KR20150125104A

KR20150125104A - 터치 센싱 장치와 그 구동 방법

Info

Publication number: KR20150125104A
Application number: KR1020140051609A
Authority: KR
Inventors: 이득수; 김태윤
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2014-04-29
Filing date: 2014-04-29
Publication date: 2015-11-09
Also published as: KR102272952B1

Abstract

본 발명은 터치 센싱 장치와 그 구동 방법에 관한 것으로, 디스플레이 구동 기간 동안 Tx 라인들과 Rx 라인들에 픽셀들의 공통전압을 공급하고, 터치 센서 구동 기간 동안 터치 구동 신호를 상기 Tx 라인들에 공급하고 상기 Rx 라인들을 통해 상호 용량으로부터의 전하를 수신하는 센서 구동회로; 및 상기 디스플레이 구동 기간 동안 데이터 라인들에 입력 영상의 데이터 전압을 공급하고, 게이트 라인들에 게이트 펄스를 공급하고, 상기 터치 센서 구동 기간 동안 상기 데이터 라인들과 상기 게이트 라인들에 상기 터치 구동 신호와 같은 위상의 교류 신호를 공급하는 디스플레이 구동회로를 포함한다.

Description

터치 센싱 장치와 그 구동 방법{TOUCH SENSING DEVICE AND DRIVING METHOD THEREOF}

본 발명은 픽셀 어레이 내에 터치 센서들이 내장되는 터치 센싱 장치와 그 구동 방법에 관한 것이다.

유저 인터페이스(User Interface, UI)는 사람(사용자)과 각종 전기, 전자 기기 등의 통신을 가능하게 하여 사용자가 기기를 쉽게 자신이 원하는 대로 쉽게 제어할 수 있게 한다. 유저 인터페이스의 대표적인 예로는 키패드, 키보드, 마우스, 온스크린 디스플레이(On Screen Display, OSD), 적외선 통신 혹은 고주파(RF) 통신 기능을 갖는 원격 제어기(Remote controller) 등이 있다. 유저 인터페이스 기술은 사용자 감성과 조작 편의성을 높이는 방향으로 발전을 거듭하고 있다. 최근, 유저 인터페이스는 터치 UI, 음성 인식 UI, 3D UI 등으로 진화되고 있다.

터치 UI는 스마트 폰과 같은 휴대용 정보기기에 필수적으로 채택되고 있으며, 노트북 컴퓨터, 컴퓨터 모니터, 가전 제품 등에 확대 적용되고 있다. 최근, 터치 센서들을 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. 이러한 터치 센서들은 기생 용량과 신호 배선들(이하 "픽셀 신호배선"이라 함)을 통해 픽셀들에 연결된다. 구동 방법은 픽셀들과 터치 센서들의 커플링(Coupling)으로 인한 상호 영향을 줄이기 위하여, 픽셀들을 구동하는 기간(이하, "디스플레이 구동 기간"이라 함)과 터치 센서들을 구동하는 기간(이하, "터치 센서 구동 기간"이라 함)을 시분할한다.

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 방법이 있다.

인셀 터치 센서로 구현 가능한 정전 용량(capacitance) 타입의 일 예로, 상호 용량(Mutual capacitance) 타입의 터치 센서(이하 "터치 센서"라 함)가 알려져 있다.

도 1 및 도 2는 터치 센서의 전극 패턴을 보여 주는 평면도와 그 터치 센서의 등가 회로도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상호 용량 방식의 터치 스크린은 Tx 라인들(Tx1~Tx4), 및 유전체(또는 절연층)을 사이에 두고 Tx 라인들(Tx1~Tx4)과 직교되는 Rx 라인들(Rx1~Rx4)을 포함한다. Tx 라인들(Tx1~Tx4)과 Rx 라인들(Rx1~Rx4) 사이에 상호 용량(Cm)이 형성된다. 터치 구동 신호(또는 자극 신호)가 Tx 라인들(Tx1~Tx4)에 공급되면, 상호 용량(Cm)에 전하가 충전된다. 센싱 회로는 터치 전후 상호 용량(Cm)의 전하 변화량을 바탕으로 터치 입력을 감지한다.

도 2에서, R(Tx)는 Tx 라인의 저항, R(Rx)는 Rx 라인의 저항, C(Tx)는 Tx 라인의 기생 용량, C(Rx)는 Rx 라인의 기생 용량을 각각 나타낸다.

터치 센서를 픽셀 어레이에 내장하면, 터치 센서와 픽셀 신호 배선 간의 커플링으로 인하여 터치 센서에 영향을 주는 많은 기생 용량들이 추가된다. 픽셀 신호 배선은 픽셀들에 데이터를 기입하기 위한 신호 배선으로서, 도 3에서 데이터 전압을 픽셀들에 공급하기 위한 데이터 라인(DL)과, 데이터가 기입된 픽셀들을 선택하기 위한 게이트 펄스(또는 스캔 펄스)가 공급되는 게이트 라인(GL)을 포함한다. 도 3에서, Cfinger는 손가락이 터치되었을 때 손가락을 등가적으로 표현한 용량이다. Clc는 액정셀을 등가적으로 표현한 용량이다. Cgd는 게이트 라인(GL)과 데이터 라인(DL) 사이의 기생 용량이고, 'Cgs'는 TFT((Thin Film Transistor)의 게이트-소스간 기생 용량이다.

인셀 터치 센서들에 연결된 기생 용량은 도 3에서, Ctd, Ctg, Ctc, Cgc, Cdc 등을 포함한다. Ctd는 Tx 라인과 데이터 라인(DL) 사이의 기생 용량, Ctg는 Tx 라인과 게이 트 라인(GL) 사이의 기생 용량, Ctc는 Tx 라인과 Rx 라인 사이의 기생 용량, Cgc는 Rx 라인과 게이트 라인(GL) 사이의 기생 용량, Cdc는 Rx 라인과 데이터 라인(DL) 사이의 기생 용량을 각각 나타낸다. 인셀 터치 센서가 적용된 터치 스크린의 크기가 커지고 해상도가 커지면, 인셀 터치 센서들에 연결된 기생 용량들로 인하여 터치 감도와 터치 인식 정확도가 떨어진다. 따라서, 인셀 터치 센서 기술을 대화면 표시장치의 터치 스크린에 적용하기 위하여 터치 센서들의 기생 용량을 최소화할 수 있는 방안이 요구되고 있다.

도 4는 도 3과 같은 표시장치의 구동 신호를 보여 주는 파형도이다.

도 4를 참조하면, 인셀 터치 센서가 내장된 표시장치의 구동 방법은 디스플레이 구동 기간(Td)과 터치 센서 구동 기간(Tt)으로 시분할한다. 디스플레이 구동 기간(Td) 동안, 데이터 전압(Vdata)과 게이트 펄스(GP)가 발생되어 픽셀들에 데이터가 기입된다. 게이트 펄스(GP)는 게이트 하이 전압(VGH)과 게이트 로우 전압(VGL) 사이에서 스윙(swing)된다. 디스플레이 구동 기간(Td) 동안, 터치 센서들의 Tx 라인들과 Rx 라인들은 픽셀들에 공통전압(Vcom)을 공급하는 공통전극 역할을 한다. 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안, 데이터 라인들(DL)의 전압은 이전 디스플레이 구동 기간(Td)의 마지막 데이터 전압으로 유지되고, 게이트 라인들(GL)의 전압은 게이트 로우 전압(VGL)을 유지한다. 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안, Tx 라인들에는 터치 구동 신호(Tdrv)가 공급된다. 센싱 회로는 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 터치 구동 신호(Tdrv)에 동기하여 Rx 라인들을 통해 터치 센서들의 전하 변화량을 감지한다.

본 발명은 인셀 터치 센서들을 포함하는 표시장치에서 기생 용량의 영향을 최소화하여 터치 스크린을 크게 하고 해상도를 높일 수 있는 터치 센싱 장치와 그 구동 방법을 제공한다.

본 발명의 터치 센싱 장치는 데이터 라인들과 게이트 라인들에 의해 정의된 매트릭스 형태로 배치되고 TFT를 포함한 픽셀들; Tx 라인들과, 상기 Tx 라인들과 직교되는 Rx 라인들, 및 상기 Tx 라인들과 상기 Rx 라인들 사이에 형성된 상호 용량을 포함한 터치 센서들; 디스플레이 구동 기간 동안 상기 Tx 라인들과 상기 Rx 라인들에 상기 픽셀들의 공통전압을 공급하고, 상기 터치 센서 구동 기간 동안 터치 구동 신호를 상기 Tx 라인들에 공급하고 상기 Rx 라인들을 통해 상기 상호 용량으로부터의 전하를 수신하는 센서 구동회로; 및 상기 디스플레이 구동 기간 동안 상기 데이터 라인들에 입력 영상의 데이터 전압을 공급하고 상기 게이트 라인들에 게이트 펄스를 공급하고, 상기 터치 센서 구동 기간 동안 상기 데이터 라인들과 상기 게이트 라인들에 상기 터치 구동 신호와 같은 위상의 교류 신호를 공급하는 디스플레이 구동회로를 포함한다.

상기 터치 센싱 장치의 구동 방법은 디스플레이 구동 기간 동안 Tx 라인들과 Rx 라인들에 픽셀들의 공통전압을 공급하고, 데이터 라인들에 입력 영상의 데이터 전압을 공급하고 게이트 라인들에 게이트 펄스를 공급하여 입력 영상의 데이터를 기입하는 단계; 및 터치 센서 구동 기간 동안 터치 구동 신호를 상기 Tx 라인들에 공급하고 상기 Rx 라인들을 통해 상기 상호 용량으로부터의 전하를 수신하며, 상기 데이터 라인들과 상기 게이트 라인들에 상기 터치 구동 신호와 같은 위상의; 교류 신호를 공급하는 단계를 포함한다.

상기 터치 구동 신호의 전압이 상기 데이터 라인들과 상기 게이트 라인들에 공급되는 교류 신호의 전압 보다 높다.

본 발명은 터치 구동 기간 동안 Tx 라인들에 터치 구동 신호를 인가하고 이와 동시에 터치 구동 신호와 같은 위상의 교류 신호를 픽셀 신호 배선들에 공급하여 터치 센서들에 연결된 기생 용량의 영향을 최소화할 수 있다. 그 결과, 본 발명은 인셀 터치 센서들을 포함하는 표시장치에서 터치 스크린을 크게 하고 해상도를 높일 수 있다.

도 1은 상호 용량 타입의 터치 센서의 전극 패턴을 확대한 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 터치 센서의 등가 회로도이다.
도 3은 표시장치에 형성된 인셀 터치 센서와 픽셀들 사이의 기생 용량을 보여 주는 회로도이다.
도 4는 도 3과 같은 표시장치의 구동 신호를 보여 주는 파형도이다.
도 5는 본 발명의 표시장치를 개략적으로 보여 주는 블록도이다.
도 6은 상호 용량 터치 센서들로 이루어진 터치 스크린의 구조를 보여 주는 평면도이다.
도 7은 다수의 픽셀들에 연결된 센서 전극을 보여 주는 도면이다.
도 8은 픽셀들과 터치 센서들의 시분할 구동 방법을 보여 주는 파형도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 장치의 구동 방법을 보여 주는 도면들이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치의 구동회로를 상세히 보여 주는 회로도이다.
도 12는 도 11과 같은 구동회로로부터 출력되는 픽셀 구동 신호와 터치 구동 신호를 보여 주는 파형도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 표시장치는 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출 표시장치(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Display, OLED), 전기영동 표시장치(Electrophoresis Display, EPD) 등의 평판 표시장치로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 평판 표시소자의 일 예로서 액정표시장치를 중심으로 설명하지만, 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 본 발명의 표시장치는 인셀 터치 센서 기술이 적용 가능한 어떠한 표시장치도 가능하다.

본 발명의 터치 센싱 장치는 픽셀들에 공통전압을 공급하는 공통 전극을 분할하여 픽셀 어레이 내에 다수의 터치 센서들을 내장한다. 본 발명의 터치 센싱 장치는 인셀 터치 센서들에 연결된 기생 용량의 영향을 최소화하기 위하여, 픽셀 신호 배선들에 터치 구동 신호에 대하여 동위상의 교류 신호를 공급한다. Rx 라인들에도 터치 구동 신호에 대하여 동위상의 교류 신호가 공급될 수 있다.

공통전압은 이하의 실시예에서 액정표시장치의 픽셀들에 인가되는 공통전압을 예시하였으나 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 공통전압은 유기발광 다이오드 표시장치의 픽셀들에 공통으로 인가되는 고전위/저전위 전원전압(VDD/VSS) 등 평판표시장치에서 픽셀들에 공통으로 공급되는 전압으로 해석되어야 한다.

본 발명의 터치 센싱 장치는 스위칭 소자를 이용하여 디스플레이 구동 기간 동안 터치 센서들을 서로 단락(short circuit)시켜 센서 전극들이 서로 연결된 상태에서, 서로 연결된 센서 전극들을 통해 픽셀들에 공통전압(Vcom)을 공급할 수 있다. 본 발명의 터치 센싱 장치는 터치 센서 구동 기간 동안 스위칭 소자들을 턴-오프(turn-off)시켜 터치 센서들을 분리한 상태에서 터치 센서들에 터치 구동 신호를 공급할 수 있다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 표시장치와 터치 센서들을 개략적으로 보여 주는 블록도이다. 도 7은 다수의 픽셀들에 연결된 센서 전극을 보여 주는 도면이다. 도 8은 픽셀들과 터치 센서들의 시분할 구동 방법을 보여 주는 파형도이다.

도 5 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 표시장치는 터치 센싱 장치를 포함한다. 터치 센싱 장치는 표시패널(100)에 내장된 터치 센서들을 이용하여 터치 입력을 감지한다.

픽셀들은 데이터 라인들(S1~Sm)과 게이트 라인들(G1~Gn)에 의해 정의된 매트릭스 형태로 배치된다. 픽셀들 각각은 데이터 라인들(S1~Sm)과 게이트 라인들(G1~Gn)의 교차부들에 형성된 픽셀 TFT들, 픽셀 TFT를 통해 데이터전압을 공급 받는 화소전극, 공통전압(Vcom)이 인가되는 공통전극, 화소전극에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등을 포함한다. 공통전극은 터치 센서 구동 기간 동안 다수의 터치 센서들로 분리된다.

액정표시장치에서, 표시패널(100)에서 두 장의 기판들 사이에는 액정층이 형성된다. 액정층의 액정 분자들은 화소전극에 인가되는 데이터전압과, 공통전극에 인가되는 공통전압(Vcom)의 전위차로 발생되는 전계에 의해 구동된다. 표시패널(100)의 픽셀 어레이는 데이터 라인들(S1~Sm, m은 2 이상의 양의 정수)과 게이트 라인들(G1~Gn, n은 2 이상의 양의 정수)에 의해 정의된 픽셀들, 및 픽셀들에 연결된 공통전극으로부터 분할된 터치 센서들을 포함한다. 터치 센서들은 Tx 라인들(Tx1~Txj, j는 n 보다 작은 양의 정수), Tx 라인들(Tx1~Txj)과 직교되는 Rx 라인들(Rx1~Rxi, i는 m 보다 작은 양의 정수), 및 Tx 라인들(Tx1~Txj)과 Rx 라인들(Rx1~Rxi) 사이의 상호 용량(Cm)을 포함한다.

표시패널(100)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등이 형성될 수 있다. 표시패널(100)의 하부 기판은 COT(Color filter On TFT) 구조로 구현될 수 있다. 이 경우에, 컬러필터는 표시패널(100)의 하부 기판에 형성될 수 있다. 표시패널(100)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(100)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정층의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성된다.

표시패널(100)의 배면 아래에는 백라이트 유닛이 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(Direct type) 백라이트 유닛으로 구현되어 표시패널(100)에 빛을 조사한다. 표시패널(100)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. 유기발광 다이오드 표시장치와 같은 자발광 표시장치에서 백라이트 유닛은 필요 없다.

본 발명의 표시장치는 픽셀들에 입력 영상의 데이터를 기입하는 디스플레이 구동회로(12, 14, 20), 터치 센서들을 구동하는 센서 구동회로(30, 32), 및 전원을 발생하는 전원부(50)를 더 포함한다.

디스플레이 구동회로(12, 14, 20)와 센서 구동회로(30, 32)는 동기 신호(Tsync)에 응답하여 서로 동기된다. 디스플레이 구동 기간(Td)과 터치 센서 구동 기간(Tt)은 도 8과 같이 시분할된다.

디스플레이 구동회로(12, 14, 20)는 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 픽셀들에 데이터를 기입한다. 디스플레이 구동회로(12, 14, 20)는 도 11 및 도 12와 같이 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 신호 배선들(S1~Sm, G1~Gn)에 터치 구동 신호(Tdvr)와 같은 위상의 교류 신호를 공급한다. 픽셀들은 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 픽셀 TFT가 오프 상태이기 때문에 디스플레이 구동 기간에 충전하였던 데이터 전압을 유지(hold)한다. 디스플레이 구동회로는 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 터치 센서들과 픽셀 신호 배선들(S1~Sm, G1~Gn) 사이의 기생 용량을 최소화하기 위하여 터치 구동 신호(Tdrv)와 같은 위상의 교류 신호를 픽셀 신호 배선들(S1~Sm, G1~Gn)에 공급할 수 있다.

디스플레이 구동회로(12, 14, 20)는 데이터 구동회로(12), 게이트 구동회로(14) 및 타이밍 콘트롤러(20)를 포함한다. 데이터 구동회로(12)는 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 타이밍 콘트롤러(20)로부터 수신되는 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 출력한다. 데이터 구동회로(12)로부터 출력된 데이터전압은 데이터 라인들(S1~Sm)에 공급된다. 데이터 구동회로(12)는 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 터치 센서들에 인가되는 터치 구동 신호(Tdrv)와 같은 위상의 교류 신호를 데이터 라인들(S1~Sm)에 인가하여 터치 센서와 데이터 라인 사이의 기생 용량을 최소화한다. 이는 기생 용량의 양단 전압이 동시에 변하여 기생 용량에 충전되는 전하양을 최소화하기 때문이다. 터치 구동 신호(Tdrv)는 상호 용량에 전하들이 충전될 수 있도록 교류 신호에 비하여 전압이 높게 설정된다.

게이트 구동회로(14)는 디스플레이 구동 기간(Td) 동안, 데이터전압에 동기되는 게이트 펄스(또는 스캔펄스)를 게이트 라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터 전압이 기입되는 표시패널(100)의 라인을 선택한다. 게이트 펄스는 게이트 하이 전압(VGH)과 게이트 로우 전압(VGL) 사이에서 스윙한다. 게이트 펄스는 게이트 라인들(G1~Gn)을 통해 픽셀 TFT들의 게이트에 인가된다. 게이트 하이 전압(VGL)은 픽셀 TFT의 문턱 전압 보다 높은 전압으로 설정되어 픽셀 TFT를 턴온(turn-on)시킨다. 게이트 로우 전압(VGL)은 픽셀 TFT의 문턱 전압 보다 낮은 전압이다. 게이트 구동회로(14)는 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 터치 센서들에 인가되는 터치 구동 신호(Tdrv)와 같은 위상의 교류 신호를 게이트 라인들(G1~Gn)에 인가하여 터치 센서와 게이트 라인 사이의 기생 용량을 최소화한다. 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 게이트 라인들(G1~Gn)에 인가되는 교류 신호의 전압은 픽셀들에 기입된 데이터가 변하지 않도록 게이트 하이 전압(VGH) 보다 낮고 픽셀 TFT의 문턱 전압 보다 낮아야 한다.

타이밍 콘트롤러(20)는 호스트 시스템(40)으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동회로(12)와 게이트 구동회로(14)의 동작 타이밍을 동기시킨다. 스캔 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 시프트 클럭(Gate Shift Clock, GSC), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함한다. 데이터 타이밍 제어신호는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity, POL), 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함한다.

호스트 시스템(40)은 텔레비젼 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 호스트 시스템(40)은 스케일러(scaler)를 내장한 SoC(System on chip)을 포함하여 입력 영상의 디지털 비디오 데이터를 표시패널(100)의 해상도에 적합한 포맷으로 변환한다. 호스트 시스템(40)은 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)와 함께 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, MCLK)을 타이밍 콘트롤러(20)로 전송한다. 또한, 호스트 시스템(40)은 센싱 회로(30)로부터 입력되는 터치 입력의 좌표 정보(XY)와 연계된 응용 프로그램을 실행한다.

타이밍 콘트롤러(20) 또는 호스트 시스템(40)은 디스플레이 구동회로(12, 14, 20)와 센싱 회로(30)를 동기시키기 위한 동기 신호(Tsync)를 발생할 수 있다.

Tx 라인들(Tx1~Txj)과 Rx 라인들(Rx1~Rxi)은 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 공통전압(Vcom)을 공급받는다. 터치 구동 신호(Tdrv)는 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 Tx 라인들(Tx1~Txj)에 공급된다. Tx 라인들(Tx1~Txj)과 Rx 라인들(Rx1~Rxi)은 기생 용량과 픽셀 신호 배선들을 통해 픽셀들에 연결된다.

횡방향(x축 방향)을 따라 이웃하는 Tx 라인의 센서 전극들(C1, C2)은 픽셀 어레이 내에서 브릿지 패턴(bridge pattern)(101)을 통해 연결되거나 픽셀 어레이 밖의 베젤(Bezel) 영역에 형성된 라우팅 라인들(Routing lines)(104)을 통해 연결될 수 있다. 브릿지 패턴(101)은 절연층을 관통하여 Rx 라인들(Rx1~R7)을 사이에 두고 분리된 Tx 라인의 센서 전극들(C1, C2)을 연결한다.

도 6에서, 도면 부호 '11'은 픽셀들의 화소전극이다. Tx 라인들(S Tx1~Txj)은 횡방향(x축 방향)을 따라 연결된 센서 전극들(C1~C4)을 포함한다. 센서 전극들(C1~C4) 각각은 픽셀 보다 큰 크기로 패터닝되어 다수의 픽셀들에 연결된다. 센서 전극들(C1~C4) 각각은 투명 전도성 재료 예를 들어, ITO(Indium Tin Oxide)로 형성될 수 있다. Rx 라인들(Rx1~Rxi)도 ITO로 형성될 수 있다. ITO의 저항을 보상하기 위하여, 저저항 금속 예를 들어, Cu, AlNd, Mo, Ti 등의 금속 배선이 Tx 라인들(Tx1~Txj)과 Rx 라인들(Rx1~Rxi) 각각에 연결될 수 있다.

센서 구동회로(30, 32)는 센싱 회로(30)와 Tx 구동회로(32)를 포함한다. 센서 구동회로(30, 32)는 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 Tx 라인들(Tx1~Txj)과 Rx 라인들(Rx1~Rxi)에 픽셀들의 공통전압(Vcom)을 공급한다. 센서 구동회로(30, 32)는 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 터치 구동 신호(Tdrv)를 Tx 라인들(Tx1~Txj)에 공급하고 Rx 라인들(Rx1~Rxi)을 통해 상호 용량(Cm)으로부터의 전하를 수신한다.

Tx 구동회로(32)는 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 Tx 라인들(Tx1~Txj)에 공통전압(Vcom)을 공급한 후, 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 Tx 라인들(Tx1~Txj)에 터치 구동 신호(Tdrv)를 공급한다. Tx 구동회로(32)는 터치 구동 신호(Tdrv)를 순차적으로 시프트할 수 있다. 이 경우에, 데이터 구동회로(12), 게이트 구동회로(14) 그리고 센싱 회로(30)는 Tx 구동회로(32)와 동기되어 터치 구동 신호(Tdrv)와 같은 위상의 교류 신호를 시프트시킬 수 있다.

센싱 회로(30)는 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 Rx 라인들(Rx1~Rxi)에 터치 구동 신호(Tdrv)와 같은 위상의 교류 신호를 공급한다. 센싱 회로(30)는 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 터치 센서들의 전하 변화량을 소정의 문턱값과 비교하여 문턱값 보다 큰 용량 변화를 터치 입력으로 판단한다. 센싱 회로(30)는 터치 입력 각각에 대하여 터치 입력 위치와 면적을 나타내는 좌표 정보(XY)를 생성하여 호스트 시스템(40)으로 전송한다.

데이터 구동회로(12)와 센서 구동회로(30, 32)는 도 11과 같이 하나의 IC(Integrated Circuit) 내에 집적되어 COG(Chip on glass) 공정으로 표시패널의 기판 상에 접착될 수 있다.

전원부(50)는 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 터치 센서들에 공통전압(Vcom)을 공급한다. 전원부(50)는 게이트 하이 전압(VGH), 게이트 로우 전압(VGL), 감마기준전압, 구동회로들(20, 12, 14, 30, 32)의 구동을 위한 로직 전원 전압(Vcc) 등의 전원을 발생한다. 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압은 감마기준전압으로부터 분압된다. 전원부(50)는 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 터치 구동 신호(Tdrv)와 같은 위상의 교류 신호 전압을 발생한다.

도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 장치의 구동 방법을 보여 주는 도면들이다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안, 픽셀들에 데이터가 기입된다. 디스플레이 구동 기간(Td) 동안, Tx 라인들(Tx1~Txj)과 Rx 라인들(Rx1~Rxi)을통해 픽셀들에 공통전압(Vcom)이 공급된다. 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안, Tx 라인들(Tx1~Txj)에 터치 구동 신호(Tdrv)가 공급되고, 터치 구동 신호(Tdrv)에 동기되어 Rx 라인들(Rx1~Rxi)을 통해 상호 용량(Cm)의 전하가 수신된다.

터치 센서 구동 기간(Tt) 동안, 터치 센서들에 연결된 기생 용량을 최소화하기 위하여, 픽셀 신호 배선들에 터치 구동 신호(Tdrv)에 대하여 동위상의 교류 신호가 공급된다. Rx 라인들(Rx1~Rxi)에도 교류 신호가 공급될 수 있다. 상호 용량(Cm)에 전하가 충전되기 위해서는 Tx 라인과 Rx 라인 사이에 전위차가 있어야 한다. 따라서, 터치 구동 신호(Tdrv)의 전압(Vtx)은 픽셀 신호 배선들(DL, GL)과 Rx 라인들에 인가되는 교류 신호의 전압(Vac1, Vac2) 보다 높아야 한다.

터치 구동 신호(Tdrv)는 대한민국 특허 출원 10-2012-0130538(2012.11. 16.), 미국 특허 출원14/079,798(2013. 11. 14.) 등에서 제안된 멀티 스텝(multi step) 파형으로 발생될 수 있다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치의 구동회로를 상세히 보여 주는 회로도이다. 도 12는 도 11과 같은 구동회로로부터 출력되는 픽셀 구동 신호와 터치 구동 신호를 보여 주는 파형도이다. 도 11에서, 'Clc'는 액정셀이고, 'T3'은 픽셀 TFT이다. 도 11에 도시된 구동회로는 터치 구동 신호(Tdrv)와 같은 위상의 교류 신호를 발생하는 회로를 중심으로 도시되어 있다. Tx 구동회로(32)는 생략되어 있다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 전원부(50)는 공통전압(Vcom), 로직 전원 전압(Vcc), 게이트 하이 전압(VGH), 게이트 로우 전압(VGL), 교류 신호 전압(Vh1~Vh3, Vl1~Vl3) 등을 발생한다. 로직 전원 전압(Vcc)은 게이트 구동회로(14)와 IC의 구동 전원이다.

전원부(50)는 다수의 멀티플렉서들(51~53)을 포함한다. 제1 멀티플렉서(51)는 제1 선택신호에 응답하여 게이트 로우 전압(VGL1)과, 교류 신호 전압(Vh1, Vl1)을 선택하여 게이트 구동회로(14)에 공급한다. 제2 멀티플렉서(52)는 제2 선택신호에 응답하여 교류 신호 전압(Vh2, Vl2)을 출력한다. 게이트 하이 전압(VGH)은 게이트 구동회로(14)에 직접 공급된다. 제3 멀티플렉서(53)는 제3 선택신호에 응답하여 교류 신호 전압(Vh3, Vl3)을 출력한다. 교류 신호는 고전위 전압(Vh1~Vh3)과 저전위 전압(Vl1~Vl3) 사이에서 스윙한다.

게이트 하이 전압(VGH)과 게이트 로우 전압(VGL)은 게이트 구동회로(14)를 통해 게이트 라인들(G1, G2)에 공급된다. 게이트 구동회로(14)는 시프트 레지스터(shift register)를 이용하여 출력 파형을 순차적으로 시프트(shift)한다. 시프트 레지스터는 게이트 스타트 펄스(GSP)에 응답하여 게이트 시프트 클럭(GSC)을 출력하고, 그 출력을 시프트한다. 전원부(50)로부터 출력되는 교류 신호는 게이트 시프트 클럭으로서 시프트 레지스터에 입력된다.

게이트 구동회로(14)는 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 VGH와 VGL 사이에서 스윙하는 게이트 펄스를 게이트 라인들(G1, G2)에 공급한다. 게이트 구동회로(14)는 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 터치 구동 신호(Tdrv)에 동기하여 Vh1과 Vl1 사이에서 스윙하는 교류 신호를 게이트 라인들(G1,G2)에 공급한다. Vh1은 VGH 보다 낮고 픽셀 TFT의 문턱 전압 보다 낮다.

IC는 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 전원부(50)로부터 입력된 공통전압(Vcom)을 Tx 라인들(Tx1~Txj)과 Rx 라인들(Rx1~Rxi)에 공급한다. IC는 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 터치 구동 신호(Tdrv)를 Tx 라인들(Tx1~Txj)에 공급하고, 전원부(50)로부터 입력 받은 교류 신호를 픽셀 신호 배선들(S1~Sm, G1~Gn)과 Rx 라인들(Rx1~Rxi)에 공급한다.

IC는 다수의 멀티플렉서들(13, 33)을 포함한다.

제4 멀티플렉서(33)는 Rx 라인들(Rx1~Rxi)에 연결된 출력단과, 제2 멀티플렉서(52)와 센싱 회로(30)에 연결된 입력단을 포함한다. 제4 멀티플렉서(33)는 제4 선택신호에 응답하여 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 센싱 회로(30)로부터 입력되는 공통전압(Vcom)을 Rx 라인들(Rx1~Rxi)에 공급한다. 제4 멀티플렉서(33)는 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 제2 멀티플렉서(32)를 통해 공급되는 교류 신호를 Rx 라인들(Rx1~Rxi)에 공급한다. 센싱 회로(30)는 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안, 교류 신호가 공급되는 Rx 라인들(Rx1~Rxi)과 제4 멀티플렉서(33)를 통해 상호 용량(Cm)의 전하를 수신한다.

제5 멀티플렉서(13)는 데이터 라인(S1~Sm)에 연결된 출력단과, 데이터 구동회로(12)와 제3 멀티플렉서(53)에 연결된 입력단을 포함한다. 제5 멀티플렉서(13)는 제5 선택신호에 응답하여 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 데이터 구동회로(12)로부터 출력되는 입력 영상의 데이터 전압을 데이터 라인들(S1~Sm)로 공급한 후, 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 교류 신호를 데이터 라인들(S1~Sm)에 공급한다.

타이밍 콘트롤러(20) 또는 센싱 회로(30)의 MCU(Micro Controller Unit, MCU)는 멀티플렉서들(51~53, 13, 33)을 제어하기 위한 선택신호들을 발생할 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

100 : 표시패널 12 : 데이터 구동회로
13, 33, 51~53 : 멀티플렉서 14 : 게이트 구동회로
30 : 센싱 회로 32 : Tx 구동회로
50 : 전원부

Claims

데이터 라인들과 게이트 라인들에 의해 정의된 매트릭스 형태로 배치되고 TFT를 포함한 픽셀들;
Tx 라인들과, 상기 Tx 라인들과 직교되는 Rx 라인들, 및 상기 Tx 라인들과 상기 Rx 라인들 사이에 형성된 상호 용량을 포함한 터치 센서들;
디스플레이 구동 기간 동안 상기 Tx 라인들과 상기 Rx 라인들에 상기 픽셀들의 공통전압을 공급하고, 상기 터치 센서 구동 기간 동안 터치 구동 신호를 상기 Tx 라인들에 공급하고 상기 Rx 라인들을 통해 상기 상호 용량으로부터의 전하를 수신하는 센서 구동회로; 및
상기 디스플레이 구동 기간 동안 상기 데이터 라인들에 입력 영상의 데이터 전압을 공급하고 상기 게이트 라인들에 게이트 펄스를 공급하고, 상기 터치 센서 구동 기간 동안 상기 데이터 라인들과 상기 게이트 라인들에 상기 터치 구동 신호와 같은 위상의 교류 신호를 공급하는 디스플레이 구동회로를 포함하고,
상기 터치 구동 신호의 전압이 상기 데이터 라인들과 상기 게이트 라인들에 공급되는 교류 신호의 전압 보다 높은 터치 센싱 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 센서 구동회로는 상기 터치 센서 구동 기간 동안 상기 Rx 라인들에 교류 신호를 공급하고,
상기 터치 구동 신호의 전압이 상기 Rx 라인들에 공급되는 교류 신호의 전압 보다 높은 터치 센싱 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 게이트 펄스는 상기 TFT의 문턱 전압 보다 높은 게이트 하이 전압과, 상기 TFT의 문턱 전압 보다 낮은 게이트 로우 전압 사이에서 스윙하고,
상기 교류 신호들의 전압이 상기 게이트 하이 전압 보다 낮은 터치 센싱 장치.
디스플레이 구동 기간 동안 Tx 라인들과 Rx 라인들에 픽셀들의 공통전압을 공급하고, 데이터 라인들에 입력 영상의 데이터 전압을 공급하고 게이트 라인들에 게이트 펄스를 공급하여 입력 영상의 데이터를 기입하는 단계;
터치 센서 구동 기간 동안 터치 구동 신호를 상기 Tx 라인들에 공급하고 상기 Rx 라인들을 통해 상기 상호 용량으로부터의 전하를 수신하며, 상기 데이터 라인들과 상기 게이트 라인들에 상기 터치 구동 신호와 같은 위상의; 교류 신호를 공급하는 단계를 포함하고,
상기 터치 구동 신호의 전압이 상기 데이터 라인들과 상기 게이트 라인들에 공급되는 교류 신호의 전압 보다 높은 터치 센싱 장치의 구동 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 터치 센서 구동 기간 동안 상기 Rx 라인들에 교류 신호를 공급하는 단계를 더 포함하고,
상기 터치 구동 신호의 전압이 상기 Rx 라인들에 공급되는 교류 신호의 전압 보다 높은 터치 센싱 장치의 구동 방법.