KR20160092594A - 터치 표시 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 터치 표시 장치는 복수의 제1 감지 전극; 상기 복수의 제1 감지 전극과 상호 정전 용량을 형성하는 복수의 제2 감지 전극; 상기 복수의 제2 감지 전극과 연결되고, 제1 정현파 신호가 발생하도록 에너지를 공급하는 발진 회로; 상기 제1 및 제2 감지 전극과 기생 정전 용량을 형성하고, 상기 제1 정현파 신호와 대응되는 제2 정현파 신호가 인가되는 제1 전극판; 및 상기 복수의 제1 감지 전극을 하나씩 순차적으로 선택하고, 선택된 제1 감지 전극에 기준 전압을 인가하고, 선택되지 않은 제1 감지 전극을 플로팅(floating)시키는 스캐닝 구동부를 포함한다.

Description

터치 표시 장치 및 그 구동 방법{TOUCH DISPLAY DEVICE AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 터치 표시 장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로 주파수 감지 방식의 터치 표시 장치에 관한 것이다.
터치 표시 장치는 별도의 터치 스크린 패널(touch screen panel)이 디스플레이 패널(display panel)과 합착되어 제조될 수도 있고, 감지 전극이 디스플레이 패널에서 일체로 형성되어 온 셀(on-cell) 또는 인 셀(in-cell) 방식으로 제조될 수도 있다.
또한 정전 용량형 터치 표시 장치는 감지 전극(sensing electrode)의 구성 및 구동 방법에 따라, 자기 정전 용량 방식(self-capacitive type), Tx 전극과 Rx 전극의 구분이 있는 상호 정전 용량 방식(mutual-capacitive type)등으로 구성될 수 있다.
상호 정전 용량형 터치 표시 장치는 Tx 전극에 터치 구동 신호가 공급되고, Rx 전극에서 수신되는 전압에 따라 사용자의 터치 여부를 판단한다.
하지만 터치 표시 장치의 두께가 점점 얇게 제조되는 경향에 따라, Tx 및 Rx 전극이 하부에 형성된 디스플레이 패널의 전극판과 기생 정전 용량을 형성하게 된다.
이러한 기생 정전 용량에 의해, 디스플레이 구동시, 감지 전극이 디스플레이 노이즈(display noise)에 노출되어 사용자 터치의 정확한 감지가 힘들어지는 문제점이 생긴다.
또한 디스플레이가 구동되지 않는 시점에도, 상호 정전 용량에서 발생한 전하가 기생 정전 용량이 형성된 방향으로 유출되어 터치 감지 신호량이 줄어들고, 결과적으로 신호대잡음비(SNR)가 낮아지는 문제점도 있다.
따라서 이러한 기생 정전 용량에 의한 영향을 최소화하는 터치 표시 장치의 제공이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 기생 정전 용량의 영향을 최소화하고 노이즈 성분을 제거함으로써 높은 신호대잡음비의 획득 및 얇은 터치 표시 장치의 구현이 가능한 터치 표시 장치 및 그 구동 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 표시 장치는 복수의 제1 감지 전극; 상기 복수의 제1 감지 전극과 상호 정전 용량을 형성하는 복수의 제2 감지 전극; 상기 복수의 제2 감지 전극과 연결되고, 제1 정현파 신호가 발생하도록 에너지를 공급하는 발진 회로; 상기 제1 및 제2 감지 전극과 기생 정전 용량을 형성하고, 상기 제1 정현파 신호와 대응되는 제2 정현파 신호가 인가되는 제1 전극판; 및 상기 복수의 제1 감지 전극을 순차적으로 선택하고, 선택된 제1 감지 전극에 기준 전압을 인가하고, 선택되지 않은 제1 감지 전극을 플로팅(floating)시키는 스캐닝 구동부를 포함한다.
상기 제1 전극판이 유기 발광 소자의 캐소드 전극이고, 상기 제1 전극판에 ELVSS 전압이 상기 제2 정현파 신호와 중첩적으로 인가될 수 있다.
사용자의 터치에 따른 터치 주파수 성분을 포함하는 상기 제1 정현파 신호를 입력받고, 노이즈를 필터링하여 제3 정현파 신호를 출력하는 주파수 처리부를 더 포함할 수 있다.
상기 주파수 처리부는 상기 제1 정현파 신호와 캐리어 신호를 입력받는 주파수 믹서(mixer); 및 상기 주파수 믹서에 의해 주파수 하향된 상기 제1 정현파 신호를 통과시키고, 주파수 상향된 노이즈를 필터링하는 로우 패스 필터(low pass filter)를 포함할 수 있다.
상기 제3 정현파 신호를 입력받고, 상기 제3 정현파 신호의 주파수에 대응하는 디지털 신호를 출력하는 주파수-디지털 변환부를 더 포함할 수 있다.
사용자의 터치가 없을 때의 상기 제3 정현파 신호의 주파수를 기준 주파수라고 할 때, 상기 제3 정현파 신호의 주파수와 상기 기준 주파수의 차이가 제1 임계값 이상 제2 임계값 미만이면 호버링(hovering) 상태로 판단하고, 상기 제3 정현파 신호의 주파수와 상기 기준 주파수의 차이가 상기 제2 임계값 이상이면 사용자의 터치가 이루어진 상태로 판단할 수 있다.
상기 제2 정현파 신호는 상기 발진 회로와 전기적으로 연결됨으로써 공급될 수 있다.
상기 제1 전극판과 상기 발진 회로 사이에 버퍼(buffer)가 전기적으로 개재될 수 있다.
상기 제1 전극판은 액정층의 일면에 접하는 공통 전극이고, 상기 제1 전극판에 공통 전압이 상기 제2 정현파 신호와 중첩적으로 인가될 수 있다.
상기 제1 및 제2 감지 전극과의 사이에 상기 제1 전극판을 개재하도록 배치되는 제2 전극판을 더 포함하고, 상기 제2 전극판은 유기 발광 소자의 캐소드 전극 또는 액정층의 일면에 접하는 공통 전극일 수 있다.
상기 선택된 제1 감지 전극에 대해서, 상기 복수의 제2 감지 전극을 순차적으로 선택하여 상기 발진 회로와 전기적으로 연결시키는 스위칭부를 더 포함할 수 있다.
상기 발진 회로는 상기 상호 정전 용량과 에너지를 교환하는 인덕턴스 소자; 및 상기 에너지를 공급하는 에너지 공급부를 포함할 수 있다.
상기 발진 회로는 상기 제2 감지 전극의 기생 저항 성분을 상쇄시키는 음성 저항부를 더 포함할 수 있다.
상기 기준 전압은 접지 전압일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 표시 장치의 구동 방법은 스캐닝 구동부가 복수의 제1 감지 전극 중 하나를 선택하여 기준 전압을 인가하는 단계; 상기 선택된 제1 감지 전극과 상호 정전 용량을 형성하는 제2 감지 전극이 발진 회로와 전기적으로 연결되는 단계; 상기 발진 회로의 인덕턴스 소자와 상기 상호 정전 용량이 에너지를 교환하고, 사용자의 터치 여부에 따라 주파수가 정해지는 제1 정현파 신호가 발생하는 단계; 상기 제1 정현파 신호에 대응되는 제2 정현파 신호가 상기 제1 및 제2 감지 전극과 기생 정전 용량을 형성하는 제1 전극판에 공급되는 단계; 및 상기 제1 정현파 신호의 주파수를 분석함으로써 사용자의 터치 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
상기 제1 정현파 신호와 캐리어 신호를 사용하여 믹싱하는 단계; 및 믹싱된 상기 제1 정현파 신호를 필터링하여 노이즈를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
필터링된 상기 제1 정현파 신호를 주파수-디지털 변환하여 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 기생 정전 용량의 영향을 최소화하고 노이즈 성분을 제거함으로써 높은 신호대잡음비의 획득 및 얇은 터치 표시 장치의 구현이 가능한 터치 표시 장치 및 그 구동 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 표시 장치의 일부를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발진 회로를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 터치 표시 장치의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 처리부를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 표시 장치의 일부를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 터치 표시 장치가 유기 발광 표시 장치일 때의 실시예를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 터치 표시 장치가 액정 표시 장치일 때의 실시예를 도시한 단면도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하기 위해 사용하는 것으로, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 뿐, 상기 구성요소들을 한정하기 위해 사용되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 표시 장치의 일부를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 표시 장치는 스캐닝 구동부(100), 제1 전극판(200), 복수의 제1 감지 전극(11, 12, 13, 14, 15), 복수의 제2 감지 전극(21, 22, 23, 24, 25), 발진 회로(300), 주파수 처리부(400) 및 주파수-디지털 변환부(500)를 포함한다.
복수의 제1 감지 전극(11, 12, 13, 14, 15) 및 복수의 제2 감지 전극(21, 22, 23, 24, 25)은 ITO(Indium Tin Oxide)등의 투명 전도성 물질로 구성될 수 있다.
복수의 제1 감지 전극(11, 12, 13, 14, 15)은 가로 방향(x)로 형성되어 있고, 복수의 제2 감지 전극(21, 22, 23, 24, 25)는 세로 방향(y)으로 형성되어 있다.
도 1에서는 복수의 제1 감지 전극(11, 12, 13, 14, 15) 및 복수의 제2 감지 전극(21, 22, 23, 24, 25)이 막대(bar) 형태로 도시되어 있으나, 전기적 연결관계 설명을 위해 간략화된 것이고, 다이아몬드 형태를 잇는 형태로 서로 교차되어 동일층에 형성될 수도 있다.
도 1에서는 복수의 제1 감지 전극(11, 12, 13, 14, 15) 및 복수의 제2 감지 전극(21, 22, 23, 24, 25)이 각각 5개씩 도시되어 있으나, 터치 패널의 크기, 정밀도, 사양 등에 따라 감지 전극의 개수는 달라질 수 있다.
복수의 제1 감지 전극(11, 12, 13, 14, 15)과 복수의 제2 감지 전극(21, 22, 23, 24, 25)은 그 사이에 유전체를 개재하여 상호 정전 용량(800)을 형성한다. 도 1에서는 선택된 제1 감지 전극(12)와 제2 감지 전극(23) 간의 상호 정전 용량(800)을 도시하지만, 모든 복수의 제1 감지 전극(11, 12, 13, 14, 15)과 복수의 제2 감지 전극(21, 22, 23, 24, 25)은 그 사이에 상호 정전 용량을 형성한다.
복수의 제1 감지 전극(11, 12, 13, 14, 15)과 복수의 제2 감지 전극(21, 22, 23, 24, 25)은 제1 전극판(200)과 각각 기생 정전 용량을 형성한다.
도 1에서는 선택된 제1 감지 전극(12)이 제1 전극판(200)과 기생 정전 용량(810)을 형성하고, 선택된 제2 감지 전극(23)이 제1 전극판(200)과 기생 정전 용량(820)을 형성한다.
스캐닝 구동부(100)는 복수의 스위칭 소자(101, 102, 103, 104, 105)를 포함하고, 각각의 스위칭 소자(101, 102, 103, 104, 105)는 대응하는 복수의 제1 감지 전극(11, 12, 13, 14, 15)의 일단에 연결된다. 복수의 스위칭 소자(101, 102, 103, 104, 105)는 반도체 스위치, 기계 스위칭 소자 등으로 구성될 수 있다.
스캐닝 구동부(100)는 복수의 스위칭 소자(101, 102, 103, 104, 105)를 통해서 복수의 제1 감지 전극(11, 12, 13, 14, 15)을 순차적으로 선택하고, 선택된 제1 감지 전극(12)에 대응하는 스위칭 소자(102)를 온(ON) 시키는 제1 스캐닝을 수행한다.
스캐닝 구동부(100)는 선택되지 않은 제1 감지 전극(11, 13, 14, 15)에 대응하는 스위칭 소자(101, 103, 104, 105)를 오프(OFF) 시킨다. 따라서 제1 감지 전극(11, 13, 14, 15)은 플로팅(floating) 상태가 된다.
스위칭 소자(102)가 온 되어 스캐닝 구동부(100)와 전기적으로 연결되는 제1 감지 전극(12)에는 기준 전압이 인가된다. 이때 기준 전압은 접지 전압(GND)일 수 있고, 스캐닝 구동부(100)가 별도의 전원 공급원을 포함하지 않을 수 있는 장점이 있다.
발진 회로(300)는 복수의 스위칭 소자(301, 302, 303, 304, 305)를 통해서 복수의 제2 감지 전극(21, 22, 23, 24, 25)의 일단과 연결된다. 복수의 스위칭 소자(301, 302, 303, 304, 305)는 반도체 스위치, 기계 스위칭 소자 등으로 구성될 수 있다. 도시되지는 않았지만 복수의 스위칭 소자(301, 302, 303, 304, 305)를 제어하는 멀티플렉서 신호 제어부를 별도로 포함할 수 있다. 이러한 멀티플렉서 신호 제어부와 복수의 스위칭 소자(301, 302, 303, 304, 305)를 통칭해서 스위칭부라고 할 수 있다.
스캐닝 구동부(100)에 의해 하나의 제1 감지 전극(12)이 선택되면, 복수의 스위칭 소자(301, 302, 303, 304, 305)는 순차적으로 하나씩 선택되어 온(ON) 상태가 된다. 결과적으로, 선택된 제1 감지 전극(12)에 연결된 모든 제2 감지 전극(21, 22, 23, 24, 25)에 대한 제2 스캐닝이 수행된다.
이러한 제2 스캐닝은 발진 회로(300)가 하나만 구비되어 있을 때 필요하며, 발진 회로(300)가 복수의 제2 감지 전극(21, 22, 23, 24, 25)에 대응하여 복수 개 구비되는 경우에는 불필요할 수 있다. 이러한 경우 복수의 스위칭 소자(301, 302, 303, 304, 305) 또한 불필요해질 수 있다.
발진 회로(300)는 전기적으로 연결된 제2 감지 전극(23)에 제1 정현파 신호가 발생하도록 에너지를 공급한다. 이에 대해서는 도 2에서 상세히 설명한다.
제1 전극판(200)은 ITO 등의 투명 도전성 물질로 형성될 수 있다. 제1 전극판(200)이 터치 표시 장치의 어떤 부분을 구성하는지는 터치 표시 장치의 종류 및 제조사에 따라 달라질 수 있다. 본 발명에서는 도 6 및 7에서 제1 전극판(200)이 유기 발광 소자의 캐소드 전극(cathode)인 경우, 액정 표시 장치의 공통 전극인 경우 등을 상세히 예시한다.
제1 전극판(200)에는 제1 정현파 신호와 대응되는 제2 정현파 신호가 인가된다. 제2 정현파 신호는 제1 정현파 신호와 실질적으로 동일(주파수, 진폭, 위상등)할 수 있다.
이러한 제2 정현파 신호는 제1 전극판(200)이 발진 회로(300)와 전기적으로 연결됨으로써 공급될 수 있다. 이때 제1 전극판(200)과 발진 회로(300) 사이에 버퍼(buffer)(700)가 전기적으로 개재될 수 있다.
버퍼(700)는 시그널 팔로워(signal follower) 형태로 발진 회로(300)에서 발생한 제1 정현파 신호를 제1 전극판(200)에 전달하는 역할을 한다.
전압원(600)은 특정 전압을 제1 전극판(200)에 공급한다. 제1 전극판(200)이 유기 발광 소자의 캐소드 전극일 경우, 특정 전압은 ELVSS 전압일 수 있다. 제1 전극판(200)이 액정 표시 장치의 공통 전극일 경우, 특정 전압은 공통 전압일 수 있다. 공급 전압은 일정한 DC 전압일 수 있다.
상술한 특정 전압은 제2 정현파 신호와 중첩적으로 제1 전극판(200)에 공급될 수 있다.
전압원(600)은 제1 전극판(200)에 제2 정현파 신호와 중첩적으로 특정 전압이 공급된다는 것을 관념적으로 표현하기 위한 것이며, 반드시 도 1에서 도시된 위치에 배치되는 것은 아니다.
DC 전압일 수 있는 ELVSS 전압 또는 공통 전압은 전압원(600)이 아닌 다른 전기적 경로를 통해 제1 전극판(200)으로 공급될 수 있다.
주파수 처리부(400)는 발진 회로(300)로부터 사용자의 터치에 따른 터치 주파수 성분을 포함하는 제1 정현파 신호를 입력받고, 노이즈를 필터링하여 제3 정현파 신호를 출력한다. 주파수 처리부(400)의 상세한 구성 및 동작에 대해서는 도 4에서 설명한다.
주파수-디지털 변환부(Frequency-Digital Converter, FDC)(500)는 제3 정현파 신호를 입력받고, 제3 정현파 신호의 주파수에 대응하는 디지털 신호를 출력한다. 주파수-디지털 변환부(500)는 제3 정현파 신호가 소정 전압을 기준으로 몇번 발진하느냐를 카운팅함으로써 주파수를 도출해내어, 대응하는 디지털 신호로 변환할 수 있다.
도시되지는 않았지만 이러한 디지털 신호를 처리하는 디지털 처리부(Digital Signal Processor, DSP)를 더 포함할 수 있다.
사용자의 터치가 없을 때의 제3 정현파 신호의 주파수를 기준 주파수라고 할 때, 제3 정현파 신호의 주파수와 기준 주파수의 차이가 제1 임계값 이상 제2 임계값 미만이면 호버링(hovering) 상태로 판단한다.
또한 제3 정현파 신호의 주파수와 기준 주파수의 차이가 제2 임계값 이상이면 사용자의 터치가 이루어진 상태로 판단한다.
즉, 호버링과 터치는 기준 주파수와 제3 정현파 신호의 주파수의 차이를 판단함으로써 구분할 수 있다. 이때 차이 값은 절대 값을 취함으로써 음수, 양수와 상관없이 그 크기로 판단된다.
제3 정현파 신호의 주파수는 기준 주파수보다 높을 수도 있고 낮을 수도 있다. 이는 주파수 믹서(410)의 주파수가 제1 정현파 신호의 주파수보다 높도록 또는 낮도록 설계되었는 지에 따라 결정될 수 있다.
호버링 상태일 때 검출되는 제3 정현파 신호의 주파수 및 기준 주파수의 차이는, 터치가 이루어졌을 때의 제3 정현파 신호의 주파수 및 기준 주파수의 차이보다 작다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발진 회로를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 발진 회로(300)는 LC 발진 회로로 구성된다. 발진 회로(300)는 인덕턴스 소자(310) 및 에너지 공급부(330)를 포함한다.
상호 정전 용량(800)은 발진 회로(300)에 물리적으로 구비되는 소자가 아니고, 발진 회로(300)의 LC 발진 동작(LC oscillation)에 있어서, 인덕턴스 소자(310)와 상호 정전 용량(800)이 전기적으로 병렬로 배치된다는 것을 설명하기 위해 점선으로 도시한 것이다. 이에 대해서는 도 3에서 더 상세히 설명한다.
에너지 공급부(330)는 상호 정전 용량(800)과 인덕턴스 소자(310) 사이의 공진을 발생하게 하기 위한 전력 공급원을 포함한다. 배선, 소자 등에 존재하는 저항 성분에 의해 에너지는 시간이 지남에 따라 감소하므로, 에너지 공급부(330)에서 필요한 에너지를 공급할 필요가 있다.
발진 회로(300)는 음성 저항부(320)를 더 포함할 수 있다. 음성 저항부(320)는 능동 회로 형태로 구현될 수 있으며, 선택된 제2 감지 전극(23)의 기생 저항 성분을 상쇄시키도록 저항값이 조절될 수 있다. 따라서 저항 성분이 제거된 인덕턴스 소자(310)의 L값과 상호 정전 용량(800)의 C값에 의해서만 발진이 가능하다.
도 3은 도 1의 터치 표시 장치의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 3에서는 도 1의 경우와 마찬가지로 제1 감지 전극(12)이 선택되고, 제2 스캐닝이 일어나는 과정에서 제2 감지 전극(23)이 선택되어 발진 회로(300)와 전기적으로 연결된 상태를 도시한다.
도 3에서는 모든 복수의 제1 감지 전극(11, 12, 13, 14, 15) 및 복수의 제2 감지 전극(21, 22, 23, 24, 25)은 제1 전극판(200)과 기생 정전 용량을 형성하는 것으로 가정하고, 이러한 기생 정전 용량이 어떻게 무시될 수 있는지를 아래에서 설명한다.
제1 스캐닝에서 선택되지 않은 제1 감지 전극(11)에서 기생 정전 용량(851, 852)과 상호 정전 용량(850)은 직병렬로 연결된 하나의 정전 용량 소자로 취급할 수 있다.
이러한 하나의 정전 용량 소자의 일단에는 제1 전극판(200)이 전기적으로 연결되고, 제1 전극판(200)에는 버퍼(700)를 통해 제2 정현파 신호가 인가된다.
하나의 정전 용량 소자의 타단에는 제2 스캐닝에서 선택된 제2 감지 전극(23)이 전기적으로 연결되어, 제1 정현파 신호가 인가된 상태이다.
제1 정현파 신호와 제2 정현파 신호는 실질적으로 동일한 신호이고, 이러한 동일한 신호가 하나의 정전 용량 소자의 양단에 전압으로서 인가되므로, 정전 용량이 얼마나 큰지에 관계없이 이러한 하나의 정전 용량 소자는 전기적으로 무시가능하다.
이러한 원리는 제1 스캐닝에서 선택되지 않은 다른 제1 감지 전극(13, 14, 15)에서도 동일하게 적용되므로, 각각의 기생 정전 용량 및 상호 정전 용량은 무시된다.
선택된 제1 감지 전극(12)은 스캐닝 구동부(100)를 통해 기준 전압(31)에 연결된다. 따라서 상호 정전 용량(800)의 일단이 기준 전압(31)으로 고정되어, 기생 정전 용량(810)의 영향을 받지 않는다. 기생 정전 용량(820)의 일단에는 제2 정현파 신호가 인가되고 타단에는 제1 정현파 신호가 인가되어, 전술한 원리를 통해 기생 정전 용량(820) 또한 무시가 가능하다.
결론적으로 선택된 제1 감지 전극(12) 및 제2 감지 전극(23) 간에 형성되는 상호 정전 용량(800)은 기생 정전 용량(810, 820)의 영향을 받지 않는다.
상호 정전 용량(800)의 일단과 인덕턴스 소자(310)의 일단이 접지 전압 등의 동일한 기준 전압(31, 32)이 인가되고, 상호 정전 용량(800)의 타단과 인덕턴스 소자(310)의 타단이 서로 같은 노드에서 전기적으로 연결된다.
따라서 선택된 제1 및 제2 감지 전극(12, 23)의 상호 정전 용량(800)과 인덕턴스 소자(310)는 전기적으로 병렬로 구성된다.
상호 정전 용량(800)과 인턱턴스 소자(310)가 에너지 공급부(330)에서 공급받은 에너지를 상호 교환함에 따라, 특정 주파수로 발진하는 제1 정현파 신호가 생성된다.
이때 제1 정현파 신호는 사용자의 터치 또는 호버링에 따라 그 주파수가 변동될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 처리부를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면 주파수 처리부(400)는 주파수 믹서(frequency mixer)(410), 캐리어 신호 공급부(420) 및 로우 패스 필터(Low Pass Filter, LPF)(430)를 포함한다.
캐리어 신호 공급부(420)는 캐리어 주파수(carrier frequency)를 갖는 캐리어 신호를 주파수 믹서(410)에 공급한다.
주파수 믹서(410)는 공급받은 캐리어 신호와 제1 정현파 신호를 주파수 믹싱한다.
제1 정현파 신호는 서로 주파수가 다른 신호 성분과 노이즈 성분을 포함하고 있다. 인덕턴스 소자(310) 및 상호 정전 용량(800)을 조절함에 따라 신호 성분의 주파수를 높이는 것이 가능하다. 신호 성분의 주파수는 노이즈들이 주로 위치한 주파수 대역을 피한 고주파 대역으로 설계하는 것이 바람직하다.
주파수 믹서(410)는 캐리어 신호를 기준으로 하여 고주파인 신호 성분을 로우 패스 필터(430)를 통과할 수 있는 저주파 신호로 주파수 하향 변환한다. 반대로 저주파인 노이즈 성분을 로우 패스 필터(430)를 통과할 수 없는 고주파 신호로 주파수 상향 변환한다.
따라서 로우 패스 필터(430)에서 출력되는 신호는 노이즈 성분이 제거되고, 신호 성분이 저주파 대역에 집중되어 있는 제3 정현파 신호이다.
제3 정현파 신호는 상술한 주파수-디지털 변환부(500)에 의해 처리되어, 사용자의 터치 여부가 판단될 수 있다.
결과적으로 본 발명의 실시예에 따르면, 감지 전극(11, 12, 13, 14, 15, 21, 22, 23, 24, 25)과 제1 전극판(200)의 간격이 좁은 얇은 터치 표시 장치가 제조되더라도, 기생 정전 용량의 영향이 최소화되고, 노이즈 성분이 제거되어 신호대잡음비가 높은 터치 표시 장치가 구현될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 표시 장치의 일부를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면 제2 전극판(900)이 제1 및 제2 감지 전극(11, 12, 13, 14, 15, 21, 22, 23, 24, 25)과의 사이에 제1 전극판(200)을 개재하도록 배치된다. 즉, 제2 전극판(900)이 제1 전극판(200) 아래에 배치된다.
제2 전극판(900)은 유기 발광 소자의 캐소드 전극 또는 액정층의 일면에 접하는 공통 전극일 수 있다. ELVSS 또는 공통 전압등 표시에 필요한 전압이 제2 전극판(900)에 공급될 수 있다.
도 5의 실시예에 따르면 제2 정현파 신호가 공급되는 버퍼(700)의 출력이 제1 전극판(200)에만 연결되므로, 제2 전극판(900)은 제2 정현파 신호와 무관하게 표시 기능을 수행할 수 있다. 이에 대해서는 도 6b 및 도 7b에서 상세히 설명한다.
제1 전극판(200)은 기생 정전 용량(810, 820) 제거를 위한 용도로 사용되므로, 도 1에서의 전압원(600)의 전기적 구성이 제외된다.
제1 전극판(200) 및 제2 전극판(900)은 ITO 등의 투명 도전성 물질로 구성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 터치 표시 장치가 유기 발광 표시 장치일 때의 실시예를 도시한 단면도이다.
도 6a는 터치 표시 장치가 유기 발광 표시 장치일 때 도 1의 A-A'선에 따라 자른 단면도이다.
절연 기판(1060)은 유리(glass) 또는 폴리이미드(polyimide) 등의 플라스틱으로 구성될 수 있다.
절연 기판(1060) 상에는 트랜지스터 형성층(1050)이 배치된다. 트랜지스터 형성층(1050)은 적어도 하나의 박막 트랜지스터를 포함한다. 데이터선, 게이트선, 기타 제어 신호선 등의 제어에 따라, 박막 트랜지스터의 일단에 연결된 애노드 전극(anode)(1040)에 ELVDD 전압이 인가된다.
애노드 전극(1040) 상에는 유기 발광 물질로 구성되는 발광층(1030)이 형성되고, 발광층(1030) 위에는 제1 전극판(200)이 캐소드 전극으로서 적층되어 있다. 제1 전극판(200)에는 ELVSS 전압이 인가된다. 따라서 애노드 전극(1040), 발광층(1030) 및 제1 전극판(200)은 유기 발광 소자를 구성한다.
비록 도 1의 실시예에서, 제2 정현파 신호가 제1 전극판(200)에 공급되나, ELVSS 전압이 특정 전압 이하로 설정되면 픽셀 휘도(pixel luminance)는 제2 정현파 신호에 영향받지 않는다. 픽셀 휘도는 유기 발광 소자에 흐르는 전류량으로 결정되고, 이러한 전류량은 구동 트랜지스터의 게이트단에 인가되는 전압에 의존한다.
따라서 제2 정현파 신호의 인가와 무관하게, 유기 발광 소자는 일정한 픽셀 휘도를 발생시킬 수 있다.
제1 전극판(200) 위에는 박막 봉지층(1020)이 적층된다. 박막 봉지층(1020)은 공기 중의 산소 및 수분이 유기 발광 소자로 침투하는 것을 방지하는 기능을 갖는다. 박막 봉지층(120)의 구조에는 제한이 없으나, 일반적으로 유기막과 무기막이 교번하여 적층되는 구조를 갖는다. 무기막은 산소 및 수분의 침투를 방지하고, 유기막은 무기막의 내부 스트레스를 완화시키거나 무기막의 크랙(crack)을 메우는 데 사용될 수 있다.
박막 봉지층(1020) 위에는 제1 감지 전극(12)이 배치되고, 사이에 유전체층(1010)을 개재하여 제2 감지 전극(23)이 배치된다. 도 6 및 도 7에서 제1 감지 전극(12)과 제2 감지 전극(23)은 서로 다른 층에 배치되어 있으나, 동일한 층에서 유전체를 개재하여 배치될 수도 있다. 이러한 감지 전극의 배치는 이하 도 6b, 7a 및 7b에서도 동일하게 적용될 수 있다.
도시되지는 않았지만, 외광 반사를 방지하기 위한 원형 편광기 등이 더 구비될 수 있다.
도 6b는 터치 표시 장치가 유기 발광 표시 장치일 때 도 5의 B-B'선에 따라 자른 단면도이다.
도 6b를 참조하면, 터치 표시 장치는 절연기판(1170), 트랜지스터 형성층(1160), 애노드 전극(1150), 발광층(1140), 제2 전극판(900), 박막 봉지층(1130), 제1 전극판(200), 절연층(1120), 제1 감지 전극(12), 유전체층(1110) 및 제2 감지 전극(23)이 순차적으로 적층되어 있다.
도 6a와 전체적인 구성 및 기능은 유사하나, 제2 전극판(900)이 유기 발광 소자의 캐소드 전극을 구성하고, 제1 전극판(200)에는 제2 정현파 신호만 인가되는 점이 도 6a의 실시예와 다르다.
도 6a에서 제2 정현파 신호가 캐소드 전극에 인가되어도 표시에 문제가 없는 점을 설명하였으나, 본 실시예에 의하면 표시 기능과 기생 정전 용량 제거 기능이 분리되어 동작하므로, 표시 불량의 문제는 나타나지 않는다.
비록 제1 전극판(200)과 제2 전극판(900) 사이에 새로운 기생 정전 용량이 형성될 여지는 있으나, 제2 정현파 신호의 진폭이 ELVDD와 ELVSS의 전압차보다 훨씬 미미하기 때문에 영향은 최소화된다.
도 7은 본 발명의 터치 표시 장치가 액정 표시 장치일 때의 실시예를 도시한 단면도이다.
도 7a는 터치 표시 장치가 액정 표시 장치일 때 도 1의 A-A'선에 따라 자른 단면도이다.
절연 기판(1260)은 유리(glass) 또는 폴리이미드(polyimide) 등의 플라스틱으로 구성될 수 있다.
절연 기판(1260) 상에는 트랜지스터 형성층(1250)이 배치된다. 트랜지스터 형성층(1250)은 적어도 하나의 박막 트랜지스터를 포함한다. 데이터선, 게이트선, 기타 제어 신호선 등의 제어에 따라, 박막 트랜지스터의 일단에 연결된 화소 전극(1240)에는 표시 전압(Vpixel)이 인가된다.
제1 전극판(200)은 액정 표시 장치의 공통 전극을 구성하며 공통 전압(Vcom)이 인가된다.
제1 전극판(200)과 화소 전극(1240) 사이에 배치된 액정층(1230)은 형성된 전계에 따라 액정의 배열이 변경된다. 변경된 액정의 배열에 따라 백라이트(미도시)의 광을 선택적으로 투과시킴으로서 사용자에게 화상이 표시된다.
제1 전극판(200)에는 공통 전압(Vcom)과 제2 정현파 신호가 동시에 공급되게 된다. 제2 정현파 신호는 공통 전압(Vcom)과 표시 전압(Vpixel)의 차에 비해 상당히 작은 크기의 신호이며, 상술한바와 같은 고주파 신호이기 때문에 반응속도가 느린 액정 분자의 배열을 변경시키는 효과는 미미하다. 따라서 표시 불량 등의 문제는 발생하지 않는다.
제1 전극판(200) 위에는 절연층(1220)이 적층되고, 제1 감지 전극(12), 유전체층(1210), 제2 감지 전극(23)이 순차적으로 적층된다.
도 7b는 터치 표시 장치가 액정 표시 장치일 때 도 5의 B-B'선에 따라 자른 단면도이다.
도 7b를 참조하면, 터치 표시 장치는 절연 기판(1370), 트랜지스터 형성층(1360), 화소 전극(1350), 액정층(1340), 제2 전극판(900), 제2 절연층(1330), 제1 전극판(200), 제1 절연층(1320), 제1 감지 전극(12), 유전체층(1310) 및 제2 감지 전극(23)이 순차적으로 적층된다.
도 7a와 전체적인 구성과 기능면에서 유사하나, 제2 전극판(900)이 공통 전극을 구성하고, 제1 전극판(200)에는 제2 정현파 신호만 인가되는 점이 도 7a의 실시예와 다르다.
도 7a에서는 제2 정현파 신호가 공통 전극에 인가되어도 표시에 문제가 없는 점을 설명하였으나, 본 실시예에 의하면 표시 기능과 기생 정전 용량 제거 기능이 분리되어 동작하므로, 표시 불량의 문제는 발생하지 않는다.
비록 제1 전극판(200)과 제2 전극판(900) 사이에 새로운 기생 정전 용량이 형성될 여지는 있으나, 제2 정현파 신호의 진폭이 미미하고, 공통 전압(Vcom)과 표시 전압(Vpixel) 간의 차이가 훨씬 크기 때문에, 영향은 최소화된다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
11, 12, 13, 14, 15: 제1 감지 전극
21, 22, 23, 24, 25: 제2 감지 전극
100: 스캐닝 구동부
200: 제1 전극판
300: 발진 회로
400: 주파수 처리부
500: 주파수-디지털 변환부
700: 버퍼
900: 제2 전극판

Claims (17)

  1. 복수의 제1 감지 전극;
    상기 복수의 제1 감지 전극과 상호 정전 용량을 형성하는 복수의 제2 감지 전극;
    상기 복수의 제2 감지 전극과 연결되고, 제1 정현파 신호가 발생하도록 에너지를 공급하는 발진 회로;
    상기 제1 및 제2 감지 전극과 기생 정전 용량을 형성하고, 상기 제1 정현파 신호와 대응되는 제2 정현파 신호가 인가되는 제1 전극판; 및
    상기 복수의 제1 감지 전극을 순차적으로 선택하고, 선택된 제1 감지 전극에 기준 전압을 인가하고, 선택되지 않은 제1 감지 전극을 플로팅(floating)시키는 스캐닝 구동부를 포함하는
    터치 표시 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극판이 유기 발광 소자의 캐소드 전극이고,
    상기 제1 전극판에 ELVSS 전압이 상기 제2 정현파 신호와 중첩적으로 인가되는
    터치 표시 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    사용자의 터치에 따른 터치 주파수 성분을 포함하는 상기 제1 정현파 신호를 입력받고, 노이즈를 필터링하여 제3 정현파 신호를 출력하는 주파수 처리부를 더 포함하는
    터치 표시 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 주파수 처리부는
    상기 제1 정현파 신호와 캐리어 신호를 입력받는 주파수 믹서(mixer); 및
    상기 주파수 믹서에 의해 주파수 하향된 상기 제1 정현파 신호를 통과시키고, 주파수 상향된 노이즈를 필터링하는 로우 패스 필터(low pass filter)를 포함하는
    터치 표시 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제3 정현파 신호를 입력받고, 상기 제3 정현파 신호의 주파수에 대응하는 디지털 신호를 출력하는 주파수-디지털 변환부를 더 포함하는
    터치 표시 장치.
  6. 제3 항에 있어서,
    사용자의 터치가 없을 때의 상기 제3 정현파 신호의 주파수를 기준 주파수라고 할 때,
    상기 제3 정현파 신호의 주파수와 상기 기준 주파수의 차이가 제1 임계값 이상 제2 임계값 미만이면 호버링(hovering) 상태로 판단하고,
    상기 제3 정현파 신호의 주파수와 상기 기준 주파수의 차이가 상기 제2 임계값 이상이면 사용자의 터치가 이루어진 상태로 판단하는
    터치 표시 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 정현파 신호는 상기 발진 회로와 전기적으로 연결됨으로써 공급되는
    터치 표시 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 전극판과 상기 발진 회로 사이에 버퍼(buffer)가 전기적으로 개재되는
    터치 표시 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극판은 액정층의 일면에 접하는 공통 전극이고,
    상기 제1 전극판에 공통 전압이 상기 제2 정현파 신호와 중첩적으로 인가되는
    터치 표시 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 감지 전극과의 사이에 상기 제1 전극판을 개재하도록 배치되는 제2 전극판을 더 포함하고,
    상기 제2 전극판은 유기 발광 소자의 캐소드 전극 또는 액정층의 일면에 접하는 공통 전극인
    터치 표시 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 선택된 제1 감지 전극에 대해서, 상기 복수의 제2 감지 전극을 순차적으로 선택하여 상기 발진 회로와 전기적으로 연결시키는 스위칭부를 더 포함하는
    터치 표시 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 발진 회로는
    상기 상호 정전 용량과 에너지를 교환하는 인덕턴스 소자; 및
    상기 에너지를 공급하는 에너지 공급부를 포함하는
    터치 표시 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 발진 회로는 상기 제2 감지 전극의 기생 저항 성분을 상쇄시키는 음성 저항부를 더 포함하는
    터치 표시 장치.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 기준 전압은 접지 전압인
    터치 표시 장치.
  15. 스캐닝 구동부가 복수의 제1 감지 전극 중 하나를 선택하여 기준 전압을 인가하는 단계;
    상기 선택된 제1 감지 전극과 상호 정전 용량을 형성하는 제2 감지 전극이 발진 회로와 전기적으로 연결되는 단계;
    상기 발진 회로의 인덕턴스 소자와 상기 상호 정전 용량이 에너지를 교환하고, 사용자의 터치 여부에 따라 주파수가 정해지는 제1 정현파 신호가 발생하는 단계;
    상기 제1 정현파 신호에 대응되는 제2 정현파 신호가 상기 제1 및 제2 감지 전극과 기생 정전 용량을 형성하는 제1 전극판에 공급되는 단계; 및
    상기 제1 정현파 신호의 주파수를 분석함으로써 사용자의 터치 여부를 결정하는 단계를 포함하는
    터치 표시 장치의 구동 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 정현파 신호와 캐리어 신호를 사용하여 믹싱하는 단계; 및
    믹싱된 상기 제1 정현파 신호를 필터링하여 노이즈를 제거하는 단계를 더 포함하는
    터치 표시 장치의 구동 방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    필터링된 상기 제1 정현파 신호를 주파수-디지털 변환하여 출력하는 단계를 더 포함하는
    터치 표시 장치의 구동 방법.
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