KR102509502B1 - 구동 회로, 터치 디스플레이 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

Abstract

본 실시예들은, 터치 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 디스플레이 패널에 내장된 다수의 제1 전극과, 디스플레이 패널의 외부에 위치하는 적어도 하나의 제2 전극과, 다수의 제1 전극과 적어도 하나의 제2 전극 사이에 존재하는 터치 포스 센싱용 갭(Gap)을 포함하는 터치 디스플레이 장치 및 그 구동 방법과, 다수의 제1 전극과 적어도 하나의 제2 전극을 구동하기 위한 구동 회로에 관한 것이다. 이러한 본 실시예들에 의하면, 터치 위치뿐만 아니라, 사용자가 터치 시 화면을 누르는 터치 포스(Touch Force)도 센싱할 수 있다.

Description

구동 회로, 터치 디스플레이 장치 및 그 구동 방법{DRIVING CIRCUIT, TOUCH DISPLAY DEVICE, AND METHOD FOR DRIVING THE TOUCH DISPLAY DEVICE}

본 실시예들은 구동 회로, 터치 디스플레이 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.

정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하기 위한 디스플레이 장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 액정 디스플레이 장치, 플라즈마 디스플레이 장치, 유기발광 디스플레이 장치 등의 다양한 타입의 디스플레이 장치가 활용되고 있다.

또한, 디스플레이 장치들 중에서, 스마트 폰, 태블릿 등과 같은 모바일 디바이스와, 스마트 텔레비전 등의 중대형 디바이스 등은 사용자 편의와 디바이스 특성 등에 따라 터치 방식의 입력 처리를 제공하고 있다.

이러한 터치 입력 처리가 가능한 디스플레이 장치는 더 많은 다양한 기능을 제공할 수 있도록 발전되고 있으며, 사용자 요구 또한 더욱 다양해지고 있다.

하지만, 현재 적용되고 있는 터치 입력 처리는, 사용자의 터치 위치 (터치 좌표)만을 센싱하고 센싱된 터치 위치에서의 관련 입력 처리를 수행하는 방식으로서, 다양한 종류의 많은 기능들을 다양한 형태로 제공하고 다양한 사용자 요구를 충족시켜 주어야 하는 현재 상황에는 한계가 있는 실정이다.

본 실시예들의 목적은, 다양한 기능을 다양한 형태로 제공하기 위하여, 사용자의 터치 발생 시, 터치 좌표(위치)를 센싱하는 것뿐만 아니라, 사용자가 터치 시 화면을 누르는 터치 포스(Touch Force)를 센싱할 수 있는 구조를 갖는 터치 디스플레이 장치 및 그 구동 방법과 구동 회로를 제공하는 데 있다.

본 실시예들의 다른 목적은, 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동을 터치 모드 구간에서 동시에 진행할 수 있도록 해주는 구동 회로, 터치 디스플레이 장치 및 그 구동 방법을 제공하는 데 있다.

본 실시예들의 또 다른 목적은, 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동을 터치 모드 구간에서 분리하여 진행할 수 있도록 해주는 구동 회로, 터치 디스플레이 장치 및 그 구동 방법을 제공하는 데 있다.

본 실시예들의 또 다른 목적은, 사용자의 터치가 화면을 누르는 힘, 즉, 터치 포스가 발생한 위치를 인식할 수 있는 구동 회로, 터치 디스플레이 장치 및 그 구동 방법을 제공하는 데 있다.

본 실시예들의 또 다른 목적은, 사용자의 터치가 화면을 누르는 힘이 없거나 일정 수준 이하인 소프트 터치(Soft Touch)인지, 화면을 누르는 힘이 있거나 일정 수준을 초과하는 포스 터치(Force Touch)인지를 정확하게 구분할 수 있는 구동 회로, 터치 디스플레이 장치 및 그 구동 방법을 제공하는 데 있다.

본 실시예들의 또 다른 목적은, 다수의 제1 전극이 배치된 디스플레이 패널과, 디스플레이 패널의 외부에 위치하는 제2 전극과, 터치 포스 센싱이 가능하도록, 다수의 제1 전극과 제2 전극 사이에, 터치 포스에 따라 크기 변화가 가능한 터치 포스 센싱용 갭이 적어도 하나 존재하는 터치 디스플레이 장치를 제공하는 데 있다.

일 측면에서, 본 실시예들은, 디스플레이 패널에 내장된 다수의 제1 전극과, 디스플레이 패널의 외부에 위치하는 적어도 하나의 제2 전극과, 다수의 제1 전극과 제2 전극 사이에 캐패시터가 형성되도록 다수의 제1 전극과 제2 전극 사이에 존재하는 적어도 하나의 터치 포스 센싱용 갭(Gap)을 포함하는 터치 디스플레이 장치를 포함할 수 있다.

이러한 터치 디스플레이 장치에서, 터치 포스 센신용 갭(Gap)은 디스플레이 패널에 가해지는 터치의 터치 포스에 따라 가변될 수 있다.

다른 측면에서, 본 실시예들은, 디스플레이 모드 구간에 디스플레이 패널을 구동하는 단계와, 터치 모드 구간에, 디스플레이 패널에 내장된 다수의 제1 전극 중 적어도 하나로 제1 전극 구동 신호를 순차적으로 인가하고, 동시에, 디스플레이 패널의 외부에 위치한 제2 전극으로 제2 전극 구동 신호를 인가하여, 하나의 터치에 대하여 터치 위치 및 터치 포스를 동시에 센싱하는 단계를 포함하는 터치 디스플레이 장치의 구동 방법을 제공할 수 있다.

또 다른 측면에서, 본 실시예들은, 제1 전극 구동 신호를 생성하여 출력하는 신호 생성 회로와, 디스플레이 모드 구간에 디스플레이 패널에 내장된 다수의 제1 전극으로 디스플레이 구동전압을 인가하고, 터치 모드 구간에 디스플레이 패널에 내장된 다수의 제1 전극 중 적어도 하나로 제1 전극 구동 신호를 순차적으로 인가하는 제1 전극 구동 회로와, 터치 모드 구간에, 디스플레이 패널의 외부에 위치한 제2 전극에 제2 전극 구동 신호를 인가해주기 위한 제2 전극 구동 회로를 포함하는 구동 회로를 제공할 수 있다.

또 다른 측면에서, 본 실시예들은, 디스플레이 모드 구간에 디스플레이 패널을 구동하는 단계와, 터치 구동 구간에, 디스플레이 패널에 내장된 다수의 제1 전극 중 적어도 하나로 터치 구동 신호를 순차적으로 인가하여 터치에 대한 터치 위치를 센싱하는 단계와, 포스 구동 구간에, 다수의 제1 전극의 전체 또는 일부로 제1 포스 구동 신호를 인가하고, 동시에, 제2 전극으로 제2 포스 구동 신호를 인가하여, 터치에 대한 터치 포스를 센싱하는 단계를 포함하는 터치 디스플레이 장치의 구동 방법을 제공할 수 있다.

또 다른 측면에서, 본 실시예들은, 터치 구동 신호 및 제1 포스 구동 신호를 생성하여 출력하는 신호 생성 회로와, 디스플레이 모드 구간에 디스플레이 패널에 내장된 다수의 제1 전극으로 디스플레이 구동전압을 인가하고, 터치 구동 구간에 다수의 제1 전극 중 적어도 하나로 터치 구동 신호를 순차적으로 인가하고, 포스 구동 구간에 제1 포스 구동 신호를 입력 받아 다수의 제1 전극의 전체 또는 일부에 제1 포스 구동 신호를 인가하는 제1 전극 구동 회로와, 포스 구동 구간에 제2 포스 구동 신호를 디스플레이 패널의 외부에 위치한 제2 전극에 인가해주기 위한 제2 전극 구동 회로를 포함하는 구동 회로를 제공할 수 있다.

또 다른 측면에서, 본 실시예들은, 디스플레이 모드 구간에 디스플레이 패널에 내장된 다수의 제1 전극에 디스플레이 구동전압을 인가하고, 터치 구동 구간에 다수의 제1 전극 중 적어도 하나로 터치 구동 신호를 순차적으로 인가하고, 포스 구동 구간에 다수의 제1 전극의 전체 또는 일부에 제1 포스 구동 신호를 인가하는 구동 회로를 제공할 수 있다.

이상에서 설명한 본 실시예들에 의하면, 다양한 기능을 다양한 형태로 제공하기 위하여, 사용자의 터치 발생 시, 터치 좌표(위치)를 센싱하는 것뿐만 아니라, 사용자가 터치 시 화면을 누르는 터치 포스(Touch Force)를 센싱할 수 있는 구조를 갖는 터치 디스플레이 장치 및 그 구동 방법과 구동 회로를 제공할 수 있다.

본 실시예들에 의하면, 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동을 터치 모드 구간에서 동시에 진행할 수 있도록 해주는 구동 회로, 터치 디스플레이 장치 및 그 구동 방법을 제공할 수 있다.

본 실시예들에 의하면, 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동을 터치 모드 구간에서 분리하여 진행할 수 있도록 해주는 구동 회로, 터치 디스플레이 장치 및 그 구동 방법을 제공할 수 있다.

본 실시예들에 의하면, 사용자의 터치가 화면을 누르는 힘, 즉, 터치 포스가 발생한 위치를 인식할 수 있는 구동 회로, 터치 디스플레이 장치 및 그 구동 방법을 제공할 수 있다.

본 실시예들에 의하면, 사용자의 터치가 화면을 누르는 힘이 없거나 일정 수준 이하인 소프트 터치(Soft Touch)인지, 화면을 누르는 힘이 있거나 일정 수준을 초과하는 포스 터치(Force Touch)인지를 정확하게 구분할 수 있는 구동 회로, 터치 디스플레이 장치 및 그 구동 방법을 제공할 수 있다.

본 실시예들에 의하면, 다수의 제1 전극이 배치된 디스플레이 패널과, 디스플레이 패널의 외부에 위치하는 제2 전극과, 터치 포스 센싱이 가능하도록, 다수의 제1 전극과 제2 전극 사이에, 터치 포스에 따라 크기 변화가 가능한 터치 포스 센싱용 갭이 적어도 하나 존재하는 터치 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에 대한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 동작 모드를 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 센싱 원리를 설명하기 위한 도면들이다.
도 5는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서, 제1 전극을 구동하기 위한 제1 전극 구동 신호의 예시들이다.
도 6은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서, 제2 전극을 구동하기 위한 제2 전극 구동 신호의 예시들이다.
도 7은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 구동 회로의 예시도이다.
도 8은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서 소프트 터치에 따른 수신 신호 세기와 포스 터치에 따른 수신 신호 세기를 나타낸 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서 소프트 터치에 따른 수신 신호와 포스 터치에 따른 신호 세기 분포를 나타낸 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치를 간략하게 나타낸 도면들이다.
도 12는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 단면도이다.
도 13 내지 도 18은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 포스 센싱 구조에 대한 예시들이다.
도 19는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 2가지 동작 모드 중 터치 모드 구간에 대한 2가지 구동 타입(구동 타입 A, 구동 타입 B)을 나타낸 도면이다.
도 20a 및 도 20b는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 터치 모드 구간에서 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동이 동시에 진행되는 동시 구동 방식에 해당하는 구동 타입 A에 대하여, 디스플레이 모드 구간과 터치 모드 구간의 할당 방식의 예시들이다.
도 20c는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 구동 회로가 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동이 동시에 진행되는 경우, 제1 전극에 인가되는 제1 전극 구동 신호와 제2 전극에 인가되는 제2 전극 구동 신호에 대한 4가지 조합 예시들이다.
도 21a 내지 도 21d는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치가, 터치 모드 구간에서, 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동을 동시에 진행하는 경우, 디스플레이 모드 구간과 터치 모드 구간에서의 제1 전극과 제2 전극에 인가되는 신호 파형을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 22a 내지 도 22c는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 터치 모드 구간에서 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동이 분리되어 진행되는 동시 구동 방식에 해당하는 구동 방식 B에 대하여, 디스플레이 모드 구간과 터치 모드 구간의 할당 방식의 예시들이다.
도 22d 및 도 22e는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 구동 회로가 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동이 분리되어 진행되는 경우, 터치 모드 구간에서의 포스 구동 구간 동안, 제1 전극에 인가되는 제1 포스 구동 신호와 제2 전극에 인가되는 제2 포스 구동 신호에 대한 8가지 조합 예시들이다.
도 23a 내지 도 23e는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치가, 터치 모드 구간에서, 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동을 분리하여 진행하는 경우, 디스플레이 모드 구간, 터치 구동 구간 및 포스 구동 구간에서, 제1 전극과 제2 전극에 인가되는 신호 파형을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 24는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치가, 터치 모드 구간 동안 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동을 동시에 진행하는 동시 구동 방법에 대한 흐름도이다.
도 25a 및 도 25b는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 동시 구동을 위한 구동 회로를 나타낸 도면들이다.
도 24는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치가, 터치 모드 구간 동안 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동을 분리하여 진행하는 분리 구동 방법에 대한 흐름도이다.
도 27a 및 도 27b는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 분리 구동을 위한 구동 회로를 나타낸 도면들이다.
도 28 및 도 29는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서 제1 전극 및 제2 전극의 배치 예시들이다.

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 장치(100)에 대한 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 동작 모드를 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)는, 영상 표시를 위한 디스플레이 모드로 동작할 수도 있고, 사용자의 터치를 센싱하는 터치 모드로 동작할 수 있다.

본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)는, 디스플레이 모드로 동작하는 경우, 디스플레이 패널(110)에 배치된 데이터 라인들과 게이트 라인들을 구동하여 영상을 표시한다.

본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)는, 터치 모드로 동작하는 경우, 손가락, 펜 등의 포인터에 의해 발생한 터치에 대하여, 터치의 발생 여부와 터치 위치를 센싱하는 터치 위치 센싱 기능뿐만 아니라, 터치 시 가해지는 힘(압력)에 해당하는 터치 포스(Touch Force, 간단하게 "포스"라고도 함)도 센싱하는 터치 포스 센싱 기능도 제공할 수 있다.

본 명세서에서 언급되는 터치(Touch)는 사용자가 포인터로 디스플레이 패널(110)에 접촉하는 액션(Action)을 의미한다.

이러한 터치는, 디스플레이 패널(110)을 누르는 힘(압력)이 없거나 일정 수준 이하인 터치인 "소프트 터치(Soft Touch)"와, 디스플레이 패널(110)을 누르는 힘(압력)이 있거나 일정 수준을 초과하는 터치인 "포스 터치(Force Touch)"로 나눌 수 있다.

이러한 터치(소프트 터치 또는 포스 터치)에 따른 터치 위치("터치 좌표"라고도 함)는 사용자가 디스플레이 패널(110)을 터치한 지점의 위치를 의미한다.

또한, 이러한 터치(포스 터치)에 따른 터치 포스(Touch Force)는 사용자가 터치 시 디스플레이 패널(110)을 누르는 힘(압력)을 의미한다.

한편, 사용자가 화면을 터치하는 포인터는, 손가락 등의 인체 일부, 접촉부가 도체로 된 펜 등과 같은 도체 포인터일 수 있으며, 경우에 따라서는, 접촉부가 부도체로 된 펜 등과 같은 부도체 포인터일 수도 있다.

터치 위치를 센싱할 수 있도록 해주는 포인터는 도체 포인터이어야 한다. 이에 비해, 터치 포스를 센싱할 수 있도록 해주는 포인터는 도체 포인터뿐만 아니라 부도체 포인터이어도 무방하다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치 (100)는, 터치 위치(터치 발생 여부를 포함하는 개념임)를 센싱하기 위하여 필요한 다수의 제1 전극(E1)과, 터치 포스를 센싱하기 위한 제2 전극(E2)과, 다수의 제1 전극(E1) 및 제2 전극(E2)를 구동하여 터치 위치 및 터치 포스를 센싱하기 위한 구동 회로(120) 등을 포함할 수 있다.

다수의 제1 전극(E1)은, 터치 위치를 센싱하기 위하여 이용되는 전극으로서, "터치 센서(Touch Sensor)" 또는 "터치 전극"이라고 한다.

이러한 다수의 제1 전극(E1)은, 디스플레이 패널(110)과는 별도의 터치스크린 패널(Touch Screen Panel)에 배치되거나, 디스플레이 패널(110)에 내장되어 배치될 수도 있다.

만약, 다수의 제1 전극(E1)이 디스플레이 패널(110)에 내장되어 배치되는 경우, 디스플레이 패널(110)은 다수의 제1 전극(E1)을 내장하는 "터치스크린 패널 일체형 디스플레이 패널"이라고 할 수 있다.

한편, 제2 전극(E2)은, 터치 시 가해지는 힘(압력)에 해당하는 터치 포스(Touch Force)를 센싱하기 위해 이용되는 전극이다.

이러한 제2 전극(E2)은 디스플레이 패널(110)의 외부(예: 하부, 상부, 측면 등)에 위치할 수 있다.

한편, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)는, 터치 위치를 센싱하기 위해서는 다수의 제1 전극(E1)을 순차적으로 구동하여 각 제1 전극(E1)으로부터 수신된 신호로부터 각 제1 전극(E1)과 포인터 간의 캐패시턴스 변화를 파악하여 터치 위치를 센싱할 수 있다.

이에 비해, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)는, 터치 포스를 센싱하기 위해서, 다수의 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2)을 함께 구동해야만 한다.

다시 말해, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서 구동 회로(120)는, 터치 위치를 센싱하기 위하여, 다수의 제1 전극(E1)으로 제1 전극 구동 신호(DS1)을 순차적으로 인가함으로써 다수의 제1 전극(E1)을 순차적으로 구동한다.

본 명세서에서, 터치 위치를 센싱하기 위해, 제1 전극(E1)에 인가되는 제1 전극 구동 신호(DS1)는 "터치 구동신호(TDS)"라고도 기재한다.

그리고, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서 구동 회로(120)는, 터치 포스를 센싱하기 위하여, 다수의 제1 전극(E1)으로 제1 전극 구동 신호(DS1)를 인가하고, 이와 동시에, 제2 전극(E2)으로 제2 전극 구동 신호(DS2)를 인가함으로써, 다수의 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2)이 함께 구동한다.

본 명세서에서, 터치 포스를 센싱하기 위해, 제1 전극(E1)에 인가되는 제1 전극 구동 신호(DS1)는 "제1 포스 구동 신호(FDS1)"라고도 기재하고, 제2 전극(E2)에 인가되는 제2 전극 구동 신호(DS2)는 "제2 포스 구동 신호(FDS2)"라고도 기재한다.

본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서, 터치 포스를 센싱을 위해, 다수의 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2)이 함께 구동되기 때문에, 디스플레이 패널(110)에 내장된 다수의 제1 전극(E1)과 디스플레이 패널(110)의 외부에 위치하는 제2 전극(E2)을 합하여 "포스 센서(Force Sensor)"라고 할 수 있다.

한편, 다수의 제1 전극(E1)은, 터치 모드 구간 동안, 터치 센서와 포스 센서로 동작할 뿐만 아니라, 디스플레이 모드 구간에서 일종의 디스플레이 구동 전압이 인가되는 디스플레이 구동 전극으로도 동작할 수 있다.

예를 들어, 다수의 제1 전극(E1)은 디스플레이 모드 구간 동안 디스플레이 구동 전압에 해당하는 공통 전압(Vcom)이 인가되는 공통 전극일 수 있다.

이와 같이, 다수의 제1 전극(E1)이 디스플레이 구동 전극으로도 활용되는 경우, 다수의 제1 전극(E1)은 터치 센서, 포스 센서 및 디스플레이 구동 전극의 3가지 역할을 하게 된다.

도 3 및 도 4는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 센싱 원리를 설명하기 위한 도면들이다.

도 3은 포인터의 종류 및 터치 포스의 유무에 따른 3가지 터치 유형(Case 1, Case 2, Case 3)에 대한 센싱 동작을 나타낸 도면이고, 도 4는 3가지 터치 유형에 따른 센싱 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 터치 유형에는, 터치가 접촉부가 도체인 포인터에 의해 발생하고 일정 수준 이하의 누르는 힘에 의해 발생한 소프트 터치(Soft Touch)에 해당하는 제1 터치 유형인 Case 1과, 터치가 접촉부가 도체인 포인터에 의해 발생하고 일정 수준 이하의 누르는 힘에 의해 발생한 소프트 터치(Soft Touch)에 해당하는 제1 터치 유형인 Case 2와, 터치가 접촉부가 부도체인 포인터에 의해 발생하고 일정 수준을 초과하는 누르는 힘에 의해 발생한 포스 터치(Force Touch)에 해당하는 제3 터치 유형인 Case 3이 있을 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 구동 회로(120)는, 터치 모드 구간에, 다수의 제1 전극(E1)에 제1 전극 구동 신호(DS1)를 순차적으로 인가하고 제2 전극(E2)에 제2 전극 구동 신호(DS2)를 인가하여, 터치 위치 및 터치 포스를 센싱하기 위한 구동을 수행한다.

구동 회로(120)에 의한 터치 모드 구간에서의 구동에 따라, 제1 전극(E1)과 제1 터치 유형에 해당하는 포인터 사이에 제1 캐패시턴스(C1)가 형성될 수 있고, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에 제2 캐패시턴스(C2)가 형성될 수 있다.

제1 전극(E1)과 포인터 사이에 형성되는 제1 캐패시턴스(C1)는 터치의 발생 유무에 따라 달라질 수 있다.

제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에 형성되는 제2 캐패시턴스(C2)는 터치 포스의 유무(크기)에 따라 달라질 수 있다.

따라서, 구동 회로(120)는, 각 제1 전극(E1)에서 수신되는 신호를 토대로, 제1 캐패시턴스(C1)의 크기 변화 및 제2 캐패시턴스(C2) 각각의 크기 변화를 파악하고, 제1 캐패시턴스(C1)의 크기 변화에 근거하여 터치 위치를 센싱하고, 제2 캐패시턴스(C2)의 크기 변화에 근거하여 터치 포스를 센싱할 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 터치 포스 센싱을 가능하게 하도록, 터치 디스플레이 장치(100)는, 구조적으로, 다수의 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에는, 다수의 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에 캐패시터가 형성되도록 하고, 터치 포스에 따라 크기 변화가 가능한 터치 포스 센싱용 갭(G)이 적어도 하나 존재할 수 있다.

여기서, 터치 포스 센싱용 갭(G)은, 일 예로, 유전체 갭 또는 에어 갭(Air Gap)일 수 있다. 이하에서는, 터치 포스 센싱용 갭(G)을 간략하게 "갭(G)"이라고 기재한다.

어느 한 지점에서 포스 터치가 발생하면, 수직 방향의 터치 포스 센싱용 갭(G)의 크기가 변하게 된다. 이로 인해, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 제2 캐패시턴스(C2)의 크기가 변하게 되며, 이러한 제2 캐패시턴스(C2)의 크기 변화로부터 터치 포스를 센싱하는 터치 포스 센싱 기능을 수행할 수 있다.

여기서, 터치 포스 센싱 결과는, 터치 포스의 유무 정보를 포함할 수 있으며, 터치 포스의 크기 정보도 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에 크기 변화가 가능한 터치 포스 센싱용 갭(G)을 구조적으로 만들어 놓음으로써, 터치 포스 센싱을 가능하게 해줄 수 있다.

본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)는, 터치 위치(터치 좌표)를 센싱하는 방식과 동일하게, 캐패시턴스 방식으로 터치 포스를 센싱할 수 있다.

다시 말해, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)는, 터치의 터치 포스(누르는 힘)을 센싱하기 위하여, 기존의 압력 센싱 방식과 같이 압력 센싱을 위한 전용 압력 센서를 단독으로 활용하는 것이 아니라, 터치 포스 센싱을 위해 디스플레이 패널(110)의 외부에 위치하는 제2 전극(E2)과 터치 좌표 산출을 위해 디스플레이 패널(110)에 내장된 다수의 제1 전극(E1)을 함께 이용하여 캐패시턴스 방식으로 터치 포스를 센싱한다는 점에서 특이점이 있다.

전술한 바와 같이, 구동 회로(120)는, 터치 모드 구간 동안 동일한 방식으로 제1 전극(E1) 및 제2 전극(E2)을 구동하더라도, 터치 유형에 따라 센싱되는 정보가 다를 수 있다.

일 예로, 도 3 및 도 4에 도시된 Case 1의 경우, 터치가 접촉부가 도체인 포인터에 의해 발생하고 일정 수준 이하의 누르는 힘에 의해 발생한 소프트 터치(Soft Touch)에 해당하는 제1 터치 유형인 경우, 구동 회로(120)는 제1 전극(E1) 및 제2 전극(E2)을 구동한 이후, 각 제1 전극(E1)으로부터 수신되는 신호를 토대로 터치에 대하여 터치 위치만을 센싱할 수 있다.

이는, 터치가 접촉부가 도체인 포인터에 의해 발생하고 일정 수준 이하의 누르는 힘에 의해 발생한 소프트 터치(Soft Touch)에 해당하는 제1 터치 유형인 경우, 각 제1 전극(E1)별로 포인터와의 제1 캐패시턴스(C1)의 크기 변화는 생기지만, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 제2 캐패시턴스(C2)의 크기 변화는 생기지 않기 때문에, 터치 위치만을 센싱할 수 있는 것이다.

다른 예로, 도 3 및 도 4에 도시된 Case 2의 경우, 터치가 접촉부가 도체인 포인터에 의해 발생하고 일정 수준 이하의 누르는 힘에 의해 발생한 소프트 터치(Soft Touch)에 해당하는 제1 터치 유형인 경우, 구동 회로(120)는 각 제1 전극(E1)으로부터 수신되는 신호를 토대로 터치에 대하여 터치 위치 및 터치 포스를 동시에 센싱할 수 있다.

이는, 터치가 접촉부가 도체인 포인터에 의해 발생하고 일정 수준을 초과하는 누르는 힘에 의해 발생한 포스 터치(Force Touch)에 해당하는 제2 터치 유형인 경우, 각 제1 전극(E1)별로 포인터와의 제1 캐패시턴스(C1)의 크기 변화와, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 제2 캐패시턴스(C2)의 크기 변화가 모두 생기기 때문에, 하나의 터치에 대하여 터치 위치 및 터치 포스를 모두 센싱할 수 있는 것이다.

또 다른 예로, 도 3 및 도 4에 도시된 Case 3의 경우, 터치가 접촉부가 부도체인 포인터에 의해 발생하고 일정 수준을 초과하는 누르는 힘에 의해 발생한 포스 터치(Force Touch)에 해당하는 제3 터치 유형인 경우, 구동 회로(120)는 각 제1 전극(E1)으로부터 수신되는 신호를 토대로 터치에 대하여 터치 포스만을 센싱할 수 있다.

이는, 터치가 접촉부가 부도체인 포인터에 의해 발생하고 일정 수준을 초과하는 누르는 힘에 의해 발생한 포스 터치(Force Touch)에 해당하는 제3 터치 유형인 경우, 각 제1 전극(E1)별로 포인터와의 제1 캐패시턴스(C1)가 아예 생기지 않지만, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 제2 캐패시턴스(C2)의 크기 변화는 생기기 때문에, 하나의 터치에 대하여 터치 포스만을 센싱할 수 있는 것이다.

전술한 바와 같이, 터치 디스플레이 장치(100)는, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 갭 구조를 갖고, 제1 전극(E1)을 통해 수신되는 신호에 근거하여 센싱 처리를 수행하기 때문, 터치 유형의 종류에 관계 없이 터치 모드 구간 동안 동일한 방식으로 제1 전극(E1) 및 제2 전극(E2)을 구동하고 동일한 방식으로 신호 검출 및 센싱 처리를 수행하더라도, 터치 유형에 맞는 센싱 정보를 얻을 수 있다.

아래에서는, 터치 모드 구간 동안의 터치 구동을 위한 제1 전극 구동 신호(DS1) 및 제2 전극 구동 신호(DS2)에 대하여 설명한다.

터치 모드 구간 동안, 제1 전극(E1)에 인가되는 제1 전극 구동 신호(DS1)는, 터치 위치를 센싱하는 터치 센싱 기능 측면에서는 터치 구동 신호로 볼 수 있으며, 터치 포스를 센싱하는 포스 센싱 기능 측면에서는 포스 구동 신호로 볼 수도 있다.

또한, 터치 모드 구간 동안, 제2 전극(E2)에 인가되는 제2 전극 구동 신호(DS2)는, 터치 포스를 센싱하는 포스 센싱 기능 측면에서 포스 구동 신호로 볼 수 있다.

본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)가 터치 모드로 동작하는 터치 모드 구간 동안, 터치 위치 및 터치 포스는 동시에 센싱될 수도 있고, 각기 다른 구간에서의 구동을 통해 독립적으로 센싱될 수도 있다.

도 5는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서, 제1 전극(E1)을 구동하기 위한 제1 전극 구동 신호(DS1)의 예시들이고, 도 6은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서, 제2 전극(E2)을 구동하기 위한 제2 전극 구동 신호(DS2)의 예시들이다.

도 5를 참조하면, 제1 전극 구동 신호(DS1)는 소정의 주파수, 진폭, 위상을 갖는 펄스 형태의 신호일 수 있으며, DC 전압을 갖는 신호일 수도 있다.

제1 전극 구동 신호(DS1)가 펄스 형태의 신호인 경우, 그 진폭은 제1 전압(V1)일 수 있다.

제1 전극 구동 신호(DS1)가 DC 전압을 갖는 신호인 경우, DC 전압은 그라운드 전압(GND) 또는 그라운드 전압(GND)이 아닌 제1 기준전압(Vref1)일 수 있다. 여기서, 제1 기준전압(Vref1)은, 일 예로, 공통 전압(Vcom)일 수도 있다.

도 6을 참조하면, 제2 전극 구동 신호(DS2)는 소정의 주파수, 진폭, 위상을 갖는 펄스 형태의 신호일 수 있으며, DC 전압을 갖는 신호일 수도 있다.

제2 전극 구동 신호(DS2)가 펄스 형태의 신호인 경우, 그 진폭은 제2 전압(V2)일 수 있다.

그리고, 제2 전극 구동 신호(DS2)의 주파수는 제1 전극 구동 신호(DS1)의 주파수와 동일하다.

하지만, 제2 전극 구동 신호(DS2)의 위상은 제1 전극 구동 신호(DS1)의 위상과 동일할 수도 있고 180도 위상 차이가 있을 수도 있다.

제1 전극 구동 신호(DS1)와 제2 전극 구동 신호(DS2)가 동일한 위상을 갖는 경우, 제1 전극 구동 신호(DS1)와 제2 전극 구동 신호(DS2)는 정위상 관계에 있다고 한다.

제1 전극 구동 신호(DS1)와 제2 전극 구동 신호(DS2)가 180도 위상 차이를 갖는 경우, 제1 전극 구동 신호(DS1)와 제2 전극 구동 신호(DS2)는 역위상 관계에 있다고 한다.

제1 전극 구동 신호(DS1)가 DC 전압을 갖는 신호인 경우, DC 전압은 그라운드 전압(GND) 또는 그라운드 전압(GND)이 아닌 제2 기준전압(Vref2)일 수 있다. 여기서, 제2 기준전압(Vref2)은, 일 예로, 공통 전압(Vcom)일 수도 있다.

제1 기준전압(Vref1)과 제2 기준전압(Vref2)는 동일할 수도 있고 다를 수도 있다.

터치 모드 구간에서의 구동 방식에 따라, 도 5 및 도 6에 예시된 제1 전극 구동 신호(DS1)와 제2 전극 구동 신호(DS2)의 예시들을 적절히 조합하여 사용할 수 있다.

도 7은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 구동 회로(120)를 나타낸 도면이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 구동 회로(120)는 제1 전극 구동 신호 공급부(710), 제2 전극 구동 신호 공급부(720), 적분기(730) 등을 포함할 수 있다.

제1 전극 구동 신호 공급부(710)는, 2개의 스위치(SW1, SW10)의 온-오프 제어를 통해, 도 5에 도시된 신호 파형 등 중 하나의 제1 전극 구동 신호(DS1)를 제1 전극(E1)에 공급할 수 있다.

제2 전극 구동 신호 공급부(720)는, 2개의 스위치(SW2, SW20)의 온-오프 제어를 통해 도 6에 도시된 신호 파형 등 중 하나의 제2 전극 구동 신호(DS2)를 제2 전극(E2)에 공급할 수 있다.

적분기(730)는, 연산증폭기(OP-AMP), 캐패시터(C), 저항(R) 등으로 구성될 수 있는데, 제1 전극(E2)과 전기적으로 연결된 입력 단의 입력에 대하여 적분값을 출력할 수 있다.

구동 회로(120)는, 적분기(730)의 출력 값을 디지털 값으로 변환해주는 아날로그 디지털 컨버터(ADC)와, 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력된 디지털 값을 토대로 터치 위치 산출 및 터치 포스 인식 등을 수행하는 프로세서(740) 등을 더 포함할 수 있다.

여기서, 아날로그 디지털 컨버터(ADC) 및 프로세서(740) 등 중 적어도 하나는 구동 회로(120)의 외부에 있을 수도 있다.

도 7에 도시된 구동 회로(120)의 회로 구성은, 설명의 편의를 위한 예시일 뿐, 다양한 형태로 구현될 수 있을 것이다.

도 7을 참조하면, 구동 회로(120)는, 터치 모드 구간에서의 구동 시, 제1 전극(E1)으로 제1 전극 구동 신호(DS1)를 인가하고, 제2 전극(E2)으로 제2 전극 구동 신호(DS2)를 인가한 이후, 제1 전극(E1)으로부터 수신되는 신호를 적분기(730)를 통해 적분한 값(Vsen)을 디지털 값으로 변환한다.

각 제1 전극(E1)별 디지털 값을 토대로 터치의 유무, 터치 포스의 유무 등에 따른 충전량(또는 전압) 또는 그 변화를 파악하여, 터치 위치 및 터치 포스 중 적어도 하나를 감지할 수 있다.

도 7을 참조하면, 제1 전극(E1)으로부터 수신되는 신호(적분기(830)의 입력)는, 포인터와 제1 전극(E1) 사이의 캐패시터에 충전되는 전하량(Q1)과, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 캐패시터에 충전되는 전하량(Q2)이 합해진 합산 전하량(Q1+Q2)에 해당한다.

터치 모드 구간에서의 구동에 따라, 포인터와 제1 전극(E1) 사이의 캐패시터에 충전되는 전하량(Q1)은 제1 캐패시턴스(C1)와 제1 전극 구동 신호(DS1)의 전압(V1)에 의해 결정될 수 있다. 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 캐패시터에 충전되는 전하량(Q2)은, 제2 캐패시턴스(C2), 제1 전극 구동 신호(DS1)의 전압(V1) 및 제2 전극 구동 신호(DS2)의 전압(V2)에 의해 결정될 수 있다.

포인터와 제1 전극(E1) 사이의 캐패시터에 충전되는 전하량(Q1)과, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 캐패시터에 충전되는 전하량(Q2)은, 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.

합산 전하량(Q1+Q2)은 적분기(830) 내부의 캐패시터(C)에 충전되어 센싱 전압값(Vsen)으로 적분기(830)에서 출력된다.

이에 따라, 아날로그 디지털 컨버터(ADC)는 센싱 전압값(Vsen)을 디지털 값으로 변환한다.

프로세서(740)는 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에 출력된 디지털 값(센싱 값)에 근거하여, 터치 위치 및 터치 포스 중 적어도 하나를 감지할 수 있다.

한편, 터치 포스가 감지되면, 터치 포스에 대응되어 미리 정해진 애플리케이션 또는 기능이 실행될 수 있다.

또는, 터치 포스가 감지되면, 터치 포스의 크기에 대응되어 미리 정해진 애플리케이션 또는 기능이 실행될 수도 있다.

도 8은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서 소프트 터치에 따른 수신 신호 세기와 포스 터치에 따른 수신 신호 세기를 나타낸 도면이다.

단, 도 8은 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 제1 전극 구동 신호(DS1)와 제2 전극 구동 신호(DS2)가 펄스 형태의 신호인 경우를 가정한 것이다.

도 8을 참조하면, 제1 전극(E1)에서 수신되는 수신 신호의 신호 세기(Intensity)는 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값으로 확인할 수 있다.

도 8을 참조하면, 누르는 힘이 없거나 일정 수준 이하인 소프트 터치(Soft Touch)가 발생한 경우에 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값은, 터치가 전혀 없는 경우에 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값(베이스 라인)을 기준으로 양(+)의 방향의 값을 갖는다.

도 8을 참조하면, 제1 전극 구동 신호(DS1)와 제2 전극 구동 신호(DS2)가 정위상의 관계에 있는 경우, 접촉부가 비도체로 된 포인터에 의해 누르는 힘이 있거나 일정 수준을 초과하는 포스 터치(Force Touch)가 발생한 경우에 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값은, 베이스 라인을 기준으로 음(-)의 방향의 값을 갖는다.

도 8을 참조하면, 제1 전극 구동 신호(DS1)와 제2 전극 구동 신호(DS2)가 역위상의 관계에 있는 경우, 접촉부가 비도체로 된 포인터에 의해 누르는 힘이 있거나 일정 수준을 초과하는 포스 터치(Force Touch)가 발생한 경우에 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값은, 베이스 라인을 기준으로 양(+)의 방향의 값을 갖는다.

도 9a 및 도 9b는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서 소프트 터치에 따른 수신 신호와 포스 터치에 따른 신호 세기 분포를 나타낸 도면이다.

도 9a 및 도 9b는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 디스플레이 패널(110)의 전 영역(XY 평면)에서, 소프트 터치에 따른 수신 신호와 포스 터치에 따른 신호 세기 분포를 나타낸 도면이다.

도 9a를 참조하면, 디스플레이 패널(110)의 전 영역에서 볼 때, 일부 지점에서 소프트 터치(Soft Touch)가 발생하면, 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값의 크기(신호 세기)는, 베이스 라인을 기준으로, 전체적으로, z축의 양(+)의 방향으로 신호 세기가 커지는 분포를 갖는다.

또한, 소프트 터치가 발생한 경우의 신호 세기 분포를 보면, 화면 전 영역(디스플레이 패널(110)의 전 영역) 중 소프트 터치가 발생한 지점에서 큰 신호 세기가 집중적으로 분포할 수 있다.

한편, 도 9b를 참조하면, 제2 전극(E2)이 하나의 판 전극 타입인 것으로 가정할 때, 포스 터치(Force Touch)가 발생하면, 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값의 크기(신호 세기)는, 베이스 라인을 기준으로, 전체적으로, z축의 음(-)의 방향으로 신호 세기가 커지는 분포를 갖는다.

또한, 포스 터치가 발생한 경우, 화면 중앙 지점에서 신호 세기가 음(-)의 방향으로 가장 크지만 화면 외곽에서 중앙 지점으로 가면서 신호 세기가 서서히 커지는 분포를 갖는다.

한편, 포스 터치가 강해질 수록, 다수의 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 갭(G)의 크기 변화가 커지고, 이에 따라, 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값은, 베이스 라인을 기준으로, z축의 음(-)의 방향으로 더욱 큰 값을 갖는다. 즉, 포스 터치의 세기가 증가할수록, 신호 세기(Intensity)가 커진다.

도 10 및 도 11은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)를 간략하게 나타낸 도면들이다.

도 10을 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)는 디스플레이 패널(110)에 배치된 다수의 제1 전극(E1)과 디스플레이 패널(110)의 외부에 위치한 제2 전극(E2) 등을 포함한다.

터치 포스를 센싱하기 위하여, 포스 터치에 따라 크기 변화가 가능한 갭(G)이 다수의 제1 전극(E1)와 제2 전극(E2) 사이에 마련되어야 한다.

포스 터치 발생 시, 다수의 제1 전극(E1)와 제2 전극(E2) 사이에 존재하는 갭(G)의 크기 변화를 발생시키기 위하여, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)는, 다수의 제1 전극(E1)와 제2 전극(E2) 사이에 갭(G)을 만들어주고 터치 포스에 따라 갭(G)의 크기 변화도 가능하게 해주는 갭 구조 유닛(1000)을 포함할 수 있다.

이러한 갭 구조 유닛(1000)은, 일 예로, 디스플레이 패널(110)의 하부에 위치하며, 디스플레이 패널(110)의 테두리 부분을 지지할 수 있다.

이러한 갭 구조 유닛(1000)을 통해, 포스 터치 발생 시, 다수의 제1 전극(E1)와 제2 전극(E2) 사이의 갭(G)의 크기 변화가 가능하게 되어, 터치 포스에 대한 센싱을 가능하게 해줄 수 있다.

도 11을 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서, 디스플레이 패널(110)은 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor) 등이 배치된 제1 기판(1110)과 컬러필터(CF: Color Filter) 등이 배치된 제2 기판(1120)으로 구성될 수 있다.

그리고, 제1 기판(1110)의 테두리 부분(넌-액티브 영역)에는 구동 칩(1130)이 실장되거나 본딩 또는 연결될 수 있다.

여기서, 구동 칩(1130)은 구동 회로(120)의 전체 또는 일부를 구현한 칩일 수도 있고, 데이터 구동 칩일 수도 있으며, 경우에 따라서, 데이터 구동 회로와 구동 회로(120)의 전체 또는 일부를 포함하는 디스플레이 구동 칩일 수도 있다.

도 11을 참조하면, 디스플레이 패널(110)의 하부에는 하부 구조물(1100)이 위치할 수 있다.

제2 전극(E2)은 디스플레이 패널(110)의 하부 구조물(1100)의 하부 또는 내부에 위치할 수 있다.

하부 구조물(1100)은, 일 예로, 액정 디스플레이 장치의 백 라이트 유닛(Back Light Unit)일 수 있다. 이 경우, 제2 전극(E2)은 백 라이트 유닛의 하부에 위치할 수 있다.

이에 따라, 백 라이트 유닛의 광 조사 기능을 방해하지 않고, 제2 전극(E2)을 배치할 수 있다.

갭 구조 유닛(1000)은 하부 구조물(1100)의 하부 또는 내부 또는 측면에 위치할 수 있다.

또한, 제2 전극(E2)은 갭 구조 유닛(1000)의 하부 또는 내부에 위치할 수 있다.

전술한 바와 같이, 제2 전극(E2)의 위치 또는 갭 구조 유닛(1000)의 위치 등을 다양하게 설계함으로써, 디스플레이 패널(110) 및 터치 디스플레이 장치(100)의 설계 구조에 적합한 터치 포스 센싱 구조를 구현할 수 있다.

아래에서는, 설명의 편의를 위해, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)가 액정 디스플레이 장치인 것을 예로 들어, 액정 디스플레이 장치에서 적용될 수 있는 다양한 타입의 갭 구조 유닛(1000)를 설명한다. 이에, 터치 디스플레이 장치(100)에 포함된 제1 전극(E1) 및 제2 전극(E2)의 위치 등을 간략하게 먼저 설명한다.

도 12는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 단면도이다.

도 12를 참조하면, 디스플레이 패널(110)은 제1 편광판(1210), 제1 기판(1110), 다수의 제1 전극(E1), 제2 기판(1120) 및 제2 편광판(1220) 등을 포함한다.

디스플레이 패널(110) 상에는 본딩층(1230)과 상부 커버(1240)가 위치한다.

디스플레이 패널(110)의 하부에는 하부 구조물(1100)이 위치한다.

하부 구조물(1100)은, 터치 디스플레이 장치(100)에 이미 있는 구조물이거나 제2 전극(E2)를 위해 별도로 마련된 구조물일 수도 있다.

예를 들어, 하부 구조물(1100)은, 일 예로, 액정 디스플레이 장치의 백 라이트 유닛(Back Light Unit), 후면 커버 등일 수 있다. 이뿐만 아니라, 제1 전극(E1)와 제2 전극(E2) 사이에 캐패시터를 형성할 수 있도록 제1 전극(E1)에서 발생한 전계(Electric Field)를 방해하지 않는 구조물이면 무엇이든 가능하다.

전술한 바와 같이, 백 라이트 유닛에 해당하는 하부 구조물(1100)의 하부 또는 내부에 제2 전극(E2)를 위치시킴으로써, 액정 디스플레이 장치에 적합한 포스 센싱 구조를 구현할 수 있다.

한편, 액정 디스플레이 장치인 경우, 제1 전극(E1)와 제2 전극(E2) 사이에 제2 캐패시턴스(C2)가 형성되는 것을 방해하는 물질(예: 은(Ag) 등의 물질층, 반사판, 투명전극 등)이 없어야 한다.

아래에서는, 갭 구조 유닛(1000)에 대한 다양한 예시를 설명한다.

도 13 내지 도 18은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 갭 구조 유닛(1000)에 대한 예시들과, 터치 포스 발생 시, 갭 크기 변형을 나타낸 도면들이다.

도 13을 참조하면, 갭 구조 유닛(1000)은, 기판 또는 필름으로 된 베이스 플레이트(1310)와, 베이스 플레이트(1310) 상에 위치한 제2 전극(E2)의 상면 테두리와 하부 구조물(1100)의 배면 테두리 사이에 위치하는 스페이서 탄성 패턴(1320) 등을 포함할 수 있다.

스페이서 탄성 패턴(1320)은 하부 구조물(1100)의 배면에 부착 또는 본딩 또는 코팅될 수 있다.

스페이서 탄성 패턴(1320)은 탄성력이 있는 물질로 되어 있다.

도 13을 참조하면, 포스 터치가 발생하는 경우, 상부 커버(1240), 디스플레이 패널(110) 및 하부 구조물(1100) 등이 힘을 아래로 받게 된다.

이에 따라, 터치 포스에 따라 제2 전극(E2)의 상면 비 테두리 부분과 하부 구조물(1100)의 배면 비 테두리 부분 사이의 갭(G)의 크기가 변할 수 있다.

즉, 포스 터치의 발생 전의 갭(G)은 G1이고, 포스 터치의 발생 후의 갭(G)은 G1보다 작은 값의 G2이다.

이와 같이, 포스 터치의 발생 전후로 갭(G)이 G1에서 G2로 줄어들게 됨에 따라, 제2 캐패시턴스(C2)가 변하게 되어 포스 터치를 인식할 수 있게 된다.

도 13의 갭 구조 유닛(1000)는 갭 변화를 크게 할 수 있고, 디스플레이 패널(110) 및 하부 구조물(1100) 등의 기존 구조를 변경하지 않아도 되기 때문에, 효율적인 포스 터치 센싱이 가능한 터치 디스플레이 장치(100)를 쉽게 구현할 수 있다.

도 14를 참조하면, 갭 구조 유닛(1000)은, 기판 또는 필름으로 된 베이스 플레이트(1310)와, 베이스 플레이트(1310) 상에 위치한 제2 전극(E2)의 상면과 하부 구조물(1100)의 배면 사이에 위치하는 탄성 시트(1400) 등을 포함할 수 있다.

탄성 시트(1400)는 하부 구조물(1100)의 배면에 부착 또는 본딩 또는 코팅될 수 있다.

도 14을 참조하면, 포스 터치가 발생하는 경우, 상부 커버(1240), 디스플레이 패널(110) 및 하부 구조물(1100) 등이 힘을 아래로 받게 된다.

이에 따라, 터치의 터치 포스에 따라 탄성 시트의 두께가 변하여 제2 전극(E2)의 상면과 하부 구조물(1100)의 배면 사이의 갭(G)의 크기가 변할 수 있다.

즉, 포스 터치의 발생 전의 갭(G)은 G1이고, 포스 터치의 발생 후의 갭(G)은 G1보다 작은 값의 G2이다.

이와 같이, 포스 터치의 발생 전후로 갭(G)이 G1에서 G2로 줄어들게 됨에 따라, 제2 캐패시턴스(C2)가 변하게 되어 포스 터치를 인식할 수 있게 된다.

도 14의 갭 구조 유닛(1000)은 보다 얇게 구현할 수 있고, 디스플레이 패널(110) 및 하부 구조물(1100) 등의 기존 구조를 변경하지 않아도 되기 때문에, 포스 터치 센싱이 가능한 터치 디스플레이 장치(100)의 사이즈에 큰 변화 없이 쉽게 구현할 수 있다.

도 15를 참조하면, 갭 구조 유닛(1000)은, 하부 구조물(1100)의 배면에 위치하는 상부 필름(1520)과, 상부 필름(1520)과 대향하는 하부 필름(1510)과, 상부 필름(1520)의 배면 테두리와 하부 필름(1510)의 상면 테두리에 본딩된 본딩제(1530) 등을 포함할 수 있다.

도 15를 참조하면, 상부 필름(1520)의 배면 비 테두리 부분과 하부 필름(1510)의 상면 비 테두리 부분이 이격되어 마련된 내부 공간에 제2 전극(E2)가 위치할 수 있다.

도 15를 참조하면, 제2 전극(E2)의 상면에는 스페이서(1540)가 존재할 수 있다.

도 15를 참조하면, 포스 터치가 발생하는 경우, 상부 커버(1240), 디스플레이 패널(110) 및 하부 구조물(1100) 등이 힘을 아래로 받게 된다.

이에 따라, 터치의 터치 포스에 따라 제2 전극(E2)의 상면과 상부 필름(1520)의 배면 사이의 갭(G)의 크기가 변할 수 있다.

즉, 포스 터치의 발생 전의 갭(G)은 G1이고, 포스 터치의 발생 후의 갭(G)은 G1보다 작은 값의 G2이다.

이와 같이, 포스 터치의 발생 전후로 갭(G)이 G1에서 G2로 줄어들게 됨에 따라, 제2 캐패시턴스(C2)가 변하게 되어 포스 터치를 인식할 수 있게 된다.

터치 포스을 센싱하기 위해, 스페이서(1540)는 탄성을 가진 물질로 되어 있어 외부 힘에 의해 눌렸다가 복원될 수 있다.

또한, 스페이서(1540)는 상부 필름(1520) (또는 하부 구조물(1100))과 제2 전극(E2)이 직접 접촉하지 않게 해주고, 외부 힘(force touch)에 의해 눌리더라도 제2 전극(E2)이 변형되는 것을 막아준다.

이로 인해, 상부 필름(1520)과 제2 전극(E2) 사이의 갭(G)의 크기 변화(G1->G2)가 생길 수 있다.

또한, 스페이서(1540)는 도전성 또는 비 도전성 물질일 수 있다.

이러한 스페이서(1540)만으로 갭 구조 유닛(1000)이 구성될 수 있다.

한편, 동일한 포스 터치에 대하여, 가운데 지점에서 갭(G)의 크기 변화가 커질수록, 터치 포스에 대한 센싱 감도가 더욱 높아질 수 있다.

이와 관련하여, 테두리에서 갭 크기 변화가 없도록 해주면, 가운데 지점에서 갭 크기 변화가 상대적으로 더욱 커질 수 있다.

이를 위해, 갭 구조 유닛(1000)은 하부 필름(1510) 및 본딩제(1530) 등을 추가적으로 구비할 수 있다.

도 15의 갭 구조 유닛(1000)은 모듈 형태로 구현되어 있기 때문에, 디스플레이 패널(110), 하부 구조물(1100) 등의 기존 구조를 변경하지 않고, 하부 구조물(1100)의 하부에 모듈 형태의 갭 구조 유닛(1000)을 부착하면 된다. 따라서, 갭 구조 유닛(1000)를 터치 디스플레이 장치에 포함시켜 제작하기가 용이한 장점이 있다.

도 16을 참조하면, 갭 구조 유닛(1000)은, 제2 전극(E2)의 상면과 하부 구조물(1100)의 배면 사이에 위치하는 탄성 필름(1600) 등을 포함할 수 있다.

도 16을 참조하면, 포스 터치가 발생하는 경우, 상부 커버(1240), 디스플레이 패널(110) 및 하부 구조물(1100) 등이 힘을 아래로 받게 된다.

이에 따라, 터치의 터치 포스에 따라 탄성 필름의 두께가 변하여 제2 전극(E2)의 상면과 하부 구조물(1100)의 배면 사이의 갭(G)의 크기가 변할 수 있다.

즉, 포스 터치의 발생 전의 갭(G)은 G1이고, 포스 터치의 발생 후의 갭(G)은 G1보다 작은 값의 G2이다.

이와 같이, 포스 터치의 발생 전후로 갭(G)이 G1에서 G2로 줄어들게 됨에 따라, 제2 캐패시턴스(C2)가 변하게 되어 포스 터치를 인식할 수 있게 된다.

도 16의 갭 구조 유닛(1000)은 그 두께가 작아서 터치 디스플레이 장치의 사이즈를 크게 하지 않으면서도 포스 터치 센싱이 가능한 터치 디스플레이 장치(100)를 구현할 수 있다.

도 17을 참조하면, 갭 구조 유닛(1000)은, 하부 구조물(1100)에 내장된 내부 패턴(1700) 등을 포함할 수 있다.

내부 패턴(1700)은 하부 구조물(1100)(예: 백 라이트 유닛)의 내부에 구비되는 패턴이다. 여기서, 내부 패턴(1700)은 도전성 또는 비 도전성 물질일 수 있다.

이러한 내부 패턴(1700)은 탄성이 있는 물질로 되어 있어, 외부 힘(force touch)에 의해 눌렸다가 복원될 수 있다.

또한, 내부 패턴(1700)은 탄성에 의해 외부 힘에 의해 눌리더라도 외부 힘이 제2 전극(E2)에 전달되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 내부 패턴(1700)은 제2 전극(E2)가 변형되는 것을 방지할 수 있다.

포스 터치가 발생하는 경우, 상부 커버(1240), 디스플레이 패널(110) 및 하부 구조물(1100) 등이 힘을 아래로 받게 된다.

이에 따라, 하부 구조물(1100)의 내부에 있는 내부 패턴(1700)도 함께 힘을 받게 되어, 내부 패턴(1700)의 두께에 해당하는 터치 포스 센싱용 갭의 크기 변화(G1->G2)가 생길 수 있다.

포스 터치의 발생 전의 갭(G)은 G1이고, 포스 터치의 발생 후의 갭(G)은 G1보다 작은 값의 G2이다.

이와 같이, 포스 터치의 발생 전후로 갭(G)이 G1에서 G2로 줄어들게 됨에 따라, 제2 캐패시턴스(C2)가 변하게 되어 포스 터치를 인식할 수 있게 된다.

도 17의 갭 구조 유닛(1000)은 하부 구조물(1100)의 내부에 포함되기 때문에, 터치 디스플레이 장치의 사이즈에 변화를 주지 않고도 포스 터치 센싱이 가능한 터치 디스플레이 장치(100)를 구현할 수 있다.

도 18을 참조하면, 갭 구조 유닛(1000)은, 디스플레이 패널(110)의 하부의 테두리를 따라 위치하는 가이드 패널(Guide Panel)일 수 있다.

이 경우, 하부 구조물(1100)은 가이드 패널일 수 있는 갭 구조 유닛(1000)의 내측에 위치할 수 있다. 여기서, 하부 구조물(1100)은 액정 디스플레이 장치에서 디스플레이 패널(110)에 광을 조사하기 위한 백 라이트 유닛일 수 있다.

하부 구조물(1100)의 하부에 제2 전극(E2)이 위치할 수 있다.

그리고, 하부 구조물(1100)의 상부와 디스플레이 패널(110) 사이에 터치 포스 센싱용 갭(G)이 위치할 수 있다.

또는, 하부 구조물(1100)의 하부와 제2 전극(E2) 사이에 터치 포스 센싱용 갭(G)이 더 위치할 수도 있다.

한편, 디스플레이 패널(110)의 테두리 부분을 지지하는 갭 구조 유닛(1000) 때문에, 외부 힘(포스 터치)에 의해 화면부가 눌리더라도, 하부 구조물(1100)의 상면이 디스플레이 패널(110)의 배면(즉, 제1 편광판(1210)의 배면)과 직접 접촉하지 않는다.

따라서, 사용자가 화면부를 누르는 힘이 제2 전극(E2)에 직접적으로 전달되지 않는다. 이로 인해, 제2 전극(E2)은 변형되지 않는다.

화면부에서 포스 터치가 발생하는 경우, 상부 커버(1240), 디스플레이 패널(110) 등이 힘을 아래로 받게 된다.

이에 따라, 하부 구조물(1100)의 상부와 디스플레이 패널(110) 사이에 존재하는 갭(G)의 크기 변화(G1->G2)가 생길 수 있다.

포스 터치의 발생 전의 갭(G)은 G1이고, 포스 터치의 발생 후의 갭(G)은 G1보다 작은 값의 G2이다.

이와 같이, 포스 터치의 발생 전후로 갭(G)이 G1에서 G2로 줄어들게 됨에 따라, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 제2 캐패시턴스(C2)가 변하게 되어 포스 터치를 인식할 수 있게 된다.

한편, 터치 포스 발생 시, 터치 포스 센싱용 갭(G)의 크기 변화는 위치마다 다를 수 있다.

화면 중앙 지점에서, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에 존재하는 터치 포스 센싱용 갭의 크기 변화는, 화면 테두리 지점에서, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에 존재하는 터치 포스 센싱용 갭의 크기 변화보다 크다.

이는, 터치 포스 센싱을 위한 구조적인 특징에 의해 발생한 것으로서, 갭 구조 유닛(1000)이, 갭 구조 유닛(1000)의 상부에 있는 디스플레이 패널(110)의 테두리 부분을 지지하기 때문에 발생한다.

터치 포스 센싱용 갭(G)의 크기 변화는 위치마다 다른 점 때문에, 각 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에 형성된 제2 캐패시턴스(C2)의 변화 정도도 각 제1 전극(E1)의 위치에 따라 달라져, 각 제1 전극(E1)에서 수신되는 신호도 달라질 수 있다.

이에 따라, 각 제1 전극(E1)에서 수신되는 신호를 토대로 터치 포스의 유무를 센싱할 수 있을 뿐만 아니라, 각 제1 전극(E1)에서 수신되는 신호의 크기 대소 관계를 비교하여, 터치 포스가 발생한 위치도 센싱할 수 있다.

도 19는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 2가지 동작 모드(디스플레이 모드(Display Mode), 터치 모드(Touch Mode)) 중 터치 모드 구간(TM)에 대한 2가지 구동 타입(구동 타입 A, 구동 타입 B)을 나타낸 도면이다.

도 19를 참조하면, 터치 디스플레이 장치(100)는 영상을 표시하는 "디스플레이 모드"로 동작하거나, 터치 위치 및 터치 포스 중 적어도 하나를 센싱하는 "터치 모드"로 동작할 수 있다.

도 19를 참조하면, 디스플레이 모드 구간(DM)과 터치 모드 구간(TM)은 시분할 되어 진행될 수 있다.

일 예로, 터치 디스플레이 장치(100)는 1개의 프레임 구간을 디스플레이 모드 구간(DM)과 터치 모드 구간(TM)으로 시분할 하여 1개의 프레임 구간 내에서 디스플레이 모드와 터치 모드를 교번할 수 있다. 단, 어떠한 프레임 구간에서는 디스플레이 모드 구간(DM)만 존재할 수도 있다.

다른 예로, 터치 디스플레이 장치(100)는 1개의 프레임 구간을 둘 이상의 디스플레이 모드 구간(DM)과 둘 이상의 터치 모드 구간(TM)으로 시분할 하여 1개의 프레임 구간 내에서 디스플레이 모드와 터치 모드를 교번할 수 있다.

전술한 바와 같이, 터치 디스플레이 장치(100)의 구동 회로(120)는, 터치 모드 구간(TM) 동안, 터치 위치 및 터치 포스를 센싱할 수 있다.

이를 위해, 구동 회로(120)는 다수의 제1 전극(E1)을 구동하거나, 다수의 제1 전극(E1)과 적어도 하나의 제2 전극(E2)을 구동할 수 있다.

터치 모드 구간(TM) 동안, 구동 회로(120)는 2가지의 구동 방식 중 하나로 다수의 제1 전극(E1)과 적어도 하나의 제2 전극(E2)을 구동할 수 있다.

도 19를 참조하면, 2가지 구동 방식으로서, (1) 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동이 동시에 진행되는 동시 구동 방식(Driving Type A)과, (2) 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동이 분리되어 진행되는 분리 구동 방식(Driving Type B)이 있다.

동시 구동 방식의 경우, 각 터치 모드 구간(TM) 동안, 다수의 제1 전극(E1) 중 적어도 하나를 순차적으로 구동하면서 제2 전극(E2)도 동시에 구동하고(즉, 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동이 동시에 진행되고), 하나 또는 둘 이상의 터치 모드 구간(TM) 동안의 구동 결과에 따라 터치 위치 및 터치 포스를 동시에 센싱할 수 있다.

분리 구동 방식의 경우, 하나의 터치 모드 구간(TM)은, 터치 구동 구간(TD)과 포스 구동 구간(FD) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

예를 들어, 각 터치 모드 구간(TM)은, 적어도 하나의 터치 구동 구간(TD)과 적어도 하나의 포스 구동 구간(FD)를 포함할 수 있다.

또한, 각 터치 모드 구간(TM)은, 적어도 하나의 터치 구동 구간(TD)만을 포함할 수도 있고, 적어도 하나의 포스 구동 구간(FD)만을 포함할 수도 있다.

또한, 터치 구동 구간(TD)과 포스 구동 구간(FD)은 시간적으로 바로 인접해 있지 않아도 된다. 즉, 터치 구동 구간(TD)과 포스 구동 구간(FD) 사이에 디스플레이 모드 구간(DM)이 존재할 수도 있다.

아래에서는, 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동이 동시에 진행되는 동시 구동 방식(Driving Type A)을 도 20a 내지 도 20c, 도 21a 내지 도 21d를 참조하여 설명한다.

도 20a 및 도 20b는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 터치 모드 구간(TM)에서 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동이 동시에 진행되는 동시 구동 방식(구동 타입 A)에 대하여, 디스플레이 모드 구간(DM)과 터치 모드 구간(TM)의 할당 방식의 예시들이다.

도 20a를 참조하면, 터치 모드 구간(TM)에서 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동이 동시에 진행되는 동시 구동 방식(구동 타입 A)의 경우, 1개의 프레임 구간은 디스플레이 모드 구간(DM)과 터치 모드 구간(TM)으로 시분할 될 수 있다.

모든 프레임 구간은 디스플레이 모드 구간(DM)과 터치 모드 구간(TM)으로 시분할 될 수도 있고, 모든 프레임 구간 중 일부 프레임 구간만 디스플레이 모드 구간(DM)과 터치 모드 구간(TM)으로 시분할 될 수도 있다.

도 20b를 참조하면, 터치 모드 구간(TM)에서 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동이 동시에 진행되는 동시 구동 방식(구동 타입 A)의 경우, 1개의 프레임 구간은 둘 이상의 디스플레이 모드 구간(DM)과 둘 이상의 터치 모드 구간(TM)으로 시분할 될 수 있다.

모든 프레임 구간은 둘 이상의 디스플레이 모드 구간(DM)과 둘 이상의 터치 모드 구간(TM)으로 시분할 될 수도 있고, 모든 프레임 구간 중 일부 프레임 구간만 둘 이상의 디스플레이 모드 구간(DM)과 둘 이상의 터치 모드 구간(TM)으로 시분할 될 수도 있다.

도 20a 및 도 20b를 참조하면, 구동 회로(120)는, 터치가 접촉부가 도체인 포인터에 의해 발생하고 일정 수준 이하의 누르는 힘에 의해 발생한 소프트 터치(Soft Touch)인 경우(도 3의 Case 1), 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동을 동시에 진행한 이후, 각 제1 전극(E1)으로부터 수신되는 신호를 토대로, 터치에 대하여 터치 위치만을 센싱할 수 있다.

또한, 구동 회로(120)는, 터치가 접촉부가 도체인 포인터에 의해 발생하고 일정 수준을 초과하는 누르는 힘에 의해 발생한 포스 터치(Force Touch)인 경우(도 3의 Case 2), 각 제1 전극(E1)으로부터 수신되는 신호를 토대로, 터치에 대하여 터치 위치 및 터치 포스를 동시에 센싱할 수 있다.

또한, 구동 회로(120)는, 터치가 접촉부가 부도체인 포인터에 의해 발생하고 일정 수준을 초과하는 누르는 힘에 의해 발생한 포스 터치(Force Touch)인 경우(도 3의 Case 3), 각 제1 전극(E1)으로부터 수신되는 신호를 토대로, 터치에 대하여 터치 포스만을 센싱할 수 있다.

전술한 바와 같이, 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동을 동시에 진행하여, 터치 위치 및 터치 포스를 동시에 센싱할 수 있게 된다. 이에 따라, 터치 위치 및 터치 포스를 센싱하는데 필요한 시간을 줄일 수 있고, 그만큼 영상 표시를 위한 디스플레이 모드 구간(DM)을 길게 할애할 수 있게 되어 영상 품질 향상에 도움을 줄 수 있다.

다만, 3가지의 터치 유형(Case 1, Case 2, Case 3) 중에서, 소프트 터치(Case 1)의 경우 터치 위치만 센싱될 수 있고, 부도체 포인터에 의한 포스 터치(Case 3)의 경우에는 터치 포스만 센싱될 수 있다.

하지만, 3가지의 터치 유형(Case 1, Case 2, Case 3) 각각에 대하여 구동 방법이 달라지는 것은 아니다. 3가지의 터치 유형(Case 1, Case 2, Case 3)에 따라 얻어지는 센싱 결과 정보의 종류(터치 위치 및 터치 포스 중 적어도 하나)가 달라질 뿐이다.

한편, 구동 회로(120)는, 각 터치 모드 구간(TM) 동안, 다수의 제1 전극(E1) 중 적어도 하나로 제1 전극 구동 신호(DS1)를 순차적으로 인가하고, 동시에, 제2 전극(E2)으로 제2 전극 구동 신호(DS2)를 인가함으로써, 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동을 동시에 진행하고 각 제1 전극(E1)으로부터 수신되는 신호를 검출한다.

구동 회로(120)는, 한 프레임 구간 내 하나 또는 둘 이상의 터치 모드 구간(TM) 동안 구동을 모두 진행한 이후, 각 제1 전극(E1)으로부터 수신되는 신호에 근거하여, 즉, 각 제1 전극(E1)으로부터의 검출 신호에 대한 센싱값에 근거하여, 하나의 터치에 대하여, 터치 위치 및 터치 포스 중 적어도 하나를 센싱할 수 있다.

전술한 바에 따르면, 터치 위치를 센싱하기 위한 신호 검출 처리와, 터치 포스를 센싱하기 위한 신호 검출 처리를 개별적으로 수행할 필요 없이, 한 종류의 전극(즉, 각 제1 전극(E1))을 통한 신호 검출 처리에 의해 얻어진 신호에 기초하여 터치 위치 및 터치 포스를 함께 감지할 수 있다.

도 20c는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 구동 회로(120)가 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동이 동시에 진행되는 경우, 제1 전극(E1)에 인가되는 제1 전극 구동 신호(DS1)과 제2 전극(E2)에 인가되는 제2 전극 구동 신호(DS2)에 대한 4가지 조합 예시들이다.

도 20c의 조합 1 내지 조합 4와 같이, 제1 전극 구동 신호(DS1)는 펄스 형태의 신호이고, 제2 전극 구동 신호(DS2)는 펄스 형태의 신호이거나 DC 전압을 갖는 신호일 수 있다.

전술한 바와 같이, 제1 전극 구동 신호(DS1)과 제2 전극 구동 신호(DS2)의 다양한 조합들을 이용할 수 있게 됨으로써, 터치 디스플레이 장치(100)의 전원 계통 환경 또는 신호 생성 또는 신호 변환 방식 등의 시스템 환경에 맞는 구동을 해줄 수 있다.

전술한 바와 같이, 터치 모드 구간(TM) 동안, 정위상 관계 또는 역위상 관계를 갖는 제1 전극 구동 신호(DS1)와 제2 전극 구동 신호(DS2)를 이용하여 구동하는 것이 가능해짐으로써, 터치 디스플레이 장치(100)의 전원 계통 환경 또는 신호 생성 또는 신호 변환 방식 등의 시스템 환경에 맞는 구동을 해줄 수 있다.

도 20c의 조합 1과 같이, 제1 전극 구동 신호(DS1)와 제2 전극 구동 신호(DS2)가 정위상 관계에 있는 펄스 형태의 신호인 경우, 제2 전극 구동 신호(DS2)는, 제1 전극 구동 신호(DS1)와 동일한 위상과 동일한 주파수를 갖는다. 하지만, 제2 전극 구동 신호(DS2)의 진폭(V2)은 제1 전극 구동 신호(DS1)의 진폭(V1)보다 크다.

전술한 바와 같이, 제1 전극 구동 신호(DS1)와 제2 전극 구동 신호(DS2)가 정위상 관계에 있는 펄스 형태의 신호인 경우, 제2 전극 구동 신호(DS2)의 진폭(V2)을 제1 전극 구동 신호(DS1)의 진폭(V1)보다 크게 함으로써, 제1 전극(E1)을 통해 수신되는 신호에 터치 위치 정보 및 터치 포스 정보가 혼재되어 있더라도 터치 위치 및 터치 포스를 정확하게 구분하여 감지할 수 있다.

한편, 제1 전극 구동 신호(DS1)와 제2 전극 구동 신호(DS2)가 역위상 관계에 있는 펄스 형태의 신호인 경우, 제2 전극 구동 신호(DS2)는 제1 전극 구동 신호(DS1)와 동일한 위상과 동일한 주파수를 갖는다. 제2 전극 구동 신호(DS2)의 진폭(V2)은 제1 전극 구동 신호(DS1)의 진폭(V1)보다 크거나 작거나 동일할 수 있다.

한편, 도 20c의 조합 3 및 4와 같이, 제2 전극 구동 신호(DS2)가 DC 전압을 갖는 신호인 경우, DC 전압은 미리 정해진 기준전압(Vref2) 또는 그라운드 전압(GND)일 수 있다.

도 21a 내지 도 21d는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)가, 터치 모드 구간(TM)에서, 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동을 동시에 진행하는 경우, 디스플레이 모드 구간(DM)과 터치 모드 구간(TM)에서의 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2)에 인가되는 신호 파형을 예시적으로 나타낸 도면이다.

도 21a 내지 도 21d를 참조하면, 디스플레이 모드 구간(DM)과 터치 모드 구간(TM)은 동기화 신호(SYNC)에 의해 정의될 수 있다.

예를 들어, 동기화 신호(SYNC)가 하이 레벨(또는 로우 레벨)인 경우, 터치 디스플레이 장치(100)의 동작 모드 구간이 디스플레이 모드 구간(DM)에 해당하고, 동기화 신호(SYNC)가 로우 레벨(또는 하이 레벨)인 경우, 터치 디스플레이 장치(100)의 동작 모드 구간이 터치 모드 구간(TM)에 해당할 수 있다.

동기화 신호(SYNC)는 타이밍 컨트롤러(미도시)에서 구동 회로(120)로 제공되는 제어 신호일 수 있다.

도 21a는 도 20c의 조합1을 이용하여 터치 모드 구간(TM) 동안 구동한 경우이고, 도 21b는 도 20c의 조합2를 이용하여 터치 모드 구간(TM) 동안 구동한 경우이고, 도 21c는 도 20c의 조합3을 이용하여 터치 모드 구간(TM) 동안 구동한 경우이고, 도 21d는 도 20c의 조합4를 이용하여 터치 모드 구간(TM) 동안 구동한 경우이다.

도 21a, 도 21b, 도 21c 및 도 21d를 참조하면, 디스플레이 모드 구간(DM) 동안, 다수의 제1 전극(E1)에는 디스플레이 구동 전압(DDV)이 인가될 수 있다.

일 예로, 다수의 제1 전극(E1)에는 디스플레이 구동 전압(DDV)에 해당하는 공통 전압(Vcom)이 모두 인가될 수 있다.

도 21a, 도 21b, 도 21c 및 도 21d에서, 제1 전극 구동 신호(DS1)의 로우 레벨 전압은 디스플레이 구동 전압(DDV)과 동일한 것으로 도시되어 있으나, 경우에 따라서, 디스플레이 구동 전압(DDV)보다 낮거나 높을 수 있다.

또한, 도 21a, 도 21b, 도 21c 및 도 21d에서, 디스플레이 모드 구간(DM) 동안, 제2 전극(E2)은 그라운드 전압(GND)이 인가되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시일 뿐, 그라운드 전압(GND)뿐만 아니라, 디스플레이 구동 전압(DDV)이 인가될 수도 있고, 다른 특정 DC 전압이 인가되거나 AC 전압(펄스 신호)이 인가될 수도 있으며, 어떠한 전압도 인가되지 않는 플로팅 상태일 수도 있다.

아래에서는, 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동이 분리되어 진행되는 분리 구동 방식(Driving Type B)을 도 22a 내지 도 22e, 도 23a 내지 도 23e를 참조하여 설명한다.

도 22a 내지 도 22c는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 터치 모드 구간(TM)에서 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동이 분리되어 진행되는 동시 구동 방식(구동 타입 B)에 대하여, 디스플레이 모드 구간(DM)과 터치 모드 구간(TM)의 할당 방식의 예시들이다.

도 22a 및 도 22b를 참조하면, 터치 모드 구간(TM)에서 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동을 분리하여 진행하는 동시 구동 방식(구동 타입 B)의 경우, 각 터치 모드 구간(TM)은 터치 위치를 센싱하기 위한 터치 구동 구간(TD)과 터치 포스를 센싱하기 위한 포스 구동 구간(FD) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

예를 들어, 도 22a 및 도 22b에 도시된 바와 같이, 모든 터치 모드 구간(TM) 각각은 터치 위치를 센싱하기 위한 터치 구동 구간(TD)과 터치 포스를 센싱하기 위한 포스 구동 구간(FD)을 모두 포함할 수 있다.

다른 예로서, 도 22c에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 터치 모드 구간(TM)은 터치 위치를 센싱하기 위한 터치 구동 구간(TD)만을 포함하고, 다른 하나 이상의 터치 모드 구간(TM)은 터치 위치를 센싱하기 위한 터치 구동 구간(TD)과 터치 포스를 센싱하기 위한 포스 구동 구간(FD)을 모두 포함할 수도 있다.

또 다른 예로서, 하나 이상의 터치 모드 구간(TM)은 터치 구동 구간(TD)만 포함하고, 다른 하나 이상의 터치 모드 구간(TM)은 포스 구동 구간(FD)만을 포함할 수도 있다.

이러한 예시들뿐만 아니라, 터치 구동 구간(TD)과 포스 구동 구간(FD)이 분리되어 있기만 하면, 그 어떠한 형태로도 구간 할당이 가능하다.

한편, 도 22a 내지 도 22c를 참조하면, 한 프레임 구간은 적어도 하나의 디스플레이 모드 구간(DM)을 반드시 포함한다.

또한, 도 22a 내지 도 22c에 도시된 바와 같이, 한 프레임 구간은 적어도 하나의 터치 모드 구간(TM)을 반드시 포함할 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다.

즉, 터치 모드 구간(TM)은 적어도 하나의 프레임 구간마다 하나 또는 둘 이상 존재할 수도 있다.

한 프레임 구간마다 하나 이상의 터치 구동 구간(TD)이 존재할 수 있다.

이와 다르게, 둘 이상의 프레임 구간마다 하나 이상의 터치 구동 구간(TD)이 존재할 수 있다. 즉, 어떠한 프레임 구간에서는 터치 구동 구간(TD)이 존재하지 않을 수도 있다.

그리고, 한 프레임 구간마다 하나 이상의 포스 구동 구간(FD)이 존재할 수 있다.

이와 다르게, 둘 이상의 프레임 구간마다 하나 이상의 포스 구동 구간(FD)이 존재할 수 있다. 즉, 어떠한 프레임 구간에서는 포스 구동 구간(FD)이 존재하지 않을 수도 있다.

도 22a 내지 도 22c를 참조하면, 구동 회로(120)는, 터치 구동 구간(TD) 동안, 다수의 제1 전극(E1) 중 적어도 하나로 터치 구동 신호(TDS)에 해당하는 제1 전극 구동 신호(DS1)를 순차적으로 인가하여, 각 제1 전극(E1)으로부터 수신되는 신호에 근거하여, 터치에 대한 터치 위치를 센싱한다.

구동 회로(120)는, 포스 구동 구간(FD) 동안, 다수의 제1 전극(E1)의 전체 또는 일부로 제1 포스 구동 신호(FDS1)에 해당하는 제1 전극 구동 신호(DS1)를 인가하고, 동시에, 제2 전극(E2)으로 제2 포스 구동 신호(FDS2)에 해당하는 제2 전극 구동 신호(DS2)를 인가하여, 각 제1 전극(E1)으로부터 수신되는 신호에 근거하여, 터치에 대한 터치 포스를 센싱할 수 있다.

전술한 바와 같이, 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동이 분리되어 진행됨으로써, 터치 위치 및 터치 포스를 정확하고 혼란 없이 센싱할 수 있다.

도 22d 및 도 22e는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 구동 회로(120)가 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동이 분리되어 진행되는 경우, 터치 모드 구간(TM)에서의 포스 구동 구간(FD) 동안, 제1 전극(E1)에 인가되는 제1 포스 구동 신호(FDS1)와 제2 전극(E2)에 인가되는 제2 포스 구동 신호(FDS2)에 대한 8가지 조합 예시들이다.

도 22d의 조합 1 및 2와 같이, 제1 포스 구동 신호(FDS1)와 제2 포스 구동 신호(FDS2) 모두는 펄스 형태의 신호일 수 있다.

또는, 도 22d의 조합 3 및 4와 같이, 제1 포스 구동 신호(FDS1)가 펄스 형태의 신호이고, 제2 포스 구동 신호(FDS2)가 제2 DC 전압을 갖는 신호일 수 있다.

또는, 도 22d의 조합 5 및 6과 같이, 제1 포스 구동 신호(FDS1)가 제1 DC 전압을 갖는 신호이고, 제2 포스 구동 신호(FDS2)가 펄스 형태의 신호일 수 있다.

또는, 도 22e의 조합 7 및 8와 같이, 제1 포스 구동 신호(FDS1)가 제1 DC 전압을 갖는 신호이고, 제2 포스 구동 신호(FDS2)가 제2 DC 전압을 갖는 신호일 수 있다.

전술한 바와 같이, 제1 포스 구동 신호(FDS1) 및 제2 포스 구동 신호(FDS2)에 대한 다양한 조합들 중에서 시스템 환경에 맞는 어느 하나 또는 둘 이상을 선택적으로 이용하여 터치 포스를 센싱하기 위한 효율적인 구동을 제공할 수 있다.

도 22d의 조합 1 및 2와 같이, 제 1 포스 구동 신호(FDS1)와 제2 포스 구동 신호(FDS2)가 펄스 형태의 신호인 경우, 제1 포스 구동 신호(FDS1)와 제2 포스 구동 신호(FDS2)는, 정위상 관계 또는 역위상 관계에 있을 수 있다.

전술한 바와 같이, 신호 생성 구성, 포스 구동 및 센싱 구성을 고려하여, 펄스 신호 형태의 제1 포스 구동 신호(FDS1)와 제2 포스 구동 신호(FDS2) 간의 위상 관계(정위상 관계, 역위상 관계)를 적절히 선택하여 이용함으로써, 신호 생성 구성, 포스 구동 및 센싱의 효율성을 높여줄 수 있다.

도 22d의 조합 1에 도시된 바와 같이, 제1 포스 구동 신호(FDS1)와 제2 포스 구동 신호(FDS2)가 정위상 관계에 있는 펄스 형태의 신호인 경우, 제2 포스 구동 신호(FDS2)는, 제1 포스 구동 신호(FDS1)와 동일한 위상과 동일한 주파수를 갖는다. 하지만, 제2 포스 구동 신호(FDS2)의 진폭(V2)는 제1 포스 구동 신호(FDS1)의 진폭(V1)보다 크다.

이와 같이, 펄스 신호 형태의 제1 포스 구동 신호(FDS1)와 제2 포스 구동 신호(FDS2)가 정위상 관계에 있을 때, 제2 포스 구동 신호(FDS2)의 진폭(V2)을 제1 포스 구동 신호(FDS1)의 진폭(V1)보다 크게 함으로써, 제1 전극(E1)을 통해 수신된 수신 신호를 토대로 포스 센싱을 할 때, 해당 터치가 포스 터치인지 소프트 터치인지를 정확하게 구분하여, 터치 포스의 유무 및 그 크기를 정확하게 감지할 수 있다.

제1 포스 구동 신호(FDS1)와 제2 포스 구동 신호(FDS2)가 역위상 관계에 있을 때, 제2 포스 구동 신호(FDS2)는 제1 포스 구동 신호(FDS1)와 동일한 위상과 동일한 주파수를 갖는다. 제2 포스 구동 신호(FDS2)의 진폭(V2)과 제1 포스 구동 신호(FDS1)의 진폭(V1)은 서로 동일하거나 다를 수 있다.

제1 포스 구동 신호(FDS1)의 제1 DC 전압은 제1 기준전압(Vref1) 또는 그라운드 전압(GND)일 수 있다.

제2 포스 구동 신호(FDS2)의 제2 DC 전압은 제2 기준전압(Vref2) 또는 그라운드 전압(GND)일 수 있다.

제1 기준전압(Vref1)과 제2 기준전압(Vref2)은 동일한 전압 또는 다른 전압일 수도 있다.

제1 포스 구동 신호(FDS1)가 제1 DC 전압을 갖는 신호이고 제2 포스 구동 신호(FDS2)가 제2 DC 전압을 갖는 신호인 경우, 제1 DC 전압과 제2 DC 전압은 서로 다른 전압일 수 있다.

도 23a 내지 도 23e는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)가, 터치 모드 구간(TM)에서, 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동을 분리하여 진행하는 경우, 디스플레이 모드 구간(DM), 터치 구동 구간(FD) 및 포스 구동 구간(FD)에서, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2)에 인가되는 신호 파형을 예시적으로 나타낸 도면이다.

도 23a는 도 22c의 조합1을 이용하여 터치 모드 구간(TM) 동안 구동한 경우이고, 도 23b는 도 22c의 조합2를 이용하여 터치 모드 구간(TM) 동안 구동한 경우이고, 도 23c는 도 22c의 조합3을 이용하여 터치 모드 구간(TM) 동안 구동한 경우이고, 도 23d는 도 22c의 조합4를 이용하여 터치 모드 구간(TM) 동안 구동한 경우이고, 도 23e는 도 22c의 조합6을 이용하여 터치 모드 구간(TM) 동안 구동한 경우이다.

도 23a 내지 도 23e를 참조하면, 디스플레이 모드 구간(DM) 동안, 다수의 제1 전극(E1)에는 디스플레이 구동 전압(DDV)이 인가될 수 있다.

일 예로, 다수의 제1 전극(E1)에는 디스플레이 구동 전압(DDV)에 해당하는 공통 전압(Vcom)이 모두 인가될 수 있다.

디스플레이 모드 구간(DM) 동안, 제2 전극(E2)은 그라운드 전압(GND)이 인가되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시일 뿐, 그라운드 전압(GND)뿐만 아니라, 디스플레이 구동 전압(DDV)이 인가될 수도 있고, 다른 특정 DC 전압이 인가되거나 AC 전압(펄스 신호)이 인가될 수도 있으며, 어떠한 전압도 인가되지 않는 플로팅 상태일 수도 있다.

도 23a 내지 도 23e를 참조하면, 터치 모드 구간(TM)에 포함된 터치 구동 구간(TD) 동안, 다수의 제1 전극(E1)에는 제1 전극 구동 신호(DS1)에 해당하는 터치 구동 신호(TDS)가 인가될 수 있다. 여기서, 터치 구동 신호(TDS)는 도 5에서 펄스 형태의 제1 전극 구동 신호(DS1)와 같은 신호일 수 있다.

터치 모드 구간(TM)에 포함된 터치 구동 구간(TD) 동안, 제2 전극(E2)은 그라운드 전압(GND)이 인가되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시일 뿐, 그라운드 전압(GND)뿐만 아니라, 디스플레이 구동 전압(DDV)이 인가될 수도 있고, 다른 특정 DC 전압이 인가되거나 AC 전압(펄스 신호)이 인가될 수도 있으며, 어떠한 전압도 인가되지 않는 플로팅 상태일 수도 있다.

한편, 터치 구동 구간(TD) 동안, 제1 전극(E1)에 터치 구동 신호(TDS)가 인가되고 있을 때, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에 기생 캐패시턴스가 형성될 수 있다.

이러한 기생 캐패시턴스는 제1 전극(E1)을 통해 수신되는 신호를 토대로 터치 위치를 센싱할 때 센싱 노이즈로 작용할 수 있다.

따라서, 터치 구동 구간(TD) 동안, 제1 전극(E1)에 인가되는 터치 구동 신호(TDS)와 주파수, 위상 및 진폭 중 적어도 하나가 동일한 제2 전극 구동 신호(DS2)를 제2 전극(E2)에 인가해줄 수 있다.

이에 따라, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에 기생 캐패시턴스가 형성되는 것이 방지될 수 있어서, 센싱 정확도가 높아질 수 있다.

여기서, 터치 구동 구간(TD) 동안, 제1 전극(E1)에 인가되는 터치 구동 신호(TDS)와 주파수, 위상 및 진폭 중 적어도 하나가 동일한 제2 전극 구동 신호(DS2)를 로드 프리 구동 신호(Load Free Driving Signal)라고 한다.

도 23a 내지 도 23e에서, 제1 전극 구동 신호(DS1)에 해당하는 터치 구동 신호(TDS) 및 제1 포스 구동 신호(FDS1)의 로우 레벨 전압은 디스플레이 구동 전압(DDV)과 동일한 것으로 도시되어 있으나, 경우에 따라서, 디스플레이 구동 전압(DDV)보다 낮거나 높을 수 있다.

또한, 도 23a 내지 도 23e에서, 디스플레이 모드 구간(DM) 및 터치 구동 구간(TD) 동안, 제2 전극(E2)은 그라운드 전압(GND)이 인가되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시일 뿐, 그라운드 전압(GND)뿐만 아니라, 디스플레이 구동 전압(DDV)이 인가될 수도 있고, 다른 특정 DC 전압이 인가되거나 AC 전압(펄스 신호)이 인가될 수도 있으며, 어떠한 전압도 인가되지 않는 플로팅 상태일 수도 있다.

터치 모드 구간(TM)에 포함된 포스 구동 구간(FD) 동안, 도 23a 내지 도 23d에 도시된 바와 같이, 제1 전극(E1)에는 펄스 형태의 제1 전극 구동 신호(DS1)에 해당하는 제1 포스 구동 신호(FDS1)가 인가될 수도 있고, 도 23e에 도시된 바와 같이, 제1 전극(E1)에는 제1 DC 전압(예: Vref1, GND, Vcom 등)의 제1 전극 구동 신호(DS1)에 해당하는 제1 포스 구동 신호(FDS1)가 인가될 수도 있다.

도 24는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)가, 터치 모드 구간(TM) 동안 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동을 동시에 진행하는 동시 구동 방법에 대한 흐름도이다.

도 24를 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)가, 터치 모드 구간(TM) 동안 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동을 동시에 진행하는 경우, 터치 디스플레이 장치(100)의 동시 구동 방법은, 디스플레이 모드 구간(DM)에, 디스플레이 패널(110)에 배치된 다수의 데이터 라인과 다수의 게이트 라인을 구동하여 각 서브픽셀의 계조를 조절하여 디스플레이 패널(110)을 구동하는 단계(S2410)와, 터치 모드 구간(TM)에, 디스플레이 패널(110)에 내장된 다수의 제1 전극(E1) 중 적어도 하나로 제1 전극 구동 신호(DS1)를 순차적으로 인가하고, 이와 동시에, 디스플레이 패널(110)의 외부에 위치한 제2 전극(E2)으로 제2 전극 구동 신호(DS2)를 인가하여, 하나의 터치에 대하여 터치 위치 및 터치 포스를 동시에 센싱하는 단계(S2420) 등을 포함한다.

전술한 동시 구동 방법을 이용하면, 손가락, 펜 등의 포인터에 의해 발생한 터치에 대하여, 터치 모드 구간(TM) 동안 동일한 구동을 방식으로 통해, 터치 위치와 터치 포스를 동시에 센싱할 수 있다.

도 25a 및 도 25b는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 동시 구동을 위한 구동 회로(120)를 나타낸 도면들이다.

도 25a 및 도 25b를 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)가, 터치 모드 구간(TM) 동안 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동을 동시에 진행하는 경우, 터치 디스플레이 장치(100)의 구동 회로(120)는, 신호 생성 회로(2500), 제1 전극 구동 회로(2510), 제2 전극 구동 회로(2520) 등을 포함할 수 있다.

도 25a 및 도 25b를 참조하면, 신호 생성 회로(2500)는 제1 전극 구동 신호(DS1)를 생성하여 출력할 수 있다.

이러한 신호 생성 회로(2500)는 제2 전극 구동 신호(DS2)를 더 생성할 수도 있는데, 도 25a는 신호 생성 회로(2500)가 제2 전극 구동 신호(DS2)를 생성하는 경우의 구동 회로(120)를 나타낸 도면이고, 도 25b는 신호 생성 회로(2500)가 제2 전극 구동 신호(DS2)를 생성하지 않는 경우의 구동 회로(120)를 나타낸 도면이다.

도 25a 및 도 25b를 참조하면, 제1 전극 구동 회로(2510)는, 디스플레이 모드 구간(DM)에 디스플레이 패널(110)에 내장된 다수의 제1 전극(E1)으로 디스플레이 구동전압을 인가하고, 터치 모드 구간(TM)에 디스플레이 패널(110)에 내장된 다수의 제1 전극(E1) 중 적어도 하나로 제1 전극 구동 신호(DS1)를 순차적으로 인가해줄 수 있다.

이러한 제1 전극 구동 회로(2510)는, 도 7의 적분기(730), 아날로그 컨버터(ADC) 등을 포함할 수 있다.

다수의 제1 전극(E1)이 디스플레이 모드 구간(DM)에서 디스플레이 구동 전압(DDV)이 인가되는 디스플레이 구동 전극 중 하나라고 가정하면, 제1 전극 구동 회로(2510)는, 디스플레이 모드 구간(DM)에, 다수의 제1 전극(E1) 모두에 디스플레이 구동 전압을 인가할 수 도 있다.

따라서, 다수의 제1 전극(E1)은, 디스플레이 모드 구간(DM)에서는 디스플레이 구동 전극 역할을 하고, 터치 모드 구간(TM)에서는 터치 센서 및 포스 센서의 역할을 한다.

도 25a 및 도 25b를 참조하면, 제2 전극 구동 회로(2520)는, 터치 모드 구간(TM)에, 디스플레이 패널(110)의 외부에 위치한 제2 전극(E2)에 제2 전극 구동 신호(DS2)를 인가해주기 위한 회로이다. 일 예로, 제2 전극 구동 회로(2520)는 제2 전극(E2)로 제2 전극 구동 신호(DS2)를 전달해주기 위한 신호 배선이 배치된 적어도 하나의 인쇄회로로 구현될 수 있다.

전술한 구동 회로(120)를 이용하면, 터치 위치를 센싱하는 터치 센싱 기능과, 터치 포스를 센싱하는 포스 센싱 기능을 제공할 수 있다. 특히, 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동을 동시에 진행하여, 2가지 터치 관련 구동과 센싱을 효율적으로 제공해줄 수 있다.

도 25a를 참조하면, 신호 생성 회로(2500)는 제2 전극 구동 신호(DS2)를 더 생성하여 출력할 수 있다.

이에 따라, 제2 전극 구동 회로(2520)는 신호 생성 회로(2500)에서 생성되어 출력된 제2 전극 구동 신호(DS2)를 제2 전극(E2)에 전달해줄 수 있다.

도 25a에 도시된 바와 같이, 신호 생성 회로(2500)가 제1 전극 구동 신호(DS1)뿐만 아니라 제2 전극 구동 신호(DS2)를 더 생성하여 출력함에 따라, 제1 전극 구동 신호(DS1)와는 다른 형태의 제2 전극 구동 신호(DS2)를 이용하여 터치 모드 구간에서의 구동을 하기가 용이해질 수 있다.

도 25b를 참조하면, 신호 생성 회로(2500)는 제2 전극 구동 신호(DS2)를 생성하지 않기 때문에, 구동 회로(120)는, 신호 생성 회로(2500)에서 생성된 제1 전극 구동 신호(DS1)를 변환하여 제2 전극 구동 신호(DS2)를 생성하는 신호 변환기(2540)를 더 포함할 수 있다.

이러한 신호 변환기(2540)는, 일 예로, 제1 전극 구동 신호(DS1)의 진폭 및 위상 등 중 적어도 하나를 변환하여 제2 전극 구동 신호(DS2)를 생성할 수 있다.

이에 따르면, 신호 생성 회로(2500)는 제1 전극 구동 신호(DS1)만을 생성해도 되기 때문에 신호 생성 부담을 줄여줄 수 있고, 효과적인 터치 구동을 제공해줄 수 있다.

이러한 신호 변환기(2540)는, 일 예로, 신호 전압 레벨을 조절하는 레벨 쉬프터(Level Shifter)를 포함할 수도 있고, 신호 위상을 제어하는 위상 제어기를 포함할 수도 있으며, DC 신호를 AC 신호(펄스 신호)로 변환하는 DA 컨버터 또는 AC 신호(펄스 신호)를 DC 신호로 변환하는 AD 컨버터를 포함할 수 있다. 또한, 이러한 신호 변환기(2540)는 제2 전극 구동 회로(2520)으로도 볼 수 있으며, 제2 전극 구동 회로(2520)에 포함되는 것으로 볼 수도 있다.

도 25a 및 도 25b를 참조하면, 구동 회로(120)는, 터치 모드 구간(TM)에서 제1 전극 구동 회로(120)를 통해 적어도 하나의 제1 전극(E1)으로부터 신호를 수신하여 수신된 신호에 근거하여, 하나의 터치에 대한 터치 위치 및 터치 포스 중 적어도 하나를 감지하는 감지 프로세서(2530)를 더 포함할 수 있다.

이러한 감지 프로세서(2530)는 도 7의 프로세서(740)와 대응되는 구성일 수 있다.

전술한 바와 같이, 감지 프로세서(2530)는, 제1 전극(E1)에서의 수신 신호를 제1 전극 구동 회로(2510)를 통해서 수신하여 터치 위치뿐만 터치 포스도 함께 센싱함으로써, 동일한 처리 방식으로 2가지 종류의 센싱을 효율적으로 수행할 수 있다.

한편, 신호 생성 회로(2500), 제1 전극 구동 회로(2510) 및 감지 프로세서(2530) 각각은 별도의 집적회로 또는 프로세서로 구현될 수 있다.

예를 들어, 신호 생성 회로(2500)는 파워 집적회로(Power IC)로 구현되고, 감지 프로세서(2530)는 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU: Micro Controller Unit)일 수 있다. 제1 전극 구동 회로(2510)는 제1 전극 구동 집적회로로 구현될 수 있다.

한편, 신호 생성 회로(2500), 제1 전극 구동 회로(2510) 및 감지 프로세서(2530) 중 적어도 둘 이상은 하나의 집적회로로 구현될 수 있다.

일 예로, 신호 생성 회로(2500) 및 제1 전극 구동 회로(2510)는 하나의 집적회로에 포함되어 구현될 수 있다.

다른 예로서, 신호 생성 회로(2500), 제1 전극 구동 회로(2510) 및 감지 프로세서(2530)는 하나의 집적회로에 통합적으로 포함되어 구현될 수도 있다.

한편, 제1 전극 구동 회로(2510)는 디스플레이 모드 구간에, 디스플레이 패널(110)에 배치된 다수의 데이터 라인으로 데이터 전압을 인가하는 데이터 구동 회로를 더 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이, 구동 회로(120)를 다양한 형태로 구현할 수 있게 됨으로써, 터치 디스플레이 장치(100)의 사이즈(예: 중대형 TV 사이즈, 모바일 단말 사이즈 등) 또는 시스템 환경 또는 전원 계통 환경 등에 맞는 최적의 구동 회로(120)를 설계할 수 있다.

도 26은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)가, 터치 모드 구간(TM) 동안 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동을 분리하여 진행하는 분리 구동 방법에 대한 흐름도이다.

도 26을 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)가, 터치 모드 구간(TM) 동안 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동을 분리하여 진행하는 경우, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 분리 구동 방법은, 디스플레이 모드 구간(DM)에 디스플레이 패널(110)을 구동하는 단계(S2610)와, 터치 모드 구간(TM) 내 터치 구동 구간(TD)에, 디스플레이 패널(110)에 내장된 다수의 제1 전극(E1) 중 적어도 하나로 터치 구동 신호(TDS)를 순차적으로 인가하여 터치에 대한 터치 위치를 센싱하는 단계(S2620)와, 터치 모드 구간(TM) 내 포스 구동 구간(FD)에, 다수의 제1 전극(E1)의 전체 또는 일부로 제1 포스 구동 신호(FDS1)를 인가하고, 동시에, 제2 전극(E2)으로 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 인가하여, 터치에 대한 터치 포스를 센싱하는 단계(S2630) 등을 포함할 수 있다.

전술한 분리 구동 방법을 이용하면, 손가락, 펜 등의 포인터에 의해 발생한 터치에 대하여, 터치 위치와 터치 포스를 다른 구동 방식을 통해 각기 센싱함으로써 터치 위치 및 터치 포스를 혼란 없이 정확하게 센싱할 수 있다.

도 27a 및 도 27b는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 분리 구동을 위한 구동 회로(120)를 나타낸 도면들이다.

도 27a 및 도 27b를 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)가, 터치 모드 구간(TM) 동안 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동을 분리하여 진행하는 경우, 터치 디스플레이 장치(100)의 구동 회로(120)는, 신호 생성 회로(2700), 제1 전극 구동 회로(2710), 제2 전극 구동 회로(2720) 등을 포함할 수 있다.

신호 생성 회로(2700)는 터치 구동 신호(TDS)와 제1 포스 구동 신호(FDS1)를 생성하여 출력할 수 있다.

여기서, 터치 구동 신호(TDS)는 터치 구동 구간(TD)에 생성되어 출력되는 제1 전극 구동 신호(DS1)에 해당하고, 제1 포스 구동 신호(FDS1)는 포스 구동 구간(FD)에 생성되어 출력되는 제1 전극 구동 신호(DS1)에 해당한다.

이러한 신호 생성 회로(2700)는 제2 전극 구동 신호(DS2)에 해당하는 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 더 생성할 수도 있는데, 도 27a는 신호 생성 회로(2700)가 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 생성하는 경우의 구동 회로(120)를 나타낸 도면이고, 도 27b는 신호 생성 회로(2700)가 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 생성하지 않는 경우의 구동 회로(120)를 나타낸 도면이다.

도 27a 및 도 27b를 참조하면, 제1 전극 구동 회로(2710)는, 디스플레이 모드 구간(DM)에 디스플레이 패널(110)에 내장된 다수의 제1 전극(E1)으로 디스플레이 구동전압(DDV, 예: Vcom)을 인가하고, 터치 모드 구간(TM) 내 터치 구동 구간(TD)에 다수의 제1 전극(E1) 중 적어도 하나로 제1 전극 구동 신호(DS1)에 해당하는 터치 구동 신호(TDS)를 순차적으로 인가하고, 터치 모드 구간(TM) 내 포스 구동 구간(FD)에 제1 포스 구동 신호(FDS1)를 입력 받아 다수의 제1 전극(E1)의 전체 또는 일부에 제1 전극 구동 신호(DS1)에 해당하는 제1 포스 구동 신호(FDS1)를 인가한다.

이러한 제1 전극 구동 회로(2710)는, 도 7의 적분기(730), 아날로그 컨버터(ADC) 등을 포함할 수 있다.

다수의 제1 전극(E1)이 디스플레이 모드 구간(DM)에서 디스플레이 구동 전압(DDV)이 인가되는 디스플레이 구동 전극 중 하나라고 가정하면, 제1 전극 구동 회로(2710)는, 디스플레이 모드 구간(DM)에, 다수의 제1 전극(E1) 모두에 디스플레이 구동 전압을 인가할 수 도 있다.

따라서, 다수의 제1 전극(E1)은, 디스플레이 모드 구간(DM)에서는 디스플레이 구동 전극 역할을 하고, 터치 모드 구간(TM) 내 터치 구동 구간(TD)에서는 터치 센서 역할을 하며, 터치 모드 구간(TM) 내 포스 구동 구간(FD)에서는 포스 센서의 역할을 한다.

도 27a 및 도 27b를 참조하면, 제2 전극 구동 회로(2720)는, 터치 모드 구간(TM) 내 포스 구동 구간(FD)에 제2 전극 구동 신호(DS2)에 해당하는 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 디스플레이 패널(110)의 외부에 위치한 제2 전극(E2)에 인가해주기 위한 회로이다. 일 예로, 제2 전극 구동 회로(2720)는 제2 전극(E2)로 제2 전극 구동 신호(DS2)에 해당하는 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 전달해주기 위한 신호 배선이 배치된 적어도 하나의 인쇄회로로 구현될 수 있다.

전술한 구동 회로(120)를 이용하면, 터치 위치를 센싱하는 터치 센싱 기능과, 터치 포스를 센싱하는 포스 센싱 기능을 제공할 수 있다. 특히, 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동을 분리하여 진행하여, 2가지 터치 관련 구동과 센싱을 독립적으로 정확하게 제공해줄 수 있다.

도 27a를 참조하면, 신호 생성 회로(2700)는 제2 전극 구동 신호(DS2)에 해당하는 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 더 생성하여 출력할 수 있다.

이에 따라, 제2 전극 구동 회로(2720)는 신호 생성 회로(2700)에서 생성되어 출력된 제2 전극 구동 신호(DS2)를 2 전극 구동 신호(DS2)에 해당하는 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 제2 전극(E2)에 전달해줄 수 있다.

도 27a에 도시된 바와 같이, 신호 생성 회로(2500)가 제1 전극 구동 신호(DS1)인 터치 구동 신호(TDS) 및 제1 포스 구동 신호(FDS1)뿐만 아니라 제2 전극 구동 신호(DS2)에 해당하는 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 더 생성하여 출력함에 따라, 제1 포스 구동 신호(FDS1)와는 다른 형태의 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 이용하여 포스 구동 구간(FD)에서의 포스 구동을 하기가 용이해질 수 있다.

도 27b를 참조하면, 신호 생성 회로(2700)는 제2 전극 구동 신호(DS2)에 해당하는 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 생성하지 않기 때문에, 구동 회로(120)는, 신호 생성 회로(2700)에서 생성된 제1 전극 구동 신호(DS1)에 해당하는 제1 포스 구동 신호(FDS1)를 변환하여 제2 전극 구동 신호(DS2)에 해당하는 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 생성하는 신호 변환기(2740)를 더 포함할 수 있다.

이러한 신호 변환기(2740)는, 일 예로, 제1 포스 구동 신호(FDS1)의 진폭 및 위상 등 중 적어도 하나를 변환하여 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 생성할 수 있다.

이에 따르면, 신호 생성 회로(2700)는 1 전극 구동 신호(DS1)에 해당하는 제1 포스 구동 신호(FDS1)만을 생성해도 되기 때문에 신호 생성 부담을 줄여줄 수 있고, 효과적인 터치 구동을 제공해줄 수 있다.

이러한 신호 변환기(2740)는, 일 예로, 신호 전압 레벨을 조절하는 레벨 쉬프터(Level Shifter)를 포함할 수도 있고, 신호 위상을 제어하는 위상 제어기를 포함할 수도 있으며, DC 신호를 AC 신호(펄스 신호)로 변환하는 DA 컨버터 또는 AC 신호(펄스 신호)를 DC 신호로 변환하는 AD 컨버터를 포함할 수 있다. 또한, 이러한 신호 변환기(2740)는 제2 전극 구동 회로(2720)으로도 볼 수 있으며, 제2 전극 구동 회로(2720)에 포함되는 것으로 볼 수도 있다.

도 27a 및 도 27b를 참조하면, 구동 회로(120)는, 터치 구동 구간(TD)에서 제1 전극 구동 회로(2510)를 통해 각 제1 전극(E1)으로부터 수신된 신호에 근거하여 터치 위치를 센싱하고, 포스 구동 구간(FD)에서 제1 전극 구동 회로(2510)를 통해 각 제1 전극(E1)으로부터 수신된 신호에 근거하여 터치 포스를 센싱하는 감지 프로세서(2730)를 더 포함할 수 있다.

이러한 감지 프로세서(2730)는 도 7의 프로세서(740)와 대응되는 구성일 수 있다.

전술한 바와 같이, 감지 프로세서(2730)는, 터치 구동 구간(TD)에서 제1 전극(E1)에서의 수신 신호를 제1 전극 구동 회로(2510)를 통해서 수신하여 터치 위치를 센싱하고, 포스 구동 구간(FD)에서 제1 전극(E1)에서의 수신 신호를 제1 전극 구동 회로(2510)를 통해서 수신하여 터치 포스를 센싱함으로써, 2가지 종류의 센싱을 정확하게 수행할 수 있다.

한편, 신호 생성 회로(2700), 제1 전극 구동 회로(2710) 및 감지 프로세서(2730) 각각은 별도의 집적회로 또는 프로세서로 구현될 수 있다.

예를 들어, 신호 생성 회로(2700)는 파워 집적회로(Power IC)로 구현되고, 감지 프로세서(2730)는 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU: Micro Controller Unit)일 수 있다. 제1 전극 구동 회로(2710)는 제1 전극 구동 집적회로로 구현될 수 있다.

한편, 신호 생성 회로(2700), 제1 전극 구동 회로(2710) 및 감지 프로세서(2730) 중 적어도 둘 이상은 하나의 집적회로로 구현될 수 있다.

일 예로, 신호 생성 회로(2700) 및 제1 전극 구동 회로(2710)는 하나의 집적회로에 포함되어 구현될 수 있다.

다른 예로서, 신호 생성 회로(2700), 제1 전극 구동 회로(2710) 및 감지 프로세서(2730)는 하나의 집적회로에 통합적으로 포함되어 구현될 수도 있다.

한편, 제1 전극 구동 회로(2570)는 디스플레이 모드 구간에, 디스플레이 패널(110)에 배치된 다수의 데이터 라인으로 데이터 전압을 인가하는 데이터 구동 회로를 더 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이, 구동 회로(120)를 다양한 형태로 구현할 수 있게 됨으로써, 터치 디스플레이 장치(100)의 사이즈(예: 중대형 TV 사이즈, 모바일 단말 사이즈 등) 또는 시스템 환경 또는 전원 계통 환경 등에 맞는 최적의 구동 회로(120)를 설계할 수 있다.

도 28 및 도 29는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서 제1 전극(E1) 및 제2 전극(E2)의 배치 예시들이다.

도 28 및 도 28에서는, 64개의 제1 전극(E1)이 디스플레이 패널(110)에 내장되어 배치된 것으로 예를 든다.

도 26을 참조하면, 제2 전극(E2)이 1개의 통 전극인 경우, 제2 전극(E2)는 64개의 제1 전극(E1)과 대향하여 위치할 수 있다.

도 27을 참조하면, 제2 전극(E2)은 2개 이상으로 되어 있을 수도 있다.

일 예로, 4개의 제2 전극(E2a, E2b, E2c, E2d)이 존재한다고 가정할 때, 4개의 제2 전극(E2a, E2b, E2c, E2d) 각각은 64개의 제1 전극(E1) 중 8개의 제1 전극과 대향하여 위치할 수 있다.

여기서, 제2 전극 개수는 제1 전극 개수와 동일할 수도 있고, 제1 전극 개수보다 많거나 작을 수 있다.

이러한 제2 전극 개수는 터치 포스를 센싱하기 위한 구동 효율과 센싱 정확도 등을 고려하여 설정될 수 있다.

도 27을 참조하면, 제2 전극 E2a는 제2 전극(E2a) 중에서 위치가 대응되는 8개의 제2 전극 그룹(Group A)와 대향하여 위치할 수 있다. 제2 전극 E2b는 제2 전극(E2a) 중에서 위치가 대응되는 8개의 제2 전극 그룹(Group B)와 대향하여 위치할 수 있다. 제2 전극 E2c는 제2 전극(E2a) 중에서 위치가 대응되는 8개의 제2 전극 그룹(Group C)와 대향하여 위치할 수 있다. 제2 전극 E2d는 제2 전극(E2a) 중에서 위치가 대응되는 8개의 제2 전극 그룹(Group D)와 대향하여 위치할 수 있다.

도 27에서와 같이, 2개 이상의 제2 전극(E2)이 존재하는 경우, 각 제2 전극(E2)별로 터치 포스 센싱이 이루어질 수 있다.

도 26에서와 같이, 1개의 통 전극으로 제2 전극(E2)가 된 경우에는 모바일 디스플레이 장치와 같이 소형 디스플레이 장치에 적용하기에 유리한 점이 있다.

도 27에서와 같이, 2개 이상의 제2 전극(E2)이 존재하는 구조는 대면적의 디스플레이 장치, 퍼블릭(Public) 디스플레이 장치 등에 적용될 수 있으며, 다양한 응용 기술과 결합될 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 본 실시예들에 의하면, 다양한 기능을 다양한 형태로 제공하기 위하여, 사용자의 터치 발생 시, 터치 좌표(위치)를 센싱하는 것뿐만 아니라, 사용자가 터치 시 화면을 누르는 터치 포스(Touch Force)를 센싱할 수 있는 구조를 갖는 터치 디스플레이 장치(100) 및 그 구동 방법과 구동 회로(120)를 제공할 수 있다.

본 실시예들에 의하면, 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동을 터치 모드 구간에서 동시에 진행할 수 있도록 해주는 구동 회로(120), 터치 디스플레이 장치(100) 및 그 구동 방법을 제공할 수 있다.

본 실시예들에 의하면, 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동을 터치 모드 구간에서 분리하여 진행할 수 있도록 해주는 구동 회로(120), 터치 디스플레이 장치(100) 및 그 구동 방법을 제공할 수 있다.

본 실시예들에 의하면, 사용자의 터치가 화면을 누르는 힘, 즉, 터치 포스가 발생한 위치를 인식할 수 있는 구동 회로(120), 터치 디스플레이 장치(100) 및 그 구동 방법을 제공할 수 있다.

본 실시예들에 의하면, 사용자의 터치가 화면을 누르는 힘이 없거나 일정 수준 이하인 소프트 터치(Soft Touch)인지, 화면을 누르는 힘이 있거나 일정 수준을 초과하는 포스 터치(Force Touch)인지를 정확하게 구분할 수 있는 구동 회로(120), 터치 디스플레이 장치(100) 및 그 구동 방법을 제공할 수 있다.

본 실시예들에 의하면, 다수의 제1 전극(E1)이 배치된 디스플레이 패널(110)과, 디스플레이 패널(120)의 외부에 위치하는 적어도 하나의 제2 전극(E2)과, 터치 포스 센싱이 가능하도록, 다수의 제1 전극(E1)과 적어도 하나의 제2 전극(E2) 사이에, 터치 포스에 따라 크기 변화가 가능한 터치 포스 센싱용 갭(G)이 적어도 하나 존재하는 터치 디스플레이 장치(100)를 제공할 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 장치
110: 디스플레이 패널
120: 구동 회로
E1: 제1 전극
E2: 제2 전극

Claims (28)

1. 디스플레이 패널에 내장된 다수의 제1 전극;
   상기 디스플레이 패널의 외부에 위치하는 적어도 하나의 제2 전극; 및
   상기 다수의 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 캐패시터가 형성되도록 상기 다수의 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 존재하는 적어도 하나의 터치 포스 센싱용 갭(Gap)을 포함하고,
   상기 터치 포스 센싱용 갭(Gap)은 상기 디스플레이 패널에 가해지는 터치의 터치 포스에 따라 가변되고,
   영상을 표시하는 디스플레이 모드와 터치 위치 및 터치 포스 중 적어도 하나를 센싱하는 터치 모드가 구비되어, 디스플레이 모드 구간과 터치 모드 구간이 시분할로 진행되며,
   상기 터치 모드 구간에서, 상기 다수의 제1 전극 중 적어도 하나로 제1 전극 구동 신호를 인가하고, 동시에, 상기 제2 전극으로 제2 전극 구동 신호를 인가하여, 터치 위치를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동이 동시에 진행되어, 하나의 터치에 대하여 터치 위치 및 터치 포스를 함께 센싱하는 터치 디스플레이 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 터치 포스의 발생 시,
   화면 중앙 지점에서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 상기 터치 포스 센싱용 갭의 크기 변화는,
   화면 테두리 지점에서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 상기 터치 포스 센싱용 갭의 크기 변화보다 큰 터치 디스플레이 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 터치 포스 센싱용 갭은 에어 갭 또는 유전체 갭인 터치 디스플레이 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2 전극은 상기 디스플레이 패널의 하부 구조물의 하부 또는 내부에 위치하는 터치 디스플레이 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 하부 구조물은 백 라이트 유닛(Back Light Unit)이고, 상기 제2 전극은 상기 백 라이트 유닛의 하부에 위치하는 터치 디스플레이 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 디스플레이 패널의 하부에 위치하며, 상기 디스플레이 패널의 테두리 부분을 지지하는 갭 구조 유닛을 더 포함하는 터치 디스플레이 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 터치 모드 구간 동안, 상기 다수의 제1 전극을 구동하거나, 상기 다수의 제1 전극과 상기 제2 전극을 구동하기 위한 구동 회로를 포함하는 터치 디스플레이 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 구동 회로는,
   상기 터치 모드 구간 동안, 상기 다수의 제1 전극 중 적어도 하나로 제1 전극 구동 신호의 인가와, 동시에, 상기 제2 전극으로 제2 전극 구동 신호의 인가에 대응하여, 상기 각 제1 전극으로부터 수신되는 신호에 근거하여, 하나의 터치에 대하여, 터치 위치 및 터치 포스 중 적어도 하나를 센싱하는 터치 디스플레이 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제1 전극 구동 신호는 펄스 형태의 신호이고,
   상기 제2 전극 구동 신호는 펄스 형태의 신호이거나 DC 전압을 갖는 신호인 터치 디스플레이 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 전극 구동 신호와 상기 제2 전극 구동 신호가 펄스 형태의 신호인 경우,
    상기 제1 전극 구동 신호와 상기 제2 전극 구동 신호는, 정위상 관계 또는 역위상 관계에 있는 터치 디스플레이 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 전극 구동 신호와 상기 제2 전극 구동 신호가 정위상 관계에 있는 펄스 형태의 신호인 경우,
    상기 제2 전극 구동 신호는, 상기 제1 전극 구동 신호와 동일한 위상을 갖고, 상기 제1 전극 구동 신호보다 큰 진폭을 갖는 터치 디스플레이 장치.
12. 디스플레이 패널에 내장된 다수의 제1 전극;
    상기 디스플레이 패널의 외부에 위치하는 적어도 하나의 제2 전극;
    상기 다수의 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 캐패시터가 형성되도록 상기 다수의 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 존재하는 적어도 하나의 터치 포스 센싱용 갭(Gap); 및
    상기 다수의 제1 전극을 구동하거나, 상기 다수의 제1 전극과 상기 제2 전극을 구동하기 위한 구동 회로을 포함하고,
    영상을 표시하는 디스플레이 모드와 터치 위치 및 터치 포스 중 적어도 하나를 센싱하는 터치 모드가 구비되어, 디스플레이 모드 구간과 터치 모드 구간이 시분할로 진행되며,
    상기 터치 모드 구간은,
    터치 포스를 센싱하기 위한 적어도 하나의 포스 구동 구간을 포함하고,
    상기 구동 회로는,
    상기 포스 구동 구간 동안, 상기 다수의 제1 전극의 전체 또는 일부로 제1 포스 구동 신호에 해당하는 제1 전극 구동 신호를 인가하고, 동시에, 상기 제2 전극으로 제2 포스 구동 신호에 해당하는 제2 전극 구동 신호를 인가하여, 상기 각 제1 전극으로부터 수신되는 신호에 근거하여, 상기 터치에 대한 터치 포스를 센싱하며,
    상기 제1 전극 구동 신호와 제2 전극 구동 신호는 서로 다른 전극 구동 회로로부터 인가되는 터치 디스플레이 장치.
13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 포스 구동 신호와 상기 제2 포스 구동 신호가 펄스 형태의 신호이거나,
    상기 제1 포스 구동 신호가 제1 DC 전압을 갖는 신호이고 상기 제2 포스 구동 신호가 제2 DC 전압을 갖는 신호이거나,
    상기 제1 포스 구동 신호가 펄스 형태의 신호이고 상기 제2 포스 구동 신호가 제2 DC 전압을 갖는 신호이거나,
    상기 제1 포스 구동 신호가 제1 DC 전압을 갖는 신호이고 상기 제2 포스 구동 신호가 펄스 형태의 신호인 터치 디스플레이 장치.
14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 포스 구동 신호와 상기 제2 포스 구동 신호가 펄스 형태의 신호인 경우,
    상기 제1 포스 구동 신호와 상기 제2 포스 구동 신호는, 정위상 관계 또는 역위상 관계에 있는 터치 디스플레이 장치.
15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 포스 구동 신호와 상기 제2 포스 구동 신호가 정위상 관계에 있는 펄스 형태의 신호인 경우, 상기 제2 포스 구동 신호는,
    상기 제1 포스 구동 신호와 동일한 위상을 갖고, 상기 제1 포스 구동 신호보다 큰 진폭을 갖는 터치 디스플레이 장치.
16. 터치 디스플레이 장치의 구동 방법에 있어서,
    디스플레이 모드 구간에 디스플레이 패널을 구동하는 단계; 및
    터치 모드 구간에, 상기 디스플레이 패널에 내장된 다수의 제1 전극 중 적어도 하나로 제1 전극 구동 신호를 순차적으로 인가하고, 동시에, 상기 디스플레이 패널의 외부에 위치한 제2 전극으로 제2 전극 구동 신호를 인가하여, 하나의 터치에 대하여 터치 위치 및 터치 포스를 동시에 센싱하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 전극 구동 신호는 펄스 형태의 신호이고 상기 제2 전극 구동 신호는 DC 전압을 갖는 신호인 터치 디스플레이 장치의 구동 방법.
17. 제1 전극 구동 신호를 생성하여 출력하는 신호 생성 회로;
    디스플레이 모드 구간에 디스플레이 패널에 내장된 다수의 제1 전극으로 디스플레이 구동전압을 인가하고, 터치 모드 구간에 상기 다수의 제1 전극 중 적어도 하나로 상기 제1 전극 구동 신호를 순차적으로 인가하는 제1 전극 구동 회로; 및
    상기 터치 모드 구간에, 상기 디스플레이 패널의 외부에 위치한 제2 전극에 제2 전극 구동 신호를 인가해주기 위한 제2 전극 구동 회로를 포함하고,
    상기 디스플레이 모드 구간에 상기 다수의 제1 전극에 인가되는 상기 디스플레이 구동전압은, 상기 터치 모드 구간에 상기 다수의 제1 전극 중 적어도 하나로 인가되는 제1 터치 구동 신호의 로우레벨에 대응하는 구동 회로.
18. 제17항에 있어서,
    상기 신호 생성 회로는 상기 제2 전극 구동 신호를 생성하여 출력하는 구동 회로.
19. 제17항에 있어서,
    상기 제1 전극 구동 신호를 변환하여 상기 제2 전극 구동 신호를 생성하는 신호 변환기를 더 포함하는 구동 회로.
20. 제17항에 있어서,
    상기 터치 모드 구간에서 상기 제1 전극 구동 회로를 통해 각 제1 전극으로부터 수신된 신호에 근거하여 하나의 터치에 대하여 터치 위치 및 터치 포스를 동시에 센싱하는 감지 프로세서를 더 포함하는 구동 회로.
21. 제20항에 있어서,
    상기 신호 생성 회로, 상기 제1 전극 구동 회로 및 상기 감지 프로세서 각각은 별도의 집적회로로 구현되거나,
    상기 신호 생성 회로, 상기 제1 전극 구동 회로 및 상기 감지 프로세서 중 적어도 둘 이상은 하나의 집적회로로 구현되는 구동 회로.
22. 터치 디스플레이 장치의 구동 방법에 있어서,
    디스플레이 모드 구간에 디스플레이 패널을 구동하는 단계;
    터치 구동 구간에, 상기 디스플레이 패널에 내장된 다수의 제1 전극 중 적어도 하나로 터치 구동 신호를 순차적으로 인가하여 터치에 대한 터치 위치를 센싱하는 단계; 및
    포스 구동 구간에, 상기 다수의 제1 전극의 전체 또는 일부로 제1 포스 구동 신호를 인가하고, 동시에, 제2 전극으로 제2 포스 구동 신호를 인가하여, 터치에 대한 터치 포스를 센싱하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 포스 구동 신호와 상기 제2 포스 구동 신호 중 하나는 펄스 형태의 신호이고 다른 하나는 DC 전압을 갖는 신호인 터치 디스플레이 장치의 구동 방법.
23. 터치 구동 신호 및 제1 포스 구동 신호를 생성하여 출력하는 신호 생성 회로;
    디스플레이 모드 구간에 디스플레이 패널에 내장된 다수의 제1 전극으로 디스플레이 구동전압을 인가하고, 터치 구동 구간에 상기 다수의 제1 전극 중 적어도 하나로 상기 터치 구동 신호를 순차적으로 인가하고, 포스 구동 구간에 상기 제1 포스 구동 신호를 입력 받아 상기 다수의 제1 전극의 전체 또는 일부에 상기 제1 포스 구동 신호를 인가하는 제1 전극 구동 회로; 및
    상기 포스 구동 구간에 제2 포스 구동 신호를 상기 디스플레이 패널의 외부에 위치한 제2 전극에 인가해주기 위한 제2 전극 구동 회로를 포함하며,
    상기 디스플레이 모드 구간에 상기 다수의 제1 전극에 인가되는 상기 디스플레이 구동전압은, 상기 터치 구동 구간에 상기 다수의 제1 전극 중 적어도 하나로 인가되는 상기 터치 구동 신호의 로우레벨에 대응하는 구동 회로.
24. 제23항에 있어서,
    상기 신호 생성 회로는 상기 제2 포스 구동 신호를 생성하여 출력하는 구동 회로.
25. 제23항에 있어서,
    상기 제1 포스 구동 신호를 변환하여 상기 제2 포스 구동 신호를 생성하는 신호 변환기를 더 포함하는 구동 회로.
26. 제23항에 있어서,
    상기 터치 구동 구간에서 상기 제1 전극 구동 회로를 통해 각 제1 전극으로부터 수신된 신호에 근거하여 터치 위치를 센싱하고, 상기 포스 구동 구간에서 상기 제1 전극 구동 회로를 통해 각 제1 전극으로부터 수신된 신호에 근거하여 터치 포스를 센싱하는 감지 프로세서를 더 포함하는 구동 회로.
27. 제26항에 있어서,
    상기 신호 생성 회로, 상기 제1 전극 구동 회로 및 상기 감지 프로세서 각각은 별도의 집적회로로 구현되거나,
    상기 신호 생성 회로, 상기 제1 전극 구동 회로 및 상기 감지 프로세서 중 적어도 둘 이상은 하나의 집적회로로 구현되는 구동 회로.
28. 디스플레이 모드 구간에 디스플레이 패널에 내장된 다수의 제1 전극에 디스플레이 구동전압을 인가하고,
    터치 구동 구간에 상기 다수의 제1 전극 중 적어도 하나로 터치 구동 신호를 순차적으로 인가하고,
    포스 구동 구간에 상기 다수의 제1 전극의 전체 또는 일부에 제1 포스 구동 신호를 인가하며,
    상기 다수의 제1 전극에 인가되는 상기 디스플레이 구동전압은 상기 다수의 제1 전극 중 적어도 하나로 인가되는 상기 터치 구동 신호의 로우레벨에 대응하는 구동 회로의 구동 방법.

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