KR20160044070A - 터치 스크린 패널 및 터치 제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 터치 스크린 패널 및 터치 제어장치를 제공하며, 전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은, 제1방향으로 위치하는 다수의 제1신호라인들과 제1신호라인들과 교차하며 제2방향으로 위치하는 다수의 제2신호라인들을 각각 제어하는 제1신호라인 제어부와 제2신호라인 제어부, 센싱모드에 따라 제1신호라인에 구동신호를 인가하거나 또는 외부로부터 인가된 구동신호를 제1신호라인으로부터 센싱하도록 제1신호라인 제어부를 제어하는 터치 컨트롤러를 포함하는 터치 스크린 패널을 제공한다.

Description

터치 스크린 패널 및 터치 제어장치{TOUCH SCREEN PANEL AND TOUCH CONTROL DEVICE}
본 발명은 터치스크린 패널 및 터치 제어장치에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하기 위한 표시장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 근래에는 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display), 플라즈마표시장치(PDP: Plasma Display Panel), 유기전계발광표시장치(OLED: Organic Light Emitting Diode Display Device) 등과 같은 여러 가지 표시장치가 활용되고 있다.
이러한 표시장치는, 버튼, 키보드, 마우스 등의 통상적인 입력방식에서 탈피하여, 사용자가 손쉽게 정보 혹은 명령을 직관적이고 편리하게 입력할 수 있도록 해주는 터치 기반의 입력방식을 제공한다.
이러한 터치 기반의 입력 방식을 제공하기 위해서는, 사용자의 터치 유무를 파악하고 터치 좌표를 정확하게 검출할 수 있어야 한다.
이를 위해, 종래에는, 저항막 방식, 캐패시턴스 방식, 전자기 유도 방식, 적외선 방식, 초음파 방식 등의 다양한 터치 방식 중 하나의 터치 방식을 채용하여 터치 센싱을 제공한다.
보다 상세히 살펴보면, 터치 센싱을 위해 제공되는 터치 스크린 패널은 터치된 부분을 감지하는 방식에 따라, 상판 또는 하판에 금속 전극을 형성하여 직류전압을 인가한 상태에서 터치된 위치를 저항에 따른 전압 구배(voltage gradient)로 판단하는 저항막 방식(ResisTjve type), 도전막에 등전위를 형성하고 터치에 따른 상/하판의 전압 변화가 일어난 위치를 감지하여 터치된 부분을 감지하는 정전용량 방식(Capacitive type), 전자펜이 도전막을 터치함에 따라 유도되는 LC값을 읽어들여 터치된 부분을 감지하는 전자 유도 방식(electromagnetic type) 등으로 구별될 수 있으며, 그 외에도 광학 방식, 초음파 방식 등이 알려져 있다.
터치를 감지하기 위해 터치 스크린 패널에는 각각의 터치에 적합한 구성을 제공하기 위해서는 각 터치의 특성에 따라 구성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 정전용량 방식과 액티스 스타일러스 펜 방식의 터치를 감지하는 방식이 상이하여 터치 감지를 위해 각각 터치를 감지 및 제어하는 구성요소가 필요하다. 그러나, 각각의 구성요소를 포함시킬 경우, 별도의 터치 감지층이 추가되어 제작 비용이 증가하며, 패널의 두께 역시 증가한다는 문제가 있다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 다양한 터치 방식을 지원하는 터치 스크린 패널 및 터치 제어장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 다양한 터치 방식에 적합하게 터치를 제어하며 또한 특정한 터치를 감지하는 과정에서 다른 터치 방식의 동작을 제한하여 터치 감지의 정확도를 높이는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 정전용량 방식과 액티브 스타일러스 펜 방식의 터치 기술을 하나의 터치 제어 장치로 제어하여 각각의 터치 감지상황에 따라 터치 감지에 필요한 시간 자원을 적절하게 배분하여 터치 감지의 정확도를 높이는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은, 제1방향으로 위치하는 다수의 제1신호라인들과 제1신호라인들과 교차하며 제2방향으로 위치하는 다수의 제2신호라인들을 각각 제어하는 제1신호라인 제어부와 제2신호라인 제어부, 센싱모드에 따라 제1신호라인에 구동신호를 인가하거나 또는 외부로부터 인가된 구동신호를 제1신호라인으로부터 센싱하도록 제1신호라인 제어부를 제어하는 터치 컨트롤러를 포함하는 터치 스크린 패널을 제공한다.
다른 측면에서 본 발명은 센싱모드에 따라 신호라인이 구동부와 센싱부로 선택적으로 연결되도록 제어하는 터치 컨트롤러를 포함하는 터치 제어 장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 다양한 터치 방식을 지원하는 터치 스크린 패널 및 터치 제어장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 정전 용량 방식의 터치를 감지하는 구조와 액티브 스타일러스 펜 방식의 터치를 감지하는 구조를 통합하여 제공하므로, 터치 스크린 패널의 구조를 간략히 하여 패널 동작의 정확도를 높이면서 패널의 두께를 줄이는 효과를 제공한다.
본 발명에 의하면, 두 가지 터치 감지 방식을 하나의 터치 제어장치에서 제어하므로, 외부로부터 입력되는 터치 신호에 따라 선택적으로 터치 감지 방식을 적용할 수 있으며, 터치 감지의 정확도를 높일 수 있다.
도 1은 실시예들이 적용되는 표시장치의 시스템 구성도이다.
도 2는 도 1과 같은 구성에서 뮤츄얼 방식의 인셀 터치 패널의 채널 연결 구조를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 스크린 패널의 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 스크린 패널이 제1센싱모드로 동작하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 터치 스크린 패널이 제2센싱모드로 동작하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 스크린 패널에서 제1센싱모드와 제2센싱모드를 제어하기 위한 터치 컨트롤러의 제어를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 디스플레이 및 센싱모드의 구동 타이밍을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 센싱모드의 구동 타이밍이 미리 설정되며 제1센싱모드와 제2센싱모드의 구간이 상이하게 설정된 경우의 타이밍을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 센싱모드 구간을 선택적으로 증가시키거나 감소시키는 과정을 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 또다른 실시예에 의한 센싱모드 구간을 선택적으로 배치하는 경우의 터치 컨트롤러가 제어하는 타이밍 도면이다.
도 11은 본 발명의 또다른 실시예에 의한 터치 컨트롤러가 센싱모드의 구간을 제어하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 제1신호라인에서 스타일러스 펜의 터치가 발생한 경우 신호의 변화를 보여주는 도면이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 의한 제2신호라인에서 스타일러스 펜의 터치가 발생한 경우 신호의 변화를 보여주는 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 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, 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 실시예들이 적용되는 표시장치의 시스템 구성도이다.
도 1을 참조하면, 표시장치(100)는 표시패널(140), 데이터 구동부(120), 게이트 구동부(130), 타이밍 콘트롤러(110), 터치 스크린 패널(Touch Screen Panel, 150), 터치 스크린 구동회로(160, 170), 터치 콘트롤러(180) 등을 포함한다. 이 때 타이밍 콘트롤러(110)와 터치 콘트롤러(180)는 일체로 형성될 수 있다.
실시예들에 따른 표시장치는 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출 표시장치(Field Emission Display, FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light EmitTjng Display, OLED), 전기영동 표시장치(Electrophoresis, EPD) 등의 평판 표시장치일 수 있다.
표시패널(140)의 하부 기판에는 다수의 데이터라인들(D1~Dm, m은 자연수), 데이터라인들(D1~Dm)과 교차되는 다수의 게이트라인들(G1~Gn, n은 자연수), 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)의 교차부들에 형성되는 다수의 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor)들, 다수의 화소전극들 등이 형성될 수 있다.
다음으로, 타이밍 컨트롤러(110)는 호스트 시스템으로부터 입력되는 수직/수평 동기신호(Vsync, Hsync)와 영상신호(RGB), 클럭신호(CLK) 등의 외부 타이밍 신호에 기초하여 데이터 구동부(120)를 제어하기 위한 데이터 제어신호(DCS)와 게이트 구동부(130)를 제어하기 위한 게이트 제어신호(GCS)를 출력한다. 또한, 타이밍 컨트롤러(110)는 호스트 시스템으로부터 입력되는 영상신호(RGB)를 데이터 구동부(120)에서 사용하는 데이터 신호 형식으로 변환하고 변환된 영상신호(R'G'B')를 데이터 구동부(120)로 공급할 수 있다. 일 예로, 타이밍 컨트롤러(110)는, 표시패널(140)의 해상도 혹은 화소 구조에 맞게 변환하여 변환된 영상신호(R'G'B')를 데이터 구동부(120)에 공급할 수 있다. 여기서, 영상신호(RGB), 변환된 영상신호(R'G'B')는 영상 디지털 데이터, 영상 데이터, 또는 데이터라고도 한다.
데이터 구동부(120)는 타이밍 컨트롤러(110)로부터 입력되는 데이터 제어신호(DCS) 및 변환된 영상신호(R'G'B')에 응답하여, 변환된 영상신호(R'G'B')를 계조 값에 대응하는 전압 값인 데이터 신호(아날로그 화소신호 혹은 데이터 전압)로 변환하여 데이터 라인에 공급한다.
게이트 구동부(130)는 타이밍 컨트롤러(110)로부터 입력되는 게이트 제어신호(GCS)에 응답하여 게이트 라인에 스캔신호 (게이트 펄스 또는 스캔펄스, 게이트 온신호)를 순차적으로 공급한다.
한편, 터치 스크린 패널(150)은 절연부재와 커버를 포함한다. 터치 스크린 패널(150)은 표시패널(140)의 상부 편광판 상에 접합되거나, 절연부재와 커버 사이에 형성될 수 있다. 또한 터치 스크린 패널(150)은 표시패널(140) 내에서 화소와 함께 인셀(In-cell) 타입으로 기판에 형성될 수 있다.
터치 스크린 패널(150)은 절연부재 상에 형성된 제 1 전극들(T1~Tj, j는 자연수) 및 제 1 전극들(T1~Tj)과 교차하는 제 2 전극들(R1~Ri, i는 자연수)을 포함한다.
도 2는 도 1과 같은 구성에서 뮤츄얼(mutual) 방식의 인셀 터치 패널(in-cell touch panel)의 채널 연결 구조를 보여주는 도면이다.
제1전극의 일 실시예인 Tx 센싱 전극(T1~Tj)과 제2전극의 일 실시예인 Rx 센싱 전극(R1~Ri)은 별도로 각각 채널을 갖고, 터치 구동 회로(Touch IC)와 1:1 연결 구조를 갖는다. 도 2와 같은 구성은 뮤츄얼 인셀 터치 패널의 구성을 보여주며 이는 터치만을 인식할 수 있다. 한편, 액티브 스타일러스(Active Stylus) 펜을 인식하기 위해서는 도 2와 상이한 구성으로 별도의 정전 용량(Capacitive) 전극이나 별도의 유도(Inductive) 전극이 별도로 필요하다. 그러나, 도 2의 구성 만으로는 스타일러스 펜을 위한 별도의 전극 구조가 구비되어 있지 않아 스타일러스 펜의 접촉을 인식할 수 없다.
이에, 본 발명은 터치 인식과 펜 인식을 하나의 터치 스크린 패널 내에서 구현하기 위해, 뮤추얼 인셀터치패널의 인식 구간을 핑거 센싱 구간과 펜 센싱 구간으로 나누어 구동한다. 제1센싱모드는 손가락, 전도성 물체 등으로 인해 정전용량식으로 터치를 센싱하는 모드를 의미하며, 제2센싱모드는 액티브 스타일러스 펜과 같이 펜에서 구동신호가 발생하는 구조에서 패널에서 터치를 센싱하는 모드를 의미한다.
제1센싱 구간은 제1센싱모드로 동작하는 시간을 의미하며, 손가락 등으로 인한 터치를 감지 또는 인식하는 구간으로, 손가락 등에 한정되는 것이 아니며, 별도의 구동신호를 발생하지 않는 신체, 패시브 펜 등의 터치를 인식하는 구간으로 일 실시예는 핑거 센싱 구간이다.
제2센싱 구간은 제2센싱모드로 동작하는 시간을 의미하며, 스타일러스 펜(stylus pen)과 같이 별도의 구동신호를 발생하는 장치 등의 터치를 인식하는 구간으로, 일 실시예는 펜 인식 구간이다.
이를 위하여 제1방향으로 위치하는 제1신호라인들은 각각 Tx 센서 및 Rx 센서에 스위치되어 선택적으로 연결된다. 또한 제2방향으로 위치하는 제2신호라인들은 각각 Rx센서에 연결되어 있다. 터치를 인식하는 구간에서는 제1신호라인들에는 Tx 센서에 연결되어 터치를 위한 구동신호가 인가되고, 제2신호라인과 제1신호라인이 교차하는 지점 중에서 터치가 발생하면 제2신호라인에 연결된 Rx센서가 신호를 센싱한다. 한편 펜을 인식하는 구간에서는 제1신호라인들도 제2신호라인과 마찬가지로 Rx 센서에 연결되어 신호를 센싱하며, 펜에서 발생하는 제2구동신호가 제2신호라인과 제1신호라인이 교차하는 지점에 접촉할 경우, 제1신호라인 및 제2신호라인의 Rx 센서가 제2구동신호를 확인하고 펜의 접촉 지점을 확인할 수 있다.
앞서 살펴본 제1신호라인이 스위칭하여 연결되는 Tx 센서 및 Rx 센서를 포함한 구성을 제1신호라인 제어부라 한다. 또한, 제2신호라인이 연결되는 Rx 센서를 포함한 구성을 제2신호라인 제어부라 한다. 여기서 제1신호라인 제어부는 제1신호라인의 스위칭을 위해 n개의 제1신호라인에 각각 결합되는 n개의 스위칭 소자(2:1 스위칭 소자)를 구비하며, 또한, n개의 제1신호라인에 연결되는 Tx 및 Rx 모두 n개를 보유한다. 그 결과 제1센싱모드에서 동작하기 위해 제1신호라인 제어부는 제1구동신호를 인가하는 구동부(driving block)를 n개 보유하며, 제2센싱모드에서 동작하기 위해 제2구동신호를 센싱하는 센싱부(sensing block)을 n개 보유한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 스크린 패널의 구성을 보여주는 도면이다. 터치 스크린 패널(300)의 세부적인 구성을 살펴보면 다음과 같다.
제1방향으로 n개의 제1신호라인(311, 312, ... 319)들이 위치하며 제2방향으로 m개의 제2신호라인(321, 322, ... , 329)들이 위치한다. n 및 m은 자연수이다. 제1방향과 제2방향은 서로 직교하는 방향으로 구성할 수 있다. 제1신호라인(311, 312, ... 319)들을 제어하는 제1신호라인 제어부(310)와 제2신호라인(321, 322, ... , 329)들을 제어하는 제2신호라인 제어부(320), 그리고 이들 제1신호라인 제어부(310)와 제2신호라인 제어부(320)에 제1센싱모드 또는 제2센싱모드를 지시하고 센싱된 지점을 확인하는 터치 컨트롤러(330)를 포함한다.
제1신호라인 각각은 제1신호라인 제어부(310)에 도시된 바와 같이 터치를 인식하는 모드에 따라 구동신호를 인가하는 Tx 센서부와 신호를 센싱하는 Rx 센서부에 스위칭되어 연결된다. 제1센싱모드인 경우 Tx 센서부와 각각의 제1신호라인이 연결되며, 제2센싱모드인 경우 Rx 센서부와 각각의 제1신호라인이 연결된다.
제2신호라인 각각은 제2신호라인 제어부(320)에 도시된 바와 같이 Rx 센서부에 연결된다.
터치 컨트롤러(330)는 제1신호라인 제어부(310) 및 제2신호라인 제어부(320)가 제1센싱모드 또는 제2센싱모드로 동작하도록 제어한다. 또한 터치 컨트롤러(330)는 센싱 노드의 정보(예를 들어 위치 정보)를 취합한다. 센싱 노드는 제1신호라인과 제2신호라인이 교차하는 지점으로 도 3에서 350과 같은 지점을 의미한다.
도 3에서 제1신호라인 제어부(310)는 센싱모드의 특성에 따라 구동신호를 인가하거나 혹은 신호라인에 외부로부터 인가된 신호를 센싱한다. 그 결과 정전용량 방식의 제1센싱모드와 액티브 스타일러스 펜 방식의 제2센싱모드로 동작함에 있어서 하나의 신호라인(전극)을 설치하여 구동할 수 있다. 이러한 두 가지 모드의 동작을 위하여 센싱모드에 따라 구동신호를 신호라인에 인가하거나 혹은 신호라인에서 감지되는 신호를 센싱하도록 Tx/Rx 스위칭 소자가 신호라인에 선택적으로 연결된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 스크린 패널이 제1센싱모드로 동작하는 도면이다. 제1센싱모드이므로 제1신호라인들에는 구동신호가 인가된다. 각각의 제1신호라인들이 Tx로 스위칭되어 신호가 인가되고, 제2신호라인은 터치로 인한 정전량의 변화를 센싱한다. 350과 같은 센싱 노드에서 손가락(410)으로 인한 터치가 발생한 경우, 제1신호라인(313)의 Tx3의 구동신호의 정전 용량의 변화를 제2신호라인(322)에서 Rx2 센서부가 센싱하며, 그 결과 제1신호라인(313)과 제2신호라인(322)의 교차지점인 센싱 노드(350)에서 터치가 발생한 것을 터치 컨트롤러(330)는 확인하여, 이를 외부 시스템에 제공한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 터치 스크린 패널이 제2센싱모드로 동작하는 도면이다. 제2센싱모드이므로 제1신호라인들은 터치를 감지하기 위해 Rx 센서부에 스위칭된다. 350과 같은 센싱 노드에서 스타일러스 펜(510)의 터치가 발생한 경우, 제1신호라인(313)의 Rx3 센서부가 터치가 발생함을 센싱하며, 마찬가지로 제2신호라인(322)에서 Rx2 센서부가 터치가 발생함을 센싱한다. 이렇게 센싱된 결과를 터치 컨트롤러(330)는 확인하고, 제1신호라인 중에 센싱된 신호라인(313)와 제2신호라인 중에 센싱된 신호라인(322)의 교차지점인 센싱 노드(350)에서 터치가 발생한 것을 터치 컨트롤러(330)는 확인하여, 이를 외부 시스템에 제공한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 스크린 패널에서 제1센싱모드와 제2센싱모드를 제어하기 위한 터치 컨트롤러의 제어를 보여주는 도면이다.
터치 컨트롤러(330)는 하나의 제1신호라인이 제1센싱모드로 동작할 것인지, 혹은 제2센싱모드로 동작할 것인지를 제어하기 위해 제1신호라인 제어부(310)을 제어한다. 제1센싱모드로 동작할 경우, 제1구동신호를 인가하는 구동부(Driving block, 610)의 단자와 제1신호라인(311)이 연결되도록 터치 컨트롤러(330)가 제어신호를 인가한다. 한편 제2센싱모드로 동작할 경우, 외부로부터의 터치 구동신호를 센싱하기 위한 센싱부(Sensing block, 620)의 단자와 제1신호라인(311)이 연결되도록 터치 컨트롤러(330)가 제어신호를 인가한다. 제1센싱모드 및 제2센싱모드에 따라 제1신호라인(311)이 구동부(610)와 센싱부(620)에 선택적으로 스위칭하여 연결된다. 즉, 터치 컨트롤러(330)의 제어에 따라 제1신호라인 제어부(310)는 구동부(610)와 센싱부(620) 중에서 하나가 제1신호라인(311)에 연결되도록 스위칭할 수 있다.
정리하면, 제1신호라인 제어부(310)는 다수의 제1신호라인들에 연결되는 스위칭 소자 및 스위칭 소자에 선택적으로 연결되는 구동부(610)와 센싱부(620)를 포함하며, 터치 컨트롤러(330)는 제1센싱모드에서 제1신호라인 제어부의 스위칭 소자가 제1신호라인을 구동부(610)에 연결하도록 제어하며, 제2센싱모드에서 제1신호라인 제어부의 스위칭 소자가 제1신호라인을 센싱부(620)에 연결하도록 제어한다. 그 결과, 센싱모드에 따라 제1신호라인은 제1센싱모드에서 구동신호를 인가하거나 또는 제2센싱모드에서 신호를 센싱하도록 동작할 수 있으며, 센싱모드 각각을 위한 전극 혹은 센싱을 위한 레이어를 구비할 필요 없이 스위칭 소자를 이용하여 센싱모드 별 동작을 구현할 수 있다. 도 3 내지 도 6에서 살펴본 터치 컨트롤러(330) 및 제1신호라인 제어부(310), 제2신호라인 제어부(320)는 하나의 터치 제어 장치를 구성할 수 있으며, 이는 터치 스크린 패널과 독립된 장치로 제조될 수 있다.
본 발명은 액정 표시 장치 또는 OLED 표시장치 등 특정한 표시장치에 한정되지 않으며, 마찬가지로 본 발명의 터치 제어 장치 역시 터치 스크린 패널의 외부에 위치하여 터치 스크린 패널의 터치 센싱모드를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 도 3 내지 도 6의 구성에 따라, 별도의 전극을 추가할 필요 없이 기구 없이 손가락 등으로 터치를 감지하는 제1센싱모드와 구동신호가 인가된 액티브 스타일러스 펜 등의 터치를 감지하는 제2센싱모드를 함께 구현할 수 있다. 또한, 제2센싱모드의 액티브 스타일러스 펜을 이용하여 고감도의 스타일러스 성능을 확보할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 디스플레이 및 센싱모드의 구동 타이밍을 보여주는 도면이다.
터치패널 상에 영상이 표시되는 시간 동안, 즉 디스플레이 모드 구간(705)에서 표시패널은 영상을 출력하는 기능을 수행한다. 그리고 디스플레이 모드가 아닌 시간은 제1센싱모드 구간(710) 및 제2센싱모드 구간(720)으로 나뉘어지며, 각각의 센싱모드에 따라 동작한다.
따라서, 터치 컨트롤러(330)는 디스플레이 모드 구간(705)에서는 터치 센싱 동작을 수행하지 않으며, 제1센싱모드 구간(710)에서는 제1센싱모드로 동작하기 위해 제1신호라인 제어부(310)에 재1구동신호를 인가하고, 제2신호라인제어부(320)에서 제2신호라인을 통해 제1구동신호를 센싱하여 센싱노드의 위치를 확인한다. 그리고 제2센싱모드 구간(720)에서는 제2센싱모드로 동작하기 위해 제1신호라인 제어부(310)와 제2신호라인제어부(320)에서 각각 제2구동신호를 센싱하여 센싱노드의 위치를 확인한다.
한편, 센싱모드의 시간이 길어질 경우 센싱의 정확도는 높아진다. 따라서, 센싱모드를 터치 환경에 따라 달리 구동시킬 수 있다.
인셀터치 구성에서 터치를 위한 신호라인은 액정표시패널 또는 OLED 표시패널의 디스플레이 동작에 관여할 수 있다. 따라서, 인셀터치 구성에서 터치를 위한 두 종류의 센싱모드 이외에도 디스플레이 모드가 있으며, 디스플레이 모드에서 신호라인은 화소를 표시하는데 필요한 신호를 제공할 수 있다. 또한, 앞서 살펴본 바와 같이 센싱모드 역시 두 가지 종류의 센싱 방식을 구현하기 위해 일정 시간 동안은 제1센싱모드로 동작하고 다른 시간 동안은 제2센싱모드로 동작하도록 구성하여 센싱모드에 따라 다양한 센싱모드를 구동할 수 있도록 한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 센싱모드의 구동 타이밍이 미리 설정되며 제1센싱모드와 제2센싱모드의 구간이 상이하게 설정된 경우의 타이밍을 보여주는 도면이다.
801은 제1센싱모드 구간(710)이 제2센싱모드 구간(720)보다 긴 경우이다, 이러한 설정은 터치컨트롤러(330)에서 미리 설정된 구간의 정보에 따라 동작할 수 있다. 한편, 본 발명의 다른 실셰에에 의하면, 터치 컨트롤러(330)가 제1센싱모드에서의 센싱 횟수 및 제2센싱모드에서의 센싱 횟수를 카운팅하여 센싱모드의 구간을 효율적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1센싱모드에서만 센싱되는 제1구동신호가 지속하여 누적되며, 제2센싱모드에서 센싱되는 제2구동신호가 센싱되지 않는다면, 제1센싱모드 구간(710)을 늘리고 제2센싱모드 구간(720)을 줄일 수 있다.
802는 801과 달리, 제2센싱모드 구간(720)이 제1센싱모드 구간(710)보다 긴 경우이다, 이러한 설정 역시 터치컨트롤러(330)에서 미리 설정된 구간의 정보에 따라 동작할 수 있다. 801에서 살펴본 바와 같이, 터치 컨트롤러(330)가 제1센싱모드에서의 센싱 횟수 및 제2센싱모드에서의 센싱 횟수를 카운팅하여 센싱모드의 구간을 효율적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 제2센싱모드에서만 센싱되는 제2구동신호가 지속하여 누적되며, 제1센싱모드에서 센싱되는 제1구동신호가 센싱되지 않는다면, 제2센싱모드 구간(720)을 늘리고 제1센싱모드 구간(710)을 줄일 수 있다.
도 8의 각 센싱모드 구간의 길이는 터치 컨트롤러(330)가 다양하게 설정할 수 있으며, 센싱되는 구동신호에 따라 특정한 센싱모드가 동작하는 시간상의 구간을 순차적으로 늘리거나 줄일 수 있다. 이는 터치 컨트롤러(330)에 세팅된 설정값과 일정 기간 동안 누적하여 센싱된 구동신호를 이용하여 구간을 변경할 수 있다. 센싱모드별 동작을 위한 시간구간은 터치 컨트롤러(330)의 내장된 메모리 내에 저장할 수 있으나, 이 값이 고정되지는 않으며 감지된 터치 신호에 따라 증감시킬 수 있다. 따라서, 제1센싱모드 및 제2센싱모드는 한정된 시간 동안 미리 설정된 시간 간격에 따라 동작하며, 설정된 시간 간격은 외부로부터 인가되는 터치 신호에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 센싱모드 구간을 선택적으로 증가시키거나 감소시키는 과정을 보여주는 도면이다. 터치 컨트롤러(330)에서 동작하는 과정을 보여주는 도면이다. 터치 컨트롤러는 미리 설정된 값에 따라 디스플레이 모드, 제1센싱모드, 제2센싱모드를 제어한다(S910). 미리 설정된 시간 정보에 따라 도 7 및 도 8에서 살펴본 바와 같이 각각의 모드를 동작시킬 수 있다. 본 발명의 다른 실시예로 터치 컨트롤러(330)는 디스플레이 모드는 제어하지 않고 센싱모드만을 제어할 수도 있다.
이후 제1센싱모드에서 제1구동신호를 센싱한다(S920). 앞서 살펴본 바와 같이 터치 컨트롤러는 제1센싱모드를 지시하는 신호를 제1센싱모드 구간동안 제1신호라인 제어부에 인가할 수 있다. 물론, 제2신호라인 제어부가 지속적으로 제1구동신호를 센싱하도록 터치 컨트롤러가 제어한다. 그리고 제1센싱모드에서 제1구동신호가 센싱된 시간을 누적한다(S930). 일 실시예로 TS_1로 누적한다. 누적한 값은 일정 기간동안 제1센싱모드가 동작한 구간과 비교하여 TS_1에 누적된 센싱된 시간을 비교한다.
또한 제2센싱 모드에서 제2구동신호를 센싱한다(S940). 앞서 살펴본 바와 같이 터치 컨트롤러는 제2센싱모드를 지시하는 신호를 제2센싱모드 구간동안 제1신호라인 제어부에 인가할 수 있다. 제1센싱모드와 마찬가지로, 제2신호라인 제어부가 지속적으로 제1구동신호를 센싱하도록 터치 컨트롤러가 제어한다. 그리고 제2센싱모드에서 제2구동신호가 센싱된 시간을 누적한다(S950). 일 실시예로 TS_2로 누적한다. 누적한 값은 일정 기간동안 제2센싱모드가 동작한 구간과 비교하여 TS_2에 누적된 센싱된 시간을 비교한다.
이후 누적된 TS_1 및 TS_2에 따라 제1센싱모드 구간과 제2센싱모드 구간을 조절한다(S960). 일 실시예로 동일한 구간으로 제1센싱모드와 제2센싱모드를 설정했지만 TS_1이 TS_2보다 큰 값인 경우, 즉 제1센싱모드에서의 센싱 횟수 또는 시간이 이 제2센싱모드에서의 센싱 횟수 또는 시간보다 더 큰 경우, 제1센싱모드 구간을 증가시키고 제2센싱모드 구간을 감소시킬 수 있다. 물론 그 반대의 경우도 적용 가능하다. 센싱모드의 동작 시간을 증가 또는 감소시킴으로써, 터치가 발생하지 않는 센싱모드의 동작 시간을 줄일 수 있으며, 실제 터치가 발생하는 센싱모드의 정확도를 높일 수 있다. 예를 들어, 액티브 스타일러스 펜의 터치가 발생하지 않는 상황에서는 제2센싱모드의 동작 시간을 줄이며, 제1센싱모드의 동작시간을 증가시켜, 제1센싱모드에서 구동신호를 감지하는 시간을 증가시킨 결과 제1센싱모드의 정확도를 높일 수 있다.
도 10은 본 발명의 또다른 실시예에 의한 센싱모드 구간을 선택적으로 배치하는 경우의 터치 컨트롤러가 제어하는 타이밍 도면이다.
도 8에서 살펴본 방식과 달리, 특정 구간에서는 어느 하나의 센싱 모드 구간만 동작시키거나, 혹은 동일한 센싱모드라 하여도, 구간이 각각 달라지도록 설정할 수 있다.
1001을 살펴보면, 한번의 디스플레이 모드(705a)와 센싱모드(710a, 720a)가 반복되며, 센싱모드는 다시 제1센싱모드 구간(710a)와 제2센싱모드 구간(720a)가 교차한다.
1002를 살펴보면, 한번의 디스플레이 모드(705b)와 센싱모드(710b, 710c, 720c)가 반복되며, 센싱모드는 다시 제1센싱모드 구간(710b)만 동작하는 경우와, 제1센싱모드 구간(710c) 및 제2센싱모드 구간(720c)이 병행하여 동작하는 경우로 구성된다. 이는 앞서 도 9의 순서도에서 제1센싱모드 구간과 제2센싱모드 구간을 조절하는 단계(S960)에서 특정한 센싱모드 구간에서 신호가 누적되지 않을 경우, 해당 센싱모드의 구간이 간헐적으로 이루어지도록 구성할 수 있다.
1003을 살펴보면, 제2센싱모드 구간(720f)은 제1센싱모드 구간(710d, 710e)의 구간에서는 동작하지 않고 세번째 제1센싱모드 구간(710f)에서 동작되는 타이밍을 가지고 있다.
도 10에서 살펴본 타이밍은 제1센싱모드와 제2센싱모드가 동작하는 시간을 조절하여 센싱의 정확도를 높이는 실시예를 보여주며, 특정한 센싱모드의 작동 구간을 증가시키거나 줄이는 것은 센싱모드 및 센싱된 신호 등에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 또한 특정한 센싱모드에서 동작하면서 다른 센싱모드의 신호가 인가되었는지를 확인하여 해당 센싱모드로 동작할 수 있다. 센싱모드의 신호가 인가되었는지를 확인한 결과 어느 한 센싱모드로만 동작하는 것을 중단하고 다시 두 종류의 센싱모드를 운영하여 다양한 터치 입력에 동작할 수 있다.
도 11은 본 발명의 또다른 실시예에 의한 터치 컨트롤러가 센싱모드의 구간을 제어하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 11은 제1센싱모드로만 동작하는 과정에서 제2센싱모드로 전환하는 과정을 보여준다. 터치 컨트롤러는 미리 설정된 값에 따라, 혹은 제2구동신호가 전혀 센싱되지 않은 구간이 증가한 결과 디스플레이 모드와 제1센싱모드를 제어하며, 제2센싱모드로 동작하지 않는다(S1110). 그 결과 제1센싱모드에서 신호를 센싱하며, 이 과정에서 제1구동신호가 아닌 제2구동신호가 센싱된다(S1120). 이는 제2구동신호가 제1구동신호와 신호의 세기가 다르므로, 터치된 위치를 파악할 수는 없어도, 터치가 발생했음은 센싱될 수 있다. 터치 컨트롤러는 제2구동신호가 센싱되면, 제2센싱모드를 시작한다(S1130). 제2센싱모드를 시작하면 앞서 살펴본 바와 같이, 제1구동신호를 전달하는 제1신호라인이 제2구동신호를 센싱하는 역할을 수행하며, 그 결과 제2센싱모드에서 제2구동신호를 센싱하고 센싱된 노드를 파악하고 터치된 위치를 파악할 수 있다(S1140). 그리고 이후 터치 컨트롤러는 디스플레이 모드, 제1센싱모드 및 제2센싱모드를 구동한다(S1150). 물론, 이 과정에서 제2구동신호가 일정시간동안 전혀 센싱되지 않는다면, 터치 컨트롤러는 S1110 단계와 같이 제1센싱모드와 디스플레이 모드로만 동작할 수 있다. 도 11에서 설명된 바와 반대의 실시예로, 제2센싱모드와 디스플레이 모드로 동작하고, 제1센싱모드에서 센싱해야 하는 터치(손가락 등)가 발생했는지를 파악하여 추가로 제1센싱모드로 동작할 수 있다.
도 11의 동작을 정리하면, 제1센싱모드에서 신호를 센싱한 횟수 또는 시간을 일정 기간동안 누적하여 미리 설정된 기준값을 초과한 경우, 지속하여 터치 컨트롤러는 제1센싱모드로 지속적으로 동작할 수 있도록 제1신호라인 제어부를 제어한다. 일 실시예로 제1신호라인 제어부가 제1센싱모드로 동작하는 시간을 증가시킬 수 있다. 앞서 도 7, 8에서 살펴본 제2센싱모드 구간(720)을 줄이거나 혹은 도 10에서 살펴본 바와 같이 제2센싱모드 구간을 제1센싱모드 구간보다 적은 횟수로 발생하도록 배치할 수 있다. 그 결과 제1센싱모드의 정확도를 높일 수 있다.
도 9 및 도 11을 반영하여 제2센싱모드로 지속적으로 동작할 경우 제2센싱모드의 정확도를 높이기 위하여 제2센싱모드의 동작 구간을 증가시킬 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 제1신호라인에서 스타일러스 펜의 터치가 발생한 경우 신호의 변화를 보여주는 도면이다. 제1신호라인은 도 5와 같이 Rx 단에 연결되어 센싱을 수행한다. 제2구동신호를 제공하는 스타일러스 펜의 터치가 이루어지면 제1신호라인에서 신호의 변화(1201)가 감지되며 터치 컨트롤러는 감지된 제1신호라인들의 위치 정보를 파악할 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 의한 제2신호라인에서 스타일러스 펜의 터치가 발생한 경우 신호의 변화를 보여주는 도면이다. 제2신호라인은 도 5, 6과 같이 Rx 단에 고정으로 연결되어 센싱을 수행한다. 제2구동신호를 제공하는 스타일러스 펜의 터치가 이루어지면 제2신호라인에서 신호의 변화(1301)가 감지되며 터치 컨트롤러는 감지된 제2신호라인들의 위치 정보를 파악할 수 있다.
도 12 및 도 13을 조합하여 제1신호라인 및 제2신호라인의 센싱된 정보를 통하여 제1신호라인과 제2신호라인이 교차하는 센싱 노드에서 스타일러스 펜의 터치가 이루어짐을 알 수 있다.
본 발명의 실시예를 적용할 경우 뮤추얼 캐패시턴스(Mutual capacitance)를 이용한 인셀 터치(In-cell touch) 패널을 제공하며, 보다 상세히, Tx/Rx 스위칭이 가능한 터치 컨트롤러를 위한 회로(Touch IC)를 제공한다. 터치 컨트롤러 내부에는 앞서 살펴본 바와 같이 제1신호라인과 제2신호라인이 교차하여 센싱된 위치를 파악하며, 이 중에서 제1신호라인은 Tx/Rx 채널과 선택적으로 연결된다. 따라서, Tx/Rx 채널로의 연결을 제어하는 스위칭 소자를 포함하는 제어부가 터치 컨트롤러의 지시 신호에 따라 Tx 구동부와 Rx 센싱부 중 어느 하나와 제1신호라인을 연결시킨다. 또한, 도 7 내지 도 11에서 살펴본 바와 같이 센싱모드는 시분할(Time sharing)로 동작 가능하며, 디스플레이 모드, 제1센싱모드, 제2센싱모드로 동작할 수 있다. 제1센싱모드는 손가락 등의 터치를 센싱하는 모드이며, 제2센싱모드는 액티브 스타일러스 펜의 터치를 센싱하는 모드이다. 어떠한 모드로 동작할 것인지는 미리 설정된 값에 따라, 혹은 센싱되는 과정에서 누적된 정보를 이용하여 터치 컨트롤러가 다양하게 제어할 수 있다.
본 발명을 적용할 경우, 액티브 스타일러스 펜을 위한 별도의 EMR 층을 추가할 필요가 없다. 본 발명을 실시할 경우, 별도로 센싱을 위한 EMR 층을 추가하지 않기 때문에 비용을 감소시키며 기구적인 문제 발생을 억제하며, 패널의 두께를 얇게 하는 장점이 있다. 본 발명은 정전식 인셀 터치 패널(Capacitive In-cell Touch Panel)에서 뮤추얼 캐패시턴스(Mutual capacitance)를 이용하여 액티브 스타일러스를 센싱하는 기술로써, 신호라인을 센싱모드에 따라 구동부 또는 센싱부와 연결하여 둘 이상의 센싱모드를 구현한다.
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: 표시장치 110: 타이밍 컨트롤러
120: 데이터 구동부 130: 게이트 구동부
140: 표시패널 150, 300: 터치 스크린 패널
160, 170: 터치 스크린 구동회로 180, 330: 터치 콘트롤러
310: 제1신호라인 제어부 320: 제2신호라인 제어부
350: 센싱노드

Claims (10)

  1. 제1방향으로 위치하는 다수의 제1신호라인들;
    상기 제1신호라인들과 교차하며 제2방향으로 위치하는 다수의 제2신호라인들;
    제1센싱모드에서 상기 다수의 제1신호라인에 제1구동신호를 인가하며 제2센싱모드에서 상기 제1신호라인을 통해 제2구동신호를 센싱하는 제1신호라인 제어부;
    제1센싱모드에서 상기 다수의 제2신호라인을 통해 상기 제1구동신호를 센싱하며, 제2센싱모드에서 상기 다수의 제2신호라인을 통해 상기 제2구동신호를 센싱하는 제2신호라인 제어부; 및
    상기 제1신호라인 제어부 및 상기 제2신호라인 제어부가 상기 제1센싱모드 또는 상기 제2센싱모드로 동작하도록 제어하는 터치 컨트롤러를 포함하는 터치 스크린 패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 터치 스크린 패널은 디스플레이 모드, 제1센싱모드 및 제2센싱모드로 동작하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 패널.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1센싱모드 및 제2센싱모드는 미리 설정된 시간 간격에 따라 동작하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 패널.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 터치 컨트롤러는 상기 제1센싱모드로 동작하는 시간과 상기 제2센싱모드로 동작하는 시간을 증가 또는 감소시키는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 패널.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2신호라인 제어부가 제1센싱모드에서 신호를 센싱한 횟수 또는 시간의 누적이 미리 설정된 기준값을 초과한 경우, 상기 터치 컨트롤러는 상기 제1신호라인 제어부의 제1센싱모드 동작 시간을 증가시키는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 패널.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1신호라인 제어부 및 제2신호라인 제어부가 제2센싱모드에서 신호를 센싱한 횟수 또는 시간의 누적이 미리 설정된 기준값을 초과한 경우, 상기 터치 컨트롤러는 상기 제2신호라인 제어부의 제2센싱모드 동작 시간을 증가시키는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 패널.
  7. 터치 스크린 패널의 제1방향으로 위치하는 다수의 제1신호라인들에 연결되는 스위칭 소자 및 상기 스위칭 소자에 선택적으로 연결되는 구동부와 센싱부를 포함하는 제1신호라인 제어부;
    상기 터치스크린 패널의 제2방향으로 위치하는 다수의 제2신호라인들에 연결되는 제2신호라인 제어부;
    제1센싱모드에서 상기 제1신호라인 제어부의 상기 스위칭 소자가 상기 제1신호라인을 구동부에 연결하도록 제어하며, 제2센싱모드에서 상기 제1신호라인 제어부의 상기 스위칭 소자가 상기 제1신호라인을 센싱부에 연결하도록 제어하는 터치 컨트롤러를 포함하는 터치 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 제1신호라인에 제1구동신호를 인가하며, 상기 센싱부는 상기 제1신호라인을 통해 제2구동신호를 센싱하는 것을 특징으로 하는 터치 제어 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 터치 컨트롤러는 상기 제1센싱모드로 동작하는 시간과 상기 제2센싱모드로 동작하는 시간을 증가 또는 감소시키는 것을 특징으로 하는 터치 제어 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 터치 컨트롤러는 상기 제2신호라인 제어부가 제1센싱모드에서 신호를 센싱한 횟수 또는 시간의 누적이 미리 설정된 기준값을 초과한 경우, 상기 터치 컨트롤러는 상기 제1신호라인 제어부의 제1센싱모드 동작 시간을 증가시키는 것을 특징으로 하는 터치 제어 장치.
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