KR20170030157A - 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치, 터치회로, 디스플레이 드라이버 및 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치 구동방법 - Google Patents

인-셀 터치 타입 디스플레이 장치, 터치회로, 디스플레이 드라이버 및 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치 구동방법 Download PDF

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Abstract

본 실시예들은, 다양한 기능을 다양한 형태로 제공하기 위하여, 사용자의 터치 발생 시, 터치 위치를 센싱하는 것뿐만 아니라, 사용자가 터치 시 화면을 누르는 힘을 센싱할 수 있는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치, 터치회로, 디스플레이 드라이버 및 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치 구동방법에 관한 것이다.

Description

인-셀 터치 타입 디스플레이 장치, 터치회로, 디스플레이 드라이버 및 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치 구동방법{IN-CELL TOUCH TYPE DISPLAY DEVICE, TOUCH CIRCUIT, DISPLAY DRIVER, AND METHOD FOR DRIVING THE IN-CELL TOUCH TYPE DISPLAY DEVICE}
본 실시예들은 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치, 터치회로, 디스플레이 드라이버 및 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치 구동방법에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하기 위한 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 액정인-셀 터치 타입 디스플레이 장치, 플라즈마 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치, 유기발광인-셀 터치 타입 디스플레이 장치 등의 다양한 타입의 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치가 활용되고 있다.
또한, 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치들 중에서, 스마트 폰, 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 입력 처리가 가능한 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치는 더 많은 다양한 기능을 제공할 수 있도록 발전되고 있으며, 사용자 요구 또한 더욱 다양해지고 있다.
하지만, 현재 적용되고 있는 터치 입력 처리는, 사용자의 터치 위치 (터치 좌표)만을 센싱하고 센싱된 터치 위치에서의 관련 입력 처리를 수행하는 방식으로서, 다양한 종류의 많은 기능들을 다양한 형태로 제공하고 다양한 사용자 요구를 충족시켜 주어야 하는 현재 상황에는 한계가 있는 실정이다.
본 실시예들의 목적은, 다양한 기능을 다양한 형태로 제공하기 위하여, 사용자의 터치 발생 시, 터치 좌표(위치)를 센싱하는 것뿐만 아니라, 사용자가 터치 시 화면을 누르는 터치 포스(Touch Force)를 센싱할 수 있는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치, 터치회로, 디스플레이 드라이버 및 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치 구동방법을 제공하는 데 있다.
본 실시예들의 다른 목적은, 터치 좌표를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동을 터치 구동 과정에서 동시에 진행할 수 있도록 해주는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치, 터치회로, 디스플레이 드라이버 및 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치 구동방법을 제공하는 데 있다.
본 실시예들의 또 다른 목적은, 사용자의 터치가 화면을 누르는 힘, 즉, 터치 포스가 발생한 위치를 인식할 수 있는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치, 터치회로, 디스플레이 드라이버 및 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치 구동방법을 제공하는 데 있다.
본 실시예들의 또 다른 목적은, 사용자의 터치가 화면을 누르는 힘이 없거나 일정 수준 이하인 소프트 터치(Soft Touch)인지, 화면을 누르는 힘이 있거나 일정 수준을 초과하는 포스 터치(Force Touch)인지를 정확하게 구분할 수 있는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치, 터치회로, 디스플레이 드라이버 및 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치 구동방법을 제공하는 데 있다.
본 실시예들의 또 다른 목적은, 제2 전극과 함께, 터치 좌표를 센싱하기 위해 마련된 제1 전극을 동시에 활용하여, 터치 포스를 센싱할 수 있도록 해주는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치, 터치회로, 디스플레이 드라이버 및 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치 구동방법을 제공하는 데 있다.
본 실시예들의 또 다른 목적은, 다수의 제1 전극이 배치된 디스플레이 패널과, 디스플레이 패널의 외부에 위치하는 제2 전극과, 다수의 제1 전극을 구동하고 제2 전극을 구동하여 터치 좌표 및 터치 포스를 센싱하는 터치회로를 포함하되, 다수의 제1 전극과 제2 전극 사이에, 터치 포스에 따라 크기 변화가 가능한 갭이 존재하는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치를 제공하는 데 있다.
일 측면에서, 본 실시예들은, 디스플레이 패널에 내장된 다수의 제1 전극과, 디스플레이 패널의 외부에 위치하는 적어도 하나의 제2 전극과, 각 터치 구동 구간 동안, 다수의 제1 전극으로 제1 전극 구동신호를 순차적으로 인가하고 제2 전극으로 제2 전극 구동신호를 인가하여, 터치의 터치 포스(Touch Force)를 센싱하는 터치회로를 포함하는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
다른 측면에서, 본 실시예들은, 터치 구동 시, 디스플레이 패널에 내장되어 배치된 다수의 제1 전극에 순차적으로 인가될 제1 전극 구동신호를 출력하는 제1 전극 구동부와, 제1 전극 구동신호가 순차적으로 출력되는 동안, 디스플레이 패널의 외부에 위치한 적어도 하나의 제2 전극에 인가될 제2 전극 구동신호를 출력하는 제2 전극 구동부를 포함하는 터치회로를 제공할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 실시예들은, 디스플레이 구동 시, 다수의 데이터 라인으로 데이터 전압을 출력하는 데이터 구동회로와, 각 터치 구동 구간 동안, 디스플레이 패널에 내장되어 배치된 다수의 제1 전극에 순차적으로 인가될 제1 전극 구동신호를 출력하고, 상기 디스플레이 패널의 외부에 위치한 적어도 하나의 제2 전극에 인가될 제2 전극 구동신호를 출력하는 터치회로를 포함하는 디스플레이 드라이버를 제공할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 실시예들은, 각 터치 구동 구간 동안, 디스플레이 패널에 내장된 다수의 제1 전극으로 제1 전극 구동신호를 순차적으로 인가하고, 디스플레이 패널의 외부에 위치하는 적어도 하나의 제2 전극으로 제2 전극 구동신호를 인가하는 단계와, 다수의 제1 전극 각각으로부터 수신되는 신호를 토대로 터치를 센싱하는 단계를 포함하는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치의 구동방법을 제공할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 실시예들은, 디스플레이 패널에 내장된 다수의 제1 전극과, 디스플레이 패널의 외부에 위치하는 적어도 하나의 제2 전극과, 각 터치 구동 구간 동안, 디스플레이 패널에 내장된 다수의 제1 전극과 디스플레이 패널의 외부에 위치한 제2 전극을 함께 구동하여, 디스플레이 패널에 가해진 터치의 터치 포스를 센싱하는 터치 포스 센싱 회로를 포함하는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 다양한 기능을 다양한 형태로 제공하기 위하여, 사용자의 터치 발생 시, 터치 좌표(위치)를 센싱하는 것뿐만 아니라, 사용자가 터치 시 화면을 누르는 터치 포스(Touch Force)를 센싱할 수 있는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치, 터치회로, 디스플레이 드라이버 및 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치 구동방법을 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 터치 좌표를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동을 터치 구동 과정에서 동시에 진행할 수 있도록 해주는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치, 터치회로, 디스플레이 드라이버 및 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치 구동방법을 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 사용자의 터치가 화면을 누르는 힘, 즉, 터치 포스가 발생한 위치를 인식할 수 있는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치, 터치회로, 디스플레이 드라이버 및 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치 구동방법을 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 사용자의 터치가 화면을 누르는 힘이 없거나 일정 수준 이하인 소프트 터치(Soft Touch)인지, 화면을 누르는 힘이 있거나 일정 수준을 초과하는 포스 터치(Force Touch)인지를 정확하게 구분할 수 있는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치, 터치회로, 디스플레이 드라이버 및 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치 구동방법을 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 제2 전극과 함께, 터치 좌표를 센싱하기 위해 마련된 제1 전극을 동시에 활용하여, 터치 포스를 센싱할 수 있도록 해주는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치, 터치회로, 디스플레이 드라이버 및 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치 구동방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시예들에 따른 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치의 터치 시스템에 대한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 실시예들에 따른 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치의 구동 구간을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 실시예들에 따른 터치 시스템의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 실시예들에 따른 터치 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서, 제1 전극 구동을 위한 제1 전극 구동신호와 제2 전극 구동을 위한 제2 전극 구동신호의 예시도이다.
도 6은 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서, 제1 전극 구동을 위한 제1 전극 구동신호와 제2 전극 구동을 위한 제2 전극 구동신호의 다른 예시도이다.
도 7은 본 실시예들에 따른 터치회로의 예시도이다.
도 8은 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서 소프트 터치에 따른 수신 신호 세기와 포스 터치에 따른 수신 신호 세기를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서 소프트 터치에 따른 수신 신호와 포스 터치에 따른 신호 세기 분포를 나타낸 도면이다.
도 10는 본 실시예들에 따른 터치 시스템을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 11은 본 실시예들에 따른 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 실시예들에 따른 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치의 터치 시스템의 다른 구조를 나타낸 도면이다.
도 13 내지 도 17은 본 실시예들에 따른 터치 시스템의 갭 구조 유닛에 대한 예시도들이다.
도 18은 본 실시예들에 따른 터치회로의 블록도이다.
도 19 내지 도 21은 본 실시예들에 따른 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치 및 터치회로의 구현 예시도이다.
도 22은 본 실시예들에 따른 디스플레이 드라이버의 블록도이다.
도 23은 본 실시예들에 따른 디스플레이 드라이버에 포함된 데이터 구동회로의 데이터 구동을 나타낸 도면이다.
도 24는 본 실시예들에 따른 디스플레이 드라이버에 포함된 터치회로의 터치 구동(제1 전극 구동, 제2 전극 구동)을 나타낸 도면이다.
도 25는 본 실시예들에 따른 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치의 구동방법에 대한 흐름도이다.
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, 제 1, 제 2, 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 본 실시예들에 따른 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치의 터치 시스템(100)에 대한 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예들에 따른 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치는 손가락, 펜 등의 포인터에 의해 발생한 터치를 센싱하기 위한 터치 시스템(100)을 포함한다.
본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)은 터치의 발생 여부와 터치의 좌표를 센싱하는 것뿐만 아니라, 터치 시 가해지는 힘(압력)에 해당하는 터치 포스(Touch Force)도 센싱할 수 있다.
본 명세서에서 언급되는 터치(Touch)는 사용자가 포인터로 디스플레이 패널(110)에 접촉하는 액션(Action)을 의미하며, 터치 포스(Touch Force)는 사용자가 터치 시 디스플레이 패널(110)을 누르는 힘(압력)을 의미한다. 그리고, 터치 좌표는 사용자가 디스플레이 패널(110)을 터치한 지점의 위치를 의미한다.
여기서, 터치 좌표 센싱을 위해서 포인터는 손가락, 펜 등과 같이 도전체 물질을 포함하거나 도전체 물질로 된 포인터이어야 하나, 터치 포스 센싱을 위한 포인터는 도전체 물질뿐만 아니라 부도체 물질로 된 포인터이어도 무방하다.
이에, 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)은, 터치의 발생 여부와 터치의 좌표를 얻기 위하여 필요한 다수의 제1 전극(E1)과, 터치의 터치 포스를 센싱하기 위한 제2 전극(E2)와, 다수의 제1 전극(E1) 및 제2 전극(E2)를 구동하고, 이를 통해, 터치의 발생 여부와 터치의 좌표를 센싱하고 터치의 터치 포스를 센싱하는 터치회로(120) 등을 포함할 수 있다.
터치의 발생 여부와 터치의 좌표를 얻기 위하여 필요한 터치센서(Touch Sensor)에 해당하는 다수의 제1 전극(E1)은, 디스플레이 패널(110)과는 별도의 터치스크린 패널(Touch Screen Panel)에 배치될 수도 있지만, 디스플레이 패널(110)에 내장되어 배치될 수도 있다.
이와 같이, 다수의 제1 전극(E1)이 디스플레이 패널(110)에 내장되어 배치되는 경우, 디스플레이 패널(110)은 다수의 제1 전극(E1)을 내장하는 “터치스크린 패널 일체형 디스플레이 패널”이라고 할 수 있다. 또한, 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치는 “인-셀(In-cell) 타입의 터치스크린 패널”을 포함한다고 할 수도 있다.
한편, 터치 시 가해지는 힘(압력)에 해당하는 터치 포스(Touch Force)를 센싱하는 데 필요한 제2 전극(E2)는 디스플레이 패널(110)의 외부(예: 하부, 상부, 측면 등)에 위치할 수 있다.
한편, 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)에서, 터치 유무 및 터치 좌표를 센싱하기 위한 다수의 제1 전극(E1)에 대한 구동과, 터치의 터치 포스를 센싱하기 위한 제2 전극(E2)에 대한 구동은, 터치 구동이라는 동일한 구동 과정에서 모두 진행될 수 있다.
다시 말해, 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)의 터치회로(120)는, 하나의 터치 구동 구간 동안, 제1 전극 구동신호(DS1)를 다수의 제1 전극(E1)으로 순차적으로 인가하고, 제2 전극 구동신호(DS2)를 제2 전극(E2)로 인가할 수 있다. 즉, 하나의 터치 구동 구간 동안, 다수의 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2)이 함께 구동된다.
따라서, 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)에서, 디스플레이 패널(110)에 내장된 다수의 제1 전극(E1)과 디스플레이 패널(110)의 외부에 위치하는 제2 전극(E2)을 합하여 “포스 센서(Force Sensor)”라고 할 수 있다. 그리고, 디스플레이 패널(110)에 내장된 다수의 제1 전극(E1)은 “터치 센서(Touch Sensor)” 또는 “터치 전극”이라고 할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)은, 제1 전극 구동과 제2 전극 구동을 동일한 터치 구동 과정(터치 구동 구간)에서 진행할 수 있고, 이를 통해, 제1 전극 구동과 제2 전극 구동을 각기 다른 구동 과정(다른 터치 구동 구간)을 통해 별도로 진행하는 것에 비해, 터치 유무 및 터치 좌표에 대한 센싱과, 터치 포스 센싱을 더욱 빠른 시간 내에 수행할 수 있다.
한편, 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)은, 제1 전극 구동신호(DS1)에 대응되는 제2 전극 구동신호(DS2)를 생성하는 제2 전극 구동신호 생성부(130)를 더 포함할 수 있다.
이러한 제2 전극 구동신호 생성부(130)는, 터치회로(120)의 외부에 포함될 수도 있고, 터치회로(120)의 내부에 포함될 수 있다.
이러한 제2 전극 구동신호 생성부(130)는, 다양한 회로 형태로 구현될 수 있으며, 일 예로, 레벨 쉬프터(Level Shifter)를 포함하여 구현될 수 있으며, 경우에 따라서는, 위상 변환기를 포함할 수도 있다.
전술한 제2 전극 구동신호 생성부(130)를 이용하면, 제2 전극 구동신호(DS2)를 별도로 새롭게 생성하지 않고, 터치회로(120) 또는 다른 장치에서 제1 전극 구동신호(DS1)가 생성된 이후, 생성된 제1 전극 구동신호(DS1)에 대한 레벨을 쉬프팅하거나 위상을 반전시키는 등의 처리를 통해 제2 전극 구동신호(DS2)를 쉽고 효율적으로 생성할 수 있다.
제1 전극 구동 및 제2 전극 구동이 함께 이루어지는 터치 구동 구간은, 화상 표시를 위한 디스플레이 구동 구간과 함께 진행될 수도 있고, 디스플레이 구동 구간과 시분할되어 디스플레이 구동 구간 사이마다 진행될 수도 있다.
아래에서는, 시분할된 디스플레이 구동 구간과 터치 구동 구간에서 디스플레이 구동과 터치 구동이 각각 진행되는 경우에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 실시예들에 따른 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치의 구동 구간을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예들에 따른 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치는, 일 예로, 하나의 프레임 구간을 디스플레이 구동 구간과 터치 구동 구간으로 시분할하여 진행할 수 있다.
터치 구동 구간 동안, 제1 전극 구동과 제2 전극 구동이 동시에 이루어질 수 있다.
따라서, 터치 구동 구간 동안, 다수의 제1 전극(E1)으로 제1 전극 구동신호(DS1)가 순차적으로 인가되고, 이때, 제2 전극(E2)로 제2 전극 구동신호(DS2)가 인가될 수 있다.
한편, 디스플레이 패널(110)에 내장되어 배치된 다수의 제1 전극(E1)은, 터치센싱을 위한 전용 전극일 수도 있고, 디스플레이 구동에 필요한 디스플레이 구동전극일 수도 있다.
일 예로, 디스플레이 패널(110)에 내장되어 배치된 다수의 제1 전극(E1)은 디스플레이 구동 구간에 공통전압(Vcom)이 인가되는 공통전압 전극일 수도 있다.
즉, 다수의 제1 전극(E1)은, 디스플레이 구동 시 디스플레이 구동전압으로서 공통전압을 모두 인가받고, 터치 구동 시 제1 전극 구동신호(DS1)을 순차적으로 인가받을 수 있다.
전술한 바와 같이, 다수의 제1 전극(E1)이 디스플레이 구동 전극으로도 활용될 수 있는 모드 공용 전극이기 때문에, 2가지 용도의 전극을 별도로 디스플레이 패널(110)에 형성할 필요가 없게 된다. 따라서, 패널 설계가 쉬어지고 패널 구조가 심플해질 수 있다.
아래에서는, 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)이 터치 좌표 및 터치 포스를 센싱하기 위한 구조 및 터치 구동 방법에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 3은 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예들에 터치 시스템(100)은, 터치의 터치 포스(누르는 힘)을 센싱하기 위하여, 기존의 압력 센싱 방식과 같이 압력 센싱을 위한 전용 압력 센서를 단독으로 활용하는 것이 아니라, 터치 포스 센싱을 위해 디스플레이 패널(110)의 외부에 위치하는 제2 전극(E2)와 터치 좌표 산출을 위해 디스플레이 패널(110)에 내장된 다수의 제1 전극(E1)을 함께 이용하여 캐패시턴스 방식으로 터치 포스를 센싱한다는 점에서 특이점이 있다.
즉, 다수의 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2)를 함께 구동하여 터치 포스에 대한 센싱이 이루어질 수 있다. 이러한 점에서, 터치 포스를 센싱하기 위한 포스 센서(Force Sensor)는, 다수의 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2)를 포함한다고 할 수 있다.
도 3을 참조하면, 터치 구동 구간 동안, 어느 하나의 제1 전극(E1)으로 제1 전극 구동신호(DS1)가 인가되고, 이때, 제2 전극(E2)로 제2 전극 구동신호(DS2)가 인가되면, 손가락 등의 포인터와 제1 전극(E1) 사이에 제1 캐패시턴스(C1)가 형성되고, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에도 제2 캐패시턴스(C2)가 형성된다.
터치회로(120)는, 일 예로, 제1 캐패시턴스(C1) 및 제2 캐패시턴스(C2)의 변화를 토대로 터치좌표를 산출하고 터치 포스를 센싱할 수 있다.
도 3을 참조하면, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에도 제2 캐패시턴스(C2)가 형성되기 위해서는, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에 갭(G)이 존재해야만 한다.
제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에 존재하는 갭(G)은, 터치 포스 센싱을 위해, 디스플레이 패널(110)의 상부에서 발생하는 터치의 터치 포스(Touch Force)에 따라, 갭(G)의 크기 변화가 가능해야만 한다.
갭(G)의 크기 변화는 위치마다 다를 수 있는데, 제2 전극(E2)의 중앙 지점과 다수의 제1 전극(E1) 사이의 터치 포스 센싱용 갭의 크기 변화는, 제2 전극(E2)의 테두리 지점과 다수의 제1 전극(E1) 사이의 터치 포스 센싱용 갭의 크기 변화보다 클 수 있다.
이는 터치 포스 센싱을 위한 구조적인 특징에 의해 발생한 것으로서, 제2 전극(E2)의 테두리 부분이 주변 구조와 본딩 또는 결합이 되어 있는 경우에 발생한다.
터치 포스(Touch Force)에 따라, 갭(G)의 크기 변화(변위)가 일어나면, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 제2 캐패시턴스(C2)가 변하고, 이러한 제2 캐패시턴스(C2)의 변화량을 토대로 터치 포스를 센싱할 수 있다.
전술한 바에 따르면, 터치 포스 센싱은, 다른 종류의 센싱에 대한 터치 위치 센싱(터치 좌표 센싱)의 센싱 방식과 동일한 캐패시턴스 방식으로 이루어질 수 있다. 따라서, 2가지 종류의 센싱(터치 위치 센싱, 터치 포스 센싱)을 효율적으로 수행할 수 있다.
전술한 다수의 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에 존재하는 갭(G)은 에어 갭(Air Gap) 또는 유전체 갭일 수 있다.
다수의 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에 존재하는 갭(G)의 종류가 달라지면, 그에 맞는 갭(G)이 존재하도록 구조가 만들어져야만 한다. 이에 대해서는, 뒤에서 더욱 상세하게 설명한다.
도 4는 본 실시예들에 따른 터치 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3의 터치 시스템(100)의 구조를 개략화하여 나타내면, 도 4와 같이 나타낼 수 있다.
도 4를 참조하면, 터치 구동 구간 동안, 어느 하나의 제1 전극(E1)으로 제1 전극 구동신호(DS1)가 인가되고, 이때, 제2 전극(E2)로 제2 전극 구동신호(DS2)가 인가되면, 손가락 등의 포인터와 제1 전극(E1) 사이에 제1 캐패시턴스(C1)가 형성되고, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에도 제2 캐패시턴스(C2)가 형성된다.
이러한 터치 구동 시, 포인터와 제1 전극(E1) 사이의 캐패시터에 충전되는 전하량(Q1)은 제1 캐패시턴스(C1)와 제1 전극 구동신호(DS1)의 전압(V1)에 의해 결정된다.
또한, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 캐패시터에 충전되는 전하량(Q2)은, 제2 캐패시턴스(C2), 제1 전극 구동신호(DS1)의 전압(V1) 및 제2 전극 구동신호(DS2)의 전압(V2)에 의해 결정될 수 있다.
즉, 터치 구동 시, 포인터와 제1 전극(E1) 사이의 캐패시터에 충전되는 전하량(Q1)과, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 캐패시터에 충전되는 전하량(Q2)은, 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00001
아래에서는, 전술한 터치 구동(제1 전극 구동, 제2 전극 구동) 시, 사용되는 2가지 종류의 신호, 즉, 제1 전극 구동신호(DS1)와 제2 전극 구동신호(DS2)의 신호적인 특징을 설명한다.
도 5는 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)에서, 제1 전극 구동을 위한 제1 전극 구동신호(DS1)와 제2 전극 구동을 위한 제2 전극 구동신호(DS2)의 예시도이고, 도 6은 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)에서, 제1 전극 구동을 위한 제1 전극 구동신호(DS1)와 제2 전극 구동을 위한 제2 전극 구동신호(DS2)의 다른 예시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)는 동일한 위상을 가질 수 있다.
이 경우, 제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)는 정위상(동상)의 관계에 있다고 한다.
이와 같이, 동일한 위상을 갖는 제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)를 이용하면, 효율적인 터치 구동(제2 전극 구동과 제1 전극 구동)과 효율적인 센싱(터치 포스 센싱, 터치 좌표 센싱)이 가능해질 수 있다. 또한, 터치 구동에 필요한 2가지 신호인 제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)를 쉽게 생성할 수 있다.
한편, 도 5를 참조하면, 제2 전극 구동신호(DS2)는 제1 전극 구동신호(DS1)보다 큰 신호 세기를 가질 수 있다. 즉, 제2 전극 구동신호(DS2)의 전압(V2)은 제1 전극 구동신호(DS1)의 전압(V1)보다 높은 전압일 수 있다.
이와 같이, 제2 전극 구동신호(DS2)의 전압(V2)이 제1 전극 구동신호(DS1)의 전압(V1)보다 높게 되면, 제2 전극(E2) 사이의 캐패시터에 충전되는 전하량(Q2)은 음(-)의 값을 갖게 된다.
이와 관련하여, 제1 전극(E1)로부터 수신되는 신호는, 포인터와 제1 전극(E1) 사이의 캐패시터에 충전되는 전하량(Q1)과, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 캐패시터에 충전되는 전하량(Q2)이 합해진 전하량(Q1+Q2)에 해당하는 신호이다. 이러한 점에서, 제2 전극(E2) 사이의 캐패시터에 충전되는 전하량(Q2)은 음(-)의 값을 가짐에 따라, Q1+Q2가 Q1보다 작아지게 되여, 제1 전극(E1)로부터 수신되는 신호가 감소하게 된다.
따라서, 제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)가 정위상의 관계에 있을 때, 제2 전극 구동신호(DS2)의 전압(V2)이 제1 전극 구동신호(DS1)의 전압(V1)보다 높게 되면, 제1 전극(E1)로부터 수신되는 신호의 신호 세기가 베이스라인(Baseline) 대비 음(-)으로 표현되어, 누르는 힘이 없거나 일정 수준 이하인 소프트 터치(Soft Touch)와 누르는 힘이 있거나 일정 수준을 초과하는 포스 터치(Force Touch)를 정확하게 구분할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)는 180도(Degree) 위상 차이를 가질 수 있다.
이 경우, 제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)는 역위상의 관계에 있다고 한다.
이와 같이, 역위상의 관계에 있는 제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)를 이용하면, 제1 전극 구동신호(DS1)의 전압(V1)과 제2 전극 구동신호(DS2)의 전압(V2)의 전압 차이가 양(+)의 값으로 커지게 되고, 이러한 경우에 적합하도록 센싱 방식이 구현되는 경우, 역위상의 관계에 있는 제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)를 이용하는 것이 효율적일 수 있다.
아래에서는 전술한 터치 구동과 이를 통한 터치 좌표 및 터치 포스를 센싱하는 터치회로(120)의 내부 회로 구성을 예시적으로 설명한다.
도 7은 본 실시예들에 따른 터치회로(120)의 예시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 터치회로(120)는, 2개의 스위치(SW1, SW10)의 온-오프 제어를 통해 V1 전압을 갖는 하이 레벨과 VO 전압을 로우 레벨을 갖는 변조 신호 형태의 제1 전극 구동신호(DS1)를 공급하는 제1 전극 구동신호 공급부(710)와, 2개의 스위치(SW2, SW20)의 온-오프 제어를 통해 V2 전압을 갖는 하이 레벨과 V0 전압을 로우 레벨을 갖는 변조 신호 형태의 제2 전극 구동신호(DS2)를 공급하는 제2 전극 구동신호 공급부(720)와, 연산증폭기(OP-AMP), 캐패시터(C), 저항(R) 등을 구성되어 입력에 대한 적분값을 출력하는 적분기(730)와, 적분기(730)의 출력값을 디지털 값으로 변환해주는 아날로그 디지털 컨버터(ADC)와, 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력된 디지털 값을 토대로 터치 좌표 산출 및 터치 포스 인식 등을 수행하는 프로세서(740) 등을 포함할 수 있다.
여기서, 아날로그 디지털 컨버터(ADC) 및 프로세서(740) 등 중 적어도 하나는 터치회로(140)의 외부에 있을 수도 있다.
도 7에 도시된 터치회로(120)의 회로 구성은, 설명의 편의를 위한 예시일 뿐, 다양한 형태로 구현될 수 있을 것이다.
도 7을 참조하면, 터치회로(120)는, 터치 구동 시, 다수의 제1 전극(E1)으로 제1 전극 구동신호(DS1)를 순차적으로 인가하고, 제2 전극(E2)로 제2 전극 구동신호(DS2)를 인가하며, 다수의 제1 전극(E1) 각각으로부터 수신되는 신호(적분기(730)의 입력)를 토대로, 다수의 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 갭(G)의 크기 변화에 따른 충전량(또는 전압)을 센싱하여 터치의 터치 포스를 인식할 수 있다.
도 7을 참조하면, 포인터가 부도체 물질로 된 경우에는 터치회로(120)가 다수의 제1 전극(E1) 각각으로부터 수신된 신호를 토대로 터치 포스만을 센싱할 수 있지만, 포인터가 도전체 물질로 된 경우에는 터치회로(120)가 다수의 제1 전극(E1) 각각으로부터 수신되는 신호(적분기(730)의 입력)를 토대로, 터치의 좌표도 더 산출할 수 있다.
도 7을 참조하면, 다수의 제1 전극(E1) 각각으로부터 수신되는 신호(적분기(730)의 입력)는 포인터와 제1 전극(E1) 사이의 캐패시터에 충전되는 전하량(Q1)과, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 캐패시터에 충전되는 전하량(Q2)이 합해진 합산 전하량(Q1+Q2)에 해당한다.
이러한 합산 전하량(Q1+Q2)은 적분기(730) 내부의 캐패시터(C)에 충전되어 센싱 전압값(Vsen)으로 적분기(730)에서 출력된다.
이에 따라, 아날로그 디지털 컨버터(ADC)는 센싱 전압값(Vsen)을 디지털 값으로 변환한다.
프로세서(740)는 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에 출력된 디지털 값을 토대로 터치 좌표를 산출하고 터치 포스를 인식할 수 있다.
전술한 바에 따르면, 터치 구동을 통해 얻어진 신호를 토대로 터치 좌표 산출 및 포스 터치 인식을 동시에 수행할 수 있다. 이를 통해, 2가지 종류의 센싱(터치 센싱, 터치 포스 센싱)을 신속하고 효율적으로 수행할 수 있다.
한편, 터치 포스가 발생한 것으로 인식되면, 터치 포스에 대응되어 미리 정해진 애플리케이션 또는 기능이 실행될 수 있다.
한편, 터치회로(120)는, 다수의 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 갭(G)의 크기 변화에 따른 충전량(또는 전압)을 센싱하여 센싱된 충전량(또는 전압)의 크기에 따라 터치 포스에 대한 크기를 파악할 수 있다.
전술한 바에 따르면, 터치 시 가해진 힘에 해당하는 터치 포스의 유무뿐만 아니라, 얼마나 큰 힘이 가해졌는지를 나타내는 터치 포스의 크기도 파악할 수 있다.
이와 관련하여, 터치 포스의 크기를 파악하면, 파악된 터치 포스의 크기에 대응되어 미리 정해진 애플리케이션 또는 기능이 차별화되어 실행될 수 있다.
아래에서는, 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)이 소프트 터치와 포스 터치를 구분할 수 있도록 터치 구동을 수행함에 따라, 소프트 터치와 포스 터치 시 구분되어 발생하는 수신 신호의 특성을 설명한다.
도 8은 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)에서 소프트 터치에 따른 수신 신호 세기와 포스 터치에 따른 수신 신호 세기를 나타낸 도면이고, 도 9는 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)에서 소프트 터치에 따른 수신 신호와 포스 터치에 따른 신호 세기의 분포를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 제1 전극(E1)에서 수신되는 신호의 신호 세기(Intensity)는 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값으로 확인할 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 누르는 힘이 없거나 일정 수준 이하인 소프트 터치(Soft Touch)가 발생한 경우에 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값은, 터치가 전혀 없는 경우에(베이스라인) 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값을 기준으로 양(+)의 방향의 값을 갖는다.
도 9에 도시된 바와 같이, 소프트 터치(Soft Touch)가 발생한 경우에 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값의 크기(신호 세기)는, 해당 제1 전극(E1)의 위치에 해당하는 영역에서 피크(Peak)가 발생한다.
도 8을 참조하면, 제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)가 정위상의 관계에 있는 경우, 누르는 힘이 있거나 일정 수준을 초과하는 포스 터치(Force Touch)가 발생한 경우에 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값은, 터치가 전혀 없는 경우에(베이스라인) 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값을 기준으로 음(-)의 방향의 값을 갖는다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제2 전극(E2)가 디스플레이 패널(110)의 외부에서 통 판 형태로 되어 있기 때문에, 포스 터치(Force Touch)가 발생한 경우, 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값의 크기(신호 세기)는, 베이스라인을 기준으로, 전체적으로 음(-)의 방향으로 신호 세기가 커지는 분포를 갖는다.
한편, 포스 터치가 강해질 수록, 다수의 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 갭(G)의 크기 변화가 커지고, 이에 따라, 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값은, 터치가 전혀 없는 경우에(베이스라인) 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값을 기준으로, 음(-)의 방향으로 더욱 큰 값을 갖는다. 즉, 포스 터치의 세기가 증가할수록, 신호 세기(Intensity)가 커진다.
전술한 방향성과 관련하여 다시 설명하면, 터치가 소프트 터치(Soft Touch)일 때 다수의 제1 전극(E1) 각각으로부터 수신되는 신호와, 터치가 포스 터치(Force Touch)일 때 다수의 제1 전극(E1) 각각으로부터 수신되는 신호는, 터치가 없을 때 다수의 제1 전극(E1) 각각으로부터 수신되는 신호를 기준으로 서로 반대 방향의 신호일 수 있다.
즉, 터치가 소프트 터치(Soft Touch)일 때 다수의 제1 전극(E1) 각각으로부터 수신되는 신호는 터치가 없을 때 얻어지는 베이스 라인 신호보다 큰 신호 세기를 갖고, 터치가 포스 터치(Force Touch)일 때 다수의 제1 전극(E1) 각각으로부터 수신되는 신호는 베이스 라인 신호보다 작은 신호 세기를 갖는다.
제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)가 정위상의 관계에 있는 경우, 터치가 포스 터치(Force Touch)일 때 센싱된 충전량(Q1+Q2, Q2≠0) 또는 이에 대응되는 전압은 터치가 소프트 터치(Soft Touch) 일 때 센싱된 충전량(Q1+Q2=Q1, Q2=0) 또는 이에 대응되는 전압보다 작을 수 있다. 여기서, Q1, Q2는 충전 전하량 또는 충전 전하량의 변화량일 수 있다.
또한, 제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)가 정위상의 관계에 있는 경우, 터치가 포스 터치(Force Touch) 일 때 센싱된 충전량 또는 전압은 터치가 없을 때 센싱되는 베이스 충전량 또는 베이스 전압보다 작을 수 있다.
전술한 바와 같이, 터치가 없을 때 다수의 제1 전극(E1) 각각으로부터 수신되는 신호를 기준으로, 터치가 소프트 터치(Soft Touch)일 때 다수의 제1 전극(E1) 각각으로부터 수신되는 신호는 양(+)의 방향(또는 음(-)의 방향)의 신호이고, 터치가 포스 터치(Force Touch)일 때 다수의 제1 전극(E1) 각각으로부터 수신되는 신호는 음(-)의 방향(양(+)의 방향)의 신호이고, 터치가 포스 터치(Force Touch)일 때 센싱된 충전량(Q1+Q2) 또는 이에 대응되는 전압은 터치가 소프트 터치(Soft Touch) 일 때 센싱된 충전량(Q1) 또는 이에 대응되는 전압보다 작음으로써, 터치가 포스 터치(Force Touch)일 때 센싱된 충전량(Q1+Q2) 또는 이에 대응되는 전압은 터치가 소프트 터치(Soft Touch) 일 때 센싱된 충전량(Q1) 또는 이에 대응되는 전압보다 작음으로써(Q1+Q2<Q1), 누르는 힘이 없거나 일정 수준 이하인 소프트 터치(Soft Touch)와 누르는 힘이 있거나 일정 수준을 초과하는 포스 터치(Force Touch)를 정확하게 구분해줄 수 있다.
도 8을 참조하면, 제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)가 역위상의 관계에 있는 경우, 누르는 힘이 있거나 일정 수준을 초과하는 포스 터치(Force Touch)가 발생한 경우에 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값은, 터치가 전혀 없는 경우에(베이스라인) 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값을 기준으로 양(+)의 방향의 값을 갖고, 누르는 힘이 없거나 일정 수준 이하인 소프트 터치(Soft Touch)가 발생한 경우에 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값보다 큰 값을 갖는다.
제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)가 역위상의 관계에 있는 경우, 터치가 포스 터치(Force Touch)일 때 센싱된 충전량(Q1+Q2, Q2>0) 또는 전압은 터치가 소프트 터치(Soft Touch)일 때 센싱된 충전량(Q1+Q2, Q2=0) 또는 전압보다 클 수 있다.
전술한 관계를 이용하면, 역위상의 관계에 있는 제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)를 이용하여 터치 구동(제2 전극 구동, 제1 전극 구동)을 하는 경우에 소프트 터치와 포스 터치를 효율적으로 구분할 수 있다.
한편, 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)이 터치 포스를 센싱할 수 있도록 해주는 독특한 구조를 갖고 있는데, 아래에서는, 터치 포스 센싱을 위한 구조를 예시적으로 설명한다.
도 10는 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)은 디스플레이 패널(110)에 배치된 다수의 제1 전극(E1)과 디스플레이 패널(110)의 외부에 위치한 제2 전극(E2) 등을 포함한다.
터치 포스를 센싱하기 위하여, 포스 터치에 따라 크기 변화가 가능한 갭(G)이 다수의 제1 전극(E1)와 제2 전극(E2) 사이에 마련되어야 한다.
이에, 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)은, 다수의 제1 전극(E1)와 제2 전극(E2) 사이에 갭(G)을 만들어주고 터치 포스에 따라 갭(G)의 크기 변화도 가능하게 해주는 갭 구조 유닛(1000)을 포함할 수 있다.
이러한 갭 구조 유닛(1000)을 통해, 터치 포스에 대한 센싱을 가능하게 해줄 수 있다.
도 11은 본 실시예들에 따른 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치를 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예들에 따른 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치에서, 디스플레이 패널(110)은 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor) 등이 배치된 제1 기판(1110)과 컬러필터(CF: Color Filter) 등이 배치된 제2 기판(1120)으로 구성될 수 있다.
그리고, 제1 기판(1110)의 테두리 부분(넌-액티브 영역)에는 구동 칩(1130)이 실장되거나 본딩 또는 연결될 수 있다.
여기서, 구동 칩(1130)은 터치회로(120)를 구현한 칩일 수도 있고, 데이터 구동 칩일 수도 있으며, 경우에 따라서, 터치회로(120) 및 데이터 구동회로 등을 포함하는 디스플레이 구동 칩일 수도 있다.
도 11을 참조하면, 디스플레이 패널(110)의 하부에는 하부 구조물(1100)이 위치할 수 있다.
이러한 하부 구조물(1100)의 하부 또는 내부에 갭 구조 유닛(1000)이 위치할 수 있다.
제2 전극(E2)는, 갭 구조 유닛(1000)의 하부 또는 내부에 포함될 수 있다.
이에 따라, 제2 전극(E2)는, 디스플레이 패널(110)의 하부 구조물(1100)의 하부 또는 내부에 위치할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제2 전극(E2)의 위치 또는 갭 구조 유닛(1000)의 위치 등을 다양하게 설계함으로써, 디스플레이 패널(110) 및 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치의 설계 구조에 적합하게 터치 시스템을 구현할 수 있다.
아래에서는, 설명의 편의를 위해, 본 실시예들에 따른 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치가 액정인-셀 터치 타입 디스플레이 장치인 것을 예로 들어, 액정인-셀 터치 타입 디스플레이 장치에서 적용될 수 있는 다양한 타입의 갭 구조 유닛(1000)를 설명한다. 이에, 액정인-셀 터치 타입 디스플레이 장치에 포함된 제1 전극(E1) 및 제2 전극(E2)의 위치 등을 간략하게 먼저 설명한다.
도 12는 본 실시예들에 따른 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치의 터치 시스템(100)의 다른 구조를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 실시예들에 따른 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치가 액정인-셀 터치 타입 디스플레이 장치인 경우를 예로 들어, 다수의 제1 전극(E1) 및 제2 전극(E2), 그리고 하부 구조물(1100) 등에 대한 위치를 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 디스플레이 패널(110)은 제1 편광판(1210), 제1 기판(1110), 다수의 제1 전극(E1), 제2 기판(1120) 및 제2 편광판(1220) 등을 포함한다.
디스플레이 패널(110) 상에는 본딩층(1230)과 상부 커버(1240)가 위치한다.
디스플레이 패널(110)의 하부에는 하부 구조물(1100)이 위치한다.
하부 구조물(1100)은, 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치에 이미 있는 구조물이거나 제2 전극(E2)를 위해 별도로 마련된 구조물일 수도 있다.
예를 들어, 하부 구조물(1100)은, 일 예로, 액정인-셀 터치 타입 디스플레이 장치의 백 라이트 유닛(Back Light Unit), 후면 커버 등일 수 있다. 이뿐만 아니라, 제1 전극(E1)와 제2 전극(E2) 사이에 캐패시터를 형성할 수 있도록 제1 전극(E1)에서 발생한 전계(Electric Field)를 방해하지 않는 구조물이면 무엇이든 가능하다.
전술한 바와 같이, 백 라이트 유닛에 해당하는 하부 구조물(1100)의 하부 또는 내부에 제2 전극(E2)를 위치시킴으로써, 액정인-셀 터치 타입 디스플레이 장치에 적합한 터치 시스템(100)을 구현할 수 있다.
한편, 액정인-셀 터치 타입 디스플레이 장치인 경우, 제1 전극(E1)와 제2 전극(E2) 사이에 제2 캐패시턴스(C2)를 형성하기 위하여, 제1 전극(E1)와 제2 전극(E2) 사이에는 은(Ag) 등의 물질층, 반사판, 투명전극 층 등이 없어야 한다.
아래에서는, 갭 구조 유닛(1000)에 대한 다양한 예시를 설명한다.
도 13 내지 도 17은 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)의 갭 구조 유닛(1000)에 대한 예시도들이다.
도 13을 참조하면, 갭 구조 유닛(1000)은, 기판 또는 필름으로 된 베이스 플레이트(1310)와, 베이스 플레이트(1310) 상에 위치한 제2 전극(E2)의 상면 테두리와 하부 구조물(1100)의 배면 테두리 사이에 위치하는 스페이서 탄성 패턴(1320) 등을 포함할 수 있다.
스페이서 탄성 패턴(1320)은 하부 구조물(1100)의 배면에 부착 또는 본딩 또는 코팅될 수 있다.
스페이서 탄성 패턴(1320)은 탄성력이 있는 물질로 되어 있다.
도 13을 참조하면, 포스 터치가 발생하는 경우, 상부 커버(1240), 디스플레이 패널(110) 및 하부 구조물(1100) 등이 힘을 아래로 받게 된다.
이에 따라, 터치 포스에 따라 제2 전극(E2)의 상면 비 테두리 부분과 하부 구조물(1100)의 배면 비 테두리 부분 사이의 갭(G)의 크기가 변할 수 있다.
즉, 포스 터치의 발생 전의 갭(G)은 G1이고, 포스 터치의 발생 후의 갭(G)은 G1보다 작은 값의 G2이다.
이와 같이, 포스 터치의 발생 전후로 갭(G)이 G1에서 G2로 줄어들게 됨에 따라, 제2 캐패시턴스(C2)가 변하게 되어 포스 터치를 인식할 수 있게 된다.
도 13의 갭 구조 유닛(1000)는 갭 변화를 크게 할 수 있고, 디스플레이 패널(110) 및 하부 구조물(1100) 등의 기존 구조를 변경하지 않아도 되기 때문에, 효율적인 포스 터치 센싱이 가능한 터치 시스템(100)을 쉽게 구현할 수 있다.
도 14를 참조하면, 갭 구조 유닛(1000)은, 기판 또는 필름으로 된 베이스 플레이트(1310)와, 베이스 플레이트(1310) 상에 위치한 제2 전극(E2)의 상면과 하부 구조물(1100)의 배면 사이에 위치하는 탄성 시트(1400) 등을 포함할 수 있다.
탄성 시트(1400)는 하부 구조물(1100)의 배면에 부착 또는 본딩 또는 코팅될 수 있다.
도 14을 참조하면, 포스 터치가 발생하는 경우, 상부 커버(1240), 디스플레이 패널(110) 및 하부 구조물(1100) 등이 힘을 아래로 받게 된다.
이에 따라, 터치의 터치 포스에 따라 탄성 시트의 두께가 변하여 제2 전극(E2)의 상면과 하부 구조물(1100)의 배면 사이의 갭(G)의 크기가 변할 수 있다.
즉, 포스 터치의 발생 전의 갭(G)은 G1이고, 포스 터치의 발생 후의 갭(G)은 G1보다 작은 값의 G2이다.
이와 같이, 포스 터치의 발생 전후로 갭(G)이 G1에서 G2로 줄어들게 됨에 따라, 제2 캐패시턴스(C2)가 변하게 되어 포스 터치를 인식할 수 있게 된다.
도 14의 갭 구조 유닛(1000)은 보다 얇게 구현할 수 있고, 디스플레이 패널(110) 및 하부 구조물(1100) 등의 기존 구조를 변경하지 않아도 되기 때문에, 포스 터치 센싱이 가능한 터치 시스템(100)을 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치의 사이즈에 큰 변화 없이 쉽게 구현할 수 있다.
도 15를 참조하면, 갭 구조 유닛(1000)은, 하부 구조물(1100)의 배면에 위치하는 상부 필름(1520)과, 상부 필름(1520)과 대향하는 하부 필름(1510)과, 상부 필름(1520)의 배면 테두리와 하부 필름(1510)의 상면 테두리에 본딩된 본딩제(1530) 등을 포함할 수 있다.
도 15를 참조하면, 상부 필름(1520)의 배면 비 테두리 부분과 하부 필름(1510)의 상면 비 테두리 부분이 이격되어 마련된 내부 공간에 제2 전극(E2)가 위치할 수 있다.
도 15를 참조하면, 제2 전극(E2)의 상면에는 스페이서(1540)가 존재할 수 있다.
도 15를 참조하면, 포스 터치가 발생하는 경우, 상부 커버(1240), 디스플레이 패널(110) 및 하부 구조물(1100) 등이 힘을 아래로 받게 된다.
이에 따라, 터치의 터치 포스에 따라 제2 전극(E2)의 상면과 상부 필름(1520)의 배면 사이의 갭(G)의 크기가 변할 수 있다.
즉, 포스 터치의 발생 전의 갭(G)은 G1이고, 포스 터치의 발생 후의 갭(G)은 G1보다 작은 값의 G2이다.
이와 같이, 포스 터치의 발생 전후로 갭(G)이 G1에서 G2로 줄어들게 됨에 따라, 제2 캐패시턴스(C2)가 변하게 되어 포스 터치를 인식할 수 있게 된다.
도 15의 갭 구조 유닛(1000)은 모듈 형태로 구현되어 있기 때문에, 디스플레이 패널(110), 하부 구조물(1100) 등의 기존 구조를 변경하지 않고, 하부 구조물(1100)의 하부에 모듈 형태의 갭 구조 유닛(1000)을 부착하면 된다. 따라서, 갭 구조 유닛(1000)를 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치에 포함시켜 제작하기가 용이한 장점이 있다.
도 16을 참조하면, 갭 구조 유닛(1000)은, 제2 전극(E2)의 상면과 하부 구조물(1100)의 배면 사이에 위치하는 탄성 필름(1600) 등을 포함할 수 있다.
도 16을 참조하면, 포스 터치가 발생하는 경우, 상부 커버(1240), 디스플레이 패널(110) 및 하부 구조물(1100) 등이 힘을 아래로 받게 된다.
이에 따라, 터치의 터치 포스에 따라 탄성 필름의 두께가 변하여 제2 전극(E2)의 상면과 하부 구조물(1100)의 배면 사이의 갭(G)의 크기가 변할 수 있다.
즉, 포스 터치의 발생 전의 갭(G)은 G1이고, 포스 터치의 발생 후의 갭(G)은 G1보다 작은 값의 G2이다.
이와 같이, 포스 터치의 발생 전후로 갭(G)이 G1에서 G2로 줄어들게 됨에 따라, 제2 캐패시턴스(C2)가 변하게 되어 포스 터치를 인식할 수 있게 된다.
도 16의 갭 구조 유닛(1000)은 그 두께가 작아서 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치의 사이즈를 크게 하지 않으면서도 포스 터치 센싱이 가능한 터치 시스템(100)을 구현할 수 있다.
도 17을 참조하면, 갭 구조 유닛(1000)은, 하부 구조물(1100)에 내장된 내부 패턴(1700) 등을 포함할 수 있다.
도 17을 참조하면, 포스 터치가 발생하는 경우, 상부 커버(1240), 디스플레이 패널(110) 및 하부 구조물(1100) 등이 힘을 아래로 받게 된다.
이에 따라, 하부 구조물(1100)의 내부에 있는 내부 패턴(1700)도 함께 힘을 받게 되어, 터치의 터치 포스에 따라 하부 구조물(1100)의 하부에 위치한 제2 전극(E2)의 상면과 내부 패턴 사이의 갭(G)의 크기가 변할 수 있다.
즉, 포스 터치의 발생 전의 갭(G)은 G1이고, 포스 터치의 발생 후의 갭(G)은 G1보다 작은 값의 G2이다.
이와 같이, 포스 터치의 발생 전후로 갭(G)이 G1에서 G2로 줄어들게 됨에 따라, 제2 캐패시턴스(C2)가 변하게 되어 포스 터치를 인식할 수 있게 된다.
도 17의 갭 구조 유닛(1000)은 하부 구조물(1100)의 내부에 포함되기 때문에, 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치의 사이즈에 변화를 주지 않고도 포스 터치 센싱이 가능한 터치 시스템(100)을 구현할 수 있다.
도 18은 본 실시예들에 따른 터치회로(120)의 블록도이다.
도 18을 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치회로(120)는, 터치 구동 시, 다수의 제1 전극(E1)에 순차적으로 인가될 제1 전극 구동신호(DS1)를 출력하는 제1 전극 구동부(1810)와, 터치 구동 시, 제2 전극(E2)에 인가될 제2 전극 구동신호(DS2)를 출력하는 제2 전극 구동부(1820) 등을 포함할 수 있다.
본 실시예들에 따른 터치회로(120)를 이용하면, 제1 전극 구동과 제2 전극 구동을 동일한 터치 구동 과정에서 수행할 수 있고, 이를 통해, 터치 유무 및 터치 좌표에 대한 센싱과, 터치 포스 센싱을 더욱 빠른 시간 내에 수행할 수 있다.
제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)는 동일한 위상을 가질 수 있다. 즉, 제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)는 정위상의 관계를 가질 수 있다.
제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)는 180도(Degree) 위상 차이를 가질 수 있다. 즉, 제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)는 역위상의 관계를 가질 수 있다.
제2 전극 구동신호(DS2)는 제1 전극 구동신호(DS1)보다 큰 신호 세기를 가질 수 있다.
한편, 도 18을 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치회로(120)는, 터치 구동 시, 다수의 제1 전극(E1)으로 제1 전극 구동신호(DS1)가 순차적으로 인가되고, 제2 전극(E2)로 제2 전극 구동신호(DS2)가 인가되어, 다수의 제1 전극(E1) 각각으로부터 수신되는 신호를 토대로, 터치를 센싱하는 센싱부(1830)를 더 포함할 수 있다.
센싱부(1830)는, 다수의 제1 전극(E1) 각각으로부터 수신되는 신호를 토대로, 터치의 좌표를 산출하고, 다수의 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 갭(G)의 크기 변화(G1->G2)에 따른 충전량 또는 전압을 센싱하여 터치의 터치 포스를 인식할 수 있다.
이러한 센싱부(1830)는, 캐패시턴스 기반의 터치 센싱 방식 중 셀프 캐패시턴스(Self Capacitance) 기반의 센싱 방식으로 터치 좌표 및 터치 포스를 센싱할 수 있다.
도 18을 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치회로(120)는, 제1 전극 구동신호(DS1)에 대응되는 제2 전극 구동신호(DS2)를 생성하는 제2 전극 구동신호 생성부(130)를 더 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 터치회로(120)가 제2 전극 구동신호 생성부(130)를 포함함으로써, 터치회로(120)를 통해, 제1 전극 구동신호(DS1)를 생성하여 제1 전극 구동신호(DS1)에 대한 레벨을 쉬프팅하거나 위상을 반전시키는 등의 처리를 통해 제2 전극 구동신호(DS2)를 쉽고 효율적으로 생성할 수 있다.
도 19 내지 도 21은 본 실시예들에 따른 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치 및 터치회로(120)의 구현 예시도이다.
도 19에 도시된 바와 같이, 터치회로(120)는, 데이터 드라이버(1900)의 외부에 포함될 수 있다.
도 20에 도시된 바와 같이, 터치회로(120)는, 칩 형태로 구현된 데이터 드라이버(1900)의 내부에 포함될 수 있다.
도 21에 도시된 바와 같이, 터치회로(120)는, 데이터 드라이버(1900)와 함께 칩 형태의 디스플레이 드라이버(2100)에 포함될 수 있다.
전술한 바와 같이, 다양한 타입의 터치회로(120)를 다양하게 구현할 수 있다. 특히, 터치회로(120)를 칩 형태의 데이터 드라이버(1900) 또는 디스플레이 드라이버(2100)에 포함시켜 구현함으로써, 디스플레이 패널(110)에 실장되거나 연결되는 칩의 개수를 줄일 수 있다.
아래에서는, 터치회로(120)와 데이터 드라이버(1900)를 포함하여 칩 형태로 구현된 디스플레이 드라이버(2100)를 간략하게 설명한다.
도 22는 본 실시예들에 따른 디스플레이 드라이버(2100)의 블록도이고, 도 23은 본 실시예들에 따른 디스플레이 드라이버(2100)에 포함된 데이터 구동회로(2210)의 데이터 구동을 나타낸 도면이며, 도 24는 본 실시예들에 따른 디스플레이 드라이버(2100)에 포함된 터치회로(120)의 터치 구동(제1 전극 구동, 제2 전극 구동)을 나타낸 도면이다.
도 22를 참조하면, 본 실시예들에 따른 디스플레이 드라이버(2100)는, 디스플레이 구동 시, 다수의 데이터 라인으로 데이터 전압을 출력하는 데이터 구동회로(2210)와, 터치 구동 시, 디스플레이 패널(110)에 배치된 다수의 제1 전극(E1)에 순차적으로 인가될 제1 전극 구동신호(DS1)를 출력하고, 디스플레이 패널(110)의 외부에 위치한 제2 전극(E2)에 인가될 제2 전극 구동신호(DS2)를 출력하는 터치회로(120) 등을 포함한다.
전술한 바와 같이, 데이터 구동회로(2210)와 터치회로(120)를 포함하는 원 칩(One Chip) 형태의 디스플레이 드라이버(2100)를 이용하면, 디스플레이 패널(110)에 실장되거나 연결되는 칩의 개수를 줄일 수 있다.
도 22를 참조하면, 본 실시예들에 따른 디스플레이 드라이버(2100)는, 제1 전극 구동신호(DS1)에 대응되는 제2 전극 구동신호(DS2)를 생성하는 제2 전극 구동신호 생성부(130)를 더 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 디스플레이 드라이버(2100)가 제2 전극 구동신호 생성부(130)를 포함함으로써, 제1 전극 구동신호(DS1)를 생성하여 제1 전극 구동신호(DS1)에 대한 레벨을 쉬프팅하거나 위상을 반전시키는 등의 처리를 통해 제2 전극 구동신호(DS2)를 쉽고 효율적으로 생성할 수 있다.
도 23을 참조하면, 데이터 구동회로(2210)는, 디스플레이 구동 모드 구간에서 디스플레이 구동 시, 디스플레이 패널(110)에 배치된 다수의 데이터 라인(DL)으로 화상 표시에 필요한 데이터 전압을 공급할 수 있다.
이러한 데이터 구동회로(2210)는 데이터 드라이버(1900)에 해당한다.
도 24를 참조하면, 다수의 제1 전극(E1) 각각을 터치회로(120)에 연결해주는 신호라인(SL)이 디스플레이 패널(110)에 배치될 수 있다.
터치회로(120)는, 터치 모드 구간에서 터치 구동 시, 다수의 제1 전극(E1)으로 제1 전극 구동신호(DS1)를 순차적으로 공급한다.
이를 위해, 디스플레이 드라이버(2100) 또는 그 외부에, 다수의 신호라인(SL) 중 적어도 하나를 터치회로(120)와 전기적으로 연결해주는 하나 이상의 멀티플렉서(미도시)가 있을 수 있다.
이에 따라, 어느 한 시점에, 적어도 하나의 제1 전극(E1)으로 제1 전극 구동신호(DS1)가 인가된다.
다수의 제1 전극(E1)으로 제1 전극 구동신호(DS1)가 순차적으로 인가되는 동안, 터치회로(120)는, 제2 전극(E2)로 제2 전극 구동신호(DS2)를 인가해줄 수 있다.
도 24를 참조하면, 제2 전극 구동신호 생성부(130)는, 터치회로(120)에서 생성되어 출력된 제1 전극 구동신호(DS1)를 토대로 제2 전극 구동신호(DS2)를 생성할 수 있다.
터치 구동 시, 인가되는 2종류의 신호, 즉, 제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)는 동일한 위상을 가질 수 있다. 즉, 제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)는 정위상의 관계를 가질 수 있다.
제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)는 180도(Degree) 위상 차이를 가질 수 있다. 즉, 제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)는 역위상의 관계를 가질 수 있다.
제2 전극 구동신호(DS2)는 제1 전극 구동신호(DS1)보다 큰 신호 세기를 가질 수 있다.
디스플레이 드라이버(2100)에 포함된 터치회로(120)는, 터치 구동 시, 다수의 제1 전극(E1)으로 제1 전극 구동신호(DS1)가 순차적으로 인가되고, 제2 전극(E2)로 제2 전극 구동신호(DS2)가 인가되어, 다수의 제1 전극(E1) 각각으로부터 수신되는 신호를 토대로, 터치를 센싱할 수 있다.
이러한 터치회로(120)는, 다수의 제1 전극(E1) 각각으로부터 수신되는 신호를 토대로, 터치의 좌표를 산출하고, 다수의 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 갭의 크기 변화에 따른 충전량 또는 전압을 센싱하여 터치의 터치 포스를 인식할 수 있다.
따라서, 화상 표시를 위한 데이터 구동은 물론, 터치 구동과 이를 통한 터치 좌표 센싱 및 포스 센싱도 가능한 디스플레이 드라이버(2100)를 제공할 수 있다.
한편, 다수의 제1 전극(E1)은, 디스플레이 구동 모드에서는 디스플레이 구동 전극으로 활용될 수 있는 모드 공용 전극일 수 있다.
따라서, 디스플레이 드라이버(2100)는, 디스플레이 구동 시 다수의 제1 전극(E1)에 인가될 공통전압을 출력하고, 터치 구동 시 다수의 제1 전극(E1)에 순차적으로 인가될 제1 전극 구동신호(DS1)를 출력하는 멀티플렉서(미도시)를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 본 실시예들에 따른 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치의 구동방법을 간략하게 설명한다.
도 25는 본 실시예들에 따른 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치의 구동방법에 대한 흐름도이다.
도 25를 참조하면, 본 실시예들에 따른 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치의 구동방법은, 터치 구동 시, 디스플레이 패널(110)에 내장된 다수의 제1 전극(E1)으로 제1 전극 구동신호(DS1)를 순차적으로 인가하고, 디스플레이 패널(110)의 외부에 위치하는 제2 전극(E2)로 제2 전극 구동신호(DS2)를 인가하는 단계(S2510)와, 다수의 제1 전극(E1) 각각으로부터 수신되는 신호를 토대로 터치를 센싱하는 단계(S2520) 등을 포함한다.
전술한 S2520 단계는, 다수의 제1 전극(E1) 각각으로부터 수신되는 신호를 토대로, 터치의 좌표를 산출하고, 다수의 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 갭 크기 변화에 따른 충전량 또는 전압을 센싱하여 터치의 터치 포스를 인식할 수 있다.
전술한 본 실시예들에 따른 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치의 구동방법을 이용하면, 제1 전극 구동과 제2 전극 구동을 동일한 터치 구동 과정에서 진행할 수 있고, 이를 통해, 제1 전극 구동과 제2 전극 구동을 각기 다른 구동 과정을 통해 별도로 진행하는 것에 비해, 터치 유무 및 터치 좌표에 대한 센싱과, 터치 포스 센싱을 더욱 빠른 시간 내에 수행할 수 있다.
이상에서 설명한 본 실시예들에 따른 인-셀 터치 타입의 디스플레이 장치(100)는, 디스플레이 패널(110)에 내장된 다수의 제1 전극(E1)과, 디스플레이 패널(110)의 외부(예: 하부)에 위치하는 제2 전극(E2)과, 하나의 터치 구동 구간 동안, 디스플레이 패널(110)에 내장된 다수의 제1 전극(E1)과 디스플레이 패널(110)의 외부에 위치한 제2 전극(E2)을 함께 구동하여, 디스플레이 패널(110)에 가해진 터치 포스를 센싱하는 터치 포스 센싱 회로 등을 포함할 수 있다.
여기서, 터치 포스 센싱 회로는 터치회로(120) 또는 디스플레이 드라이버(2100) 등일 수 있다.
이상에서 설명한 본 실시예들에 의하면, 다양한 기능을 다양한 형태로 제공하기 위하여, 사용자의 터치 발생 시, 터치 좌표(위치)를 센싱하는 것뿐만 아니라, 사용자가 터치 시 화면을 누르는 터치 포스(Touch Force)를 센싱할 수 있는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치, 터치회로(120), 디스플레이 드라이버(2100) 및 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치 구동방법을 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 사용자가 터치 시 화면을 누르는 터치 포스(Touch Force)를 별도의 압력 센서 등이 없이도 기존 터치 구조를 활용하여 센싱할 수 있는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치, 터치회로(120), 디스플레이 드라이버(2100) 및 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치 구동방법을 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 터치 좌표를 센싱하기 위한 구동과 터치 포스를 센싱하기 위한 구동을 터치 구동 과정에서 동시에 진행할 수 있도록 해주는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치, 터치회로(120), 디스플레이 드라이버(2100) 및 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치 구동방법을 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 터치 구동 시, 제1 전극 구동과 제2 전극 구동이 동시에 이루어짐으로써, 사용자의 터치가 화면을 누르는 힘, 즉, 터치 포스가 발생한 위치를 인식할 수 있는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치, 터치회로(120), 디스플레이 드라이버(2100) 및 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치 구동방법을 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 사용자의 터치가 화면을 누르는 힘이 없거나 일정 수준 이하인 소프트 터치(Soft Touch)인지, 화면을 누르는 힘이 있거나 일정 수준을 초과하는 포스 터치(Force Touch)인지를 정확하게 구분할 수 있는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치, 터치회로(120), 디스플레이 드라이버(2100) 및 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치 구동방법을 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 제2 전극(FS)과 함께, 터치 좌표를 센싱하기 위해 마련된 제1 전극(E1)을 동시에 활용하여, 터치 포스를 센싱할 수 있도록 해주는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치, 터치회로(120), 디스플레이 드라이버(2100) 및 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치 구동방법을 제공할 수 있다.
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: 터치 시스템
110: 디스플레이 패널
120: 터치회로
E1: 제1 전극
E2: 제2 전극

Claims (43)

  1. 디스플레이 패널에 내장된 다수의 제1 전극;
    상기 디스플레이 패널의 외부에 위치하는 적어도 하나의 제2 전극; 및
    각 터치 구동 구간 동안, 상기 다수의 제1 전극으로 제1 전극 구동신호를 순차적으로 인가하고 상기 제2 전극으로 제2 전극 구동신호를 인가하여, 터치의 터치 포스(Touch Force)를 센싱하는 터치회로를 포함하는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극 구동신호와 상기 제1 전극 구동신호는 동일한 위상을 갖는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극 구동신호와 상기 제1 전극 구동신호는 180도(Degree) 위상 차이를 갖는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극 구동신호는 상기 제1 전극 구동신호보다 큰 신호 세기를 갖는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 구동신호에 대응되는 상기 제2 전극 구동신호를 생성하는 제2 전극 구동신호 생성부를 더 포함하는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 터치 포스에 따라 크기 변화가 가능한 갭(Gap)이 상기 다수의 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 존재하는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 터치회로는,
    상기 터치 구동 시, 상기 다수의 제1 전극으로 상기 제1 전극 구동신호를 순차적으로 인가하고, 상기 제2 전극으로 상기 제2 전극 구동신호를 인가하며,
    상기 다수의 제1 전극 각각으로부터 수신되는 신호를 토대로,
    상기 다수의 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 갭의 크기 변화에 따른 충전량 또는 전압을 센싱하여 상기 터치 포스를 인식하는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 터치회로는,
    상기 다수의 제1 전극 각각으로부터 수신되는 신호를 토대로 상기 터치의 좌표를 산출하는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 터치회로는,
    상기 다수의 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 갭의 크기 변화에 따른 충전량 또는 전압을 센싱하여 센싱된 충전량 또는 전압의 크기에 따라 상기 터치 포스에 대한 크기를 파악하는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 터치가 소프트 터치(Soft Touch)일 때 상기 다수의 제1 전극 각각으로부터 수신되는 신호는 베이스 라인 신호보다 큰 신호 세기를 갖고,
    상기 터치가 포스 터치(Force Touch)일 때 상기 다수의 제1 전극 각각으로부터 수신되는 신호는 상기 베이스 라인 신호보다 작은 신호 세기를 갖는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 터치가 포스 터치(Force Touch)일 때 센싱된 충전량 또는 전압은 상기 터치가 소프트 터치(Soft Touch) 일 때 센싱된 충전량 또는 전압보다 작은 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 터치가 포스 터치(Force Touch) 일 때 센싱된 충전량 또는 전압은 상기 터치가 없을 때 센싱되는 베이스 충전량 또는 베이스 전압보다 작은 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 터치가 포스 터치(Force Touch)일 때 센싱된 충전량 또는 전압은 상기 터치가 소프트 터치(Soft Touch)일 때 센싱된 충전량 또는 전압보다 큰 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치.
  14. 제6항에 있어서,
    상기 다수의 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 존재하는 갭은 에어 갭 또는 유전체 갭인 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치.
  15. 제6항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널의 하부 구조물의 하부 또는 내부에 상기 제2 전극이 위치하는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 다수의 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 갭을 만들어주고, 상기 터치 포스에 따라 갭의 크기를 변화시키는 갭 구조 유닛을 더 포함하는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 갭 구조 유닛은,
    기판 또는 필름으로 된 베이스 플레이트와,
    상기 베이스 플레이트 상에 위치한 상기 제2 전극의 상면 테두리와 상기 하부 구조물의 배면 테두리 사이에 위치하는 스페이서 탄성 패턴을 포함하고,
    상기 터치 포스에 따라 상기 제2 전극의 상면 비 테두리 부분과 상기 하부 구조물의 배면 비 테두리 부분 사이의 갭의 크기가 변하는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 갭 구조 유닛은,
    기판 또는 필름으로 된 베이스 플레이트와,
    상기 베이스 플레이트 상에 위치한 상기 제2 전극의 상면과 상기 하부 구조물의 배면 사이에 위치하는 탄성 시트를 포함하고,
    상기 터치 포스에 따라 상기 탄성 시트의 두께가 변하여 상기 제2 전극의 상면과 상기 하부 구조물의 배면 사이의 갭의 크기가 변하는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 갭 구조 유닛은,
    상기 하부 구조물의 배면에 위치하는 상부 필름과,
    상기 상부 필름과 대향하는 하부 필름과,
    상기 상부 필름의 배면 테두리와 상기 하부 필름의 상면 테두리에 본딩된 본딩제를 포함하고,
    상기 상부 필름의 배면 비 테두리 부분과 상기 하부 필름의 상면 비 테두리 부분이 이격되어 마련된 내부 공간에 상기 제2 전극이 위치하며,
    상기 터치 포스에 따라 상기 제2 전극의 상면과 상기 상부 필름의 배면 사이의 갭의 크기가 변하는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 갭 구조 유닛은,
    상기 제2 전극의 상면과 상기 하부 구조물의 배면 사이에 위치하는 탄성 필름을 포함하고,
    상기 터치 포스에 따라 상기 탄성 필름의 두께가 변하여 상기 제2 전극의 상면과 상기 하부 구조물의 배면 사이의 갭의 크기가 변하는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 갭 구조 유닛은,
    상기 하부 구조물에 내장된 내부 패턴을 포함하고,
    상기 터치 포스에 따라 상기 하부 구조물의 하부에 위치한 상기 제2 전극의 상면과 상기 내부 패턴 사이의 갭의 크기가 변하는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치.
  22. 제15항에 있어서,
    상기 하부 구조물은 백 라이트 유닛(Back Light Unit)인 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치.
  23. 제6항에 있어서,
    상기 제2 전극의 중앙 지점과 상기 다수의 제1 전극 사이의 갭의 크기 변화는 상기 제2 전극의 테두리 지점과 상기 다수의 제1 전극 사이의 갭의 크기 변화보다 큰 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 제1 전극은,
    디스플레이 구동 시 공통전압을 인가받고, 상기 터치 구동 시 상기 제1 전극 구동신호를 순차적으로 인가받는 모드 공용 전극인 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치.
  25. 제1항에 있어서,
    상기 터치회로는,
    데이터 드라이버의 외부에 포함되거나, 상기 데이터 드라이버의 내부에 포함되거나, 상기 데이터 드라이버와 함께 디스플레이 드라이버에 포함되는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치.
  26. 터치 구동 시, 디스플레이 패널에 내장되어 배치된 다수의 제1 전극에 순차적으로 인가될 제1 전극 구동신호를 출력하는 제1 전극 구동부; 및
    상기 제1 전극 구동신호가 순차적으로 출력되는 동안, 디스플레이 패널의 외부에 위치한 적어도 하나의 제2 전극에 인가될 제2 전극 구동신호를 출력하는 제2 전극 구동부를 포함하는 터치회로.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제2 전극 구동신호와 상기 제1 전극 구동신호는 동일한 위상을 갖는 터치회로.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 제2 전극 구동신호와 상기 제1 전극 구동신호는 180도(Degree) 위상 차이를 갖는 터치회로.
  29. 제26항에 있어서,
    상기 제2 전극 구동신호는 상기 제1 전극 구동신호보다 큰 신호 세기를 갖는 터치회로.
  30. 제26항에 있어서,
    상기 터치 구동 시, 상기 다수의 제1 전극으로 상기 제1 전극 구동신호가 순차적으로 인가되고, 상기 제2 전극으로 상기 제2 전극 구동신호가 인가되어, 상기 다수의 제1 전극 각각으로부터 수신되는 신호를 토대로, 상기 터치를 센싱하는 센싱부를 더 포함하는 터치회로.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 센싱부는,
    상기 다수의 제1 전극 각각으로부터 수신되는 신호를 토대로,
    상기 다수의 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 갭의 크기 변화에 따른 충전량 또는 전압을 센싱하여 상기 터치의 터치 포스를 인식하는 터치회로.
  32. 제26항에 있어서,
    상기 제1 전극 구동신호에 대응되는 상기 제2 전극 구동신호를 생성하는 제2 전극 구동신호 생성부를 더 포함하는 터치회로.
  33. 디스플레이 구동 시, 다수의 데이터 라인으로 데이터 전압을 출력하는 데이터 구동회로; 및
    각 터치 구동 구간 동안, 디스플레이 패널에 내장되어 배치된 다수의 제1 전극에 순차적으로 인가될 제1 전극 구동신호를 출력하고, 상기 디스플레이 패널의 외부에 위치한 적어도 하나의 제2 전극에 인가될 제2 전극 구동신호를 출력하는 터치회로를 포함하는 디스플레이 드라이버.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 제2 전극 구동신호와 상기 제1 전극 구동신호는 동일한 위상을 갖는 디스플레이 드라이버.
  35. 제33항에 있어서,
    상기 제2 전극 구동신호와 상기 제1 전극 구동신호는 180도(Degree) 위상 차이를 갖는 디스플레이 드라이버.
  36. 제33항에 있어서,
    상기 제2 전극 구동신호는 상기 제1 전극 구동신호보다 큰 신호 세기를 갖는 디스플레이 드라이버.
  37. 제33항에 있어서,
    상기 터치회로는,
    상기 터치 구동 시, 상기 다수의 제1 전극으로 상기 제1 전극 구동신호가 순차적으로 인가되고, 상기 제2 전극으로 상기 제2 전극 구동신호가 인가되어, 상기 다수의 제1 전극 각각으로부터 수신되는 신호를 토대로, 상기 터치를 센싱하는 디스플레이 드라이버.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 터치회로는,
    상기 다수의 제1 전극 각각으로부터 수신되는 신호를 토대로,
    상기 다수의 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 갭의 크기 변화에 따른 충전량 또는 전압을 센싱하여 상기 터치의 터치 포스를 인식하는 디스플레이 드라이버.
  39. 제33항에 있어서,
    상기 제1 전극 구동신호에 대응되는 상기 제2 전극 구동신호를 생성하는 제2 전극 구동신호 생성부를 더 포함하는 디스플레이 드라이버.
  40. 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치의 구동방법에 있어서,
    각 터치 구동 구간 동안, 디스플레이 패널에 내장된 다수의 제1 전극으로 제1 전극 구동신호를 순차적으로 인가하고, 상기 디스플레이 패널의 외부에 위치하는 적어도 하나의 제2 전극으로 제2 전극 구동신호를 인가하는 단계; 및
    상기 다수의 제1 전극 각각으로부터 수신되는 신호를 토대로 터치를 센싱하는 단계를 포함하는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치의 구동방법.
  41. 제40항에 있어서,
    상기 터치를 센싱하는 단계는,
    상기 다수의 제1 전극 각각으로부터 수신되는 신호를 토대로,
    상기 다수의 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 갭 크기 변화에 따른 충전량 또는 전압을 센싱하여 상기 터치의 터치 포스를 인식하는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치의 구동방법.
  42. 제40항에 있어서,
    상기 터치를 센싱하는 단계는,
    상기 다수의 제1 전극 각각으로부터 수신되는 신호를 토대로, 상기 터치의 좌표를 더 산출하는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치의 구동방법.
  43. 디스플레이 패널에 내장된 다수의 제1 전극;
    상기 디스플레이 패널의 외부에 위치하는 적어도 하나의 제2 전극; 및
    각 터치 구동 구간 동안, 상기 디스플레이 패널에 내장된 상기 다수의 제1 전극과 상기 디스플레이 패널의 외부에 위치한 상기 제2 전극을 함께 구동하여, 상기 디스플레이 패널에 가해진 터치의 터치 포스를 센싱하는 터치 포스 센싱 회로를 포함하는 인-셀 터치 타입 디스플레이 장치.
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