KR102586120B1 - 터치 구동 회로, 터치 디스플레이 장치 및 터치 디스플레이 장치의 구동 방법 - Google Patents

터치 구동 회로, 터치 디스플레이 장치 및 터치 디스플레이 장치의 구동 방법 Download PDF

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Abstract

본 실시예들은 픽셀 전극과 데이터 라인을 이용하여 지문 터치의 센싱이 가능한 터치 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 지문 터치 센싱 구간에서 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 센싱하기 이전에 데이터 라인의 전압만 지문 터치 센싱부의 연산 증폭기의 (+)단에 인가되는 전압과 동일하게 고정시켜줌으로써, 데이터 라인의 캐패시턴스 변화량은 지문 터치 센싱부로 전달되지 않고 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량만 전달될 수 있도록 한다. 데이터 라인의 캐패시턴스 변화량이 포함되지 않은 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량만 지문 터치 센싱부로 전달되도록 함으로써, 디스플레이 패널에 터치된 지문의 마루와 골의 분해력을 높여 지문 터치 센싱의 성능을 향상시킬 수 있도록 한다.

Description

터치 구동 회로, 터치 디스플레이 장치 및 터치 디스플레이 장치의 구동 방법{TOUCH DRIVING CIRCUIT, TOUCH DISPLAY DEVICE AND METHOD FOR DRIVING THEREOF}
본 실시예들은 터치 디스플레이 장치와 그 구동 방법 및 터치 디스플레이 장치에 포함된 터치 구동 회로에 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.
이러한 디스플레이 장치들 중에서, 스마트폰, 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 방식의 입력 처리가 가능한 디스플레이 장치는 더욱 다양하고 많은 기능을 제공할 수 있도록 발전되고 있으며, 사용자의 요구 또한 다양해지고 있다.
이러한 터치 방식의 입력 처리에 대한 다양한 요구에 따라, 디스플레이 패널에 대한 사용자의 터치 유무와 터치 위치를 센싱하는 것에서 나아가, 디스플레이 패널을 터치하는 사용자의 손가락 지문을 센싱하고 입력 처리에 이용하는 방식이 적용되고 있다.
사용자의 손가락 지문을 센싱하고 입력 처리를 수행하기 위해서는, 센싱된 지문의 마루와 골을 차이를 분석하는 과정이 필요하나 마루와 골의 차이가 미세하여 정확히 분석하는 것에 어려움이 존재한다.
특히, 지문 터치시 센싱되는 데이터에 불필요한 센싱값이 포함되어 있는 경우에는 마루와 골의 분해력을 더욱 떨어뜨리게 하여 지문 터치의 성능 저하를 야기하는 문제점이 존재한다.
본 실시예들의 목적은, 디스플레이 패널에 대한 사용자의 터치 유무뿐만 아니라 사용자의 지문 터치를 센싱하고 입력 처리에 이용하는 터치 디스플레이 장치와 그 구동 방법을 제공하는 데 있다.
본 실시예들의 목적은, 디스플레이 패널에 대한 사용자의 지문 터치시 센싱되는 데이터에서 불필요한 센싱 데이터를 제거하여 지문 터치의 분해력을 향상시킨 터치 디스플레이 장치와 그 구동 방법을 제공하는 데 있다.
일 측면에서, 본 실시예들은, 디스플레이 패널에 배치된 다수의 픽셀 전극과, 디스플레이 패널에 배치되며 픽셀 전극과 전기적으로 연결된 데이터 라인과, 픽셀 전극과 데이터 라인의 사이에 연결되는 스위칭 트랜지스터를 포함하며, 픽셀 전극과 사용자의 손가락 사이의 캐패시턴스 변화를 이용하여 지문 터치를 센싱하는 터치 디스플레이 장치를 제공한다.
이러한 터치 디스플레이 장치는, 지문 터치를 센싱하기 위하여, 지문 터치 센싱 구간 중 스위칭 트랜지스터가 온 상태인 제1 구간에서 데이터 라인을 통해 픽셀 전극으로 포워딩 전압을 인가하고 스위칭 트랜지스터가 오프 상태인 제2 구간에서 데이터 라인으로 기준 전압을 인가하는 전압 인가부와, 스위칭 트랜지스터가 온 상태인 제3 구간에서 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 센싱하는 지문 터치 센싱부를 포함한다.
여기서, 전압 인가부는, 데이터 라인과 포워딩 전압의 입력단 사이에 연결된 포워딩 전압 제어 스위치와, 데이터 라인과 기준 전압의 입력단 사이에 연결된 기준 전압 제어 스위치를 포함한다.
전압 인가부는, 지문 터치 센싱 구간 중 제1 구간에서 포워딩 전압 제어 스위치는 온 상태가 되고 기준 전압 제어 스위치는 오프 상태가 되도록 제어하며, 제2 구간에서 포워딩 전압 제어 스위치는 오프 상태가 되고 기준 전압 제어 스위치는 온 상태가 되도록 제어한다.
지문 터치 센싱부는, 데이터 라인과 연결된 센싱 스위치와, 센싱 스위치와 (-)단이 연결되고 (+)단에 기준 전압이 인가되는 연산 증폭기와, 연산 증폭기와 병렬로 연결된 캐패시터를 포함한다.
지문 터치 센싱부는, 지문 터치 센싱 구간 중 제1 구간과 제2 구간에서 센싱 스위치는 오프 상태가 되도록 제어하고, 제3 구간에서 온 상태가 되도록 제어한다.
연산 증폭기는, 센싱 스위치가 온 상태에서 (+)단에 인가되는 기준 전압과 전압 레벨이 상이한 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 센싱하고 캐패시터에 저장한다.
지문 터치 센싱부는, 캐패시터에 저장된 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 이용하여 지문 터치를 센싱하며, 지문 터치 센싱 구간 중 제3 구간에 센싱되는 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 기설정된 횟수만큼 누적하고 누적된 캐패시턴스 변화량을 이용하여 마루와 골을 분석하고 지문 터치를 센싱할 수도 있다.
한편, 이러한 터치 디스플레이 장치는, 디스플레이 패널에 배치된 공통 전극을 더 포함하고, 지문 터치 센싱 구간 중 제1 구간과 제2 구간에서 공통 전극으로 포워딩 전압과 동일한 전압을 인가할 수 있다.
다른 측면에서, 본 실시예들은, 지문 터치 센싱 구간의 제1 구간에서 데이터 라인과 픽셀 전극 사이에 연결된 스위칭 트랜지스터를 턴-온 시키고 데이터 라인을 통해 픽셀 전극으로 포워딩 전압을 인가하는 단계와, 제2 구간에서 스위칭 트랜지스터를 턴-오프 시키고 데이터 라인으로 기준 전압을 인가하는 단계와, 제3 구간에서 스위칭 트랜지스터를 턴-온 시키고 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 센싱하는 단계를 포함하는 터치 디스플레이 장치의 구동 방법을 제공한다.
이때, 제2 구간에서 데이터 라인으로 인가되는 기준 전압은 제3 구간에서 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 센싱하기 위해 데이터 라인과 (-)단이 연결된 연산 증폭기의 (+)단에 인가되는 전압과 동일하다.
다른 측면에서, 본 실시예들은, 지문 터치 센싱 구간 중 데이터 라인과 픽셀 전극 사이에 연결된 스위칭 트랜지스터가 온 상태인 제1 구간에서 데이터 라인을 통해 픽셀 전극으로 포워딩 전압을 인가하는 포워딩 전압 인가부와, 지문 터치 센싱 구간 중 스위칭 트랜지스터가 오프 상태인 제2 구간에서 데이터 라인으로 기준 전압을 인가하는 기준 전압 인가부와, 지문 터치 센싱 구간 중 스위칭 트랜지스터가 온 상태인 제3 구간에서 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 센싱하는 지문 터치 센싱부를 포함하는 터치 구동 회로를 제공한다.
본 실시예들에 의하면, 디스플레이 패널에 배치된 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 데이터 라인을 통해 센싱하여, 디스플레이 패널에 대한 지문 터치를 센싱할 수 있도록 한다.
본 실시예들에 의하면, 지문 터치 센싱을 위해 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 센싱할 때 데이터 라인의 전압을 제어하여 연산 증폭기의 (+)/(-)단의 전위를 동일하게 만들어줌으로써, 데이터 라인에 의해 형성된 캐패시턴스 변화량을 센싱 데이터에서 제거할 수 있도록 한다.
본 실시예들에 의하면, 지문 터치 센싱시 데이터 라인의 캐패시턴스 변화량을 센싱 데이터에서 제거해줌으로써, 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량만 센싱할 수 있도록 하여 지문 터치의 분해력을 높일 수 있도록 한다.
도 1은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2와 도 3은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서 지문 터치를 센싱하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서 지문 터치를 센싱하는 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서 지문 터치 센싱시 인가되는 전압과 신호의 타이밍을 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 8은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서 지문 터치를 센싱하는 과정 중 각 구성의 동작 상태를 나타낸 도면이다.
도 9와 도 10은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서 지문 터치를 센싱하는 다른 구조를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 구동 방법의 과정을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
또한, 본 발명의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 개략적인 구성을 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)는, 디스플레이 패널(110)에 배치된 다수의 터치 전극(또는 터치 센서)을 포함하고, 터치 전극을 구동하는 터치 구동 회로(120)와, 터치 전극과 터치 구동 회로(120)를 연결하는 터치 배선을 포함한다.
터치 전극은, 디스플레이 패널(110)에 분할되어 배치되며 각각의 터치 전극은 터치 배선을 통해 터치 구동 회로(120)와 연결된다.
여기서, 터치 전극은, 디스플레이 패널(110)에 배치되는 공통 전극일 수 있으며, 디스플레이 패널(110)이 디스플레이 모드로 동작하는 구간에서 공통 전압이 인가되고 터치 모드로 동작하는 구간에서 터치 구동 신호가 인가될 수 있다.
따라서, 디스플레이 구동 구간과 터치 구동 구간을 시분할하고 공통 전극을 터치 전극으로 이용함으로써, 디스플레이 패널(110)에 대한 사용자의 터치를 센싱할 수 있다.
터치 구동 회로(120)는, 디스플레이 패널(110)이 터치 모드로 동작하는 구간에서 다수의 터치 전극으로 터치 구동 신호를 인가한다.
터치 전극에 터치 구동 신호가 인가되고 디스플레이 패널(110)에 대한 사용자의 터치가 발생하면, 사용자의 손가락 등과 터치 전극 사이의 캐패시턴스 변화량을 센싱하여 사용자의 터치 유무와 터치 위치(좌표)를 센싱한다.
이러한 터치 디스플레이 장치(100)는, 공통 전극을 터치 전극으로 이용함으로써 디스플레이 구동 구간과 시분할된 터치 구동 구간에서 사용자의 터치를 센싱할 수 있으나, 공통 전극과 같은 크기의 터치 전극을 이용하여 손가락의 지문을 센싱하기에는 부족하다.
즉, 손가락의 지문을 센싱하기 위해서는 지문에 포함된 마루와 골을 분해해야 하므로, 지문 터치가 발생한 경우 마루와 골에 형성되는 캐패시턴스의 차이를 센싱할 수 있어야 한다.
이에 따라, 본 실시예들은, 사용자의 지문 터치를 센싱하기 위해 디스플레이 패널(110)에 공통 전극보다 작은 크기로 배치되는 픽셀 전극을 이용하여 지문 터치를 센싱하는 방식을 제공한다.
도 2와 도 3은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)가 사용자의 지문 터치를 센싱하는 방식을 설명하기 위한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)는, 디스플레이 패널(110)에 배치된 픽셀 전극과, 픽셀 전극과 전기적으로 연결되며 디스플레이 구동 구간에서 데이터 전압이 인가되는 데이터 라인과, 픽셀 전극과 데이터 라인 사이에 연결된 스위칭 트랜지스터를 포함한다.
지문 터치 센싱을 위한 터치 구동 회로(120)는, 데이터 라인과 (-)단이 연결되고 (+)단에 포워딩 전압(Vforwarding)이 인가되는 연산 증폭기와, 연산 증폭기와 연결된 캐패시터(Cfb)를 포함한다.
지문 터치 센싱 구간에서, 게이트 라인에 스캔 신호가 인가되어 스위칭 트랜지스터가 턴-온 되고, 픽셀 전극으로 데이터 라인을 통해 전압이 인가될 수 있는 상태가 된다.
픽셀 전극으로 전압이 인가될 수 있는 상태에서 포워딩 전압(Vforwarding)을 인가하여 픽셀 전극과 디스플레이 패널(110)에 터치된 지문 사이의 캐패시턴스 변화량을 센싱한다.
터치 구동 회로(120)는, 지문과 픽셀 전극 사이의 캐패시턴스 변화량을 센싱함으로써, 캐패시턴스 변화량의 차이를 통해 지문의 마루와 골을 분해하고 디스플레이 패널(110)에 대한 지문 터치를 센싱한다.
이때, 터치 구동 회로(120)가 지문 터치를 센싱하기 위해 필요한 캐패시턴스의 변화량은 픽셀 전극과 지문 사이의 캐패시턴스 변화량인 픽셀 캐패시턴스(Cf_pixel)이나, 포워딩 전압(Vforwarding)이 데이터 라인을 통해 픽셀 전극에 인가됨에 따라 데이터 라인과 지문 사이의 캐패시턴스 변화량인 데이터 라인 캐패시턴스(Cf_dataline)가 함께 센싱될 수 있다.
따라서, 데이터 라인에 형성된 캐패시턴스의 변화량이 함께 센싱됨으로써 지문의 마루와 골의 분해력이 저하되도록 하는 문제점이 존재한다.
도 3은 이러한 터치 디스플레이 장치(100)의 지문 터치 센싱 구간에서 인가되는 전압과 신호의 타이밍을 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 지문 터치 센싱 구간에서 게이트 라인으로 스캔 신호가 인가되어 픽셀 전극과 데이터 라인 사이에 연결된 스위칭 트랜지스터가 온 상태가 된다.
스위칭 트랜지스터가 온 상태이므로 데이터 라인을 통해 픽셀 전극으로 전압이 인가될 수 있는 상태가 되며, 터치 구동 회로(120)는 데이터 라인을 통해 픽셀 전극으로 포워딩 전압(Vforwarding)을 인가한다.
이때, 픽셀 전극으로 포워딩 전압(Vforwarding)이 인가되는 구간에서 공통 전극으로 포워딩 전압(Vforwarding)과 동일한 로드 프리 구동 전압을 인가한다.
공통 전극으로 픽셀 전극에 인가되는 전압과 동일한 전압을 인가함으로써, 공통 전극과 픽셀 전극 사이에 형성되는 캐패시턴스가 픽셀 전극의 캐패시턴스 센싱에 영향을 주는 것을 방지한다.
픽셀 전극으로 포워딩 전압(Vforwarding)을 한 차례만 인가할 수도 있으나, 센싱의 정확도를 향상시키기 위해 포워딩 전압(Vforwarding)을 여러 차례 인가할 수도 있다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 픽셀 전극으로 포워딩 전압(Vforwarding)을 3번 인가하고, 포워딩 전압(Vforwarding)인 인가될 때마다 발생하는 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 캐패시터(Cfb)에 저장한다.
캐패시터(Cfb)에 저장된 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량이 누적되면 캐패시터(Cfb)에 저장된 캐패시턴스를 센싱하고 센싱된 캐패시턴스를 이용하여 지문의 마루와 골을 분해하며, 이를 통해 지문 터치를 센싱할 수 있도록 한다.
여기서, 지문 터치를 센싱하기 위해 필요한 캐패시턴스의 변화량은 픽셀 캐패시턴스(Cf_pixel)에 의해 전달된 변화량이나, 데이터 라인 캐패시턴스(Cf_dataline)에 의해 전달된 변화량이 더 큰 크기로 존재한다.
따라서, 디스플레이 패널(110)에 대한 지문 터치를 센싱하기 위해 센싱된 캐패시턴스 변화량에 불필요한 캐패시턴스 변화량이 센싱되어 지문의 마루와 골의 분해력을 저하시키는 문제점이 존재한다.
본 실시예들은, 지문 터치 센싱 구간에서 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 센싱할 때 함께 센싱되는 데이터 라인의 캐패시턴스 변화량을 제거함으로써, 지문의 마루와 골의 분해력을 높이고 지문 터치 센싱의 성능을 향상시킨 터치 디스플레이 장치(100)를 제공한다.
도 4는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서 데이터 라인의 캐패시턴스 변화량을 제거하고 지문 터치의 센싱이 가능하도록 하는 지문 터치 센싱 구조를 나타낸 것이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예들에 따른 지문 터치 센싱이 가능한 터치 디스플레이 장치(100)의 터치 구동 회로(120)는, 포워딩 전압 인가부(121)와, 기준 전압 인가부(122)와, 지문 터치 센싱부(123)를 포함한다.
포워딩 전압 인가부(121)는, 데이터 라인과 연결된 포워딩 전압 제어 스위치(SW_Vforwarding)를 포함한다.
포워딩 전압 인가부(121)는, 지문 터치 센싱 구간 중 픽셀 전극과 데이터 라인 사이에 연결된 스위칭 트랜지스터가 온 상태인 제1 구간에서 포워딩 전압 제어 스위치(SW_Vforwarding)가 온 상태가 되도록 제어한다.
그리고, 지문 터치 센싱 구간 중 제2 구간과 제3 구간에서는 포워딩 전압 제어 스위치(SW_Vforwarding)가 오프 상태가 되도록 제어한다.
포워딩 전압 제어 스위치(SW_Vforwarding)가 온 상태가 되면, 픽셀 전극과 데이터 라인 사이에 연결된 스위칭 트랜지스터가 온 상태이므로 포워딩 전압(Vforwarding)이 데이터 라인을 통해 픽셀 전극으로 인가된다.
픽셀 전극으로 포워딩 전압(Vforwarding)이 인가된 상태에서 지문 터치가 발생하면, 픽셀 전극의 캐패시턴스가 변화하게 된다.
이때, 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 센싱하게 되면 포워딩 전압(Vforwarding)이 인가된 데이터 라인의 캐패시턴스 변화량을 함께 센싱하게 되므로, 본 실시예들은 지문 터치 센싱 구간 중 데이터 라인의 전압을 제어하는 구간을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 데이터 라인의 전압 제어는 지문 터치 센싱 구간 중 제2 구간에서 기준 전압 인가부(122)에 의해 수행된다.
기준 전압 인가부(122)는, 데이터 라인과 연결된 기준 전압 제어 스위치(SW_Vref)를 포함한다.
기준 전압 인가부(122)는, 지문 터치 센싱 구간 중 픽셀 전극과 데이터 라인 사이에 연결된 스위칭 트랜지스터가 오프 상태인 제2 구간에서 기준 전압 제어 스위치(SW_Vref)가 온 상태가 되도록 제어한다.
그리고, 지문 터치 센싱 구간 중 제1 구간과 제3 구간에서는 기준 전압 제어 스위치(SW_Vref)가 오프 상태가 되도록 제어한다.
지문 터치 센싱 구간의 제1 구간에서 포워딩 전압(Vforwarding)이 인가되고 지문 터치 센싱 구간의 제2 구간에서 스위칭 트랜지스터가 오프 상태가 되면 픽셀 전극은 포워딩 전압(Vforwarding)이 인가된 상태를 유지한다.
반면, 지문 터치 센싱 구간의 제1 구간에서 포워딩 전압(Vforwarding)이 인가된 데이터 라인의 전압은 지문 터치 센싱 구간의 제2 구간에서 인가된 기준 전압(Vref)으로 변경되게 된다.
즉, 지문 터치 센싱 구간의 제2 구간에서 스위칭 트랜지스터가 오프된 상태에서 기준 전압(Vref)을 인가함으로써, 픽셀 전극은 포워딩 전압(Vforwarding)을 유지하고 데이터 라인은 기준 전압(Vref)으로 변경되도록 한다.
지문 터치 센싱부(123)는, 데이터 라인과 연결된 센싱 스위치(SW_Sensing)와, 센싱 스위치(SW_Sensing)와 (-)단이 연결되고 (+)단에 기준 전압(Vref)이 인가되는 연산 증폭기와, 연산 증폭기와 병렬로 연결된 캐패시터(Cfb)를 포함한다.
지문 터치 센싱부(123)는, 지문 터치 센싱 구간 중 스위칭 트랜지스터가 온 상태인 제3 구간에서 센싱 스위치(SW_Sensing)가 온 상태가 되도록 제어한다.
지문 터치 센싱부(123)는, 지문 터치 센싱 구간 중 제1 구간과 제2 구간에서는 센싱 스위치(SW_Sensing)를 오프 상태로 제어하고, 제3 구간에서 센싱 스위치(SW_Sensing)를 온 상태로 제어하여 제1 구간과 제2 구간에서 발생된 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 센싱한다.
이때, 제3 구간의 이전 구간인 제2 구간에서 픽셀 전극은 포워딩 전압(Vforwarding)을 유지하고 데이터 라인은 기준 전압(Vref)으로 변경된 상태이다.
지문 터치 센싱 구간의 제3 구간에서 센싱 스위치(SW_Sensing)가 온 상태가 되면 연산 증폭기의 (+)에 인가되는 기준 전압(Vref)과 전압 레벨이 상이한 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량만 캐패시터(Cfb)에 저장되게 된다.
그리고, 데이터 라인은 연산 증폭기의 (+)단에 인가되는 기준 전압(Vref)과 동일한 전압으로 고정된 상태이므로, 전압 차가 발생하지 않아 데이터 라인의 캐패시턴스 변화량은 캐패시터(Cfb)로 전달되지 않게 된다.
따라서, 데이터 라인을 통해 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 센싱하는 과정에서 데이터 라인의 캐패시턴스 변화량을 제거할 수 있도록 함으로써, 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 정확하게 센싱할 수 있도록 한다.
픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 정확하게 센싱함으로써 디스플레이 패널(110)에 터치된 지문의 마루와 골의 분해력을 높여 지문 터치 센싱의 성능을 향상시킬 수 있도록 한다.
도 5는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 지문 터치 센싱 구간에서 인가되는 전압과 신호의 타이밍을 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 지문 터치 센싱 구간은 제1 구간, 제2 구간, 제3 구간으로 구분되며, 지문 터치 센싱을 일정 횟수만큼 반복하여 캐패시터(Cfb)에 저장되는 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 누적하여 지문 터치를 센싱한다.
지문 터치 센싱 구간의 제1 구간에서 픽셀 전극과 데이터 라인을 연결하는 스위칭 트랜지스터가 온 상태가 되고 포워딩 전압 제어 스위치(SW_Forwarding)가 온 상태가 된다.
이때, 기준 전압 제어 스위치(SW_Vref)와 센싱 스위치(SW_Sensing)는 오프 상태를 유지한다.
스위칭 트랜지스터와 포워딩 전압 제어 스위치(SW_Forwarding)가 온 상태가 되면 데이터 라인과 픽셀 전극은 포워딩 전압(Vforwarding)이 인가된 상태가 된다.
그리고, 공통 전극은 포워딩 전압(Vforwarding)가 동일한 전압인 로드 프리 구동 전압을 인가하여 픽셀 전극과 공통 전극 사이의 캐패시턴스가 픽셀 전극의 캐패시턴스 센싱에 영향을 주는 것을 방지한다.
지문 터치 센싱 구간의 제2 구간에서 픽셀 전극과 데이터 라인을 연결하는 스위칭 트랜지스터가 오프 상태가 되고 기준 전압 제어 스위치(SW_Vref)가 온 상태가 된다.
여기서, 포워딩 전압 제어 스위치(SW_Vforwarding)는 오프 상태로 변경되고 센싱 스위치(SW_Sensing)는 오프 상태를 유지한다.
스위칭 트랜지스터가 오프인 상태에서 기준 전압 제어 스위치(SW_Vref)가 온상태가 되므로, 픽셀 전극은 포워딩 전압(Vforwarding)을 유지하고 데이터 라인은 기준 전압(Vref)으로 전압이 변경되게 된다.
지문 터치 센싱 구간의 제3 구간에서 픽셀 전극과 데이터 라인을 연결하는 스위칭 트랜지스터가 온 상태가 되고 센싱 스위치(SW_Sensing)가 온 상태가 된다.
센싱 스위치(SW_Sensing)가 온 상태가 되면 (-)단이 데이터 라인과 연결된 연산 증폭기의 (+)단에 인가된 기준 전압(Vref)과 상이한 전압 레벨을 갖는 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량은 연산 증폭기에 연결된 캐패시터(Cfb)로 전달된다.
반면, 데이터 라인은 기준 전압(Vref)으로 변경된 상태이므로 연산 증폭기의 (+)단의 전압과 동일하여 데이터 라인의 캐패시턴스 변화량은 연산 증폭기에 연결된 캐패시터(Cfb)로 전달되지 않게 된다.
도 6 내지 도 8은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)가 지문 터치를 센싱하는 과정에서 각 구성의 동작 상태를 나타낸 것이다.
도 6은 지문 터치 센싱 구간의 제1 구간에서 각 구성의 동작 상태를 나타낸 것이다.
도 6을 참조하면, 지문 터치 센싱 구간의 제1 구간에서 디스플레이 패널(110)에 배치되고 픽셀 전극과 데이터 라인을 연결하는 스위칭 트랜지스터는 온 상태가 된다.
그리고, 터치 구동 회로(120)에서 기준 전압 제어 스위치(SW_Vref)와 센싱 스위치(SW_Sensing)는 오프 상태를 유지하고, 포워딩 전압 제어 스위치(SW_Vforwarding)만 온 상태가 된다.
따라서, 픽셀 전극과 데이터 라인은 포워딩 전압(Vforwarding)이 인가된 상태가 된다.
픽셀 전극에 포워딩 전압(Vforwarding)이 인가된 상태이므로 지문의 마루와 골에 따라 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화가 발생하게 된다. 또한, 데이터 라인도 포워딩 전압(Vforwarding)이 인가된 상태이므로 데이터 라인의 캐패시턴스 변화도 발생하게 된다.
도 7은 지문 터치 센싱 구간의 제2 구간에서 각 구성의 동작 상태를 나타낸 것이다.
도 7을 참조하면, 지문 터치 센싱 구간의 제2 구간에서 픽셀 전극과 데이터 라인을 연결하는 스위칭 트랜지스터는 오프 상태가 된다.
스위칭 트랜지스터가 오프 상태가 되므로 픽셀 전극은 제1 구간에서 인가된 포워딩 전압(Vforwarding)으로 고정된 상태가 된다.
그리고, 터치 구동 회로(120)에서 포워딩 전압 제어 스위치(SW_Vforwarding)와 센싱 스위치(SW_Sensing)는 오프 상태를 유지하고, 기준 전압 제어 스위치(SW_Vref)만 온 상태가 된다.
기준 전압 제어 스위치(SW_Vref)가 온 상태가 되므로 데이터 라인은 제1 구간에서 인가된 포워딩 전압(Vforwarding)에서 기준 전압(Vref)으로 변경된 상태가 된다.
여기서, 기준 전압(Vref)은 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 센싱하기 위한 연산 증폭기의 (+)단에 인가되는 전압과 동일한 전압이다.
즉, 제1 구간에서 포워딩 전압(Vforwarding)이 인가된 데이터 라인의 전압을 연산 증폭기의 (+)단에 인가되는 기준 전압(Vref)으로 변경해줌으로써, 이후 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량 센싱시 데이터 라인의 캐패시턴스 변화량이 연산 증폭기에 의해 센싱되지 않도록 한다.
도 8은 지문 터치 센싱 구간의 제3 구간에서 각 구성의 동작 상태를 나타낸 것이다.
도 8을 참조하면, 지문 터치 센싱 구간의 제3 구간에서 픽셀 전극과 데이터 라인 사이에 연결된 스위칭 트랜지스터가 온 상태가 된다.
그리고, 터치 구동 회로(120)에서 포워딩 전압 제어 스위치(SW_Vforwarding)와 기준 전압 제어 스위치(SW_Vref)는 오프 상태를 유지하고, 센싱 스위치(SW_Sensing)만 온 상태가 된다.
스위칭 트랜지스터가 온 상태가 되면서 픽셀 전극은 포워딩 전압(Vforwarding)에서 데이터 라인의 전압인 기준 전압(Vref)으로 변경되고, 이때 발생하는 전압 차에 의해 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량이 연산 증폭기에 연결된 캐패시터(Cfb)로 전달되게 된다.
반면, 데이터 라인은 제2 구간에서 기준 전압(Vref)으로 변경된 상태이므로, 연산 증폭기의 (-)단과 (+)단의 전압 차가 발생하지 않아 데이터 라인의 캐패시턴스 변화량이 캐패시터(Cfb)로 전달되지 않게 된다.
따라서, 지문 터치 센싱 구간의 제3 구간에서는 제1 구간과 제2 구간에 발생된 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량만 센싱함으로써, 데이터 라인의 캐패시턴스 변화량이 제거된 센싱 데이터를 획득할 수 있다.
픽셀 전극에서 발생된 지문의 마루와 골의 정보를 갖는 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량만 캐패시터(Cfb)로 전달되도록 함으로써, 지문 터치 센싱시 마루와 골의 분해력을 높이고 지문 터치 센싱의 성능을 향상시킬 수 있도록 한다.
한편, 터치 구동 회로(120)에서 전압 인가를 제어하는 포워딩 전압 인가부(121)와 기준 전압 인가부(122)는 터치 구동 회로(120)에 배치될 수도 있으나, 필요에 따라 터치 구동 회로(120)에 배치된 지문 터치 센싱부(123)와 별도로 배치될 수도 있다.
도 9와 도 10은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 지문 터치 센싱 구조의 다른 예를 나타낸 것이다.
도 9를 참조하면, 포워딩 전압(Vforwarding)의 인가를 제어하는 포워딩 전압 인가부(121)와 기준 전압(Vref)의 인가를 제어하는 기준 전압 인가부(122)는 디스플레이 패널(110) 내에 배치될 수도 있다.
또는, 도 10에 도시된 바와 같이, 포워딩 전압 인가부(121)와 기준 전압 인가부(122)가 디스플레이 패널(110), 터치 구동 회로(120)와 별도로 배치될 수도 있다.
디스플레이 패널(110)과 터치 구동 회로(120)의 외부에 배치되는 경우에는, 인쇄회로기판이나 연성인쇄회로에 배치될 수 있다.
따라서, 포워딩 전압 인가부(121)와 기준 전압 인가부(122)를 터치 구동 회로(120)의 내부 또는 외부에 배치할 수 있도록 함으로써, 필요에 따라 다양하게 지문 터치 센싱 구조를 구성할 수 있도록 한다.
도 11은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)가 지문 터치를 센싱하는 과정을 나타낸 것이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)는 지문 터치 센싱 구간의 제1 구간에서 픽셀 전극과 데이터 라인 사이에 연결된 스위칭 트랜지스터를 턴-온 시킨다(S1100).
스위칭 트랜지스터가 턴-온 된 상태에서 데이터 라인을 통해 포워딩 전압(Vforwarding)이 픽셀 전극으로 인가되도록 한다(S1110).
터치 디스플레이 장치(100)는 지문 터치 센싱 구간의 제2 구간에서 픽셀 전극과 데이터 라인 사이에 연결된 스위칭 트랜지스터를 턴-오프 시키고(S1120), 데이터 라인으로 기준 전압(Vref)을 인가한다(S1130).
따라서, 픽셀 전극은 포워딩 전압(Vforwarding)을 유지하도록 하고 데이터 라인은 기준 전압(Vref)으로 변경되도록 한다.
터치 디스플레이 장치(100)는 지문 터치 센싱 구간의 제3 구간에서 스위칭 트랜지스터를 턴-온 시킨다(S1140).
데이터 라인은 기준 전압(Vref)으로 고정된 상태에서 스위칭 트랜지스터를 턴-온 시킴으로써, 픽셀 전극의 전압 변화에 따라 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량이 지문 터치 센싱부(123)로 전달되도록 한다.
따라서, 지문 터치 센싱부(123)가 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 센싱하고(S1150), 센싱된 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 이용하여 지문 터치를 센싱한다(S1160).
본 실시예들에 의하면, 지문 터치 센싱 구간에서 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 센싱하기 이전에 데이터 라인만 지문 터치 센싱부(123)의 연산 증폭기의 (+)단에 인가되는 기준 전압(Vref)으로 변경해줌으로써, 데이터 라인의 캐패시턴스 변화량이 센싱되지 않도록 한다.
따라서, 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량만 센싱할 수 있도록 함으로써 디스플레이 패널(110)에 터치된 지문의 마루와 골의 분해력을 높일 수 있도록 하며, 지문 터치 센싱의 성능이 향상된 터치 디스플레이 장치(100)를 제공한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 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 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 터치 디스플레이 장치 110: 디스플레이 패널
120: 터치 구동 회로 121: 포워딩 전압 인가부
122: 기준 전압 인가부 123: 지문 터치 센싱부
111, 130: 전압 인가부

Claims (20)

  1. 디스플레이 패널에 배치된 다수의 픽셀 전극;
    상기 디스플레이 패널에 배치되고 상기 픽셀 전극과 전기적으로 연결된 데이터 라인;
    상기 데이터 라인과 상기 픽셀 전극 사이에 연결된 스위칭 트랜지스터;
    지문 터치 센싱 구간 중 상기 스위칭 트랜지스터가 온 상태인 제1 구간에서 상기 데이터 라인을 통해 상기 픽셀 전극으로 포워딩 전압을 인가하고, 상기 스위칭 트랜지스터가 오프 상태인 제2 구간에서 상기 데이터 라인으로 기준 전압을 인가하는 전압 인가부; 및
    상기 지문 터치 센싱 구간 중 상기 스위칭 트랜지스터가 온 상태인 제3 구간에서 상기 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 센싱하는 지문 터치 센싱부를 포함하고,
    상기 제 2 구간에서 상기 데이터 라인으로 공급되는 상기 기준 전압은 정전압인 터치 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지문 터치 센싱부는,
    상기 데이터 라인과 연결된 센싱 스위치;
    상기 센싱 스위치와 (-)단이 연결되고 (+)단에 상기 기준 전압이 인가되는 연산 증폭기; 및
    상기 연산 증폭기와 병렬로 연결된 캐패시터를 포함하는 터치 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 센싱 스위치는,
    상기 지문 터치 센싱 구간 중 상기 제1 구간과 상기 제2 구간에서 오프 상태이고 상기 제3 구간에서 온 상태인 터치 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연산 증폭기는,
    상기 센싱 스위치가 온 상태에서 상기 (+)단에 인가되는 상기 기준 전압과 전압 레벨이 상이한 상기 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 센싱하고 상기 캐패시터에 저장하는 터치 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전압 인가부는,
    상기 데이터 라인과 상기 포워딩 전압의 입력단 사이에 연결된 포워딩 전압 제어 스위치; 및
    상기 데이터 라인과 상기 기준 전압의 입력단 사이에 연결된 기준 전압 제어 스위치를 포함하는 터치 디스플레이 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 구간 동안 상기 포워딩 전압 제어 스위치는 온 상태이고 상기 기준 전압 제어 스위치는 오프 상태이며, 상기 제2 구간 동안 상기 포워딩 전압 제어 스위치는 오프 상태이고 상기 기준 전압 제어 스위치는 온 상태인 터치 디스플레이 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 지문 터치 센싱부는,
    상기 지문 터치 센싱 구간 중 상기 제3 구간에 센싱되는 상기 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 기설정된 횟수만큼 누적하고 누적된 캐패시턴스 변화량을 이용하여 마루와 골을 분석하고 상기 지문 터치를 센싱하는 터치 디스플레이 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널에 배치된 공통 전극을 더 포함하고,
    상기 지문 터치 센싱 구간 중 상기 제1 구간과 상기 제2 구간에서 상기 공통 전극으로 상기 포워딩 전압과 동일한 전압이 인가되는 터치 디스플레이 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전압 인가부는 상기 디스플레이 패널에 배치되고 상기 지문 터치 센싱부는 터치 구동 회로에 배치된 터치 디스플레이 장치.
  10. 제1 구간에서 데이터 라인과 픽셀 전극 사이에 연결된 스위칭 트랜지스터를 턴-온 시키고, 상기 데이터 라인을 통해 상기 픽셀 전극으로 포워딩 전압을 인가하는 단계;
    제2 구간에서 상기 스위칭 트랜지스터를 턴-오프 시키고 상기 데이터 라인으로 기준 전압을 인가하는 단계; 및
    제3 구간에서 상기 스위칭 트랜지스터를 턴-온 시키고 상기 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 센싱하는 단계를 포함하며,
    상기 제 2 구간에서 상기 데이터 라인으로 공급되는 상기 기준 전압은 정전압인 터치 디스플레이 장치의 구동 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 구간에서 상기 데이터 라인으로 인가되는 상기 기준 전압은 상기 제3 구간에서 상기 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 센싱하기 위해 상기 데이터 라인과 (-)단이 연결된 연산 증폭기의 (+)단에 인가되는 전압과 동일한 터치 디스플레이 장치의 구동 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제3 구간에서 센싱된 상기 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 누적하는 단계; 및
    누적된 상기 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 이용하여 마루와 골을 분석하고 지문 터치를 센싱하는 단계를 더 포함하는 터치 디스플레이 장치의 구동 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 구간과 상기 제2 구간에서 공통 전극으로 상기 포워딩 전압과 동일한 전압을 인가하는 단계를 더 포함하는 터치 디스플레이 장치의 구동 방법.
  14. 지문 터치 센싱 구간 중 데이터 라인과 픽셀 전극 사이에 연결된 스위칭 트랜지스터가 온 상태인 제1 구간에서 상기 데이터 라인을 통해 상기 픽셀 전극으로 포워딩 전압을 인가하는 포워딩 전압 인가부;
    상기 지문 터치 센싱 구간 중 상기 스위칭 트랜지스터가 오프 상태인 제2 구간에서 상기 데이터 라인으로 기준 전압을 인가하는 기준 전압 인가부; 및
    상기 지문 터치 센싱 구간 중 상기 스위칭 트랜지스터가 온 상태인 제3 구간에서 상기 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 센싱하는 지문 터치 센싱부를 포함하고,
    상기 제 2 구간에서 상기 데이터 라인으로 공급되는 상기 기준 전압은 정전압인 터치 구동 회로.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 지문 터치 센싱부는,
    상기 데이터 라인에 연결된 센싱 스위치와, 상기 센싱 스위치와 (-)단이 연결되고 (+)단에 상기 기준 전압이 인가되는 연산 증폭기와, 상기 연산 증폭기와 병렬로 연결된 캐패시터를 포함하는 터치 구동 회로.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 센싱 스위치는 상기 제3 구간에서 온 상태이고 상기 제1 구간과 상기 제2 구간에서 오프 상태인 터치 구동 회로.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 지문 터치 센싱부는,
    상기 센싱 스위치가 온 상태에서 상기 연산 증폭기의 (+)단에 인가되는 상기 기준 전압과 전압 레벨이 상이한 상기 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 센싱하는 터치 구동 회로.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 지문 터치 센싱부는,
    상기 제3 구간에서 센싱된 상기 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 기설정된 횟수만큼 누적하고 상기 픽셀 전극의 캐패시턴스 변화량을 이용하여 마루와 골을 분석하고 지문 터치를 센싱하는 터치 구동 회로.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 포워딩 전압 인가부는 상기 데이터 라인과 상기 포워딩 전압의 입력단 사이에 연결된 포워딩 전압 제어 스위치를 포함하고,
    상기 포워딩 전압 제어 스위치는 상기 제1 구간에서 온 상태이고 상기 제2 구간과 상기 제3 구간에서 오프 상태인 터치 구동 회로.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 기준 전압 인가부는 상기 데이터 라인과 상기 기준 전압의 입력단 사이에 연결된 기준 전압 제어 스위치를 포함하고,
    상기 기준 전압 제어 스위치는 상기 제2 구간에서 온 상태이고 상기 제1 구간과 상기 제3 구간에서 오프 상태인 터치 구동 회로.
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