KR102508328B1 - 구동회로, 표시장치 및 이의 구동 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터치 스크린 구동회로의 SSU(Self Sensing Unit) 블록의 개수를 절반 이하로 줄여 칩 크기의 제약 사항을 극복하거나 터치 센싱 시간을 절반 이하로 줄여 고해상도 및 대면적 인셀 터치 스크린을 구현하는 것이다. 이를 위해, 본 발명의 터치 센서 제어부는 멀티플렉서를 시분할 구동하여 적어도 두 개의 제1 및 제3터치 전극을 동시에 센싱하고, 적어도 두 개의 제2 및 제4터치 전극을 동시에 센싱하여 정전용량을 검출한다.

Description

구동회로, 표시장치 및 이의 구동 방법{DRIVING CIRCUIT, DISPLAY DEVICE AND DRIVING METHOD THEREOF}

본 발명은 구동회로, 표시장치 및 이의 구동 방법에 관한 것이다.

각종 전자장치 예컨대 가전기기나 휴대용 정보기기는 경량화, 슬림화 추세에 따라 사용자의 입력 수단이 버튼형 스위치에서 터치 센서로 대체되고 있다. 이에 따라, 최근 출시되는 표시장치 등과 같은 전자장치는 터치 센서(또는 터치 스크린)를 갖는다.

터치 센서는 스마트폰과 같은 휴대용 정보기기에 필수적으로 채택되고 있으며, 노트북 컴퓨터, 컴퓨터 모니터, 가전제품 등에 확대 적용되고 있다. 최근에는 터치 센서를 표시패널의 픽셀 어레이에 내장하는 기술(이하, "인셀 터치 센서(In-cell touch sensor)"라 함)이 제안되고 있다.

인셀 터치 센서 기술은 표시패널의 두께 증가 없이 표시패널에 터치 센서들을 설치할 수 있다. 인셀 터치 센서를 갖는 전자장치는 픽셀들과 터치 센서들의 커플링(Coupling)으로 인한 상호 영향을 줄이기 위하여, 픽셀들을 구동하는 기간("디스플레이 구동기간"이라고도 함)과 터치 센서들을 구동하는 기간("터치 스크린 구동기간"이라고도 함)을 시분할 한다.

인셀 터치 센서 기술은 표시패널의 픽셀들에 연결된 전극을 터치 센서들의 전극으로 활용한다. 예를 들어, 인셀 터치 센서 기술은 액정표시장치의 픽셀들에 공통전압을 공급하기 위한 공통 전극을 분할하여 터치 센서들의 전극으로 활용하는 예가 제안되고 있다.

그런데 종래에 제안된 인셀 터치 센서 기술은 공통 전극과 센싱라인이 1:1로 연결된 구조를 취하고 있는바 표시패널의 크기가 증가할 경우 터치 스크린 구동회로의 칩(Source drive and Read out IC; SR-IC) 사이즈 또한 증가하게 된다. 따라서, 종래에 제안된 인셀 터치 센서 기술은 표시패널이 대형화될 경우 IC 제작, 배선 라우팅 및 부착 공정 등의 한계가 발생할 수 있음은 물론 제조 비용의 상승을 유발할 수 있는바 이의 개선이 요구된다.

상술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 터치 스크린 구동회로의 SSU(Self Sensing Unit) 블록의 개수를 절반 이하로 줄여 칩 크기의 제약 사항을 극복하거나 터치 센싱 시간을 절반 이하로 줄여 고해상도 및 대면적 인셀 터치 스크린을 구현하는 것이다. 또한, 본 발명은 표시패널이 대형화될 경우 IC 제작, 배선 라우팅 및 부착 공정 등의 한계가 발생할 수 있음은 물론 제조 비용의 상승을 유발 요인을 개선하는 것이다.

상술한 과제 해결 수단으로 본 발명은 멀티플렉서 및 터치 센서 제어부를 포함하는 구동회로를 제공한다. 멀티플렉서는 제1터치 전극 및 제1터치 전극과 인접한 제3터치 전극을 센싱하는 제1센싱라인에 연결된 채널과, 제2터치 전극 및 제2터치 전극과 인접하지 않은 제4터치 전극을 센싱하는 제2센싱라인에 연결된 채널을 갖는다. 터치 센서 제어부는 멀티플렉서를 시분할 구동하여 제1터치 전극과 제3터치 전극을 동시에 센싱하고, 제2터치 전극과 제4터치 전극을 동시에 센싱하고 정전용량을 검출한다.

터치 센서 제어부의 센싱회로는 센싱라인을 통해 J(J는 2 이상 정수)개의 터치 전극을 동시에 센싱할 수 있다.

다른 측면에서 본 발명은 표시패널, 다수의 센싱라인들 및 터치 스크린 구동회로를 포함하는 표시장치를 제공한다. 표시패널은 다수의 터치 전극들이 구비된다. 다수의 센싱라인들은 다수의 터치 전극들과 전기적으로 연결된다. 터치 스크린 구동회로는 다수의 센싱라인들을 통해 터치 전극들의 정전용량의 변화량을 검출한다. 다수의 센싱라인들 중 적어도 하나의 제1센싱라인은 제1터치 전극 및 제1터치 전극과 인접한 제3터치 전극과 전기적으로 연결되고, 다수의 센싱라인들 중 적어도 하나의 제2센싱라인은 제2터치 전극 및 제2터치 전극과 인접하지 않은 제4터치 전극과 전기적으로 연결된다.

제1터치 전극과 제3터치 전극은 상하에 연속 배치되고, 제2터치 전극과 제4터치 전극은 상하에 불연속 배치될 수 있다.

표시패널은 제1터치 전극과 제3터치 전극을 전기적으로 연결하는 제1비어홀들과, 제2터치 전극과 제4터치 전극을 전기적으로 연결하는 제2비어홀들을 포함할 수 있다.

터치 스크린 구동회로의 센싱회로는 센싱라인을 통해 J(J는 2 이상 정수)개의 터치 전극을 동시에 센싱할 수 있다.

또 다른 측면에서 본 발명은 표시장치의 구동 방법을 제공한다. 표시장치의 구동 방법은 제1센싱라인을 통해 제1터치 전극과 제3터치 전극을 센싱하고, 제2센싱라인을 통해 제2터치 전극과 제4터치 전극을 센싱하고, 이들로부터 전극별 정전용량의 세기를 검출하는 단계; 제1 및 제3터치 전극들과 제2 및 제4터치 전극들로부터 검출된 정전용량의 세기가 내부에 설정된 문턱전압 레벨보다 높은지를 판단하는 단계; 제1 및 제3터치 전극들로부터 검출된 정전용량의 세기와 제2 및 제4터치 전극들로부터 검출된 정전용량의 세기를 각각 분리하는 단계; 및 제1 및 제3터치 전극들로부터 검출된 정전용량값들을 비교하여 터치 포인트를 산출하는 단계를 포함한다.

터치 포인트를 산출하는 단계는 제2 및 제4터치 전극들로부터 검출된 정전용량값을 기준으로 제1 및 제3터치 전극들에 대해 전극별 가중치를 부여하여 실질적인 터치 포인트가 제1 및 제3터치 전극들과 제2 및 제4터치 전극들이 배치된 곳에서 어느 방향에 더 가까운지를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또 다른 측면에서 본 발명은 멀티플렉서 및 터치 센서 제어부를 포함하는 구동회로를 제공한다. 멀티플렉서는 제1터치 전극들에 연결된 채널과, 제1터치 전극들과 서로 다른 선상에 위치하도록 엇갈려 배치된 제2터치 전극들에 연결된 채널을 갖는다. 터치 센서 제어부는 멀티플렉서를 시분할 구동하여 제1터치 전극들과 제2터치 전극들로부터 검출된 정전용량을 비교하고 이들 중 가장 큰 정전용량을 터치 포인트의 중심 좌표로 정의한다.

터치 센서 제어부는 가장 큰 정전용량을 갖는 전극을 기준으로 상하좌우에 인접한 A(A는 2 이상 정수) 개의 터치 전극의 정전용량에 가중치를 부여할 수 있다.

또 다른 측면에서 본 발명은 표시패널, 다수의 센싱라인들 및 터치 스크린 구동회로를 포함하는 표시장치를 제공한다. 표시패널은 제1터치 전극들과 제2터치 전극들이 서로 다른 선상에 위치하도록 엇갈려 배치된 다수의 터치 전극들이 구비된다. 다수의 센싱라인들은 다수의 터치 전극들과 전기적으로 연결된다. 터치 스크린 구동회로는 다수의 센싱라인들을 통해 터치 전극들의 정전용량의 변화량을 검출한다. 다수의 센싱라인들 중 적어도 하나의 제1센싱라인은 제1터치 전극들과 전기적으로 연결되고, 다수의 센싱라인들 중 적어도 하나의 제2센싱라인은 제2터치 전극들과 전기적으로 연결된다.

제1터치 전극들과 제2터치 전극들은 적어도 일부 영역이 중첩하도록 상하로 엇갈려 배치될 수 있다.

터치 스크린 구동회로는 제1터치 전극들과 제2터치 전극들로부터 검출된 정전용량을 비교하고 이들 중 가장 큰 정전용량을 터치 포인트의 중심 좌표로 정의하는 터치 센서 제어부를 포함할 수 있다.

터치 스크린 구동회로는 가장 큰 정전용량을 갖는 전극을 기준으로 상하좌우에 인접한 A(A는 2 이상 정수) 개의 터치 전극의 정전용량에 가중치를 부여할 수 있다.

또 다른 측면에서 본 발명은 표시장치의 구동방법을 제공한다. 표시장치의 구동방법은 제1센싱라인과 제2센싱라인을 통해 제1터치 전극들과 제2터치 전극들을 센싱하고, 이들로부터 전극별 정전용량의 세기를 검출하는 단계; 및 제1터치 전극들과 제2터치 전극들로부터 검출된 정전용량을 비교하고 이들 중 가장 큰 정전용량을 터치 포인트의 중심 좌표로 정의하는 단계를 포함할 수 있다.

터치 포인트의 중심 좌표를 정의하는 단계는 가장 큰 정전용량을 갖는 전극을 기준으로 상하좌우에 인접한 A(A는 2 이상 정수) 개의 터치 전극의 정전용량에 가중치를 부여하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명은 멀티 채널을 한번에 센싱 가능하므로 터치 스크린 구동회로의 SSU(Self Sensing Unit) 블록의 개수를 줄일 수 있고, 이를 통해 칩 크기(Chip Size)의 절감에 따른 비용 절감(CI)을 달성할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 센싱라인의 갯수를 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 칩 크기의 제약 사항을 극복 가능하므로 고해상도 및 대면적 인셀 터치 스크린을 용이하게 구현할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 터치 성능을 크게 요구하지 않는 저사양 또는 저가형 제품 구현시 멀티 센싱 채널을 더 늘릴 수 있으므로 칩 크기 절감이 필요한 제품에 유리하게 적용할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 터치 스크린 구동회로의 SSU의 개수를 그대로 유지시킬 경우 터치 센싱 시간을 절반 이하로 줄여 고해상도 모델에도 터치 스크린을 확대 적용할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 표시패널이 대형화될 경우 IC 제작, 배선 라우팅 및 부착 공정 등의 한계가 발생할 수 있음은 물론 제조 비용의 상승을 유발 요인을 개선할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치의 구성을 개략적으로 보여 주는 블록도.
도 2는 터치 스크린을 갖는 액정표시패널의 단면 예시도.
도 3은 인셀 터치 방식의 시분할 구동 기술을 설명하기 위한 파형 예시도.
도 4는 셀프 터치 센싱 방식의 터치 스크린과 터치 스크린 구동회로의 구성 예시도.
도 5는 통합 구동회로의 블록을 설명하기 위한 예시도.
도 6 및 도 7은 종래에 제안된 셀프 터치 센싱 방식의 문제점을 설명하기 위한 도면들.
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 셀프 터치 센싱 방식의 터치 스크린과 통합 구동회로를 나타낸 예시도.
도 9는 본 발명의 제1실시예의 변형예에 따른 셀프 터치 센싱 방식의 터치 스크린과 통합 구동회로를 나타낸 예시도.
도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 셀프 터치 센싱 방식을 설명하기 위한 흐름도.
도 11은 본 발명의 제1실시예를 이용한 싱글 터치 포인트 검출 방식의 예시도.
도 12는 본 발명의 제1실시예를 이용한 멀티 터치 포인트 검출 방식의 예시도.
도 13은 본 발명의 제2실시예에 따른 셀프 터치 센싱 방식의 터치 스크린과 통합 구동회로를 나타낸 예시도.
도 14는 본 발명의 제2실시예의 변형예에 따른 셀프 터치 센싱 방식의 터치 전극 구조를 설명하기 위한 도면.
도 15는 본 발명의 제2실시예에 따른 터치 전극 구조의 구현 방법을 설명하기 위한 도면.
도 16은 본 발명의 제2실시예에 따른 셀프 터치 센싱 방식을 설명하기 위한 흐름도.
도 17 내지 도 18은 본 발명의 제1실시예를 이용한 터치 검출 방식의 예시도.
도 19는 종래에 제안된 셀프 터치 센싱 방식과 본 발명에 따른 셀프 터치 센싱 방식 간의 차이점을 비교 설명하기 위한 도면.

이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명에 따른 터치 센서를 갖는 전자장치는 텔레비젼, 셋톱박스, 네비게이션, 영상 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈시어터 및 스마트폰 등으로 구현된다.

본 발명에 따른 터치 센서를 갖는 전자장치는 일례로 표시패널을 기반으로 구현된다. 표시패널은 액정표시패널, 유기발광표시패널, 전기영동표시패널, 플라즈마표시패널 등의 평판표시패널이 선택될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 다만, 이하의 설명에서는 설명의 편의를 위해 액정표시패널을 일례로 설명한다.

<제1실시예>

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치의 구성을 개략적으로 보여 주는 블록도이고, 도 2는 터치 스크린을 갖는 액정표시패널의 단면 예시도이며, 도 3은 인셀 터치 방식의 시분할 구동 기술을 설명하기 위한 파형 예시도이고, 도 4는 셀프 터치 센싱 방식의 터치 스크린과 터치 스크린 구동회로의 구성 예시도이며, 도 5는 통합 구동회로의 블록을 설명하기 위한 예시도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치에는 타이밍 콘트롤러(20), 데이터 구동회로(12), 스캔 구동회로(14), 액정표시패널(DIS), 터치 스크린(TSP) 및 터치 스크린 구동회로(30)가 포함된다.

타이밍 콘트롤러(20)는 호스트 시스템(미도시)으로부터 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호와 더불어 디지털 비디오 데이터(RGB)를 공급받고, 이를 기반으로 데이터 구동회로(12)와 스캔 구동회로(14)를 제어한다.

타이밍 콘트롤러(20)는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock) 및 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등의 스캔 타이밍 제어신호를 기반으로 스캔 구동회로(14)를 제어한다. 타이밍 콘트롤러(20)는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity, POL) 및 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등의 데이터 타이밍 제어신호를 기반으로 데이터 구동회로(12)를 제어한다.

데이터 구동회로(12)는 타이밍 콘트롤러(20)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 생성한다. 데이터 구동회로(12)는 데이터 라인들(D1~Dm)을 통해 데이터전압을 공급한다.

스캔 구동회로(14)는 데이터전압에 동기되는 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 순차적으로 생성한다. 스캔 구동회로(14)는 게이트 라인들(G1~Gn)을 통해 게이트펄스를 공급한다.

액정표시패널(DIS)은 스캔 구동회로(14)로부터 공급된 게이트펄스와 데이터 구동회로(12)로부터 공급된 데이터전압을 기반으로 영상을 표시한다. 액정표시패널(DIS)은 두 장의 기판 사이에 형성된 액정층을 포함한다. 액정표시패널(DIS)은 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 등 공지된 어떠한 액정 모드로도 구현될 수 있다.

액정표시패널(DIS)의 서브 픽셀들은 데이터 라인들(D1~Dm, m은 2 이상의 정수)과 게이트 라인들(G1~Gn, n은 2 이상의 정수)에 의해 정의된다. 하나의 서브 픽셀은 데이터 라인과 게이트 라인의 교차부들에 형성된 TFT(Thin Film Transistor), 데이터전압을 충전하는 화소전극, 화소전극에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등을 포함한다.

액정표시패널(DIS)의 상부 기판(SUB2)의 내면에는 블랙매트릭스, 컬러필터(CF) 등이 형성된다. 액정표시패널(DIS)의 하부 기판(SUB1)의 내면에는 박막 트랜지스터(TFT), 화소전극 및 공통전극(COM) 등이 형성된다. 공통전압이 공급되는 공통전극(COM)은 액정표시패널(DIS)의 상부 기판(SUB2)이나 하부 기판(SUB1)에 형성될 수 있다.

액정표시패널(DIS)의 상부 기판(SUB2)의 외면에는 커버기판(COV)이 부착된다. 커버기판(COV)은 접착부재(ADH)에 의해 액정표시패널(DIS)의 상부 기판(SUB2)의 외면에 부착될 수 있다. 액정표시패널(DIS)은 COT(Color filter On TFT) 구조로 구현될 수 있다. 이 경우, 블랙매트릭스와 컬러필터(CF)는 도면과 달리 액정표시패널(DIS)의 하부 기판(SUB1)에 형성된다.

도시되어 있진 않지만 액정표시패널(DIS)의 상부 기판(SUB2)과 하부 기판(SUB1)의 외면에는 각각 편광판이 부착되고 액정셀(LC)과 접하는 내면에는 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 또한, 도시되어 있진 않지만 액정표시패널(DIS)의 상부 기판(SUB2)과 하부 기판(SUB1) 사이에는 액정셀(LC)의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성된다.

또한, 도시되어 있진 않지만 액정표시패널(DIS)의 상부 기판(SUB2)과 하부 기판(SUB1)에는 상부 편광판과 하부 편광판이 부착된다. 또한, 도시되어 있진 않지만 액정표시패널(DIS)의 하부 편광판의 배면 아래에는 백라이트 유닛이 배치된다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(Direct type) 등으로 구현되어 액정표시패널(DIS)에 광을 제공한다.

터치 스크린 구동회로(30)는 터치 스크린(TSP)을 이용하여 터치의 유무 및 위치를 센싱한다. 터치 스크린 구동회로(30)에는 터치 센서를 구동하기 위한 구동전압을 생성하는 구동회로와 터치 센서를 센싱하고 터치의 유무 및 좌표 정보 등을 검출하기 위한 데이터를 생성하는 센싱회로가 포함된다. 터치 스크린 구동회로(30)의 구동회로와 센싱회로는 하나의 집적회로(IC) 형태로 형성되거나 기능별로 구분되어 분리될 수 있다.

터치 스크린 구동회로(30)는 액정표시패널(DIS) 또는 액정표시패널(DIS)과 접속되는 외부 기판 상에 형성된다. 터치 스크린 구동회로(30)는 센싱라인들(L1~Li, i는 양의 정수)을 통해 터치 스크린(TSP)에 연결된다. 터치 스크린 구동회로(30)는 터치 스크린(TSP)에 형성된 터치 센서들 간의 정전용량의 변화량(또는 정전용량 편차)를 기반으로 터치의 유무 및 위치를 센싱한다.

터치 스크린 구동회로(30)는 사용자의 손가락이 접촉된 위치와 비접촉된 위치 간에 발생하는 정전용량의 차이를 감지하는 방식 등으로 터치의 유무 및 위치를 센싱한다. 터치 스크린 구동회로(30)는 터치의 유무 및 위치에 대한 터치 데이터(HIDxy)를 생성하고 이를 호스트 시스템(미도시)으로 전달한다.

터치 스크린(TSP)은 액정표시패널(DIS)의 표시영역에 인셀 셀프 터치(in-cell self touch)(이하 셀프 터치로 약기함) 방식으로 내장되도록 구현된다. 셀프 터치 센싱 방식의 터치 스크린(TSP)은 액정표시패널(DIS)의 내부면 또는 외부면 등에 존재하는 블록(또는 포인트) 형태의 전극을 터치 센서(또는 터치 전극)로 이용한다.

액정표시패널(DIS)의 경우, 내부에 위치하는 공통전극(COM)으로 터치 센서를 구성하는 것이 보편적이다. 셀프 터치 센싱 방식의 터치 스크린(TSP)은 액정표시패널(DIS)의 내부에 형성된 제M개(M은 4 이상 정수)의 서브 픽셀(예컨대, 가로 32개의 서브 픽셀 * 세로 32개의 서브 픽셀)에 포함된 공통전극(COM)이 하나의 터치 센서를 이루게 된다.

터치 스크린 구동회로(30)는 셀프 터치 센싱 방식의 터치 스크린(TSP)에 연결된 센싱라인(L1 ~ Li)을 통해 터치 구동신호를 공급한다. 터치 스크린 구동회로(30)가 셀프 터치 센싱 방식으로 터치 스크린(TSP)을 센싱할 경우, 이는 센싱라인(L1 ~ Li)을 통해 터치 상태와 노터치 상태의 RC 딜레이(delay) 차이(Δt)를 센싱하고, 인접한 터치 센서들 간의 RC 딜레이 차이가 기준값 이상이 되는 경우 터치가 이루어진 것으로 인식한다.

셀프 터치 센싱 방식의 터치 스크린(TSP)을 갖는 표시장치는 액정표시패널(DIS)의 구동을 고려하여 시간공유(또는 시분할) 센싱(Display time sharing sensing)을 한다. 이 방식은 액정표시패널(DIS)에 영상을 표시하는 디스플레이 구동기간(Display)과 터치 스크린(TSP)을 센싱하는 터치 스크린 구동기간(Touch)이 시간상으로 분할된다. 즉, 디스플레이 구동기간(Display)과 터치 스크린 구동기간(Touch)으로 시분할 구동된다.

디스플레이 구동기간(Display)과 터치 스크린 구동기간(Touch)은 1 프레임 동안 N(N은 1 이상 정수)번 존재한다. 예컨대, 디스플레이 구동기간(Display)과 터치 스크린 구동기간(Touch)은 1 프레임 동안 1번, 2번, 3번, 4번...등 다수로 존재할 수 있다. 이와 같이 1 프레임 동안 여러 번 시분할 구동할 수 있는 방식은 LHB(Long Horizontal Blank)를 이용한 센싱 방식으로 정의될 수 있다.

데이터 구동회로(12)와 스캔 구동회로(14)는 액정표시패널(DIS)을 구동하는 구동회로로서 이들 중 적어도 하나는 터치 스크린 구동회로(30)와 함께 통합형 집적회로(IC) 형태로 구현될 수 있다. 도 4는 데이터 구동회로(12a ~ 12c)와 터치 스크린 구동회로(30a ~ 30c)가 통합형 집적회로(Touch and Display Drive IC; TDDI)(IC; 이하 통합 구동회로로 명명함) 형태로 구현된 예이다.

터치 스크린(TSP)의 터치 센싱 영역은 예컨대 수직 방향(y)을 기준으로 3개의 영역(TSA1 ~ TSA3)으로 구분될 수 있다. 이처럼, 수직 방향(y)에서 터치 센싱 영역에 대해 구분하여 도시한 이유는 통합 구동회로(50a ~ 50c)가 구동할 수 있는 물리적 범위에 따라 설계의 변경이 일어날 수 있음을 보여주기 위한 것이다.

제1통합 구동회로(50a)는 제1터치 영역(TSA1)을 센싱하도록 센싱라인들이 배선된다. 제2통합 구동회로(50b)는 제2터치 영역(TSA2)을 센싱하도록 센싱라인들이 배선된다. 제3통합 구동회로(50c)는 제3터치 영역(TSA3)을 센싱하도록 센싱라인들이 배선된다.

통합 구동회로(50a ~ 50c)는 도 5와 같이 중앙 영역에 데이터 구동회로(12a)(Source IC 또는 Source라고 함)가 존재하고, 그 좌측 영역과 우측 영역에 터치 스크린(TSP)을 구동하는 터치 스크린 구동회로(30aL, 30aR)(Read Out IC 또는 ROIC라고 함)가 존재하도록 구현된다. 이 때문에, 통합 구동회로(50a ~ 50c)는 SR-IC(Source drive and Read out IC)로 명명되기도 한다.

데이터 구동회로(12a)의 데이터패드(SPAD)는 액정표시패널(DIS)의 데이터 라인들(D1~Dm)에 연결되고, 터치 스크린 구동회로(30aL, 30aR)의 터치패드(TPADL, TPADR)는 터치 스크린(TSP)의 센싱라인들(L1 ~ Li)에 연결된다.

터치 스크린 구동회로(30aL, 30aR)는 멀티플렉서(Multiplexer)(MUX) 및 터치 센서 제어부(SENP) 등을 포함한다.

터치 센서 제어부(SENP)는 구동회로와 센싱회로를 포함한다. 터치 센서 제어부(SENP)는 터치의 유무 및 위치를 센싱하기 위한 터치 센싱 알고리즘을 기반으로 구현된다. 터치 센서 제어부(SENP)는 터치 센싱 알고리즘을 이용하여 사용자의 손가락이 접촉된 위치와 비접촉된 위치 간에 발생하는 정전용량의 차이를 검출하고 이를 기반으로 터치의 유무 및 위치를 센싱한다.

터치 센서 제어부(SENP)는 터치 센서(또는 터치 전극)를 센싱하는 센싱회로가 다수 존재하는데 이는 통상 SSU(Self Sensing Unit = AFE)로 명명된다. 센싱회로인 SSU는 증폭기, 스위치, 커패시터 등으로 이루어진 회로이다. SSU는 터치 센서의 개수만큼 통합 구동회로 내에 구현하기 어려우므로 멀티플렉서(MUX)를 통해 터치 스크린(TSP)의 전체를 시분할하여 순차적으로 센싱하게 된다.

멀티플렉서(MUX)는 터치 센서 제어부(SENP)의 제어 하에 터치 스크린(TSP)의 센싱라인들(L1 ~ Li)에 연결된 터치패드(TPADL, TPADR)와 터치 센서 제어부(SENP)의 SSU를 시분할 방식으로 연결한다. 터치 스크린 구동회로(30aL, 30aR)는 멀티플렉서(MUX)를 가지므로 채널의 개수를 줄일 수 있게 된다.

그 결과, 제1 내지 제3통합 구동회로들(50a ~ 50c)은 멀티플렉서(MUX)의 동작에 의해 터치 스크린(TSP)의 제1먹스라인(MUX1)부터 제16먹스라인(MUX16)(또는 제I먹스라인(I는 2 이상 정수))까지 순차적인 센싱을 할 수 있다. 이때, 터치 스크린(TSP)의 센싱 동작은 상부에서부터 시작하여 하부에서 완료되도록 y2 방향으로 진행될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

도 6 및 도 7은 종래에 제안된 셀프 터치 센싱 방식의 문제점을 설명하기 위한 도면들이다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 종래에 제안된 방식은 터치 센서(CS)(또는 터치 전극)와 센싱라인(L1 ~ Li)이 1:1로 연결된 구조를 취하고 있다. 센싱라인들(L1 ~ Li)은 통합 구동회로의 채널들에 1:1로 연결되고 이들을 통해 공통전압/터치 구동신호(Vcom/Tdrv)가 구동기간마다 구분되어 전달된다.

앞서 설명한 바와 같이, 통합 구동회로의 터치 센서 제어부에는 하나의 터치 센서를 센싱하기 위한 SSU(Self Sensing Unit = AFE)가 존재한다. SSU는 멀티플렉서(MUX)를 통해 터치 스크린(TSP)의 전체를 시분할하여 순차적으로 센싱한다.

하지만, 멀티플렉서(MUX)의 비가 증가할수록 단위 전극당 센싱 타임(Sensing Time)이 줄어들게 되므로 이 역시 한계가 존재한다. 또한, 표시패널의 크기가 증가할 경우 터치 스크린 구동회로의 칩(Source drive and Read out IC; SR-IC) 사이즈 또한 증가하게 된다.

그럼에도, 종래에 제안된 인셀 터치 센서 방식은 터치 센서(또는 터치 전극)와 센싱라인이 1:1로 연결된 구조를 취하고 있는바, 표시패널이 대형화될 경우 IC 제작, 배선 라우팅 및 부착 공정 등의 한계가 발생할 수 있음은 물론 제조 비용의 상승을 유발할 수 있는바 이의 개선이 요구된다.

도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 셀프 터치 센싱 방식의 터치 스크린과 통합 구동회로를 나타낸 예시도이고, 도 9는 본 발명의 제1실시예의 변형예에 따른 셀프 터치 센싱 방식의 터치 스크린과 통합 구동회로를 나타낸 예시도이다.

본 발명의 제1실시예에 따른 셀프 터치 센싱 방식은 통합 구동회로의 내부에 존재하는 SSU를 통해 한 번에 하나의 터치 센서(이하 설명의 편의를 위해 터치 센서를 터치 전극으로 설명함)만 센싱하지 않고 J(J는 2 이상 정수)개의 터치 전극을 동시에 센싱하도록 구성된다. 본 발명의 제1실시예에 따른 셀프 터치 센싱 방식을 이용하면 LHB 구간의 개수를 감소시킬 수 있다.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3센싱라인(L1 ~ L3)은 홀수 비어홀(VHO)을 통해 적어도 두 개의 홀수 터치 전극들(CSO)과 전기적으로 연결된다. 이때, 적어도 두 개의 홀수 터치 전극들(CSO)은 상하에 연속 배치된 인접 터치 전극에 해당한다. 제1 내지 제3센싱라인(L1 ~ L3)은 세로방향에서 보았을 때 홀수 라인에 배치된 홀수 터치 전극들(CSO)을 센싱하므로 설명의 편의를 위해 홀수 전극 센싱라인(L1 ~ L3)으로 명명한다.

제4 내지 제6센싱라인(L4 ~ L6)은 짝수 비어홀(VHE)을 통해 적어도 두 개의 짝수 터치 전극들(CSE)과 전기적으로 연결된다. 이때, 적어도 두 개의 짝수 터치 전극들(CSE)은 상하에 불연속 배치된 이격 터치 전극에 해당한다. 제4 내지 제6센싱라인(L4 ~ L6)은 세로방향에서 보았을 때 짝수 라인에 배치된 짝수 터치 전극들(CSE)을 센싱하므로 설명의 편의를 위해 짝수 전극 센싱라인(L4 ~ L6)으로 명명한다.

홀수 전극 센싱라인(L1 ~ L3)과 짝수 전극 센싱라인(L4 ~ L6)은 각각 세 개만 도시하였다. 그러나 이는 터치 스크린(TSP)의 수직방향에 배치된 터치 전극의 개수와 통합 구동회로의 채널의 개수 등 설계 방식에 따라 달라질 수 있는바 이에 한정되지 않는다. 즉, 홀수 전극 센싱라인(L1 ~ L3)과 짝수 전극 센싱라인(L4 ~ L6)은 K(K는 3 이상 정수)개로 배선된다.

홀수 터치 전극들(CSO)과 짝수 터치 전극들(CSE)은 사각형, 다각형, 타원형 또는 원형으로 패턴될 수 있다. 그러나 이하에서는 설명의 편의를 위해 홀수 터치 전극들(CSO)과 짝수 터치 전극들(CSE)이 사각형으로 패턴된 것을 일례로 설명한다.

홀수 전극 센싱라인(L1 ~ L3)과 달리 짝수 전극 센싱라인(L4 ~ L6)은 도 8과 같이 아주 멀리 떨어져 있는 두 개의 터치 전극을 동시에 센싱하도록 접속되거나 도 9와 같이 하나의 터치 전극을 사이에 두고 이격된 두 개의 터치 전극을 동시에 센싱하도록 접속되는 등 다양한 형태로 구현 가능하다. 즉, 짝수 전극 센싱라인(L4 ~ L6)은 적어도 하나의 터치 전극을 사이에 두고 상하로 이격된 두 개의 터치 전극을 동시에 센싱하도록 접속된 구조면 가능하다.

위와 같이, 홀수 터치 전극들(CSO)을 센싱하는 홀수 전극 센싱라인(L1 ~ L3)과 짝수 터치 전극들(CSE)을 센싱하는 짝수 전극 센싱라인(L4 ~ L6)의 형태로 터치 전극과 센싱라인을 분리하면 터치 알고리즘 등에 의해 각 라인을 통해 센싱한 센싱값을 용이하게 분리할 수 있다.

예컨대, 홀수 터치 전극(CSO)의 센싱값은 이 전극과 상하로 인접하는 짝수 터치 전극(CSE)의 센싱값의 비율에 따라 할당 또는 분할하여 개별 센싱된 값으로 구분(또는 분리)할 수 있다. 그러므로 이와 같은 방식을 취하면 동시에 두 개의 터치 전극의 센싱값을 얻더라도 이를 용이하게 구분해 낼 수 있다. 그 결과, SSU는 터치 알고리즘에 따라 한 번에 J(J는 2 이상 정수)개의 터치 전극을 동시에 센싱할 수 있게 된다.

위의 설명에서는 짝수 전극 센싱라인(L4 ~ L6)이 적어도 하나의 터치 전극을 사이에 두고 상하로 이격된 두 개의 터치 전극과 접속된 구조를 취하는 것을 일례로 설명하였다. 그러나 이는 짝수 터치 전극들(CSE)과 짝수 전극 센싱라인(L4 ~ L6)이 아닌 홀수 터치 전극들(CSO)과 홀수 전극 센싱라인(L1 ~ L3)으로 변경될 수 있다.

본 발명의 제1실시예와 같이 홀수 터치 전극을 연속하여 홀수 전극 센싱라인에 연결하고, 짝수 터치 전극을 불연속하여 짝수 전극 센싱라인에 연결하는 구조는 센싱되는 위치를 다르게 배치하기 용이하므로 좌우로 인접한 두 개의 홀수 및 짝수 터치 전극의 센싱값을 얻더라도 이를 터치 알고리즘에 의해 용이하게 구분해 낼 수 있게 되어 센싱라인의 갯수를 줄일 수 있게 된다.

이와 달리, 홀수 터치 전극을 연속하여 홀수 전극 센싱라인에 연결하고, 짝수 터치 전극 또한 연속하여 짝수 전극 센싱라인에 연결할 경우 센싱되는 위치를 다르게 배치하기 어려우므로 좌우로 인접한 두 개의 홀수 및 짝수 터치 전극의 센싱값을 얻을 경우 이를 터치 알고리즘으로 구분하는 것 또한 어려워진다.

따라서, 본 발명의 제1실시예와 같이 터치 전극 및 센싱라인의 구조를 갖는 표시장치는 구조상 센싱라인들을 통해 획득한 터치 로우 데이터(Touch Raw Data) 값을 기존 구조 대비 절반 이하로 낮출 수 있다. 그리고 주변부 터치 전극의 가중평균(Weighted Sum) 또는 기타 보간법 등의 터치 알고리즘으로 손쉽게 터치 포인트(Touch Point)를 구분하는 것이 가능하다.

이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 셀프 터치 센싱 방식과 이를 이용한 싱글 터치 및 멀티 터치 검출의 예를 설명한다.

도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 셀프 터치 센싱 방식을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 11은 본 발명의 제1실시예를 이용한 싱글 터치 포인트 검출 방식의 예시도이며, 도 12는 본 발명의 제1실시예를 이용한 멀티 터치 포인트 검출 방식의 예시도이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 셀프 터치 센싱 방식은 도 9 또는 도 10과 같이 구성된 터치 전극 및 센싱라인의 구조를 갖는 표시장치에 이용되므로 이를 함께 참조한다.

전극별 정전용량의 세기를 검출하는 단계(S110)는 홀수 전극 센싱라인(L1 ~ L3)과 짝수 전극 센싱라인(L4 ~ L6)을 통해 홀수 터치 전극들(CSO)과 짝수 터치 전극들(CSE)을 센싱하고, 이들로부터 전극별 정전용량의 세기를 검출하는 단계이다.

전극별 정전용량 세기가 문턱전압 레벨(Threshold Level)보다 높은지를 판단하는 단계(S120)는 홀수 터치 전극들(CSO)과 짝수 터치 전극들(CSE)로부터 검출된 정전용량의 세기가 내부에 설정된 문턱전압 레벨보다 높은지를 판단하는 단계이다.

홀수 터치 전극들(CSO)과 짝수 터치 전극들(CSE)로부터 검출된 정전용량의 세기가 문턱전압 레벨보다 낮으면(아니오), 터치에 해당하지 않는 논 터치(Non Touch)로 간주되어 이 정전용량값은 제외된다(S170).

이와 달리, 홀수 터치 전극들(CSO)과 짝수 터치 전극들(CSE)로부터 검출된 정전용량의 세기가 문턱전압 레벨보다 높으면(예), 터치에 해당하는 정전용량값으로 간주하여 터치 세기를 분리하는 단계(S140, S150) 등을 진행하게 된다.

홀수 라인 터치(Odd Line Touch)의 세기를 분리하는 단계(S140)는 인접하는 홀수 터치 전극들(CSO)로부터 검출된 정전용량의 세기(인접 Touch 동시 Sensing Point)를 분리하는 단계이다.

짝수 라인 터치(Even Line Touch)의 세기를 분리하는 단계(S150)는 이격하는 짝수 터치 전극들(CSE)로부터 검출된 정전용량의 세기(이격 Touch 동시 Sensing Point)를 분리하는 단계이다.

홀수 전극 센싱라인은 상하에 연속 배치된 홀수 터치 전극들(CSO)로부터 정전용량을 검출하고, 짝수 전극 센싱라인은 상하에 불연속 배치된 짝수 터치 전극들(CSE)로부터 정전용량을 검출한다. 따라서, 홀수 라인 터치(Odd Line Touch)의 세기를 분리하는 단계(S140)와 짝수 라인 터치(Even Line Touch)의 세기를 분리하는 단계(S150)는 홀수 터치 전극들(CSO)과 짝수 터치 전극들(CSE)로부터 검출된 정전용량을 각각 하나씩 분리 및 구분하기 위해 수행된다.

각 인접 짝수 라인(Even Line)값을 기준으로 전극별 가중치를 부여하는 단계(S160)는 짝수 터치 전극들(CSE)로부터 검출된 정전용량값을 기준으로 홀수 터치 전극들(CSO)에 대해 전극별 가중치를 부여하여 실질적인 터치 포인트가 홀수 터치 전극들(CSO)과 짝수 터치 전극들(CSE)이 배치된 곳에서 어느 방향에 더 가깝게 위치하는지를 판단하기 위해 수행된다. 이때, 짝수 터치 전극들(CSE)로부터 검출된 정전용량값은 홀수 터치 전극들(CSO)에 대해 전극별 가중치를 부여할 때 사용할 수 있는 참고치로 사용된다.

각 인접 홀수 라인(Odd Line)값을 비교하여 터치(Touch) 여부를 판단하는 단계(S170)는 홀수 터치 전극들(CSO)로부터 검출된 정전용량값들을 비교하여 실질적인 터치 포인트가 어느 위치에서 이루어진 것인지를 판단하기 위해 수행된다.

분리 전극을 기준으로 터치 포인트(Touch Point)를 산출하는 단계(S180)는 홀수 터치 전극들(CSO)과 짝수 터치 전극들(CSE)로부터 검출된 정전용량값을 기준으로 실질적인 터치 포인트와 더불어 터치 포인트가 홀수 터치 전극들(CSO)과 짝수 터치 전극들(CSE)이 배치된 곳에서 어느 방향에 더 가깝게 위치하는지를 산출한다.

본 발명의 제1실시예는 위의 터치 검출 방식을 이용하여 싱글 터치 포인트와 멀티 터치 포인트를 검출할 수 있는데 이의 예를 설명하면 다음과 같다. 이하, 도 10 내지 도 12를 참조한다.

-싱글 터치 포인트의 검출 예시-

싱글 터치 포인트의 검출 예시는 도 11의 터치 스크린(TSP)에서 블록(BL)으로 표시되어 있는 부분에 "TP"로 표시되어 있는 터치 포인트에 대한 예시이다. 이때, 터치와 논 터치 간의 감도 차이는 포인트당 100인 것을 일례로 한다.

도 11에서, 1a와 1a', 1b와 1b', 1c와 1c'은 상하에 연속 배치된 홀수 터치 전극들을 의미한다. 2a와 2a', '2c와 2c', 17c와 17c'은 상하에 불연속 배치된 짝수 터치 전극들을 의미한다.

전극별 정전용량의 세기를 검출하는 단계(S110)를 수행하면, 홀수 터치 전극들과 짝수 터치 전극들에 대한 정전용량의 세기가 검출된다. 그리고 전극별 정전용량 세기가 문턱전압 레벨(Threshold Level)보다 높은지를 판단하는 단계(S120)를 수행하면, 검출된 전극별 정전용량 중 문턱전압 레벨보다 높은값만 검출된다.

이때, "TP"로 표시되어 있는 부분이 터치 포인트이므로 이와 관계하는 전극들 중심으로 정전용량의 세기가 검출되고 다른 값들은 문턱전압 레벨보다 낮을 것이므로 제외되어 다음과 같은 값이 검출된다.

상하에 연속 배치된 제1b1b’홀수 터치 전극들(1b1b’)의 정전용량은 50의 값을 갖는 것으로 검출된다. 상하에 불연속 배치된 제2c2c’짝수 터치 전극들(2c2c’)의 정전용량은 25의 값을 갖는 것으로 검출된다. 상하에 불연속 배치된 제17c17c’짝수 터치 전극들(17c17c’)의 정전용량은 25의 값을 갖는 것으로 검출된다.

홀수 라인 터치(Odd Line Touch)의 세기를 분리하는 단계(S140)와 짝수 라인 터치(Even Line Touch)의 세기를 분리하는 단계(S150)를 수행하면 이들로부터 검출된 정전용량의 세기(이격 Touch 동시 Sensing Point)는 분리된다.

각 인접 짝수 라인(Even Line)값을 기준으로 전극별 가중치를 부여하는 단계(S160)에 의해, 제1b1b’홀수 터치 전극들(1b1b’)은 자신과 인접하는 짝수 라인(Even Line)값을 기준으로 전극별 가중치를 부여받는다. 홀수 라인 터치(Odd Line Touch)의 세기를 분리하기 위한 식을 제1b홀수 터치 전극(1b)을 기준으로 수식을 정립하면 하기와 같다.

제1b홀수 터치 전극(1b)은 제1b1b’홀수 터치 전극들(1b1b’) × (자신과 인접하는 제2c2c’짝수 터치 전극들(2c2c’) / 자신과 인접하는 제2c2c’짝수 터치 전극들(2c2c’) + 자신과 인접하는 제17c17c’짝수 터치 전극들(17c17c’))로 산출된다. 위의 수식에 따라 제1b홀수 터치 전극(1b)과 제1b'홀수 터치 전극(1b')에 대한 세기를 분리하면 다음과 같다.

1b : 50 × (25 / (25 + 25)) = 25

1b’: 50 × (25 / (25 + 25)) = 25

이때, 2c2c’= 17c17c’와 같은 값이 검출되면, 터치 포인트는 1b1b’의 가운데에 위치한다고 판단할 수 있다.

각 인접 홀수 라인(Odd Line)값을 비교하여 터치(Touch) 여부를 판단하는 단계(S170)에 의해, 제2c2c’짝수 터치 전극들(2c2c’)과 제17c17c’짝수 터치 전극들(17c17c’)은 자신과 인접하는 홀수 라인(Odd Line)값과 비교한다. 이때 비교 결과에 따라 전극별 가중치를 부여받을 수도 있다. 제2c2c’짝수 터치 전극들(2c2c’)과 제17c17c’짝수 터치 전극들(17c17c’)을 인접 홀수 라인(Odd Line)값을 비교한 결과는 다음과 같다.

2c : 1b1b’ (50) > 1d1d’ (0)

이 경우, 제2c2c’짝수 터치 전극들(2c2c’)의 값 25는 전부 제2c짝수 터치 전극(2c) 영역의 것으로 판단할 수 있다.

17c : 1b1b’ (50) > 1d1d’ (0)

이 경우, 제17c17c’짝수 터치 전극들(17c17c’)의 값 25는 전부 제17짝수 터치 전극들(17c) 영역의 것으로 판단할 수 있다.

이후 분리 전극을 기준으로 터치 포인트(Touch Point)를 산출하는 단계(S180)를 거치면, 홀수 터치 전극들(CSO)과 짝수 터치 전극들(CSE)로부터 검출된 정전용량값을 기준으로 실질적인 터치 포인트와 더불어 터치 포인트가 홀수 터치 전극들(CSO)과 짝수 터치 전극들(CSE)이 배치된 곳에서 어느 방향에 더 가깝게 위치하는지를 산출할 수 있다.

위의 예에 따르면, 터치 포인트(TP)는 제1b1b’홀수 터치 전극들(1b1b’)과 제2c17c 짝수 터치 전극들(2c17c)에 위치하는 것으로 검출된다. 그리고 터치 포인트(TP)는 어느 한쪽으로 치우치지 않고 터치 포인트(TP)를 구성하는 전극들(1b1b’, 2c17c)의 정중앙에 위치하는 것으로 검출된다.

-멀티 터치 포인트의 검출 예시-

멀티 터치 포인트의 검출 예시는 도 12의 터치 스크린(TSP)에 "TP1, TP2, TP3, TP4"로 표시되어 있는 멀티 터치 포인트(TP1 ~ TP4)에 대한 예시이다. 이때, 터치와 논 터치 간의 감도 차이는 포인트당 100인 것을 일례로 한다.

도 11에서, 1a와 1a', 1b와 1b', 1c와 1c', 18b와 18b', 3c와 3c'은 상하에 연속 배치된 홀수 터치 전극들을 의미한다. 2a와 2a', 17a와 17a', 2c와 2c', 17c와 17c', 2d와 2d' 17d와 17d'은 상하에 불연속 배치된 짝수 터치 전극들을 의미한다.

멀티 터치 포인트의 검출은, 기본적으로 짝수 열에 쌍(Pair)으로 센싱되는 2개의 터치 전극을 최대한 멀리(Display 절반 기준 배치) 배치한다. 사람의 손가락 모양을 고려하면 터치 전극들이 중첩되는 경우는 잘 없을 것으로 판단되나, 혹시나 중첩되는 경우 아래와 같은 알고리즘을 하나의 처리 방안으로 활용할 수 있다.

이하, "TP1, TP2, TP3, TP4"가 동시에 터치 된 것을 일례로 설명한다. 또한, 각 터치 전극들에서 검출된 정전용량의 세기는 싱글 터치 포인트의 검출 예에서 설명한 바 있으므로 정전용량의 세기만 간략히 기재하고, 멀티 터치 포인트 검출과 관련된 부분만 설명한다.

제1a1a'홀수 터치 전극들(1a1a')의 정전용량은 50,

제2a2a'짝수 터치 전극들(2a2a')의 정전용량은 75,

제17a17a'짝수 터치 전극들(17a17a')의 정전용량은 75로 검출된다.

짝수 라인값을 기준으로 중첩 여부를 판단한다.

이때, 제1a1a'홀수 터치 전극들(1a1a')과 제1c1c'홀수 터치 전극들(1c1c')만 비교하거나 좌우에 위치하는 홀수 터치 전극들을 모두 비교할 수 있다.

"TP1, TP2, TP3, TP4"는 동시에 터치됨에 따라 중첩된 것이다.

제1a1a'홀수 터치 전극들(1a1a')의 정전용량은 50,

제1c1c'홀수 터치 전극들(1c1c')의 정전용량은 10 (10으로 나타난 것으로 가정 함), 필요하다면 제3c3c'홀수 터치 전극들(3c3c')도 비교한다. 비교 결과, 제1a1a'홀수 터치 전극들(1a1a')의 정전용량 50이 제1c1c'홀수 터치 전극들(1c1c')의 정전용량 10보다 높게 검출된다.

싱글 터치 포인트의 검출 시 사용된 수식에 따라 제2짝수 터치 전극(2a)과 제2'짝수 터치 전극(2a')에 대한 세기를 분리하면 다음과 같다.

2a : 75 × ( 5 × (5 + 50)) = 12.5

2a' : 75 × ( 50 × (10 + 50)) = 62.5

위의 예에 따르면, 터치 포인트(TP1, TP2, TP3, TP4)는 제2a짝수 터치 전극(2a)보다 제2a'짝수 터치 전극(2a')에 더 가까운 것으로 판단할 수 있다.

한편, 위의 설명에서는 터치 스크린이 본 발명의 제1실시예와 같은 구조로 구성된 경우 이를 알고리즘적으로 분리하고 터치 포인트를 검출해내기 위한 방법에 대한 예시 중 하나를 설명한 것일 뿐이다. 그러므로 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

<제2실시예>

도 13은 본 발명의 제2실시예에 따른 셀프 터치 센싱 방식의 터치 스크린과 통합 구동회로를 나타낸 예시도이고, 도 14는 본 발명의 제2실시예의 변형예에 따른 셀프 터치 센싱 방식의 터치 전극 구조를 설명하기 위한 도면이며, 도 15는 본 발명의 제2실시예에 따른 터치 전극 구조의 구현 방법을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 제2실시예에 따른 셀프 터치 센싱 방식은 통합 구동회로의 내부에 존재하는 SSU를 통해 한 번에 하나의 터치 센서(이하 설명의 편의를 위해 터치 센서를 터치 전극으로 설명함)만 센싱하지 않고 J(J는 2 이상 정수)개의 터치 전극을 동시에 센싱하도록 구성된다. 본 발명의 제2실시예에 따른 셀프 터치 센싱 방식을 이용하면 LHB 구간의 개수를 감소시킬 수 있다.

도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3센싱라인(L1 ~ L3)은 홀수 비어홀(VHO)을 통해 적어도 한 개의 홀수 터치 전극들(CSO)과 전기적으로 연결된다. 제1 내지 제3센싱라인(L1 ~ L3)은 홀수 터치 전극들(CSO)을 센싱하므로 설명의 편의를 위해 홀수 전극 센싱라인(L1 ~ L3)으로 명명한다.

제4 내지 제6센싱라인(L4 ~ L6)은 짝수 비어홀(VHE)을 통해 적어도 한 개의 짝수 터치 전극들(CSE)과 전기적으로 연결된다. 제4 내지 제6센싱라인(L4 ~ L6)은 짝수 터치 전극들(CSE)을 센싱하므로 설명의 편의를 위해 짝수 전극 센싱라인(L4 ~ L6)으로 명명한다.

홀수 전극 센싱라인(L1 ~ L3)과 짝수 전극 센싱라인(L4 ~ L6)은 각각 세 개만 도시하였다. 그러나 이는 터치 스크린(TSP)의 수직방향에 배치된 터치 전극의 개수와 통합 구동회로의 채널의 개수 등 설계 방식에 따라 달라질 수 있는바 이에 한정되지 않는다. 즉, 홀수 전극 센싱라인(L1 ~ L3)과 짝수 전극 센싱라인(L4 ~ L6)은 K(K는 3 이상 정수)개로 배선된다.

홀수 터치 전극들(CSO)과 짝수 터치 전극들(CSE)은 사각형, 다각형, 타원형 또는 원형으로 패턴될 수 있다. 그러나 이하에서는 설명의 편의를 위해 홀수 터치 전극들(CSO)과 짝수 터치 전극들(CSE)이 사각형으로 패턴된 것을 일례로 설명한다.

홀수 터치 전극들(CSO)과 짝수 터치 전극들(CSE)은 서로 동일 선상에 위치하도록 배치되지 않고 서로 다른 선상에 위치하도록 상하로 엇갈려 배치된다. 홀수 터치 전극들(CSO)과 짝수 터치 전극들(CSE)은 도 13과 같이 전극이 하나로 통합되기 전에 한 개의 터치 전극을 정의하는 크기(또는 세로 방향의 높이)만큼 상하로 엇갈리도록 배치되거나 도 14와 같이 두 개의 터치 전극의 크기만큼 상하로 엇갈리도록 배치되는 등 다양한 형태로 구현 가능하다. 즉, 홀수 터치 전극들(CSO)과 짝수 터치 전극들(CSE)은 적어도 일부 영역이 중첩하도록 상하로 엇갈려 배치된 구조면 가능하다.

도면 상에서는 홀수 터치 전극들(CSO)과 짝수 터치 전극들(CSE)이 상하로 엇갈린 상태이지만 보는 방향에 따라 홀수 터치 전극들(CSO)과 짝수 터치 전극들(CSE)은 좌우로 엇갈린 상태로 보일 수도 있다.

종래는 물론 제1실시예에서는 도 15의 (a)와 같이, 홀수 터치 전극들(CSO)과 짝수 터치 전극들(CSE)이 동일 선상에 위치하도록 배치된 구조를 사용한다. 이와 달리 제2실시예에서는 도 15의 (b)와 같이, 상하로 인접하는 적어도 두 개의 터치 전극(CSO1, CSO2 또는 CSE1, CSE2)을 하나로 통합하여 패턴하는 형태로 홀수 터치 전극들(CSO)과 짝수 터치 전극들(CSE)의 적어도 일부 영역이 상하로 엇갈리도록 배치한다.

위에서는 홀수 터치 전극들(CSO)과 짝수 터치 전극들(CSE)의 적어도 일부 영역이 상하로 엇갈리도록 배치하기 위한 방법으로써 도 15를 일례로 도시하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

위와 같이, 홀수 터치 전극들(CSO)과 짝수 터치 전극들(CSE)의 적어도 일부 영역이 상하로 엇갈리도록 배치하면 터치 알고리즘에 의해 각 라인을 통해 센싱한 센싱값에 가중평균이나 가중치 등의 방법으로 을 적용하여 용이하게 분리할 수 있다.

본 발명의 제2실시예와 같이 터치 전극 및 센싱라인의 구조를 갖는 표시장치는 구조상 센싱라인들을 통해 획득한 터치 로우 데이터(Touch Raw Data) 값을 기존 구조 대비 절반 이하로 낮출 수 있다. 하지만, 주변부 터치 전극의 가중평균 또는 기타 보간법 등의 알고리즘으로 손쉽게 터치 포인트(Touch Point)를 구분하는 것이 가능하다.

이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 셀프 터치 센싱 방식과 이를 이용한 싱글 터치 및 멀티 터치 검출의 예를 설명한다.

도 16은 본 발명의 제2실시예에 따른 셀프 터치 센싱 방식을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 17 내지 도 18은 본 발명의 제1실시예를 이용한 터치 검출 방식의 예시도이다.

도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 셀프 터치 센싱 방식은 도 13 또는 도 14와 같이 구성된 터치 전극 및 센싱라인의 구조를 갖는 표시장치에 이용되므로 이를 함께 참조한다.

전극별 정전용량의 세기를 검출하는 단계(S210)는 홀수 전극 센싱라인(L1 ~ L3)과 짝수 전극 센싱라인(L4 ~ L6)을 통해 홀수 터치 전극들(CSO)과 짝수 터치 전극들(CSE)을 동시 또는 구분 센싱하고, 이들로부터 전극별 정전용량의 세기를 검출하는 단계이다.

전극별 정전용량 비교 및 가장 큰 전극을 검출하는 단계(S220)는 홀수 터치 전극들(CSO)과 짝수 터치 전극들(CSE)로부터 검출된 정전용량을 비교하고 이들 중 가장 큰 전극(가장 큰 정전용량을 갖는 전극)을 검출하는 단계이다. 가장 큰 정전용량은 터치 포인트의 중심 좌표로 정의된다.

홀수 터치 전극들(CSO)과 짝수 터치 전극들(CSE)로부터 검출된 정전용량을 비교한 결과 가장 큰 정전용량을 갖는 전극이 없는 경우, 터치에 해당하지 않는 논 터치로 간주되어 이 정전용량값은 제외된다.

수평 라인(Line)의 가중평균을 계산하는 단계(S230)는 홀수 터치 전극들(CSO)과 짝수 터치 전극들(CSE)로부터 검출된 정전용량 중 가장 큰 정전용량을 갖는 전극을 기준으로 우측과 좌측 전극에 가중치를 부여하는 단계이다.

이 단계에서, 가장 큰 정전용량을 갖는 전극을 기준으로 우측에 인접한 A(A는 2 이상 정수) 개의 터치 전극의 정전용량에는 (+, 플러스) 가중치를 부여한다. 반면, 가장 큰 정전용량을 갖는 전극을 기준으로 좌측에 인접한 A 개의 터치 전극의 정전용량에는 (-, 마이너스) 가중치를 부여한다. 한편, 이 단계에서는 가장 큰 정전용량을 갖는 전극을 기준으로 우측에 인접한 터치 전극의 정전용량에 (-) 가중치를 부여하고, 좌측에 인접한 터치 전극의 정전용량에 (+) 가중치를 부여할 수도 있다.

수직 라인(Line)의 가중평균을 계산하는 단계(S240)는 홀수 터치 전극들(CSO)과 짝수 터치 전극들(CSE)로부터 검출된 정전용량 중 가장 큰 정전용량을 갖는 전극을 기준으로 상측과 하측 전극에 가중치를 부여하는 단계이다.

이 단계에서, 가장 큰 정전용량을 갖는 전극을 기준으로 상측에 인접한 A 개의 터치 전극의 정전용량에는 (+) 가중치를 부여한다. 반면, 가장 큰 정전용량을 갖는 전극을 기준으로 하측에 인접한 A 개의 터치 전극의 정전용량에는 (-) 가중치를 부여한다. 한편, 이 단계에서는 가장 큰 정전용량을 갖는 전극을 기준으로 상측에 인접한 터치 전극의 정전용량에 (-) 가중치를 부여하고, 하측에 인접한 터치 전극의 정전용량에 (+) 가중치를 부여할 수도 있다.

수평 라인(Line)의 가중평균을 계산하는 단계(S230)와 수직 라인(Line)의 가중평균을 계산하는 단계(S240)를 진행하면 가장 큰 터치 포인트를 중심으로 하는 주변부(주변 터치 전극)의 정전용량값에 가중평균을 가감하여 중심 좌표가 어느 방향으로 더 치우쳐져 있는지를 도출(산출)해 낼 수 있다.

각 가중치를 적용한 후 이동 좌표를 산출하는 단계(S250)는 터치 포인트가 중심 좌표를 기준으로 어느 방향으로 더 치우쳐져 있는지를 판단한 후 이동 좌표를 산출하기 위해 앞서 산출한 각 가중치를 중심 좌표와 인접한 터치 전극들에 적용한다.

표시장치(Display)의 해상도에 맞게 변환하는 단계(S260)는 터치 스크린으로부터 검출된 터치 포인트를 표시장치의 해상도게 맞게 변환하는 단계이다. 표시장치(Display)의 해상도에 맞게 변환하는 단계는 통상의 방법을 이용한다.

본 발명의 제2실시예는 위의 터치 검출 방식을 이용하여 터치 포인트를 검출할 수 있는데 이의 예를 설명하면 다음과 같다. 이하, 도 16 내지 도 18을 참조한다.

도 17의 터치 스크린(TSP)에 표시되어 있는 숫자는 SSU(AFE)의 번호를 나타내고, "TP"로 표시되어 있는 부분은 터치 포인트를 나타내며, 도 18은 도 17의 터치 스크린(TSP)으로부터 검출된 정전용량값을 수치화한 값과 "TP"영역을 확대 도시한 것이다.

본 발명의 제2실시예는 홀수 터치 전극들(CSO)과 짝수 터치 전극들(CSE)이 상하로 엇갈리도록 배치되어 있으므로, 각 전극별로 정전용량값(터치 데이터값)을 읽어들이고 잡음 제거(Noise Cancelation)를 거친 후 이진화(Binarization)를 진행할 수 있다. 이 경우, 전극별로 검출된 정전용량값(터치 데이터값) 중 임계값(threshold) 이하의 값은 모두 제외되고 임계값 이상만 터치 포인트 검출에 사용된다.

이진화 진행시 터치 스크린(TSP)에서 정확한 터치 좌표를 검출하기 위해 수평 및 수직 라인의 가중평균을 계산하는 단계(S230, S240)를 수행하면 가장 큰 터치 포인트를 중심으로 하는 주변부(주변 터치 전극)의 정전용량값에 가중평균을 가감하여 중심 좌표의 위치를 도출(산출)해 낼 수 있다.

도 18에 도시된 "TP" 영역의 "f, g, i, k, l" 중 가장 큰 터치 포인트(5278)인 i를 중심으로, 주변 터치 전극의 정전용량값에 가중평균을 가감하여 중심 좌표의 위치를 도출(산출)해 내는 것의 일례를 설명하면 다음의 수학식으로 설명된다. 하기의 수학식에서, x는 가로축, y는 세로축을 의미한다.

위의 수학식과 같이 산출된 가중치(168, 96)를 바탕으로 적절한 계수를 더하면 표시장치의 해상도에 맞는 터치 포인트의 좌표로 추출해낼 수 있다.

한편, 위의 설명에서는 터치 스크린이 본 발명의 제2실시예와 같은 구조로 구성된 경우 이를 알고리즘적으로 분리하고 터치 포인트를 검출해내기 위한 방법에 대한 예시 중 하나를 설명한 것일 뿐이다. 그러므로 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

도 19는 종래에 제안된 셀프 터치 센싱 방식과 본 발명에 따른 셀프 터치 센싱 방식 간의 차이점을 비교 설명하기 위한 도면이다.

도 19의 (a)에 도시된 바와 같이, 종래에 제안된 구조는 예컨대 30개의 터치 전극을 센싱하기 위해 30개의 SSU(30EA SSU)를 갖도록 터치 스크린 구동회로(30aL, 30aR)를 설계하게 된다. 그 이유는 종래에 제안된 셀프 터치 센싱 방식은 통합 구동회로(50a)의 터치 스크린 구동회로(30aL, 30aR)에 포함된 SSU가 한 개의 터치 전극을 센싱하는 구조를 취하기 때문이다.

도 19의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 구조는 예컨대 30개의 터치 전극을 센싱하기 위해 15개의 SSU(15EA SSU)를 갖도록 터치 스크린 구동회로(30aL, 30aR)를 설계하게 된다. 그 이유는 본 발명에 따른 셀프 터치 센싱 방식은 통합 구동회로(50a)의 터치 스크린 구동회로(30aL, 30aR)에 포함된 SSU가 적어도 두 개의 터치 전극을 센싱하는 구조를 취하기 때문이다.

그러므로 본 발명에 따른 셀프 터치 센싱 방식은 터치 전극과 센싱라인이 J(J는 2 이상 정수):1로 연결된 구조를 취하므로 표시패널이 대형화되더라도 IC 제작, 배선 라우팅 및 부착 공정 등의 한계를 극복할 수 있음은 물론 제조 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

한편, 본 발명의 설명에서 인접하여 배치된 터치 전극에는 상하, 좌우뿐만 아니라 대각선 방향으로 바로 이웃하여 배치된 터치 전극 또한 인접하여 배치된 터치 전극 또한 포함될 수 있다. 그리고 홀수 터치 전극과 홀수 터치 전극과 인접하는 홀수 터치 전극은 제1터치 전극과 제3터치 전극으로 명명될 수 있고, 짝수 터치 전극과 짝수 터치 전극과 인접하는 짝수 터치 전극은 제2터치 전극과 제4터치 전극으로 명명될 수 있다. 그리고 홀수 터치 전극과 짝수 터치 전극에 구분되어 연결된 홀수 전극 센싱라인과 짝수 전극 센싱라인은 제1센싱라인과 제2센싱라인으로 명명될 수 있다. 그리고 제1센싱라인과 제2센싱라인은 상호 인접하여 배치될 수도 있고, 인접하여 배치되지 않을 수도 있다.

이상 본 발명은 터치 전극을 센싱하기 위한 터치 채널을 종래 기술 대비 절반 이하로 절감할 수 있는 터치 스크린 구동회로(Read Out IC)를 제공할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 멀티 채널을 한번에 센싱 가능하므로 터치 스크린 구동회로의 SSU(Self Sensing Unit) 블록의 개수를 줄일 수 있고, 이를 통해 칩 크기(Chip Size)의 절감에 따른 비용 절감(CI)을 달성할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 칩 크기의 제약 사항을 극복 가능하므로 고해상도 및 대면적 인셀 터치 스크린을 용이하게 구현할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 터치 성능을 크게 요구하지 않는 저사양 또는 저가형 제품 구현시 멀티 센싱 채널을 더 늘릴 수 있으므로 칩 크기 절감이 필요한 제품에 유리하게 적용할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 터치 스크린 구동회로의 SSU의 개수를 그대로 유지시킬 경우 터치 센싱 시간을 절반 이하로 줄여 고해상도 모델에도 터치 스크린을 확대 적용할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 표시패널이 대형화될 경우 IC 제작, 배선 라우팅 및 부착 공정 등의 한계가 발생할 수 있음은 물론 제조 비용의 상승을 유발 요인을 개선할 수 있는 효과가 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

20: 타이밍 콘트롤러 12: 데이터 구동회로
14: 스캔 구동회로 DIS: 액정표시패널
TSP: 터치 스크린 30: 터치 스크린 구동회로
50a ~ 50d: 통합 구동회로 COM: 공통전극
L1 ~ L3: 홀수 전극 센싱라인 VHO: 홀수 비어홀
CSO: 홀수 터치 전극들 L4 ~ L6: 제4 내지 제6센싱라인
VHE: 짝수 비어홀 CSE: 짝수 터치 전극들

Claims (16)

1. 제1터치 전극 및 상기 제1터치 전극과 인접한 제3터치 전극과 전기적으로 연결된 제1센싱라인에 연결된 채널과, 제2터치 전극 및 상기 제2터치 전극과 인접하지 않은 제4터치 전극과 전기적으로 연결된 제2센싱라인에 연결된 채널을 갖는 멀티플렉서; 및
   상기 멀티플렉서를 시분할 구동하여 상기 제1터치 전극과 상기 제3터치 전극을 동시에 센싱하고, 상기 제2터치 전극과 상기 제4터치 전극을 동시에 센싱하고 정전용량을 검출하는 터치 센서 제어부를 포함하고,
   상기 제1터치 전극과 상기 제3터치 전극은 상하에 연속 배치되고,
   상기 제2터치 전극과 상기 제4터치 전극은 상하에 불연속 배치된 구동회로.
2. 제1항에 있어서,
   상기 터치 센서 제어부의 센싱회로는
   센싱라인을 통해 J(J는 2 이상 정수)개의 터치 전극을 동시에 센싱하는 구동회로.
3. 다수의 터치 전극들이 구비된 표시패널;
   상기 다수의 터치 전극들과 전기적으로 연결된 다수의 센싱라인들; 및
   상기 다수의 센싱라인들을 통해 상기 터치 전극들의 정전용량의 변화량을 검출하는 터치 스크린 구동회로를 포함하고,
   상기 다수의 센싱라인들 중 적어도 하나의 제1센싱라인은 제1터치 전극 및 제1터치 전극과 인접한 제3터치 전극과 전기적으로 연결되고,
   상기 다수의 센싱라인들 중 적어도 하나의 제2센싱라인은 제2터치 전극 및 제2터치 전극과 인접하지 않은 제4터치 전극과 전기적으로 연결되고,
   상기 제1터치 전극과 상기 제3터치 전극은 상하에 연속 배치되고,
   상기 제2터치 전극과 상기 제4터치 전극은 상하에 불연속 배치된 표시장치.
4. 삭제
5. 제3항에 있어서,
   상기 표시패널은
   상기 제1터치 전극과 상기 제3터치 전극을 전기적으로 연결하는 제1비어홀들과,
   상기 제2터치 전극과 상기 제4터치 전극을 전기적으로 연결하는 제2비어홀들을 포함하는 표시장치.
6. 제3항에 있어서,
   상기 터치 스크린 구동회로의 센싱회로는
   센싱라인을 통해 J(J는 2 이상 정수)개의 터치 전극을 동시에 센싱하는 표시장치.
7. 청구항 제3항에 따른 상기 제1터치 전극 및 상기 제3터치 전극과 전기적으로 연결된 상기 제1센싱라인과, 상기 제2터치 전극 및 상기 제4터치 전극과 전기적으로 연결된 상기 제2센싱라인을 갖는 상기 표시패널을 포함하는 표시장치의 구동방법에 있어서,
   상기 제1센싱라인을 통해 상기 제1터치 전극과 상기 제3터치 전극을 동시에 센싱하고, 상기 제2센싱라인을 통해 상기 제2터치 전극과 상기 제4터치 전극을 동시에 센싱하고, 이들로부터 전극별 정전용량의 세기를 검출하는 단계;
   상기 제1 및 상기 제3터치 전극들과 상기 제2 및 상기 제4터치 전극들로부터 검출된 정전용량의 세기가 내부에 설정된 문턱전압 레벨보다 높은지를 판단하는 단계;
   상기 제1 및 상기 제3터치 전극들로부터 검출된 정전용량의 세기와 상기 제2 및 상기 제4터치 전극들로부터 검출된 정전용량의 세기를 각각 분리하는 단계; 및
   상기 제1 및 상기 제3터치 전극들로부터 검출된 정전용량값들을 비교하여 터치 포인트를 산출하는 단계를 포함하는 표시장치의 구동 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 터치 포인트를 산출하는 단계는
   상기 제2 및 상기 제4터치 전극들로부터 검출된 정전용량값을 기준으로 상기 제1 및 상기 제3터치 전극들에 대해 전극별 가중치를 부여하여 실질적인 터치 포인트가 상기 제1 및 상기 제3터치 전극들과 상기 제2 및 상기 제4터치 전극들이 배치된 곳에서 어느 방향에 더 가까운지를 판단하는 단계를 더 포함하는 표시장치의 구동 방법.
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