하나의 아날로그 디지털 컨버터(ADC)가 I 신호와 Q 신호를 모두 아날로그-디지털 변환을 수행하도록 구성될 수도 있다. 그러나 터치 구동회로(TDC)는 I 신호와 Q 신호를 각각 I 데이터 및 Q 데이터로 변환하기 위한 둘 이상의 아날로그 디지털 컨버터(ADC)를 포함할 수도 있다.

즉 터치 구동회로(TDC)는 다수의 아날로그 디지털 컨버터(ADC)를 포함하는 AD 변환부가 구비될 수 있다.

복조부(DBE: Demodulation Block)는 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 I 데이터 및 Q 데이터로부터 I 센싱 데이터(ISD) 및 Q 센싱 데이터(QSD)를 획득하여, 센싱 버퍼 메모리(SBUF)에 저장한다.

아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 I 데이터 및 Q 데이터는 터치구동신호(TDS)와 터치 센싱신호(TSS) 사이의 차에 대한 데이터로서, 시간에 따라 전압 및 위상이 가변되는 터치구동신호(TDS)와 터치 센싱신호(TSS)의 특정 시점에서의 차에 대한 데이터를 나타낸다.

따라서 도 7의 적분기(INTG)와 유사하게 특정 터치 전극(TE)이 구동되는 일정 시간 구간 동안의 차를 누적 계산하기 위한 구성이 필요하다.

도 8의 복조부(DBE)는 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 I 데이터 및 Q 데이터를 터치 전극(TE)이 구동되는 시간 동안 누적하여 계산함으로써, I 센싱 데이터(ISD) 및 Q 센싱 데이터(QSD)를 획득한다.

이에 터치 컨트롤러(TCR)는 센싱 버퍼 메모리(SBUF)에 저장된 I 센싱 데이터(ISD) 및 Q 센싱 데이터(QSD)를 수신하여 분석함으로써, 터치 여부 및 터치 위치를 판별한다.

터치 컨트롤러(TCR)는 I 센싱 데이터(ISD)와 Q 센싱 데이터 각각으로부터 터치 여부 및 터치 위치를 판별할 수 있다. 그러나 터치 컨트롤러(TCR)는 I 센싱 데이터(ISD)와 Q 센싱 데이터를 이용한 센싱 벡터를 계산함으로써, 터치 여부 및 터치 위치를 더 정확하게 판별할 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 센싱 벡터와 이를 이용한 터치 센싱 개념을 설명하기 위한 도면이다.

도 9에서 CC_I 및 CC_Q는 보상 회로(CC)가 I 신호와 Q 신호 각각에 대해 보상한 성분이다. 즉 보상 회로(CC)는 프리-증폭기(Pre-AMP)에서 출력된 신호를 CC_I 및 CC_Q만큼 보상함으로써, I 신호와 Q 신호를 획득한다.

그리고 Raw_I 및 Raw_Q는 각각 터치 물체가 없을 때, 즉 핑거 캐패시턴스(Cf)가 제거된 상태의 I 신호 및 Q 신호를 나타낸다.

이때 I 신호와 Q 신호에 대한 논 터치 벡터(Vrss)의 크기는

로 계산될 수 있다.

또한, touch_I 및 touch_Q는 터치 물체의 터치 상태에서, 즉 핑거 캐패시턴스(Cf)가 포함된 상태에서의 I 신호 및 Q 신호를 나타낸다.

터치 벡터(Vtouch)의 크기는

로 계산된다.

한편, ΔI 및 ΔQ는 터치 물체가 터치 전극에 접촉됨으로 인해, 즉 핑거 캐패시턴스(Cf)가 포함됨으로 인해, I 신호 및 Q 신호의 변화량을 나타낸다.

I 신호 및 Q 신호의 변화량인 ΔI 및 ΔQ에 의한 터치 변화량 벡터(ΔVrss)의 크기는

이며, 터치 벡터(Vtouch)와 논 터치 벡터(Vrss)의 차로부터 획득될 수 있다.

따라서 터치 컨트롤러(TCR)는 터치 변화량 벡터(ΔVrss)의 크기로부터 용이하게 터치 여부를 판별할 수 있으며, 다수의 터치 전극(TE) 중 터치 변화량이 가장 큰 터치 전극의 위치로부터 터치 위치를 용이하게 판별할 수 있다.

즉 본 발명은 사인 파형의 신호를 터치 구동신호(TDS)로 이용하고, 사인 파형의 터치 구동신호(TDS)에 따라 사인 파형으로 수신되는 터치 센싱신호(TSS)의 전압 및 위상의 변화를 극좌표계의 I 신호 및 Q 신호로 획득하며, 획득된 I 신호 및 Q 신호로부터 정확하게 터치 유무 및 터치 위치를 판별할 수 있다.

또한 펄스 파형이 아닌 사인 파형의 터치 구동신호(TDS)를 이용함에 따라 EMI가 발생하는 것을 억제할 수 있다.

도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 회로의 구동 방법을 나타낸다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 회로의 구동 방법은 우선, 터치 회로(TC)의 터치 구동회로(TDC)가 사인 파형의 터치 구동신호(TDS)를 터치 패널(TSP)에 배치된 다수의 터치 전극(TE) 중 적어도 하나의 터치 전극으로 공급하여 구동한다(S1010).

여기서 터치 구동회로(TDC)가 사인 파형의 터치 구동신호(TDS)를 이용하여 터치 전극(TE)을 구동하는 것은 EMI가 발생되는 것을 억제하기 위해서이다.

그리고 사인 파형의 터치 구동신호(TDS)는 터치 구동신호 생성부(TPIC)가 터치 컨트롤러(TCR)의 제어에 따라 지정되는 주파수, 진폭 및 위상을 갖도록 생성하여 터치 구동회로(TDC)로 제공할 수 있다.

한편, 터치 구동회로(TDC)는 사인 파형의 터치 구동신호(TDS)가 공급된 터치 전극(TE)로부터 터치 센싱신호(TSS)를 수신하여 증폭한다(S1020).

터치 구동회로(TDC)의 프리-증폭기(Pre-AMP)는 터치 구동신호(TDS)와 터치 센싱신호(TSS)를 수신하여, 터치 구동신호(TDS)와 터치 센싱신호(TSS) 사이의 차를 증폭하여 출력한다.

이에 터치 구동회로(TDC)의 보상회로(CC)는 프리-증폭기(Pre-AMP)에서 증폭된 신호의 전압(A) 및 위상(Φ)을 구분하고, 구분된 전압(A) 및 위상(Φ)이 미리 지정된 범위 내의 마진 범위를 갖도록 보상하며, 보상된 전압 및 위상을 극좌표계의 신호로 변환하여, I 신호와 Q 신호를 획득한다(S1030).

이후 아날로그 디지털 컨버터(ADC)가 I 신호와 Q 신호를 각각 아날로그-디지털 변환하여, I 데이터 및 Q 데이터를 획득한다(S1040).

경우에 따라, 보상회로(CC)에서 출력되는 I 신호와 Q 신호는 필터부(AAF)에서 안티 앨리어싱 필터링된 후 아날로그 디지털 컨버터(ADC)로 전달 될 수 있다.

복조부(DBE)는 변환된 I 데이터 및 Q 데이터를 누적 계산하여, I 센싱 데이터(ISD) 및 Q 센싱 데이터(QSD)를 획득하고, 획득된 I 센싱 데이터(ISD) 및 Q 센싱 데이터(QSD)를 터치 구동회로(TDC)에 포함된 센싱 버퍼 메모리(SBUF)에 저장한다(S1050).

그리고 터치 컨트롤러(TCR)는 센싱 버퍼 메모리(SBUF)에 저장된 I 센싱 데이터(ISD) 및 Q 센싱 데이터(QSD)를 수신하여 분석함으로써, 터치 여부 및 터치 위치를 판별할 수 있다.

결과적으로 본 발명의 실시예들에 따른 터치 회로의 구동 방법은 사인 파형의 터치 구동신호(TDS)를 이용하여 터치 전극(TE)를 구동하여, EMI를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 터치 센싱신호(TSS)의 전압(진폭) 및 위상을 이용하여 터치 여부 및 터치 위치를 판별할 수 있어, 매우 정확하게 터치를 감지할 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: 유기발광표시장치
110: 유기발광표시패널
120: 데이터 드라이버
130: 게이트 드라이버
140: 타이밍 컨트롤러

Claims (11)

1. 공통전압이 인가되는 공통전극이 다수 개로 블록화 된 다수의 터치 전극이 배치된 터치 패널; 및
   사인 파형의 터치 구동신호를 상기 터치 패널의 상기 다수의 터치 전극 중 적어도 하나의 터치 전극으로 출력하고, 상기 터치 패널에서 감지되는 터치 센싱신호의 전압 및 위상을 감지하고, 감지된 터치 센싱신호의 전압 및 위상으로부터 터치 유무 또는 터치 위치를 센싱하는 터치 회로를 포함하며,
   상기 다수의 터치 전극 각각과 포인터 사이의 캐패시턴스 변화를 파악하여 상기 터치 유무 또는 상기 터치 위치를 센싱하는 터치 표시장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 터치 회로는,
   상기 터치 구동 신호를 상기 다수의 터치 전극 중 적어도 하나의 터치 전극으로 공급하여 구동하고, 구동된 터치 전극으로부터 감지되는 터치 센싱신호의 전압 및 위상을 분리하고, 분리된 전압 및 위상을 극좌표계 신호로 변환하며, 변환된 극좌표계 신호를 디지털 데이터로 변환하여 I 센싱 데이터 및 Q 센싱 데이터를 획득하는 터치 구동회로; 및
   상기 I 센싱 데이터 및 상기 Q 센싱 데이터를 수신 및 분석하여, 터치 유무 또는 터치 위치를 판별하는 터치 컨트롤러를 포함하는 터치 표시장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 터치 회로는,
   상기 터치 컨트롤러에 의해 지정되는 주파수, 진폭 및 위상을 갖는 사인 파형의 상기 터치 구동신호를 생성하는 터치 구동신호 생성부를 더 포함하는 터치 표시장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 터치 구동회로는,
   상기 다수의 터치 전극 중 적어도 하나의 터치 전극으로 상기 터치 구동신호를 공급하고, 상기 터치 구동신호가 공급된 터치 전극을 통해 감지되는 터치 센싱신호로부터 I(in-phase) 신호와 Q(Quadrature-phase) 신호를 획득하는 적어도 하나의 센싱 유닛;
   상기 I 신호 및 상기 Q 신호를 각각 디지털 신호로 변환하여 I 데이터 및 Q 데이터를 출력하는 적어도 하나의 아날로그 디지털 컨버터를 포함하는 AD 변환부; 및
   상기 I 데이터 및 상기 Q 데이터를 누적하여 상기 I 센싱 데이터 및 상기 Q 센싱 데이터를 생성하는 복조부를 포함하는 터치 표시장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 센싱 유닛은,
   상기 터치 구동신호와 상기 터치 센싱신호를 수신하고, 수신된 상기 터치 구동신호와 상기 터치 센싱신호 사이의 차를 증폭하여 출력하는 프리-증폭기; 및
   상기 프리-증폭기에서 출력되는 신호의 전압과 위상이 미리 지정된 범위에 포함되도록 보상하고, 보상된 신호를 극좌표계 신호인 상기 I 신호와 상기 Q 신호로 변환하는 보상 회로를 포함하는 터치 표시장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 센싱 유닛은,
   상기 I 신호와 상기 Q 신호를 안티 앨리어싱 필터링 하는 필터부를 더 포함하는 터치 표시장치.
7. 제4항에 있어서,
   상기 터치 구동회로는,
   상기 다수의 터치 전극 중 상기 터치 구동신호를 공급할 적어도 하나의 터치 전극을 선택하는 제1 스위칭부; 및
   상기 적어도 하나의 센싱 유닛 중 적어도 하나의 센싱 유닛을 선택하여, 상기 적어도 하나의 아날로그 디지털 컨버터와 연결하는 적어도 하나의 제2 멀티플렉서를 포함하는 제2 스위칭부를 더 포함하는 터치 표시장치.
8. 제2항에 있어서,
   상기 터치 컨트롤러는,
   상기 I 센싱 데이터 및 상기 Q 센싱 데이터를 이용하여 계산되는 벡터의 터치 및 논 터치 시의 크기 변화에 따라 터치 여부 및 터치 위치를 판별하는 터치 표시장치.
9. 터치 구동회로 및 터치 컨트롤러를 포함하는 터치 회로의 구동 방법에 있어서,
   공통전압이 인가되는 공통전극이 다수 개로 블록화 된 다수의 터치 전극 중 적어도 하나의 터치 전극으로 사인 파형의 터치구동신호를 공급하여 구동하는 단계;
   상기 구동된 터치 전극과 포인터 사이의 캐패시턴스 변화로부터 감지되는 터치 센싱신호의 전압 및 위상을 분리하고, 분리된 전압 및 위상을 극좌표계 신호로 변환하여, I 신호 및 Q 신호를 획득하는 단계;
   상기 I 신호 및 상기 Q 신호를 각각 디지털 데이터로 변환하여 I 센싱 데이터 및 Q 센싱 데이터를 획득하는 단계; 및
   상기 I 센싱 데이터 및 상기 Q 센싱 데이터를 수신 및 분석하여, 터치 유무 또는 터치 위치를 판별하는 단계를 포함하는 터치 회로의 구동 방법.
10. 터치 패널에 배치되고 공통전압이 인가되는 공통전극이 다수 개로 블록화 된 다수의 터치 전극 중 적어도 하나의 터치 전극으로 사인 파형의 터치 구동 신호를 공급하여 구동하며, 상기 구동된 터치 전극과 포인터 사이의 캐패시턴스 변화로부터 감지되는 터치 센싱신호의 전압 및 위상을 극좌표계 신호로 변환 및 디지털 데이터로 변환하여 I 센싱 데이터 및 Q 센싱 데이터를 획득하는 터치 구동회로; 및
    상기 I 센싱 데이터 및 상기 Q 센싱 데이터를 수신 및 분석하여, 터치 유무 또는 터치 위치를 판별하는 터치 컨트롤러를 포함하는 터치 회로.
11. 터치 패널에 배치 되고 공통전압이 인가되는 공통전극이 다수 개로 블록화 된 다수의 터치 전극 중 적어도 하나의 터치 전극으로 사인 파형의 터치 구동신호를 공급하고, 상기 터치 구동신호가 공급된 터치 전극과 포인터 사이의 캐패시턴스 변화를 통해 감지되는 터치 센싱신호와 상기 터치 구동신호 사이의 차를 극좌표계로 변환하여 I(in-phase) 신호와 Q(Quadrature-phase) 신호를 획득하는 적어도 하나의 센싱 유닛;
    상기 I 신호 및 상기 Q 신호를 각각 디지털 신호로 변환하여 I 데이터 및 Q 데이터를 출력하는 적어도 하나의 아날로그 디지털 컨버터를 포함하는 AD 변환부; 및
    상기 I 데이터 및 상기 Q 데이터를 누적하여 터치 전극에 대한 터치 여부를 판별하기 위한 I 센싱 데이터 및 Q 센싱 데이터를 생성하는 복조부를 포함하는 터치 구동회로.

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