KR20170018741A - 그라운드 모듈레이션을 이용하는 터치 디스플레이 시스템 - Google Patents

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Abstract

그라운드 모듈레이션을 이용하는 터치 디스플레이 시스템이 개시된다. 터치 디스플레이 시스템은 디스플레이 패널과 도트 센서들로 구성되는 터치 스크린 패널을 포함하고, 그라운드 모듈레이터에서 발생되는 변조된 접지 전압을 디스플레이 패널과 터치 스크린 패널에 공통으로 제공한다. 디스플레이 패널의 공통 전극과 터치 스크린 패널의 터치 센서 전극 사이의 기생 커패시턴스 양단의 전위가 변하지 않고 일정하게 유지되기 때문에, 기생 커패시턴스를 충방전할 필요가 없으므로 전력 소비를 줄일 수 있다.

Description

그라운드 모듈레이션을 이용하는 터치 디스플레이 시스템 {Touch display system with GND modulation}
본 발명은 터치 디스플레이 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 그라운드 모듈레이션을 이용하여 전력 소비를 줄이고 터치 센싱 감도(touch sensing sensitivity)를 향상시킬 수 있는 터치 디스플레이 시스템에 관한 것이다.
모바일 다바이스에서는 무게 감소, 배터리 지속 시간 연장을 위한 배터리 공간 확보, 플렉서블 디스플레이 구현 등을 위해 얇은 디스플레이 장치에 대한 요구가 갈수록 커지고 있다. 디스플레이 장치는 디스플레이 패널과, 디스플레이 패널 위에 화면에 나타난 내용을 사람의 손 또는 터치 펜 등으로 선택하여 사용자의 명령을 입력할 수 있도록 하는 터치 스크린 패널을 포함한다. 디스플레이 장치가 얇아짐에 따라, 디스플레이 패널 전극과 터치 스크린 패널 전극 사이의 거리가 가까워지게 되어, 터치 스크린 패널에 형성된 터치 센서의 기생 커패시턴스가 커지게 된다. 터치 센서의 큰 기생 커패시턴스는 터치 센서 구동을 위한 전력 소비를 증가시키고 터치 이벤트의 센싱 감도를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 목적은 터치 센서 구동에 소모되는 전력 소비를 줄이고 센싱 감도를 향상시키기 위하여, 그라운드 모듈레이션을 이용하는 터치 디스플레이 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 시스템은, 복수의 화소들이 배열된 디스플레이 시스템, 디스플레이 시스템 상에 장착되고 복수의 터치 센서 전극들이 배열된 터치 시스템, 그리고 디스플레이 시스템과 터치 시스템으로 전원들과 변조된 접지 전압을 공급하는 전력 관리 집적 회로(PMIC)를 포함하고, 변조된 접지 전압은 디스플레이 시스템과 터치 시스템에 공통으로 제공된다.
본 발명의 실시예들에 따라, 터치 디스플레이 시스템의 변조된 접지 전압은 소정의 두 전압 레벨 사이로 오실레이션하고, 구형파 형태, 정현파 형태 또는 삼각파 형태 등으로 오실레이션할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따라, 터치 디스플레이 시스템은 디스플레이 시스템을 구동하는 디스플레이 구동 집적 회로(DDI)와, 터치 시스템을 구동하는 터치 스크린 콘트롤러(TSC)를 더 포함하고, 변조된 접지 전압은 DDI와 TSC 각각의 접지 전압에 공통 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따라, 터치 디스플레이 시스템은 TSC에서 호스트로 출력되는 인터페이스 신호에 기초하여 변조된 접지 전압을 발생하는 그라운드 모듈레이터를 더 포함하고, 그라운드 모듈레이터는 PMIC의 내부 또는 외부에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따라, PMIC는 양(+) 전압 레벨의 제1 내부 전원과 음(-) 전압 레벨의 제2 내부 전원을 발생하고, 제1 내부 전원과 상기 변조된 접지 전압은 제1 저전압 강하(LDO) 레귤레이터로 제공되어 제1 전원으로 출력되고, 제2 내부 전원과 변조된 접지 전압은 제2 LDO 레귤레이터로 제공되어 제2 전원으로 출력되고, 제1 전원과 제2 전원은 디스플레이 패널로 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따라, PMIC는 제1 내부 전원의 전압 레벨보다 낮은 제3 내부 전원과 제3 내부 전원의 전압 레벨보다 낮은 제4 내부 전원을 발생하고, 제3 내부 전원과 변조된 접지 전압은 제3 LDO 레귤레이터로 제공되어 제3 전원으로 출력되고, DDI는 제3 전원과 변조된 접지 전압으로 구동되고, 제4 내부 전원과 변조된 접지 전압은 제4 LDO 레귤레이터로 제공되어 제4 전원으로 출력되고, TSC는 제4 전원과 변조된 접지 전압으로 구동될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따라, DDI와 TSC 각각에서 출력되는 인터페이스 신호들은 변조된 접지 전압에 의해 변경된 레벨을 갖고, PMIC는 인터페이스 신호들의 변경된 레벨을 보상하여 호스트로 제공하는 레벨 쉬프터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따라, DDI에서 출력되는 제1 인터페이스 신호가 연결되는 제1 레벨 쉬프터와 TSC에서 출력되는 제2 인터페이스 신호가 연결되는 제2 레벨 쉬프터는 서로 연결되고, DDI와 TSC 사이에 제1 및 제2 인터페이스 신호들이 통신될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따라, 터치 시스템의 터치 센서 전극들은 해당 터치 센서 전극 각각에 연결되는 채널을 통하여 셀프 정전 용량 방식으로 구동되는 도트 센서일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 시스템은 복수의 발광 소자들이 배열된 디스플레이 패널, 디스플레이 패널 상에 장착되고 복수의 터치 센서 전극들이 배열된 터치 스크린 패널, 디스플레이 패널을 구동하는 디스플레이 구동 집적 회로(DDI), 터치 스크린 패널을 구동하는 터치 스크린 콘트롤러(TSC), 그리고 디스플레이 패널, 터치 스크린 패널, DDI 및 TSC로 전원들과 접지 전압을 공급하는 전력 관리 집적 회로(PMIC)를 포함하고, PMIC는 DDI와 TSC의 일부 영역들에 공통으로 연결되는 변조된 접지 전압을 제공한다.
본 발명의 실시예들에 따라, DDI의 일부 영역은 디스플레이 패널의 구동 동작과 연관되는 회로들이 배치되고, DDI의 나머지 영역은 호스트와 인터페이스하는 회로들이 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따라, TSC의 일부 영역에는 터치 센싱 패널의 구동 동작과 연관되는 회로들이 배치되고, TSC의 나머지 영역은 호스트와 인터페이스하는 회로들이 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 시스템은, 그라운드 모듈레이터에서 발생되는 변조된 접지 전압을 디스플레이 시스템과 터치 시스템에 공통으로 제공함으로써, 터치 디스플레이 시스템이 얇아져서 디스플레이 시스템의 구동 전극과 터치 시스템의 센서 전극 사이의 기생 커패시턴스가 매우 커지더라도 기생 커패시턴스를 충방전할 필요가 없으므로, 전력 소비를 줄일 수 있다.
또한, 터치 디스플레이 시스템은 셀프 정전 용량 방식의 도트 센서를 이용함으로써, 터치 시스템의 멀티 터치에서 고스트 포인트 발생 없이 센싱 감도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 그라운드 모듈레이션을 이용하는 터치 디스플레이 시스템을 포함하는 모바일 기기를 설명하는 도면이다.
도 2a 내지 도 2e는 터치 디스플레이 시스템에서 발생할 수 있는 부하들(loads)을 설명하는 도면들이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 그라운드 모듈레이터를 포함하는 터치 디스플레이 시스템을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 그라운드 모듈레이터에서 출력되는 변조된 접지 전압을 설명하는 도면들이다.
도 5은 본 발명의 실시예들에 따른 그라운드 모듈레이터를 포함하는 터치 디스플레이 시스템을 설명하는 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예들에 따른 그라운드 모듈레이터를 포함하는 터치 디스플레이 시스템을 설명하는 도면들이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 그라운드 모듈레이터를 포함하는 터치 디스플레이 장치의 PCB 구조를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 그라운드 모듈레이터를 포함하는 터치 디스플레이 장치의 PCB 구조를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나 축소하여 도시한 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 그라운드 모듈레이션을 이용하는 터치 디스플레이 시스템을 포함하는 모바일 기기를 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 모바일 기기(100)는 예를 들어, 갤럭시S, 아이폰 등의 휴대용 단말기일 수 있다. 모바일 기기(100)는 통신 유닛(110), 제어부(120), 메모리 유닛(130), 그리고 터치 디스플레이 시스템(300)을 포함한다. 터치 디스플레이 시스템(300)은 터치 디스플레이 시스템(300)의 접지 전압 레벨을 시간에 따라 변화시켜 변조된 접지 전압을 발생하는 그라운드 모듈레이터(400)를 포함한다.
통신 유닛(110)은 안테나를 통해 입출력되는 데이터의 무선 신호를 송수신하거나, USB (Universal Serial Bus) 포트를 통해 연결된 컴퓨터 시스템의 데이터를 송수신한다. 제어부(120)는 모바일 기기(100)의 전반적인 동작을 제어 및 처리한다. 메모리 유닛(130)은 모바일 기기(100)의 전반적인 동작을 위한 각종 프로그램 및 데이터를 저장한다. 메모리 유닛(130)은 적어도 하나의 디램(131)와 적어도 하나의 불휘발성 메모리(132)를 포함할 수 있다.
디램(131)은 제어부(120)의 제어에 따라 모바일 기기(100)에서 처리되는 데이터를 임시적으로 저장한다. 불휘발성 메모리(132)는 적어도 하나의 플래쉬 메모리를 포함하고, 모바일 기기(100)의 부트로더와 운영체제(OS)를 다운로드하는 기능을 수행하고, 모바일 기기(100)의 대용량 저장(mass storage) 기능을 수행한다. 불휘발성 메모리(132)는 SD/MMC (Secure Digital/Multi-Media Card) 인터페이스 프로토콜을 이용하는 임베디드 메모리 카드를 의미한다. 불휘발성 메모리(132)는 디램(131)에 저장된 데이터를 SD/MMC 인터페이스를 통해 전달받아 저장하는 기능을 수행한다.
터치 디스플레이 시스템(300)은 모바일 기기(100)의 동작 중에 발생되는 상태 정보, 숫자와 문자들을 디스플레이하는 디스플레이 패널을 포함한다. 디스플레이 패널은 제어부(120)의 제어에 따라 불휘발성 메모리(132)에 저장된 컨텐츠들에 대한 리스트와 버전 정보들을 디스플레이할 수 있다.
디스플레이 패널은 복수의 화소(pixel)들을 포함한다. 복수의 화소들은 매트릭스 형태로 배열되어 화소 어레이를 형성할 수 있다. 복수의 화소들은 복수의 게이트 라인들과 복수의 데이터 라인들과 연결된다. 디스플레이 패널은 디스플레이 구동 집적 회로(Display Drive IC: DDI)의 제어에 따라 복수의 게이트 라인들과 복수의 데이터 라인들의 전압 및 전류를 제어함으로써 복수의 화소들의 출력을 제어할 수 있다. 디스플레이 패널과 디스플레이 구동 집적 회로(DDI)는 디스플레이 시스템을 구성할 수 있다.
터치 디스플레이 시스템(300)은 터치 디스플레이 시스템(300)의 화면에 표시되는 내용을 사용자가 신속하고 용이하게 조작할 수 있는 터치 스크린 패널을 포함한다. 터치 스크린 패널은 사용자의 손가락 또는 터치 펜 등이 근접하거나 접촉되는 경우, 해당 위치의 터치 이벤트에 대응하는 신호들을 제어부(120)로 출력한다.
터치 스크린 패널은 투명 기판 상에 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 전극으로 형성된 복수의 터치 센서 전극들을 포함한다. 터치 스크린 패널은 손가락 또는 펜이 터치 센서 전극에 근접하거나 또는 접촉되는 경우, 이에 대응하는 커패시턴스 값을 터치 스크린 콘트롤러(Touch Screen Controller: TSC)로 제공한다. 터치 스크린 콘트롤러는 터치 센서 전극의 커패시턴스 변화를 감지하여 터치 신호를 발생한다. 터치 센서 전극의 커패시턴스 변화를 센싱하는 위해서는 터치 센서 전극의 전위를 변화시키면서 전류나 전하량의 변화를 측정하는 방법이 많이 사용된다. 터치 스크린 패널과 터치 스크린 콘트롤러(TSC)는 터치 시스템을 구성할 수 있다.
터치 디스플레이 시스템(300)은 디스플레이 패널과 터치 스크린 패널로 변조된 접지 전압(NGND)을 공통으로 제공하는 그라운드 모듈레이터(400)를 포함한다. 그라운드 모듈레이터(400)는 터치 디스플레이 시스템(300)의 접지 전압을 소정의 두 전압 레벨 사이로 오실레이션하는 변조된 접지 전압(NGND)을 발생한다. 변조된 접지 전압(NGND)은 구형파 형태, 정현파 형태 또는 삼각파 형태 등으로 오실레이션하는 전압 레벨을 갖는다.
그라운드 모듈레이터(400)의 변조된 접지 전압(NGND)에 기초하여, 디스플레이 패널 구동 전극과 터치 스크린 패널 센서 전극 사이의 기생 커패시턴스 양단의 전위는 변하지 않고 일정하게 유지되면서, 외부 접지 전압에 대해서는 센서 전극의 전위가 변화하도록 해줌으로써 터치를 감지하도록 할 수 있다. 이 경우, 터치 센싱을 할 때 디스플레이 전극과 터치 센서 전극 사이의 기생 커패시턴스를 충방전할 필요가 없으므로, 터치 디스플레이 시스템(300)이 얇아져서 디스플레이 패널 구동 전극과 터치 스크린 패널 센서 전극 사이의 기생 커패시턴스가 매우 커지더라도 이로 인해 전력 소비가 커지지 않도록 할 수 있다.
도 2a 내지 도 2e는 터치 디스플레이 시스템에서 발생할 수 있는 부하들(loads)을 설명하는 도면들이다. 터치 디스플레이 시스템은 디스플레이 패널 위에 터치 스크린 패널이 형성되어 있는 구조로서, 디스플레이 패널 기판과 터치 스크린 패널 기판이 서로 구분되는(discrete) 구조 또는 일체화되는(integrated) 구조를 가질 수 있다.
도 2a를 참조하면, 터치 디스플레이 시스템이 얇아지는 추세에 따라 디스플레이 패널과 터치 스크린 패널이 가까워진다. 터치 스크린 패널의 터치 센서 전극과 디스플레이 공통 전극 사이의 거리가 T1, T2, T3 로 점점 줄어듬에 따라, 터치 센서 전극과 디스플레이 공통 전극 사이의 기생 커패시턴스는 Cv1<Cv2<Cv3 순으로 점점 커지게 된다. 디스플레이 공통 전극은 디스플레이 패널의 상판 전극을 의미한다. 일예로서 유기 발광 디스플레이(OLED) 패널에서는 캐소드(cathode) 전극인 ELVSS 전극이, 액정 디스플레이(LCD) 패널에서는 VCOM 전극이 공통 전극에 해당된다. 터치 센서 전극과 디스플레이 공통 전극 사이의 기생 커패시턴스(Cv1<Cv2<Cv3)의 증가는 수학식 1에서 보여주듯이 전력 소비를 증가시키는 요소로 작용한다.
[수학식 1]
P=(1/2)CV2f
여기에서, P는 터치 센서 전극 구동에 따른 전력 소비를 나타내고, C는 터치 센서 전극과 디스플레이 공통 전극 사이의 기생 커패시턴스(Cv1, Cv2, Cv3)를 나타내고, V 및 f는 디스플레이 공통 전극의 전압을 기준으로 한 터치 센서 전극의 구동 전압과 구동 주파수를 나타낸다.
도 2b를 참조하면, 디스플레이 패널(210) 상에 디스플레이 공통 전극(220)이 형성되어 있고, 디스플레이 공통 전극(220) 상에 터치 스크린 패널(230)이 형성되어 있다. 디스플레이 패널(210)에는 복수의 소스 라인들(212)이 열들로 배열되고, 터치 스크린 패널(230)에는 복수의 터치 센서 전극들(232)이 행들 및 열들로 배열되어 있다. 이러한 배치 구조상, 터치 센서 전극들(232)과 디스플레이 공통 전극(220) 사이의 제1 기생 커패시턴스 성분(Cv)과 디스플레이 공통 전극(220)과 디스플레이 패널(210)의 소스 라인들(212) 사이의 제2 기생 커패시턴스 성분(Cd)이 존재하게 된다.
디스플레이 공통 전극(220)은 공통 전극 전압 드라이버(222)에 연결된다. 공통 전극 전압 드라이버(222)는 공통 전극 전압을 입력받아 버퍼링하여 디스플레이 공통 전극(220)으로 공통 전극 전압을 공급한다.
디스플레이 패널(210)의 소스 라인들(212)로 전달되는 이미지 데이터는 제2 기생 커패시턴스 성분(Cd)에 의해 디스플레이 공통 전극(220)의 전위에 순간적인 간섭 노이즈(220_N)를 유발할 수 있다. 디스플레이 공통 전극(220)의 간섭 노이즈(220_N)는 터치 센서 전극들(232)로 노이즈 유입 현상을 일으킬 수 있다.
또한, 터치 센서 전극들(232)이 구동될 때, 제1 기생 커패시턴스 성분(Cv)에 의해 디스플레이 공통 전극(220)의 전위에 순간적인 노이즈를 유발할 수 있다. 이러한 디스플레이 공통 전극(220)의 노이즈는 디스플레이 패널(210)의 소스 라인들(212)로 전달되는 이미지 데이터에 영향을 주어 디스플레이 이미지 품질을 열화시킬 수 있다.
도 2c를 참조하면, 윈도우 글라스(260)에 접촉된 손가락의 터치 동작은 터치 센서 전극(232)의 커패시턴스 변화를 감지하는 터치 스크린 콘트롤러(TSC, 240)의 차지 앰프(244)에 의해 센싱 신호(VCA)로 발생된다. 차지 앰프(244)는 소정의 전압 이득(voltage gain)을 갖는 증폭 회로로서, 차지 앰프(244) 내 커패시터(Cf)의 차지가 터치 센서 전극(232)의 커패시턴스 변화를 감지하는 데 이용된다.
터치 센서 전극(232)의 커패시턴스는 기본적으로 터치 센서 전극들(232)과 디스플레이 패널(210) 사이의 기생 커패시턴스 성분(Cp)을 가지고, 손가락 터치에 의한 터치 센서 전극(232)의 커패시턴스 변화량 성분 즉, 신호 커패시턴스 성분(Csig)을 더 가진다. 차지 앰프(244)는 커패시터(Cf) 차지를 기생 커패시턴스 성분(Cp)과 신호 커패시턴스 성분(Csig)에 할당하면서 센싱 신호(VCA)를 출력할 수 있다.
기생 커패시턴스 성분(Cp)이 클 경우, 도 2d에 도시된 바와 같이 터치 이벤트에 의한 신호 커패시턴스 성분(Csig)에 할당되는 전압 영역(Vsig)이 매우 작아질 수 있다. 차지 앰프(244)의 다이나믹 레인지는 차지 앰프(244)의 전원 전압과 접지 전압 사이의 전압 범위로 한정되는 데, 대부분의 다이나믹 레인지가 큰 기생 커패시턴스 성분(Cp)에 할당되어 불필요하게 사용되는 것(redundancy)을 볼 수 있다. 터치 이벤트 감도를 나타내는 전압(Vsig)이 작아지면, 원하는 신호 대 잡음비 (SNR, Signal to Noise Ratio)를 얻기 위하여 후단 회로들이 매우 정밀하게 설계되어야 하는 부담이 있다.
또한, 기생 커패시턴스 성분(Cp)이 클 경우, 터치 센서 대역폭이 감소하는 문제점이 발생할 수 있다. 외부로부터 유입되는 각종 환경 노이즈, 예를 들어, 배터리 차지 노이즈, 삼파장 안정기 노이즈 등에 의한 영향을 줄이기 위해, 터치 센싱 주파수는 노이즈 주파수에 의해 오염되지 않은 주파수를 선택하여 사용할 수 있어야 한다. 그런데, 큰 기생 커패시턴스 성분(Cp)에 의해 터치 센서 대역폭이 감소하면, 센서 구동 주파수를 높일 수 없는 문제점이 발생된다. 이에 따라, 외부 환경 노이즈에 취약해져 터치 성능이 열화되어 잦은 오작동(malfunction)을 유발할 수 있다.
도 2e를 참조하면, 디스플레이 패널(210)의 소스 채널 라인(255) 상의 소스 채널(513)의 변화에 따라 VCOM DC(5110에 노이즈가 발생되고 있다. 이 소스 채널(513)과 공통전극 패널(253) 사이에 생기는 기생 커패시터(Cs)의 값은 10nF 이상이다. 온-셀(on-cell) 타입의 경우 터치 센스 채널(251)과 공통전극 패널(253) 사이에 생기는 기생 커패시터(Cb)의 값은 수십 pF 이상으로 매우 크다. 즉, 다수의 소스 채널들(513)이 동시에 활성화되고 각 터치 센스 채널(251)로 각각의 데이터 값이 인가될 때 터치 센스 채널(251)로 유기되는 노이즈는 매우 크게 된다.
이하에서는, 터치 디스플레이 시스템의 간섭 노이즈를 줄이고, 터치 스크린 패널의 전력 소비를 줄이고 센싱 감도를 향상시키고 외부 노이즈 취약성을 해결하기 위하여, 본 발명에 따라 그라운드 모듈레이션의 다양한 실시예들을 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 그라운드 모듈레이터를 포함하는 터치 디스플레이 시스템을 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 터치 디스플레이 시스템(300a)은 디스플레이 패널(310), 터치 스크린 패널(320), 디스플레이 구동 집적 회로(DDI, 330), 터치 스크린 콘트롤러(TSC, 340) 그리고 전력 관리 집적 회로(PMIC, 350)를 포함한다. PMIC(350)는 DDI(330)의 접지 전압(VSS)과 TSC(340)의 접지 전압(VSS)을 변조된 접지 전압(NGND)으로 제공하는 그라운드 모듈레이터(400)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 그라운드 모듈레이터(400)는 PMIC(350) 외부에 별개의 집적 회로로 구현될 수 있다.
디스플레이 패널(310)은 복수의 게이트 라인들과 복수의 데이터 라인들을 포함하며, 각 게이트 라인과 각 데이터 라인이 교차하는 영역에 정의되는 복수의 화소(pixel)들을 포함한다. 복수의 화소들은 매트릭스 형태로 배열되어 화소 어레이를 형성할 수 있다. 디스플레이 패널(310)은 LCD 패널, LED 패널, OLED 패널, FED 패널 등을 포함할 수 있다.
디스플레이 패널(310)이 OLED 패널인 경우, 유기 발광 기판(312)에 형성된 유기 발광 다이오드들(OLED)과, 유기 발광 다이오드들(OLED) 각각과 전기적으로 연결되어 구동 전류를 제공하는 구동 회로부들을 포함할 수 있다. 구동 회로부들 각각은 구동 트랜지스터(DT)와 스토리지 커패시터(SC)를 포함할 수 있다. 구동 트랜지스터(DT)와 스토리지 커패시터(SC)는 게이트 라인과 데이터 라인에 연결된 스위칭 트랜지스터에 연결되어 유기 발광 다이오드(OLED)를 구동할 수 있다.
디스플레이 패널(310)은 DDI(330)의 제어에 따라 복수의 게이트 라인들과 복수의 데이터 라인들의 전압 및 전류를 제어함으로써 복수의 유기 발광 소자들(OLED)의 출력을 제어할 수 있다. 유기 발광 다이오드(OLED)가 구동되는 원리를 간단하게 설명하면, 게이트 라인으로 게이트 신호가 인가되어 스위칭 트랜지스터가 턴온되면, 데이터 라인을 따라 전송된 데이터 신호가 구동 트랜지스터(DT)로 인가되어 턴온시킨다. 데이터 신호는 스토리지 커패시터(SC)에 의해 저장되어 구동 트랜지스터(DT)를 한 프레임(frame) 동안 턴온시키고, 그 결과 유기 발광 다이오드(OLED)를 구동하기 위한 구동 전류가 제1 전원(ELVDD)에서 유기 발광 다이오드(OLED)로 인가되어 유기 발광 다이오드(OLED)를 발광시킨다.
DDI(330)는 디스플레이 패널(310)의 구동을 제어한다. DDI(330)는 타이밍 콘트롤러, 게이트 드라이버 및 데이터 드라이버를 포함할 수 있다. 타이밍 콘트롤러는 GPU (Graphic Processing Unit)와 같은 외부 장치로부터 수신된 영상 데이터 신호 및 시스템 제어 신호에 기초하여, 게이트 드라이버 제어 신호, 데이터 드라이버 제어 신호 및 데이터를 발생한다.
게이트 드라이버는 게이트 드라이버 제어 신호를 기초로 디스플레이 패널(310)의 게이트 라인들을 선택적으로 활성화하여 화소 어레이의 행을 선택한다. 데이터 드라이버는 데이터 드라이버 제어 신호 및 데이터에 기초하여 디스플레이 패널(310)의 데이터 라인들에 복수의 구동 전압들을 인가한다. 디스플레이 패널(310)은 게이트 드라이버 및 데이터 드라이버의 동작에 의하여 구동되며, 영상 데이터 신호에 상응하는 이미지를 표시할 수 있다.
터치 스크린 패널(320)은 투명 기판(322) 상에 투명 전극으로 형성된 복수의 터치 센서 전극들(SU)을 포함한다. 투명 기판(322)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에테르술폰(PES), 고리형 올레핀 고분자(COC), TAC(Triacetylcellulose) 필름, 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol; PVA) 필름, 폴리이미드(Polyimide; PI) 필름, 폴리스틸렌(Polystyrene; PS), 이축연신폴리스틸렌(K레진 함유 biaxially oriented PS; BOPS), 유리 또는 강화유리 등으로 형성될 수 있다.
투명 전극은 ITO(Indium Tin Oxide), 산화아연(Zinc oxide; ZnO), 메탈 매쉬(metal mesh), 그래핀(Graphene), PEDOT/PSS와 같은 전도성 고분자(PEDOT), 탄소 나노 튜브(Carbon nano tube; CNT)및 은나노 와이어(Ag nano eire) 등 다양한 전도성 소재로 형성될 수 있다.
터치 스크린 패널(320)이 셀프 정전 용량 방식(Self Capacitance Method)으로 구동되는 경우, 터치 센서 전극들(SU) 각각은 도트 센서(dot sensor)로서 작동할 수 있다. 도트 센서는 터치 이벤트에 따라 터치 센서 전극(SU) 각각의 커패시턴스가 변화되고, 변화된 커패시턴스를 터치 센서 전극(SU) 각각과 연결되는 채널을 통하여 TSC(340)로 전달할 수 있다.
실시예에 따라, 터치 스크린 패널(320)이 상호 정전 용량 방식(Mutual Capacitive method)으로 구동되는 경우, 터치 센서 전극들(SU)은 행들 및/또는 열들로 연결되어 라인 센서(line sensor)로서 작동할 수 있다. 라인 센서는 구동 전극(Drive electrode)의 터치 센서 전극(SU)에 일정한 전압 펄스가 인가되고 수신 전극(Receive electrode)의 터치 센서 전극(SU)에서 전압 펄스에 대응되는 전하를 수집(Collected Charge)하게 된다. 라인 센서는 터치 이벤트에 따라 구동 전극과 수신 전극 사이의 커패시턴스가 변화되고, 변화된 커패시턴스를 TSC(340)로 전달할 수 있다.
TSC(340)는 터치 스크린 패널(320)에서 터치 이벤트에 따른 터치 센서 전극들(SU)의 커패시턴스의 변화를 센싱하여 센싱 신호를 발생한다. TSC(340)는 센싱 신호를 처리함으로써, 터치 스크린 패널(320) 상에 터치 동작이 수행되었는지 여부와 터치 동작이 수행된 위치를 판별하는 터치 데이터를 출력할 수 있다.
PMIC(350)는 터치 디스플레이 시스템(300a)에 안정적인 전력 공급을 위해 제공된다. PMIC(350)는 디스플레이 패널(310)로 공급되는 제1 내부 전원(ELVDD0)과 제2 내부 전원(ELVSS0)을 발생하고, DDI(330)로 공급되는 제3 내부 전원(VDD_D)과 TSC(340)로 공급되는 제4 내부 전원(VDD_T)을 발생하고, DDI(330)와 TSC(340)로 공통으로 공급되는 변조된 접지 전압(NGND)를 발생한다. PMIC(350)는 배터리(370)에서 제공되는 충전 전압, 즉 메인 전원 전압(VDD)을 변환하여 내부 전원들(ELVDD0, ELVSS0, VDD_D, VDD_T)을 발생할 수 있다.
PMIC(350)는 저전압 강하(low-dropout: LDO) 레귤레이터, 벅-부스트 컨버터, 벅 레귤레이터 그리고 부스트 레귤레이터를 포함할 수 있다. LDO 레귤레이터는 매우 작은 입출력 차동 전압으로 동작하는 선형 전압 조절기로서, 벅-부스트 컨버터의 출력 전압을 레귤레이팅하여 내부 전원들(ELVDD0, ELVSS0, VDD_D, VDD_T)로 출력할 수 있다. LDO 레귤레이터는 내부 전원들(ELVDD0, ELVSS0, VDD_D, VDD_T)의 수만큼 구비될 수 있다. 본 실시예에서는 LDO 레귤레이터들(361-364)이 PMIC(350) 외부에 배치되는 것으로 설명된다.
PMIC(350)에서, 벅-부스트 컨버터는 메인 전원 전압(VDD)을 감지하여, 설정된 벅-부스트 컨버터의 출력 전압 보다 높으면 벅모드(Buck-mode)로 동작하고, 메인 전원 전압(VDD)이 벅-부스트 컨버터의 출력 전압 보다 낮으면 부스트모드(Boost-mode)로 동작하여 항상 일정한 출력 전압을 발생할 수 있다.
PMIC(350)에서, 벅 레귤레이터는 감압형 직류/직류(DC/DC) 변환기로서, 입력되는 전압을 감압하여 설정된 전압을 발생할 수 있다. 벅 레귤레이터는 일정한 주기로 온/오프(ON/OFF) 스위칭하는 스위칭 소자를 이용하여, 스위치가 온되는 동안 입력 전원이 회로에 연결되고, 오프되는 동안 연결되지 않는 구조를 가질 수 있다. 이와 같이 주기적으로 연결되었다 끊어졌다 하는 펄스 모양의 전압을 LC 필터를 통해 평균하여 DC 전압을 출력할 수 있다. 벅 레귤레이터는 DC 전압을 주기적으로 찹핑(Chopping)하여 만들어진 펄스 전압을 평균하여 출력 전압을 형성하는 원리로서, 벅 레귤레이터의 출력 전압은 벅 레귤레이터의 입력 전압 즉, 메인 전원 전압(VDD) 보다 항상 작은 값을 가진다.
PMIC(350)에서, 부스트 레귤레이터는 승압형 DC/DC 변환기이다. 부스트 레귤레이터는 스위치가 온되면 메인 전원 전압(VDD)이 인덕터 양단에 연결되어 전류의 충전이 이루어지고, 스위치가 오프되면 충전된 전류가 부하 측에 전달될 수 있다. 이에 따라, 부스트 레귤레이터의 출력단의 전류는 입력단의 전류보다 항상 작아진다. 부스트 레귤레이터의 동작 원리상 손실 성분이 없기 때문에, 입력 전류*입력 전압=출력 전류*출력 전압의 관계를 기반으로 출력 전압이 입력 전압보다 높게 나타난다.
PMIC(350)에서, 그라운드 모듈레이터(400)는 터치 디스플레이 시스템(300a)의 접지 전압 레벨을 시간에 따라 변화시켜 주는 방법을 이용하여 변조된 접지 전압(NGND)을 발생한다. 변조된 접지 전압(NGND)은 소정의 두 전압 레벨 사이로 오실레이션하는 구형파 형태로, 정현파 형태로 또는 삼각파 형태 등으로 발생될 수 있다.
PMIC(350)에서 출력되는 제1 내부 전원(ELVDD0)은 제1 다이오드(D1)를 통하여 제1 LDO 레귤레이터(361)로 입력되어 제1 전원(ELVDD)으로서 출력될 수 있다. 제1 전원(ELVDD)은 디스플레이 패널(310)에 연결되어 유기 발광 다이오드(OLED)를 구동하기 위한 구동 전류를 공급한다. 제1 전원(ELVDD)는 소정의 양(+) 전압 레벨을 갖는다. 제1 LDO 레귤레이터(361)에는 변조된 접지 전압(NGND)이 연결된다. 제1 LDO 레귤레이터(361)의 입력 및 출력 각각과 변조된 접지 전압(NGND) 사이에는 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)가 각각 연결된다.
PMIC(350)에서 출력되는 제2 내부 전원(ELVSS0)은 제2 LDO 레귤레이터(362)로 제공되어 제2 전원(ELVSS)으로서 출력될 수 있다. 제2 LDO 레귤레이터(362)와 제2 내부 전원(ELVSS0) 사이에는 제2 다이오드(D2)가 연결된다. 제2 전원(ELVSS)은 디스플레이 패널(310)의 유기 발광 다이오드(OLED)에 연결된다. 제2 전원(ELVSS)은 소정의 음(-) 전압 레벨을 갖는다. 제2 LDO 레귤레이터(362)에는 변조된 접지 전압(NGND)이 연결된다. 제2 LDO 레귤레이터(362)의 입력 및 출력 각각과 변조된 접지 전압(NGND) 사이에는 제3 및 제4 커패시터(C3, C4)가 각각 연결된다.
PMIC(350)에서 출력되는 변조된 접지 전압(NGND)가 제1 및 제2 LDO 레귤레이터(361, 362)로 제공되지만, 제1 및 제2 LDO 레귤레이터(361, 362)에서 발생되는 제1 전원(ELVDD)과 제2 전원(ELVSS)의 전위 차는 일정하게 유지되므로, 디스플레이 패널(310)의 동작은 변조된 접지 전압(NGND)의 영향이 없이 정상적으로 수행된다.
PMIC(350)에서 출력되는 제3 내부 전원(VDD_D)은 제3 다이오드(D3)를 통하여 제3 LDO 레귤레이터(363)로 제공되어 제3 전원(AVDD)으로서 출력될 수 있다. 제3 전원(AVDD)은 DDI(330)에 연결되어 DDI(330)의 동작 전압을 공급한다. 제3 전원(AVDD)는 제1 전원(ELVDD) 보다 높은 양(+) 전압 레벨을 가질 수 있다.
제3 LDO 레귤레이터(363)에는 변조된 접지 전압(NGND)이 연결된다. 제3 LDO 레귤레이터(363)의 입력 및 출력 각각과 변조된 접지 전압(NGND) 사이에는 제5 및 제6 커패시터(C5, C6)가 각각 연결된다. 제3 LDO 레귤레이터(363)에서 발생되는 제3 전원(AVDD)과 변조된 접지 전압(NGND)은 DDI(330)의 동작 전원(VDD)과 접지 전압(VSS)으로 제공된다. DDI(330)의 동작 전원(VDD)과 접지 전압(VSS) 사이의 전위차는 제3 LDO 레귤레이터(363)와 제6 커패시터(C6)에 의해 일정하게 유지되므로, DDI(330)의 동작은 변조된 접지 전압(NGND)이 접지 전압(VSS)에 연결되더라도 정상적으로 수행된다.
PMIC(350)에서 출력되는 제4 내부 전원(VDD_T)은 제4 다이오드(D4)를 통하여 제4 LDO 레귤레이터(364)로 제공되어 제4 전원(VDD)으로서 출력될 수 있다. 제4 전원(VDD)은 TSC(340)에 연결되어 TSC(340)의 동작 전압을 공급한다.
제4 LDO 레귤레이터(364)에는 변조된 접지 전압(NGND)이 연결된다. 제4 LDO 레귤레이터(364)의 입력 및 출력 각각과 변조된 접지 전압(NGND) 사이에는 제7 및 제8 커패시터(C7, C8)가 각각 연결된다. 제4 LDO 레귤레이터(364)에서 발생되는 제4 전원(VDD)과 변조된 접지 전압(NGND)은 TSC(340)의 동작 전원(VDD)과 접지 전압(VSS)으로 제공된다. TSC(340)의 동작 전원(VDD)과 접지 전압(VSS) 사이의 전위차는 제4 LDO 레귤레이터(364)와 제8 커패시터(C8)에 의해 일정하게 유지되므로, TSC(340)의 동작은 변조된 접지 전압(NGND)이 접지 전압(VSS)에 연결되더라도 정상적으로 수행된다.
터치 디스플레이 시스템(300a)에서, 제1 내지 제4 전원들(ELVDD, ELVSS, AVDD, VDD)이 별개의 제1 내지 제4 LDO 레귤레이터(361, 362, 363, 364)에 의해 발생되고 터치 디스플레이 시스템(300a)의 접지 전압(VSS)이 변조된 접지 전압(NGND)에 공통 연결되는 것에 기초하여, 디스플레이 패널(310)의 공통 전극인 제2 전원(ELVSS)과 터치 센서 전극(SU) 사이의 기생 커패시턴스(Cpara3) 양단의 전위는 변하지 않고 일정하게 유지된다. 이에 따라, 기생 커패시턴스(Cpara3)를 충방전할 필요가 없으므로, 제2 전원(ELVSS)과 터치 센서 전극(SU) 사이의 기생 커패시턴스(Cpara3)가 커지더라도 전력 소비를 발생하지 않는다.
터치 디스플레이 시스템(300a)에서, 변조된 접지 전압(NGND)에 의해 충방전되는 기생 커패시턴스 성분은 디스플레이 패널(310) 및 터치 스크린 패널(320)과 기기의 접지 전압(VSS) 사이에 존재하는 기생 커패시턴스들(Cpara1, Cpara2)이다. 이들 기생 커패시턴스들(Cpara1, Cpara2)는 디스플레이 패널(310)의 공통 전극인 제2 전원(ELVSS)과 터치 센서 전극(SU) 사이의 기생 커패시턴스(Cpara3)보다 훨씬 작은 값이므로, 본 실시예에서 제안하는 그라운드 모듈레이션 방법이 전력 소비 관점에서 이점을 가진다.
터치 디스플레이 시스템(300a)에서, 변조된 접지 전압(NGND)에 의해 DDI(330)와 TSC(340)에서 출력되는 인터페이스 신호들(DIS, TIS)의 레벨이 변경될 수 있다. 변경된 레벨을 보상하기 위하여, PMIC(350)는 제1 및 제2 레벨 쉬프터들(353, 354)을 더 포함할 수 있다.
제2 레벨 쉬프터(354)는 TSC(340)의 인터페이스 단자(I/F)를 통해 출력되는 제2 인터페이스 신호(TIS)의 레벨을 보상하여 호스트로 제공할 수 있다. 제1 및 제2 레벨 쉬프터들(353, 354)은 서로 연결되어, DDI(330)와 TSC(340) 사이에 인터페이스 신호들(DIS, TIS)을 직접 통신할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 그라운드 모듈레이터에서 발생되는 변조된 접지 전압을 설명하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 변조된 접지 전압(NGND)은 소정의 두 전압 레벨(V1, V2) 사이로 오실레이션하고, 구형파 형태, 정현파 형태 또는 삼각파 형태 등으로 오실레이션할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 그라운드 모듈레이터를 포함하는 터치 디스플레이 시스템을 설명하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 터치 디스플레이 시스템(300b)는 DDI(630)의 일부 영역과 TSC(640)의 일부 영역으로 변조된 접지 전압(NGND)이 제공된다는 점과 PMIC(350) 내부에 레벨 쉬프터를 포함하지 않는다는 점에서 차이가 있고, 도 3의 터치 디스플레이 시스템(300a)과 실질적으로 동일하다.
DDI(630)는 반도체 기판(632)에 형성된 n-웰 영역(634)을 포함하는 일부 영역에 변조된 접지 전압(NGND)을 제공한다. n-웰 영역(634)은 n+ 콘택 영역(636)과 p-웰 영역(638)을 포함한다. n+ 콘택 영역(636)은 제3 전원(AVDD)에 연결되어 n-웰 영역(634)의 바이어스 전압을 제공한다. p-웰 영역(638)은 p+ 콘택 영역(639)을 포함하고, p+ 콘택 영역(639)은 변조된 접지 전압(NGND)에 연결되어 p-웰 영역(638)의 바이어스 전압을 제공한다.
DDI(630)의 일부 영역(634)은 제3 전원(AVDD)과 변조된 접지 전압(NGND)이 동작 전원(VDD)과 접지 전압(VSS)으로 제공되어 동작되는 영역이다. DDI(630)의 일부 영역(634)에는 디스플레이 패널(310)의 구동 동작과 연관되는 회로들이 배치되도록 설계될 수 있다. DDI(630)의 나머지 영역은 호스트와 인터페이스하는 회로들이 배치되는 영역으로, 변조된 접지 전압(NGND)이 아닌 정상적인 접지 전압(VSS)과 동작 전원(VDD)으로 동작되는 영역이다. 이에 따라, DDI(630)와 호스트는 레벨 보상 없이 바로 제1 인터페이스 신호(DIS)를 주고 받을 수 있다.
TSC(640)는 반도체 기판(642)에 형성된 n-웰 영역(644)을 포함하는 일부 영역에 변조된 접지 전압(NGND)을 제공한다. n-웰 영역(644)은 n+ 콘택 영역(646)과 p-웰 영역(648)을 포함한다. n+ 콘택 영역(646)은 제4 전원(VDD)에 연결되어 n-웰 영역(644)의 바이어스 전압을 제공한다. p-웰 영역(648)은 p+ 콘택 영역(649)을 포함하고, p+ 콘택 영역(649)은 변조된 접지 전압(NGND)에 연결되어 p-웰 영역(648)의 바이어스 전압을 제공한다.
TSC(640)의 일부 영역(644)은 제4 전원(VDD)과 변조된 접지 전압(NGND)이 동작 전원(VDD)과 접지 전압(VSS)으로 제공되어 동작되는 영역이다. TSC(640)의 일부 영역(644)에는 터치 스크린 패널(320)의 구동 동작과 연관되는 회로들이 배치되도록 설계될 수 있다. TSC(640)의 나머지 영역은 호스트와 인터페이스하는 회로들이 배치되는 영역으로, 변조된 접지 전압(NGND)이 아닌 정상적인 접지 전압(VSS)과 동작 전원(VDD)으로 동작되는 영역이다. 이에 따라, TSC(640)와 호스트는 레벨 보상 없이 바로 제2 인터페이스 신호(TIS)를 주고 받을 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예들에 따른 그라운드 모듈레이터를 포함하는 터치 디스플레이 시스템을 설명하는 도면들이다.
도 6a를 참조하면, 터치 디스플레이 시스템(600)은 디스플레이 패널(610)을 구동하는 DDI(601)와 터치 스크린 패널의 터치 센서 전극들(611, 612)을 구동하는 TSC(602)을 포함한다. 디스플레이 패널(610) 상에 터치 센서 전극들(611, 612)이 패터닝된다. 복수의 제1 터치 센서 전극들(611)은 터치의 제1 방향, 예컨대 x축 방향의 위치를 감지하고, 복수의 제2 전극(612)은 터치의 제2 방향, 예컨대 y축 방향의 위치를 감지한다. 복수의 채널 배선(614)은 제1 터치 센서 전극들(611) 및 제2 터치 센서 전극들(612)에 전기적으로 연결되어, 외부로부터 전극들(611, 612)에 인가되는 신호 또는 전극들(611, 612)로부터 생성되어 외부로 출력되는 신호를 전송할 수 있다.
제1 터치 센서 전극(611)과 제1 터치 센서 전극(611)에 인접하는 제2 터치 센서 전극(612)의 일부는 센싱 노드(613)를 구성할 수 있다. 상호 정전 용량방식의 터치 스크린 패널의 경우, 구동 전극에 일정한 전압 펄스가 인가되고 수신 전극에서 전압 펄스에 대응되는 전하를 수집하게 된다. 이 때 사람의 손가락이나 터치 펜과 같은 도전성 물질이 두 전극 사이에 놓이게 되는 경우 전기장이 변화하고, 이에 따라 두 전극 간 커패시턴스의 변화를 통해 접촉을 감지하게 된다. 본 실시예에서, 제2 터치 센서 전극(612)은 구동 전극이고, 제1 터치 센서 전극(611)은 수신 전극일 수 있다. 또는 반대로 제1 터치 센서 전극(611)이 구동 전극이고, 제2 터치 센서 전극(612)이 수신 전극일 수 있다.
DDI(601)와 TSC(602)은 변조된 접지 전압(NGND)을 발생하는 그라운드 모듈레이터(604)에 연결된다. DDI(601)와 TSC(602)는 변조된 접지 전압(NGND)을 발생하는 그라운드 모듈레이터(604)에 연결된다. 그라운드 모듈레이터(604)는 도 4에서 설명된 바와 같이, 소정의 두 전압 레벨(V1, V2) 사이로 오실레이션하는 구형파 형태, 정현파 형태 또는 삼각파 형태 등으로 변조된 접지 전압(NGND)를 발생할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 터치 디스플레이 시스템(620)은 디스플레이 패널(630)을 구동하는 DDI(621)와 터치 스크린 패널의 터치 센서 전극들(631)을 구동하는 TSC(622)을 포함한다. 디스플레이 패널(630) 상에 터치 센서 전극들(631)이 패터닝된다.
터치 센서 전극들(631)은 로우 방향으로 배치되고, 각각의 로우에 배치되는 터치 센서 전극들(631)은 서로 전기적으로 연결된다. 또한, 터치 센서 전극들(631)은 칼럼 방향으로 배치되고, 각각의 칼럼에 배치되는 터치 센서 전극들(631)은 서로 전기적으로 연결된다. TSC(621)는 복수의 로우 및 복수의 칼럼의 터치 센서 전극들(631)의 커패시턴스 변화를 센싱한 센싱 신호를 발생함과 함께, 센싱 신호를 처리하여 터치 데이터를 발생할 수 있다.
DDI(621)와 TSC(622)은 변조된 접지 전압(NGND)을 발생하는 그라운드 모듈레이터(623)에 연결된다. DDI(621)와 TSC(622)는 변조된 접지 전압(NGND)을 발생하는 그라운드 모듈레이터(623)에 연결된다. 그라운드 모듈레이터(623)는 도 4에서 설명된 바와 같이, 소정의 두 전압 레벨(V1, V2) 사이로 오실레이션하는 구형파 형태, 정현파 형태 또는 삼각파 형태 등으로 변조된 접지 전압(NGND)를 발생할 수 있다.
도 6c를 참조하면, 터치 디스플레이 시스템(700)은 디스플레이 패널(710)을 구동하는 DDI(720)와 터치 스크린 패널의 터치 센서 전극들(712)을 구동하는 TSC(730)을 포함한다. DDI(720)와 TSC(730)은 변조된 접지 전압(NGND)을 발생하는 그라운드 모듈레이터(740)에 연결된다. 그라운드 모듈레이터(740)는 도 4에서 설명된 바와 같이, 소정의 두 전압 레벨(V1, V2) 사이로 오실레이션하는 구형파 형태, 정현파 형태 또는 삼각파 형태의 변조된 접지 전압(NGND)를 발생할 수 있다. 그라운드 모듈레이터(740)는 PMIC 외부에 별개의 집적 회로로 구현될 수 있다.
터치 센서 전극(712) 각각은 해당 터치 센서 전극(712)에 연결되는 채널(714)을 통해 TSC(730)와 연결된다. 터치 센서 전극(712) 각각은 도트 센서로 동작한다. 도트 센서는 터치 스크린 패널의 멀티 터치에서 고스트 포인트(ghost point)가 나타나지 않는 특성을 가진다.
DDI(720)와 TSC(730)로 변조된 접지 전압(NGND)이 공통 연결됨으로써, 디스플레이 패널(710)의 ELVSS 공통 전극과 터치 센서 전극(712) 사이의 기생 커패시턴스 양단의 전위는 변하지 않고 일정하게 유지되기 때문에, 기생 커패시턴스를 충방전할 필요가 없다. 이에 따라, 디스플레이 패널(710)의 ELVSS 공통 전극과 터치 센서 전극(SU) 사이의 기생 커패시턴스가 커지더라도 이로 인해 전력 소비가 커지지 않도록 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 그라운드 모듈레이터를 포함하는 터치 디스플레이 장치의 PCB 구조를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 터치 디스플레이 시스템(800)은 디스플레이 패널(810)과 터치 스크린 패널(820)이 서로 구분되는(discrete) 구조를 갖는다. 디스플레이 패널(810)에는 DDI(830)가 장착되고, FPCB(Flexible Printed Circuit Board, 864)을 통해 메인 PCB 기판(805)에 연결된다. 터치 스크린 패널(820)은 FPCB(862)를 통해 메인 PCB 기판(805)에 연결된다. FPCB(862)에는 TSC(840)가 장착될 수 있다. 실시예에 따라, TSC(840)는 메인 PCB 기판(805)에 장착될 수 있다.
DDI(830)와 TSC(840)는 메인 PCB 기판(805)에 장착된 PMIC(850)로부터 전원 전압들을 공급받는다. PMIC(850)는 그라운드 모듈레이터(852)에서 발생되는 변조된 접지 전압(NGND)을 DDI(830)와 TSC(840)에 공통으로 제공한다. 실시예에 따라, 그라운드 모듈레이터(852)는 PMIC(850) 외부에 별개의 집적 회로로 구현될 수 있다.
DDI(830)와 TSC(840)로 변조된 접지 전압(NGND)이 공통 연결됨으로써, 디스플레이 패널(810)의 ELVSS 공통 전극과 터치 스크린 패널(820)의 터치 센서 전극 사이의 기생 커패시턴스 양단의 전위는 변하지 않고 일정하게 유지되기 때문에, 기생 커패시턴스를 충방전할 필요가 없다. 이에 따라, 디스플레이 패널(810)의 ELVSS 공통 전극과 터치 스크린 패널(820)의 터치 센서 전극 사이의 기생 커패시턴스가 커지더라도 전력 소비가 발생되지 않는다.
도 8는 본 발명의 실시예들에 따른 그라운드 모듈레이터를 포함하는 터치 디스플레이 장치의 PCB 구조를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 터치 디스플레이 시스템(900)은 디스플레이 패널과 터치 스크린 패널을 일체화시킨(integrated) 터치 디스플레이 패널(910)을 포함한다. 터치 디스플레이 패널(910)은 터치 스크린 패널이 별도의 유리기판 상에 형성되는 것이 아니라, 디스플레이 패널의 상판에 투명 전극을 패턴함으로써 형성될 수 있다. 터치 디스플레이 패널(910)에는 DDI와 TSC를 하나의 반도체 칩으로 구현한 터치 디스플레이 드라이버 집적 회로(Touch Display Driver Integration, TDDI, 920)가 장착된다. TDDI(920)는 터치 디스플레이 패널(910)을 구동하고, FPCB(930)를 통해 메인 PCB 기판(905)에 연결된다.
TDDI(920)는 메인 PCB 기판(905)에 장착된 PMIC(950)로부터 전원 전압들을 공급받는다. PMIC(950)는 그라운드 모듈레이터(952)에서 발생되는 변조된 접지 전압(NGND)을 TDDI(920)에 제공한다. 실시예에 따라, 그라운드 모듈레이터(852)는 PMIC(850) 외부에 별개의 집적 회로로 구현될 수 있다. TDDI(920)로 변조된 접지 전압(NGND)이 공통 연결됨으로써, 디스플레이 패널의 ELVSS 공통 전극과 터치 스크린 패널의 터치 센서 전극 사이의 기생 커패시턴스 양단의 전위는 변하지 않고 일정하게 유지되기 때문에, 기생 커패시턴스를 충방전할 필요가 없다. 이에 따라, 디스플레이 패널의 ELVSS 공통 전극과 터치 스크린 패널의 터치 센서 전극 사이의 기생 커패시턴스가 커지더라도 전력 소비가 발생되지 않는다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 복수의 화소들이 배열된 디스플레이 시스템;
    상기 디스플레이 시스템 상에 장착되고, 복수의 터치 센서 전극들이 배열된 터치 시스템; 및
    상기 디스플레이 시스템과 상기 터치 시스템으로 전원들과 변조된 접지 전압을 공급하는 전력 관리 집적 회로(PMIC)를 포함하고,
    상기 변조된 접지 전압은 상기 디스플레이 시스템과 상기 터치 시스템에 공통으로 제공되는 터치 디스플레이 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 터치 디스플레이 시스템의 상기 변조된 접지 전압은 소정의 두 전압 레벨 사이로 오실레이션하고, 구형파 형태, 정현파 형태 또는 삼각파 형태로 오실레이션하는 것을 특징으로 하는 터치 디스플레이 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 터치 디스플레이 시스템은,
    상기 디스플레이 시스템을 구동하는 디스플레이 구동 집적 회로(DDI); 및
    상기 터치 시스템을 구동하는 터치 스크린 콘트롤러(TSC)를 더 포함하고,
    상기 PMIC는 상기 TSC에서 출력되는 인터페이스 신호에 기초하여 상기 변조된 접지 전압을 발생하는 그라운드 모듈레이터를 더 포함하고,
    상기 변조된 접지 전압은 상기 DDI와 상기 TSC 각각의 접지 전압에 공통 연결되는 것을 특징으로 하는 터치 디스플레이 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 PMIC는 양(+) 전압 레벨의 제1 내부 전원과 음(-) 전압 레벨의 제2 내부 전원을 발생하고,
    상기 제1 내부 전원과 상기 변조된 접지 전압은 제1 저전압 강하(LDO) 레귤레이터로 제공되어 제1 전원으로 출력되고,
    상기 제2 내부 전원과 상기 변조된 접지 전압은 제2 LDO 레귤레이터로 제공되어 제2 전원으로 출력되고,
    상기 제1 전원과 상기 제2 전원은 상기 디스플레이 시스템으로 제공되는 것을 특징으로 하는 터치 디스플레이 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 PMIC는 상기 제1 내부 전원의 전압 레벨보다 낮은 제3 내부 전원과 상기 제3 내부 전원의 전압 레벨보다 낮은 제4 내부 전원을 발생하고,
    상기 제3 내부 전원과 상기 변조된 접지 전압은 제3 LDO 레귤레이터로 제공되어 제3 전원으로 출력되고, 상기 DDI는 상기 제3 전원과 상기 변조된 접지 전압으로 구동되고,
    상기 제4 내부 전원과 상기 변조된 접지 전압은 제4 LDO 레귤레이터로 제공되어 제4 전원으로 출력되고, 상기 TSC는 상기 제4 전원과 상기 변조된 접지 전압으로 구동되는 것을 특징으로 하는 터치 디스플레이 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 DDI와 상기 TSC 각각에서 출력되는 인터페이스 신호들은 상기 변조된 접지 전압에 의해 변경된 레벨을 갖고,
    상기 DDI에서 출력되는 제1 인터페이스 신호가 연결되는 제1 레벨 쉬프터와 상기 TSC에서 출력되는 제2 인터페이스 신호가 연결되는 제2 레벨 쉬프터는 서로 연결되고,
    상기 DDI와 상기 TSC 사이에 상기 제1 및 제2 인터페이스 신호들이 통신되는 것을 특징으로 하는 터치 디스플레이 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 터치 시스템의 터치 센서 전극들은 해당 터치 센서 전극 각각에 연결되는 채널을 통하여 셀프 정전 용량 방식으로 구동되는 도트 센서인 것을 특징으로 하는 터치 디스플레이 시스템.
  8. 복수의 화소들이 배열된 디스플레이 패널;
    상기 디스플레이 패널 상에 장착되고, 복수의 터치 센서 전극들이 배열된 터치 스크린 패널;
    상기 디스플레이 패널을 구동하는 디스플레이 구동 집적 회로(DDI);
    상기 터치 스크린 패널을 구동하는 터치 스크린 콘트롤러(TSC); 및
    상기 디스플레이 패널, 상기 터치 스크린 패널, 상기 DDI 및 상기 TSC로 전원들과 접지 전압을 공급하는 전력 관리 집적 회로(PMIC)를 포함하고,
    상기 PMIC는 상기 DDI와 상기 TSC의 일부 영역들에 공통으로 연결되는 변조된 접지 전압을 제공하는 터치 디스플레이 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 DDI의 일부 영역은 상기 디스플레이 패널의 구동 동작과 연관되는 회로들이 배치되고,
    상기 DDI의 나머지 영역은 호스트로 제공되는 제1 인터페이스 신호를 발생하는 회로들이 배치되는 것을 특징으로 하는 터치 디스플레이 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 TSC의 일부 영역에는 상기 터치 센싱 패널의 구동 동작과 연관되는 회로들이 배치되고,
    상기 TSC의 나머지 영역에는 호스트로 제공되는 제2 인터페이스 신호를 발생하는 회로들이 배치되는 것을 특징으로 하는 터치 디스플레이 시스템.
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