KR20190068269A - 터치 구동 회로 및 터치 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예들은 터치 구동 회로와 터치 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 터치 센싱 기간을 손가락 터치 센싱 기간과 펜 터치 센싱 기간으로 구분하고 펜 터치 센싱 기간에서 터치 구동 신호의 전압 레벨 및 센싱 게인을 높여줌으로써, 펜 터치 센싱의 감도를 향상시켜 손가락의 접촉 면적보다 좁은 면적의 펜 팁을 갖는 펜의 터치를 세밀하게 인식할 수 있도록 한다. 또한, 펜 터치가 발생한 것으로 인식되기 전에 손가락 터치 센싱만 수행하거나 펜 터치 센싱 기간에는 로컬 센싱을 수행함으로써, 시간적으로 분할된 기간에 손가락 터치와 펜 터치를 센싱하는 경우에 터치 센싱 신호의 리포트 레이트를 개선할 수 있도록 한다.

Description

터치 구동 회로 및 터치 디스플레이 장치{TOUCH DRIVING CIRCUIT AND TOUCH DISPLAY DEVICE}
본 발명의 실시예들은 터치 구동 회로와 터치 디스플레이 장치에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하는 디스플레이 장치에 대한 다양한 요구가 증가하고 있으며, 액정 디스플레이 장치(Liquid Display Device), 플라즈마 디스플레이 장치(Plasma Display Device), 유기발광 디스플레이 장치(Organic Light Emitting Display Device) 등과 같은 다양한 유형의 디스플레이 장치가 활용되고 있다.
이러한 디스플레이 장치는 사용자에게 보다 다양한 기능을 제공하기 위하여, 디스플레이 패널에 대한 사용자의 터치를 인식하고 인식된 터치를 기반으로 입력 처리를 수행하는 기능을 제공하고 있다.
이러한 터치 인식이 가능한 디스플레이 장치는, 일 예로, 디스플레이 패널에 다수의 터치 전극을 배치하고, 디스플레이 패널에 대한 사용자의 터치 시 발생하는 캐패시턴스의 변화를 이용하여 사용자의 터치 유무 및 터치 위치를 검출할 수 있다.
한편, 이러한 터치 인식이 가능한 디스플레이 장치는, 사용자의 손가락뿐만 아니라 펜에 의한 터치를 검출하고 검출된 펜 터치를 기반으로 입력 처리를 수행하는 기능을 함께 제공할 수 있다.
일 예로, 사용자의 손가락에 의한 터치를 센싱하는 방식과 유사하게 디스플레이 패널에 대한 펜 터치 시 발생하는 캐패시턴스의 변화를 이용하여 펜 터치를 센싱할 수 있다(Passive Pen Sensing).
이때, 손가락에 의한 터치와 펜에 의한 터치를 동일한 방식으로 센싱함에 따라, 디스플레이 패널에 대한 펜의 접촉 면적이 손가락의 접촉 면적과 유사하게 설계되므로, 펜 팁의 면적이 증가하게 되어 미세한 펜 터치를 인식하기 어려운 문제점이 존재한다.
또한, 미세한 펜 터치를 인식하기 위해 펜 팁의 면적을 감소시킬 경우 펜 터치가 인식되지 않을 수 있으며, 펜 터치 인식을 위해 터치 구동 전압을 높이기 위해서는 손가락 터치 센싱을 위한 구동 회로 이외에 별도의 구동 회로가 구비되어야 한다.
따라서, 손가락 터치와 펜 터치를 인식할 수 있는 터치 디스플레이 장치에서 미세한 펜 터치를 인식할 수 있도록 하면서 효율적으로 손가락 터치와 펜 터치를 인식할 수 있도록 하는 방안이 요구된다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 디스플레이 패널에 대한 손가락 터치의 접촉 면적보다 좁은 면적의 펜 팁을 갖는 펜에 의한 터치를 인식할 수 있도록 하는 터치 구동 회로와 터치 디스플레이 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 미세한 펜 터치를 인식할 수 있도록 하여 펜 터치 인식의 정확도를 향상시키면서, 펜 터치 센싱의 리포트 레이트(Report Rate)를 향상시킬 수 있도록 하는 터치 구동 회로와 터치 디스플레이 장치를 제공하는 데 있다.
일 측면에서, 본 발명이 실시예들은, 터치 디스플레이 패널과, 터치 디스플레이 패널에 배치되거나 내장된 다수의 터치 전극들과, 다수의 터치 전극들로 터치 구동 신호를 출력하고 다수의 터치 전극들로부터 획득된 터치 센싱 신호에 기초하여 터치를 감지하는 터치 구동 회로를 포함하는 터치 디스플레이 장치를 제공한다.
이러한 터치 디스플레이 장치의 터치 구동 회로는, 터치 센싱 신호에 기초한 센싱 데이터가 제1 임계값 이상이고 제2 임계값 이하이면, 제1 터치 센싱 기간에 제1 레벨의 터치 구동 신호를 출력하고 제2 터치 센싱 기간에 제1 레벨보다 높은 제2 레벨의 터치 구동 신호를 출력할 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 터치 디스플레이 패널과, 터치 디스플레이 패널에 배치되거나 내장된 다수의 터치 전극들과, 제1 터치 센싱 기간에 다수의 터치 전극들로 제1 레벨의 터치 구동 신호를 출력하고 제2 터치 센싱 기간에 다수의 터치 전극들로 제1 레벨보다 높은 제2 레벨의 터치 구동 신호를 출력하며 다수의 터치 전극들로부터 획득된 터치 센싱 신호에 기초하여 터치를 감지하는 터치 구동 회로를 포함하는 터치 디스플레이 장치를 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 다수의 터치 전극들로 제1 터치 센싱 기간에 제1 레벨의 터치 구동 신호를 출력하고 제2 터치 센싱 기간에 제1 레벨보다 높은 제2 레벨의 터치 구동 신호를 출력하는 터치 구동 신호 출력부와, 다수의 터치 전극들로부터 터치 센싱 신호를 획득하는 터치 센싱 신호 수신부와, 터치 센싱 신호에 기초하여 터치를 감지하는 터치 제어부를 포함하는 터치 구동 회로를 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 영상 프레임이 반복되어 영상이 표시되는 터치 디스플레이 패널과, 터치 디스플레이 패널에 배치되거나 내장된 다수의 터치 전극들과, 제1 터치 센싱 기간에 다수의 터치 전극들 중 적어도 하나 이상의 터치 전극으로 제1 레벨의 터치 구동 신호를 출력하고, 제2 터치 센싱 기간에 다수의 터치 전극들 중 적어도 하나 이상의 터치 전극으로 제1 레벨보다 높은 제2 레벨의 터치 구동 신호를 출력하는 터치 구동 회로를 포함하고, 제1 터치 센싱 기간은 하나의 영상 프레임 기간 동안 적어도 1회 이상 포함되고 제2 터치 센싱 기간은 영상 프레임이 다수 회 반복되는 기간 동안 적어도 1회 이상 포함되고, 터치 디스플레이 패널에 펜에 의한 터치가 발생하면 제2 터치 센싱 기간은 영상 프레임이 다수 회 반복되는 기간 동안 적어도 2회 이상 포함되는 터치 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 터치 센싱 기간을 손가락 터치를 센싱하는 기간과 펜 터치를 센싱하는 기간으로 구분하고, 펜 터치 센싱 기간에 터치 구동 신호의 전압 레벨을 높여줌으로써, 좁은 면적의 펜 팁을 갖는 펜에 의한 터치를 감지하고 미세한 펜 터치 센싱이 가능하도록 한다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 손가락 터치를 센싱하는 기간 중 펜 터치가 인식된 경우에만 펜 터치 센싱을 수행함으로써, 손가락 터치와 펜 터치의 센싱 기간을 구분함에 따라 손가락 터치 센싱의 리포트 레이트가 감소하는 것을 최소화할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 펜 터치 센싱 기간에는 펜 터치가 인식되는 영역을 기반으로 로컬 센싱을 수행함으로써 펜 터치 센싱의 리포트 레이트를 향상시킬 수 있도록 하며, 로컬 센싱을 통해 리포트 레이트를 향상시킴으로써 다중 펜 터치 센싱도 구현할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치가 손가락 터치와 펜 터치를 수행하는 타이밍의 예시를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치가 손가락 터치와 펜 터치를 수행하는 타이밍의 다른 예시를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서 손가락 터치와 펜 터치를 위한 터치 구동 신호를 출력하는 터치 구동 회로의 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 5와 도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 터치 구동 회로에서 손가락 터치와 펜 터치를 센싱하는 회로 구조의 예시들을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서 손가락 터치와 펜 터치를 시분할하여 수행하는 방식의 예시를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서 손가락 터치와 펜 터치를 시분할하여 수행하는 방식의 다른 예시를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서 단일 펜 로컬 센싱을 수행하는 방식의 예시를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서 다중 펜 로컬 센싱을 수행하는 방식의 예시를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서 손가락 터치와 펜 터치를 수행하는 방식의 다양한 예시들을 정리한 표를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 구동 회로의 개략적인 구성의 예시를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 구동 회로의 구동 방법의 과정의 예시를 나타낸 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 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 개략적인 구성을 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)는, 다수의 터치 전극(TE)과 다수의 터치 배선(TL)이 배치된 터치 디스플레이 패널(110)과, 터치 디스플레이 패널(110)에 배치된 터치 전극(TE) 등을 구동하는 터치 구동 회로를 포함할 수 있다. 여기서, 터치 구동 회로는, 터치 센싱 회로(120), 터치 컨트롤러(130) 및 터치 전원 회로(140) 등으로 구성될 수도 있다.
이러한 터치 디스플레이 장치(100)는, 터치 센싱을 위한 구성뿐만 아니라 디스플레이 구동을 위한 구성을 포함할 수 있다.
일 예로, 터치 디스플레이 패널(110)에 다수의 게이트 라인, 다수의 데이터 라인과 다수의 서브픽셀이 배치될 수 있다. 그리고, 게이트 라인과 데이터 라인을 구동하는 게이트 구동 회로와 데이터 구동 회로를 포함할 수 있다. 여기서, 데이터 구동 회로는 터치 구동 회로와 통합된 형태로 구현될 수도 있다.
이러한 터치 디스플레이 장치(100)에서 게이트 구동 회로에 의해 출력되는 스캔 신호의 타이밍에 맞춰 데이터 구동 회로가 데이터 전압을 공급하며, 서브픽셀은 데이터 전압에 해당하는 밝기를 표현하여 이미지를 표시한다.
다수의 터치 전극(TE)은, 이러한 터치 디스플레이 패널(110) 상에 애드-온 타입으로 배치될 수도 있고, 터치 디스플레이 패널(110)에 내장되어 인-셀 타입으로 배치될 수도 있다.
다수의 터치 전극(TE)이 인-셀 타입으로 배치되는 경우, 터치 디스플레이 패널(110)에서 디스플레이 구동을 위해 사용되는 전극을 터치 전극(TE)으로 활용할 수 있다.
일 예로, 터치 디스플레이 장치(100)가 액정 디스플레이 장치인 경우, 터치 디스플레이 패널(110)에 배치된 공통 전극을 터치 전극(TE)으로 이용할 수 있다. 즉, 디스플레이 구동 기간에는 공통 전극으로 공통 전압을 인가하고, 터치 센싱 기간에는 공통 전극으로 터치 구동 신호를 인가함으로써, 터치 전극(TE)을 별도로 배치하지 않고 터치 센싱을 수행하도록 할 수 있다.
터치 디스플레이 장치(100)가 유기발광 디스플레이 장치인 경우에는, 터치 전극(TE)을 유기발광다이오드 상에 배치되는 봉지층 상에 배치할 수 있다. 봉지층 상에 터치 전극(TE)을 배치함으로써, 유기물 등으로 인해 메탈인 터치 전극(TE)을 배치하기 어려운 한계를 극복하고 유기발광 디스플레이 장치에서 터치 센싱을 수행할 수 있도록 한다.
다수의 터치 전극(TE)과 다수의 터치 배선(TL)은, 터치를 센싱하는 방식에 따라 다양한 형태로 배치될 수 있다.
일 예로, 자가 정전 용량 센싱 방식으로 터치를 센싱하는 경우, 터치 디스플레이 패널(110)에 다수의 터치 전극(TE)이 서로 분리된 구조로 배치된다. 그리고, 다수의 터치 배선(TL)이 각각의 터치 전극(TE)과 연결된다. 여기서, 다수의 터치 배선(TL)은, 터치 전극(TL)이 배치되는 층과 다른 층에 배치되며 터치 전극(TE)과 중첩되도록 배치될 수 있다.
이러한 경우, 터치 구동 회로는, 다수의 터치 전극(TE)으로부터 터치 구동 신호를 출력하고 각각의 터치 전극(TE)으로부터 터치 센싱 신호를 획득하며, 터치에 의한 터치 전극(TE)과 손가락 사이의 캐패시턴스 변화를 이용하여 터치를 센싱할 수 있다.
다른 예로, 상호 정전 용량 센싱 방식으로 터치를 센싱하는 경우, 다수의 터치 전극(TE)은 터치 구동 신호가 인가되는 TX 전극과 터치 센싱 신호 수신에 이용되는 RX 전극으로 구분될 수 있다. 터치 센싱 영역에서 TX 전극은 상호 연결되고, RX 전극은 상호 연결될 수 있다. 그리고, 다수의 터치 배선(TL)이 터치 디스플레이 패널(110)의 외곽 영역에 배치되며 TX 전극 또는 RX 전극과 연결될 수 있다.
이러한 경우, 터치 구동 회로는, TX 전극으로 터치 구동 신호를 출력하고 RX 전극을 통해 터치 센싱 신호를 수신하여, 사용자의 터치 시 발생하는 TX 전극과 RX 전극 간의 캐패시턴스 변화를 이용하여 터치를 센싱할 수 있다.
이와 같이, 다수의 터치 전극(TE)은 터치 디스플레이 장치(100)의 유형과 관계없이 배치될 수 있으며, 터치 센싱 방식에 따라 다양한 구조로 배치될 수 있다.
터치 구동 회로는, 터치 센싱 기간에 터치 디스플레이 패널(110)에 배치된 다수의 터치 전극(TE)으로 터치 구동 신호를 출력하고, 다수의 터치 전극(TE)으로부터 터치 센싱 신호를 획득하여 터치를 감지한다.
이러한 터치 구동 회로는, 터치 전극(TE)으로 터치 구동 신호를 출력하고 터치 센싱 신호를 수신하는 터치 센싱 회로(120)와, 터치 센싱 회로(120)를 제어하고 터치를 감지하는 터치 컨트롤러(130)와, 터치 구동 신호에 필요한 전압을 공급하는 터치 전원 회로(140)로 구성될 수도 있다.
터치 센싱 회로(120)는, 터치 센싱 기간에 다수의 터치 전극(TE)으로 터치 구동 신호를 출력한다. 그리고, 다수의 터치 전극(TE)으로부터 터치 센싱 신호를 획득하면 터치 센싱 신호를 디지털 형태의 센싱 데이터로 변환하고 터치 컨트롤러(130)로 전송한다.
터치 컨트롤러(130)는, 터치 센싱 회로(120)를 제어하며 터치 센싱 회로(120)로부터 수신된 센싱 데이터를 이용하여 터치 유무 및 터치 위치(터치 좌표)를 판별하고 터치를 센싱한다.
터치 전원 회로(140)는, 터치 컨트롤러(130)의 제어에 따라 동작하고, 터치 구동 신호 생성에 필요한 전원을 공급하며, 터치 구동 신호를 생성하여 터치 센싱 회로(120)로 출력한다.
즉, 터치 컨트롤러(130)의 제어에 의해 터치 전원 회로(140)에서 생성된 터치 구동 신호가 터치 센싱 회로(120)를 통해 터치 전극(TE)으로 인가된다. 그리고, 터치 센싱 회로(120)가 터치 전극(TE)으로부터 터치 센싱 신호를 획득하면 터치 컨트롤러(130)가 터치 디스플레이 패널(110)에 대한 터치를 감지한다.
이러한 터치 구동 회로는, 터치 디스플레이 패널(110)에 대한 손가락 터치뿐만 아니라 터치 디스플레이 패널(110)에 대한 터치 시 캐패시턴스 변화를 발생시키는 펜 터치도 센싱할 수 있다. 그리고, 이러한 손가락 터치 센싱과 펜 터치 센싱은 동일한 터치 센싱 기간에 이루어질 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서 손가락 터치와 펜 터치를 센싱하는 타이밍의 예시를 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)는, 디스플레이 구동과 터치 센싱을 시간적으로 분할된 기간에서 수행할 수 있다.
일 예로, 터치 디스플레이 장치(100)는, 동기 신호(Sync)가 하이 레벨인 기간 동안 디스플레이 구동을 수행하고, 동기 신호(Sync)가 로우 레벨인 기간 동안 터치 센싱을 수행할 수 있다. 이러한 동기 신호(Sync)는 컨트롤러로부터 출력되는 신호일 수 있다.
여기서, 동기 신호(Sync)가 로우 레벨인 기간, 즉, 터치 센싱 기간은 하나의 영상 프레임과 다음 영상 프레임의 사이에 존재하는 수직 블랭크 기간일 수 있다(V-Blank Sensing). 또는, 하나의 영상 프레임 내에서 하나의 게이트 라인의 구동 기간 이후에 존재하는 수평 블랭크 기간일 수 있으며, 터치 센싱은 일정한 개수의 게이트 라인이 구동된 후 존재하는 수평 블랭크 기간에 수행될 수도 있다(LHB Sensing).
터치 센싱 기간에서, 터치 구동 회로는 터치 디스플레이 패널(110)에 배치된 다수의 터치 전극(TE)으로 터치 구동 신호를 출력할 수 있다. 여기서, 터치 구동 신호는 펄스 형태를 갖는 AC 전압 또는 DC 전압으로 이루어질 수 있다.
터치 구동 회로는, 터치 전극(TE)으로부터 획득된 터치 센싱 신호에 기초하여 터치 전극(TE)과 사용자의 손가락 사이의 캐패시턴스 변화를 감지한다. 또한, 터치 전극(TE)과 펜 사이의 캐패시턴스 변화를 감지할 수도 있다.
따라서, 터치 센싱 기간에 터치 디스플레이 패널(110)에 대한 손가락 터치 또는 펜 터치를 감지할 수 있다.
그러나, 손가락 터치와 펜 터치를 동일한 레벨의 터치 구동 신호를 이용하여 감지하므로, 펜 팁의 면적이 손가락의 접촉 면적과 유사하게 설계되어야 한다. 따라서, 넓은 면적의 펜 팁을 갖는 펜 터치만 센싱이 가능하므로, 펜을 이용한 세밀한 터치(예, 펜 드로잉)를 구현하기 어려운 면이 존재한다.
본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)는, 손가락 터치와 펜 터치를 모두 센싱할 수 있도록 하면서, 세밀한 펜 터치를 인식할 수 있도록 하는 방안을 제공한다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서 손가락 터치와 펜 터치를 수행하는 타이밍의 다른 예시를 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)는, 디스플레이 구동 기간과 시간적으로 분할된 터치 센싱 기간에서 터치 센싱을 수행한다. 그리고, 터치 센싱 기간은 손가락 터치 센싱 기간과, 펜 터치 센싱 기간으로 구분된다.
터치 구동 회로는, 손가락 터치 센싱 기간에 터치 디스플레이 패널(110)에 배치된 다수의 터치 전극(TE)으로 제1 레벨을 갖는 터치 구동 신호를 출력한다. 그리고, 터치 전극(TE)으로부터 터치 센싱 신호를 획득하고, 획득된 터치 센싱 신호에 기초하여 손가락 터치를 감지한다.
터치 구동 회로는, 펜 터치 센싱 기간에 다수의 터치 전극(TE)으로 제1 레벨보다 높은 제2 레벨을 갖는 터치 구동 신호를 출력한다.
여기서, 펜 터치 센싱 기간에 출력되는 터치 구동 신호의 제2 레벨은 펜 팁의 면적에 따라 설정된 레벨일 수 있다. 즉, 펜 팁의 면적이 좁을수록 센싱 감도를 증가시키기 위하여 터치 구동 신호의 레벨을 높여줄 수 있으며, 펜 팁의 면적에 맞춰 최적화된 레벨로 터치 구동 신호를 설정할 수도 있다.
터치 구동 회로는, 펜 터치 센싱 기간에 터치 전극(TE)으로부터 획득된 터치 센싱 신호에 기초하여 펜 터치를 감지한다. 손가락 터치 센싱 기간에 출력된 터치 구동 신호에 비하여 높은 레벨을 갖는 터치 구동 신호를 인가하고 펜 터치를 감지함으로써, 손가락의 접촉 면적보다 좁은 면적의 펜 팁을 갖는 펜 터치를 감지할 수 있도록 한다.
또한, 펜 터치 센싱 기간에서 터치 구동 회로의 센싱 게인을 손가락 터치 센싱 기간의 센싱 게인보다 높여줄 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예들에 의하면, 터치 센싱 기간을 손가락 터치 센싱 기간과 펜 터치 센싱 기간으로 구분하고, 펜 터치 센싱 기간에서 터치 구동 신호의 전압 레벨과 센싱 게인을 높여줌으로써 좁은 면적의 펜 팁을 갖는 펜 터치를 감지할 수 있도록 한다.
따라서, 좁은 면적의 펜 팁을 갖는 펜에 의한 세밀한 터치를 감지할 수 있도록 하여, 펜 터치 감도를 향상시키며 손가락 터치와 펜 터치의 센싱을 모두 수행할 수 있는 터치 디스플레이 장치(100)를 제공할 수 있도록 한다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서 손가락 터치와 펜 터치를 위한 터치 구동 신호를 출력하는 터치 구동 회로의 구조의 예시를 나타낸 것이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)는, 다수의 터치 전극(TE)이 배치된 터치 디스플레이 패널(110)과, 터치 구동 회로를 포함할 수 있다. 그리고, 터치 구동 회로는 터치 센싱 회로(120), 터치 컨트롤러(130) 및 터치 전원 회로(140)로 구성될 수 있다.
터치 센싱 회로(120)는, 터치 센싱 기간에 터치 디스플레이 패널(110)에 배치된 다수의 터치 전극(TE)으로 터치 구동 신호를 출력하고, 터치 전극(TE)으로부터 터치 센싱 신호를 획득한다.
터치 컨트롤러(130)는, 터치 센싱 회로(120)를 제어하며 터치 센싱 회로(120)에 의해 획득된 터치 센싱 신호에 기초한 센싱 데이터를 이용하여 터치를 감지한다. 또한, 터치 컨트롤러(130)는, 터치 전원 회로(140)를 제어하며 터치 전원 회로(140)가 터치 구동에 필요한 터치 구동 신호를 출력하도록 한다.
터치 전원 회로(140)는, 터치 컨트롤러(130)의 제어에 의해 동작하며, 터치 센싱 기간에 터치 센싱 회로(120)로 터치 구동 신호를 출력한다.
이때, 터치 전원 회로(140)는, 손가락 터치 센싱 기간에 제1 레벨의 터치 구동 신호를 생성하여 출력하고, 펜 터치 센싱 기간에 제2 레벨의 터치 구동 신호를 생성하여 출력할 수 있다.
이러한 제1 레벨의 터치 구동 신호와 제2 레벨의 터치 구동 신호를 생성 및 출력하는 터치 전원 회로(140)는, 일 예로, 전원 생성부(141)와 구동 전압 출력부(142)를 포함할 수 있다.
전원 생성부(141)는, 터치 구동 신호에 필요한 전압을 생성하고 구동 전압 출력부(142)로 공급한다.
이러한 전원 생성부(141)는, 펜 터치 구동을 위한 로우 전압과 하이 전압, 손가락 터치 구동을 위한 로우 전압과 하이 전압을 생성하고 출력할 수 있다. 여기서, 펜 터치 구동을 위한 하이 전압의 레벨이 손가락 터치 구동을 위한 하이 전압의 레벨보다 높을 수 있다.
구동 전압 출력부(142)는, 전원 생성부(141)로 공급받은 전압과 터치 컨트롤러(130)로부터 수신한 제어 신호에 따라 터치 구동 신호를 출력한다.
이러한 구동 전압 출력부(142)는, 전원 생성부(141)로부터 공급되는 각각의 전압 라인과 연결되는 네 개의 스위치 S1, S2, S3, S4를 포함할 수 있으며, 네 개의 스위치 S1, S2, S3, S4는 터치 컨트롤러(130)로부터 입력되는 제어 신호에 따라 동작할 수 있다.
일 예로, 구동 전압 출력부(142)는, A0 단자, A1 단자, EN 단자를 통해 터치 컨트롤러(130)로부터 제어 신호를 입력받을 수 있다.
EN 단자는 구동 전압 출력부(142)를 인에이블시키는 신호가 입력되는 단자로서, 디스플레이 구동 기간에서 로우 값이 입력되고 터치 센싱 기간에서 하이 값이 입력될 수 있다.
A0 단자는 터치 구동 신호 출력을 위한 펄스 폭 변조 신호가 입력되는 단자일 수 있다. 즉, 구동 전압 출력부(142)는, 터치 센싱 기간에 A0 단자로 입력되는 펄스 폭 변조 신호와 전원 생성부(141)로부터 공급되는 전압을 이용하여 터치 구동 신호를 생성하고 터치 센싱 회로(120)로 출력할 수 있다.
A1 단자는 손가락 터치 센싱 기간과 펜 터치 센싱 기간을 구분하는 제어 신호가 입력되는 단자일 수 있다.
일 예로, 손가락 터치 센싱 기간에 하이 값이 A1 단자로 입력되고, 펜 터치 센싱 기간에 로우 값이 A1 단자로 입력될 수 있다.
펜 터치 센싱 기간에 A0 단자로 펄스 폭 변조 신호의 로우 값이 입력되고, A1 단자로 로우 값이 입력되면, 스위치 S1이 턴-온 되며 펜 터치 구동 신호의 로우 레벨 전압이 출력된다.
그리고, A0 단자로 펄스 폭 변조 신호의 하이 값이 입력되고, A1 단자로 로우 값이 입력되면, 스위치 S2가 턴-온 되며 펜 터치 구동 신호의 하이 레벨 전압이 출력된다.
손가락 터치 센싱 기간에는 스위치 S3과 S4가 턴-온 되며, 손가락 터치 구동 신호를 출력하게 된다.
따라서, 손가락 터치 센싱 기간과 펜 터치 센싱 기간에 서로 다른 전압 레벨을 갖는 터치 구동 신호가 터치 디스플레이 패널(110)에 배치된 터치 전극(TE)으로 출력될 수 있도록 한다. 그리고, 펜 터치 센싱 기간에 하이 레벨 전압이 상향 조정된 터치 구동 신호가 터치 전극(TE)에 인가되도록 하여, 좁은 면적의 펜 팁을 갖는 펜의 터치를 센싱할 수 있도록 한다.
또한, 터치 구동 회로에서 펜 터치 센싱 기간의 센싱 게인을 손가락 터치 센싱 기간의 센싱 게인보다 높여서 펜 터치를 센싱하도록 할 수 있다.
도 5와 도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 구동 회로에서 손가락 터치와 펜 터치를 센싱하는 회로 구조의 예시들을 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 구동 회로는 터치 배선(TL)을 통해 터치 디스플레이 패널(110)에 배치된 터치 전극(TE)과 연결되는 다수의 증폭기와, 증폭기의 (-) 입력단과 출력단 사이에 연결된 피드백 캐패시터와, 다수의 스위치를 포함할 수 있다. 그리고, 증폭기의 출력단과 연결된 적분기, 샘플 앤 홀드 회로, 아날로그 디지털 컨버터 등을 포함할 수 잇다.
전술한 구성들은 터치 구동 회로를 구성하는 터치 센싱 회로(120)에 포함되는 구성들일 수 있다.
하나의 터치 배선(TL)과 연결되는 회로 구조를 예시로 설명하면, 하나의 터치 배선(TL)에 연결되는 제1 증폭기(Amp1)와 제2 증폭기(Amp2)를 포함한다.
제1 증폭기(Amp1)와 제2 증폭기(Amp2)의 (-) 입력단은 터치 배선(TL)을 통해 터치 전극(TE)과 전기적으로 연결되며, (+) 입력단으로 터치 구동 신호가 인가될 수 있다.
제1 증폭기(Amp1)의 (-) 입력단과 출력단 사이에 제1 피드백 캐패시터(Cfb1)가 연결되고, 제2 증폭기(Amp2)의 (-) 입력단과 출력단 사이에 제2 피드백 캐패시터(Cfb2)가 연결된다. 여기서, 제2 피드백 캐패시터(Cfb2)의 용량은 제1 피드백 캐패시터(Cfb1)의 용량보다 클 수 있다.
제1 증폭기(Amp1)의 (-) 입력단과 출력단에 각각 스위치 SW11과 SW12가 연결된다. 이러한 스위치 SW11과 SW12는 손가락 터치 센싱 기간에 턴-온 될 수 있다.
제2 증폭기(Amp2)의 (-) 입력단과 출력단에 각각 스위치 SW21과 SW22가 연결된다. 이러한 스위치 SW21과 SW22는 펜 터치 센싱 기간에 턴-온 될 수 있다.
따라서, 손가락 터치 센싱 기간에는 제1 증폭기(Amp1)가 터치 전극(TE)과 전기적으로 연결되며, 터치 전극(TE)의 캐패시턴스가 제1 피드백 캐패시터(Cfb1)에 축적되게 된다.
그리고, 펜 터치 센싱 기간에는 제2 증폭기(Amp2)가 터치 전극(TE)과 전기적으로 연결되며, 터치 전극(TE)의 캐패시턴스가 제2 피드백 캐패시터(Cfb2)에 축적되게 된다.
제1 증폭기(Amp1)와 제2 증폭기(Amp2)의 출력단에는 적분기, 샘플 앤 홀드 회로, 아날로그 디지털 컨버터 등이 연결될 수 있다.
적분기는, 터치 센싱 기간에서 터치 전극(TE)과 연결되는 증폭기로부터 출력되는 신호를 적분하여 적분값을 출력할 수 있다. 그리고, 샘플 앤 홀드 회로는 적분기로부터 출력된 적분값을 저장할 수 있다.
즉, 적분기는 터치 센싱 기간에 증폭기로부터 출력된 신호를 소정의 적분 횟수만큼 적분하여 출력하고, 샘플 앤 홀드 회로는 적분기에서 출력된 신호를 샘플링하고 저장한다.
아날로그 디지털 컨버터는, 샘플 앤 홀드 회로에 의해 저장된 신호를 읽어와 디지털 형태의 센싱 데이터로 변환하고 출력할 수 있다.
이와 같이, 손가락 터치 센싱 기간과 펜 터치 센싱 기간에 용량이 다른 피드백 캐패시터가 터치 전극(TE)과 연결되고 터치 센싱 신호를 출력하도록 함으로써, 터치 전극(TE)으로 인가되는 터치 구동 신호의 레벨에 맞춰 터치 센싱 신호를 획득하고 터치를 감지할 수 있도록 한다.
한편, 전술한 예시는 손가락 터치 센싱 기간에 신호를 출력하는 증폭기와 펜 터치 센싱 기간에 신호를 출력하는 증폭기를 별도로 구비하므로, 터치 구동 회로에 배치되는 증폭기의 수가 증가할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 터치 구동 회로에 배치되는 증폭기의 수를 증가시키지 않으면서 손가락 터치 센싱 기간과 펜 터치 센싱 기간에 터치 센싱 신호를 출력할 수 있는 회로 구조를 제공한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 구동 회로는 터치 배선(TL)을 통해 터치 전극(TE)과 전기적으로 연결되는 증폭기를 포함한다.
이러한 증폭기의 (-) 입력단과 출력단 사이에 스위치 SW1과 제1 피드백 캐패시터(Cfb1)가 연결된다. 또한, 증폭기의 (-) 입력단과 출력단 사이에 스위치 SW2와 제2 피드백 캐패시터(Cfb2)가 연결된다.
스위치 SW1은 손가락 터치 센싱 기간에 턴-온 되고, 스위치 SW2는 펜 터치 센싱 기간에 턴-온 된다.
여기서, 제1 피드백 캐패시터(Cfb1)의 용량보다 제2 피드백 캐패시터(Cfb2)의 용량이 크도록 배치된다.
손가락 터치 센싱 기간에서 스위치 SW1이 턴-온 되므로, 증폭기와 전기적으로 연결된 터치 전극(TE)의 캐패시턴스는 제1 피드백 캐패시터(Cfb1)에 축적되게 된다.
그리고, 펜 터치 센싱 기간에서 스위치 SW2이 턴-온 되므로, 증폭기와 전기적으로 연결된 터치 전극(TE)의 캐패시턴스는 제2 피드백 캐패시터(Cfb2)에 축적되게 된다.
따라서, 손가락 터치 센싱 기간과 펜 터치 센싱 기간에 다른 용량을 갖는 피드백 캐패시터와 터치 전극(TE)이 연결되도록 함으로써, 터치 전극(TE)에 인가된 터치 구동 신호의 레벨에 맞춰 터치 센싱 신호를 출력할 수 있도록 하여 손가락 터치가 펜 터치를 센싱할 수 있도록 한다.
또한, 전술한 회로 구조를 통해 증폭기를 추가로 배치하지 않으면서, 손가락 터치 센싱 기간과 펜 터치 센싱 기간에 다른 레벨의 터치 구동 신호가 인가된 상태에서 획득되는 터치 센싱 신호를 출력할 수 있도록 한다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 의하면, 터치 센싱 기간을 손가락 터치 센싱 기간과 펜 터치 센싱 기간으로 구분하고, 펜 터치 센싱 기간에 터치 구동 신호의 전압 레벨과 센싱 게인을 높여서 펜 터치를 센싱할 수 있도록 함으로써, 펜 터치의 감도를 향상시켜 세밀한 펜 터치를 센싱할 수 있도록 한다.
그러나, 터치 센싱 기간을 손가락 터치 센싱 기간과 펜 터치 센싱 기간으로 구분하고 구동함에 따라, 터치 센싱 신호의 리포트 레이트가 감소될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 손가락 터치 센싱 기간과 펜 터치 센싱 기간을 구분하여 터치를 센싱하는 방식에서 터치 센싱 신호의 리포트 레이트를 개선할 수 있는 구동 방안을 제공한다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서 손가락 터치와 펜 터치를 수행하는 방식의 예시를 나타낸 것이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)가 수평 블랭크 기간에 터치 센싱을 수행하는 LHB Sensing 방식을 나타낸 것으로서, 하나의 영상 프레임 기간 동안 4번의 터치 센싱을 수행하는 경우를 예시로 나타낸 것이다.
즉, 터치 디스플레이 장치(100)에서 터치 구동 회로는 하나의 영상 프레임 기간 동안 4번의 터치 센싱 기간에 터치를 센싱할 수 있으며, 제1 터치 블록(TB1), 제2 터치 블록(TB2), 제3 터치 블록(TB3), 제4 터치 블록(TB4)의 순서로 터치 센싱을 수행할 수 있다.
여기서, 설명의 편의를 위해, 4개의 터치 블록을 순차적으로 센싱하는 방식을 예시로 설명하고 있으나, 터치 센싱 기간의 횟수와 터치 블록의 위치, 순서 등은 다양하게 설정될 수 있다.
터치 구동 회로가 손가락 터치 센싱 기간과 펜 터치 센싱 기간으로 구분하여 터치를 센싱하는 경우, 터치 센싱 기간마다 손가락 터치 센싱과 펜 터치 센싱을 교번하여 수행할 수 있다.
일 예로, 터치 구동 회로는, 첫 번째 터치 센싱 기간에서 제1 터치 블록(TB1)에 대한 손가락 터치 센싱을 수행한다. 그리고, 두 번째 터치 센싱 기간에서 제1 터치 블록(TB1)에 대한 펜 터치 센싱을 수행한다.
세 번째 터치 센싱 기간에는 제2 터치 블록(TB2)에 대한 손가락 터치 센싱을 수행하고, 제2 터치 블록(TB2)에 대한 펜 터치 센싱을 수행한다. 그리고, 동일한 방식으로 제3 터치 블록(TB3)과 제4 터치 블록(TB4)에 대한 터치 센싱을 수행할 수 있다.
이와 같이, 터치 센싱 기간을 손가락 터치 센싱 기간과 펜 터치 센싱 기간으로 구분하고 터치를 센싱함에 따라, 터치 구동 신호의 레벨을 조정하여 세밀한 펜 터치를 센싱하도록 할 수 있다.
그러나, 센싱 기간을 시분할함에 따라 터치 디스플레이 패널(110)의 전체 영역을 센싱하기 위해 두 번의 영상 프레임 기간이 필요할 수 있다. 따라서, 터치 센싱 신호의 리포트 레이트가 감소될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 펜 터치 센싱 기간으로 인한 손가락 터치 센싱 기간에서 리포트 레이트의 감소를 최소화하며, 펜 터치 센싱 기간에서 리포트 레이트를 개선할 수 있는 방안을 제공한다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서 손가락 터치와 펜 터치를 시분할하여 수행하는 방식의 다른 예시를 나타낸 것이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 구동 회로는, 하나의 영상 프레임 기간 내의 터치 센싱 기간에서 터치 디스플레이 패널(110)의 전체 영역에 대한 손가락 터치 센싱을 수행할 수 있다.
즉, 터치 구동 회로는, 터치 디스플레이 패널(110)의 전체 영역에 대한 센싱을 수행하기 위해 필요한 최소 기간 동안 제1 레벨의 터치 구동 신호를 출력하며, 터치 디스플레이 패널(110)에 대한 손가락 터치를 센싱한다.
그리고, 제1 레벨의 터치 구동 신호를 출력하여 손가락 터치를 센싱하는 과정에서 펜 터치로 인식되는 신호가 검출되면, 다음 영상 프레임 기간 내의 터치 센싱 기간에서 손가락 터치 센싱과 펜 터치 센싱을 교번하여 수행할 수 있다.
일 예로, 터치 구동 회로는, 손가락 터치 센싱 기간에서 제2 임계값(Th2)을 초과하는 센싱 데이터가 검출되면 손가락 터치가 발생한 것으로 인식할 수 있다. 이때, 펜 터치가 발생하면 낮은 레벨(제1 레벨)의 터치 구동 신호가 인가된 상태이므로, 제2 임계값(Th2)보다 작지만 제1 임계값(Th1)보다 큰 센싱 데이터가 검출될 수 있다.
터치 구동 회로는, 손가락 터치 센싱 기간에서 제1 임계값(Th1) 이상이고 제2 임계값(Th2) 이하인 센싱 데이터가 검출되면, 터치 디스플레이 패널(110)에 대한 펜 터치가 발생한 것으로 인식할 수 있다.
터치 구동 회로는, 손가락 터치 센싱 기간에서 펜 터치가 발생한 것으로 인식하면, 다음 영상 프레임 기간의 터치 센싱 기간은 손가락 터치 센싱 기간과 펜 터치 센싱 기간으로 분할하여 터치를 센싱한다. 그리고, 펜 터치가 발생한 것이 인식되지 않으면, 계속해서 손가락 터치 센싱만 수행할 수 있다.
따라서, 손가락 터치 센싱을 위한 제1 레벨의 터치 구동 신호가 인가된 상태에서 검출된 센싱 데이터가 펜 터치에 해당하는 것으로 인식된 경우에 손가락 터치와 펜 터치를 시분할하여 센싱함으로써, 터치 센싱 기간을 분할하여 펜 터치를 센싱함에 따라 손가락 터치 센싱 기간의 리포트 레이트가 감소하는 것을 최소화할 수 있다.
또한, 펜 터치가 발생한 것으로 인식되면, 터치 디스플레이 패널(110)의 전체 영역에 대한 펜 터치 센싱을 수행하여 펜의 위치를 확인하고 펜 터치 센싱 기간에는 로컬 센싱을 수행함으로써, 펜 터치 센싱 기간의 리포트 레이트를 개선할 수도 있다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서 펜 터치 센싱 기간에 로컬 센싱을 수행하는 방식의 예시를 나타낸 것으로서, 단일 펜 로컬 센싱을 수행하는 경우의 예시를 나타낸 것이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 구동 회로는, 터치 센싱 기간에 손가락 터치 센싱과 펜 터치 센싱을 교번하여 수행하며, 터치 디스플레이 패널(110)의 전체 영역에 대한 펜 터치 센싱을 수행한다.
터치 구동 회로는, 터치 디스플레이 패널(110)의 전체 영역에 대한 펜 터치 센싱을 통해 펜의 위치와 개수 등을 확인할 수 있다.
일 예로, 터치 구동 회로에서 펜 터치 센싱을 통해 하나의 펜이 제2 터치 블록(TB2)에서 인식된 것을 확인할 수 있다.
터치 구동 회로는, 하나의 펜이 제2 터치 블록(TB2)에서 인식된 것으로 판단되면, 터치 디스플레이 패널(110)의 전체 영역에 대한 손가락 터치를 수행하는 기간과 대응하는 펜 터치 센싱 기간 동안 제2 터치 블록(TB2)에 대한 펜 터치 센싱을 수행할 수 있다.
즉, 펜의 위치 및 개수 확인을 위한 네 개의 펜 터치 센싱 기간 이후의 네 개의 펜 터치 센싱 기간에는 펜이 인식된 터치 블록에 대해서만 펜 터치 센싱을 수행할 수 있다.
또는, 인식된 펜의 위치 변화에 따라 고정된 터치 블록이 아닌 가변적인 터치 블록에 대한 펜 터치 로컬 센싱을 수행할 수도 있다. 일 예로, 제2 터치 블록(TB2)에서 상하로 시프트된 터치 블록에 대해 펜 터치 센싱을 수행할 수도 있다.
이와 같이, 터치 디스플레이 패널(110)의 전체 영역에 대한 펜 터치 센싱이 완료되면, 펜의 위치 및 개수 등에 따라 로컬 센싱을 수행함으로써 시간적으로 분할된 기간에 펜 터치 센싱을 수행하더라도 펜 터치 센싱의 리포트 레이트를 향상시킬 수 있도록 한다.
또한, 펜 터치 로컬 센싱을 통해 펜 터치 센싱의 리포트 레이트를 향상시킬 수 있도록 함으로써, 다중 펜 터치 센싱도 가능하도록 할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서 펜 터치 센싱 기간에 로컬 센싱을 수행하는 방식의 다른 예시를 나타낸 것으로서, 다중 펜 로컬 센싱을 수행하는 경우의 예시를 나타낸 것이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 구동 회로는, 터치 센싱 기간에 손가락 터치 센싱과 펜 터치 센싱을 교번하여 수행하며, 터치 디스플레이 패널(110)의 전체 영역에 대한 펜 터치 센싱을 수행한다.
그리고, 터치 디스플레이 패널(110)의 전체 영역에 대한 펜 터치 센싱을 통해 터치 디스플레이 패널(110)에 터치된 펜의 위치와 개수 등을 확인할 수 있다.
일 예로, 터치 디스플레이 패널(110)에 터치된 펜이 두 개이고, 제1 터치 블록(TB1)에서 제1 펜(Pen1)이 인식되고 제3 터치 블록(TB3)에서 제2 펜(Pen2)이 인식될 수 있다.
이러한 경우, 터치 구동 회로는, 이후의 펜 터치 센싱 기간 중 일부 펜 터치 센싱 기간은 제1 펜(Pen1)을 위한 로컬 센싱을 수행하고, 나머지 펜 터치 센싱 기간은 제2 펜(Pen2)을 위한 로컬 센싱을 수행할 수 있다.
즉, 터치 디스플레이 패널(110)의 전체 영역에 대한 손가락 터치를 수행하는 기간과 대응하는 펜 터치 센싱 기간 중 두 번은 제1 펜(Pen1)이 인식된 제1 터치 블록(TB1)으로부터 터치 센싱 신호를 획득하고, 두 번은 제2 펜(Pen2)이 인식된 제3 터치 블록(TB3)으로부터 터치 센싱 신호를 획득할 수 있다. 또는, 제1 펜(Pen1)에 대한 센싱과 제2 펜(Pen2)에 대한 센싱을 교번하여 수행할 수도 있다.
그리고, 제1 펜(Pen1)과 제2 펜(Pen2)의 센싱을 펜이 인식되는 지점에 기초하여 가변적으로 설정되는 터치 블록에 대해 수행할 수도 있다.
또한, 제1 펜(Pen1)과 제2 펜(Pen2)을 위한 로컬 센싱이 동일한 터치 블록에 대해 수행될 수도 있다. 즉, 두 개의 펜이 동일한 터치 블록에서 인식된 경우 서로 다른 펜 터치 센싱 기간에 각각의 펜을 위해 동일한 터치 블록에 대한 로컬 센싱을 수행할 수도 있다.
이와 같이, 터치 디스플레이 패널(110)에 터치된 둘 이상의 펜에 대한 터치를 로컬 센싱을 통해 센싱함으로써, 펜 터치 센싱 기간에서 리포트 레이트를 향상시켜 손가락 터치 센싱과 시분할된 기간에 펜 터치를 수행하는 경우에도 다중 펜 센싱을 수행할 수 있도록 한다.
이러한 다중 펜 로컬 센싱은 터치 디스플레이 패널(110)에서 인식된 펜이 세 개 이상인 경우에도 적용될 수 있으며, 터치 디스플레이 패널(110)에 설정된 터치 블록의 개수에 따라 다양하게 구현될 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서 손가락 터치와 펜 터치를 수행하는 방식의 다양한 예시들을 표로 정리하여 나타낸 것이다.
도 11을 참조하면, 터치 디스플레이 장치(100)가 LHB Sensing 방식으로 터치를 센싱하며, 하나의 영상 프레임 기간에서 네 번의 터치 센싱을 수행하는 경우의 예시를 나타낸 것이다.
1. 펜이 인식되지 않은 경우에는 터치 구동 회로가 제1 레벨의 터치 구동 신호를 출력하며, 터치 센싱 기간마다 손가락 터치 센싱을 수행한다. 따라서, 하나의 영상 프레임 기간 내의 네 번의 터치 센싱 기간을 통해 터치 디스플레이 패널(110)의 전체 영역에 대한 손가락 터치를 센싱할 수 있다.
2. 손가락 터치 센싱 기간 중 펜 터치가 발생한 것으로 인식되면, 손가락 터치 센싱과 펜 터치 센싱을 교번하여 수행한다. 터치 구동 회로는 손가락 터치 센싱 기간에 제1 레벨의 터치 구동 신호를 출력하고 펜 터치 센싱 기간에 제2 레벨의 터치 구동 신호를 출력하여 터치를 센싱한다. 손가락 터치 센싱과 펜 터치 센싱을 교번하여 수행하므로, 두 번의 영상 프레임 기간 내의 터치 센싱 기간을 통해 터치 디스플레이 패널(110)의 전체 영역에 대한 손가락 터치와 펜 터치를 센싱할 수 잇다.
3. 하나의 펜이 인식된 경우, 펜 터치 센싱 기간에는 로컬 센싱을 수행한다. 손가락 터치와 펜 터치를 교번하여 수행하므로, 두 번의 영상 프레임 기간 내의 손가락 터치 센싱을 통해 터치 디스플레이 패널(110)의 전체 영역에 대한 손가락 터치를 센싱할 수 있다. 그리고, 이와 대응하는 펜 터치 센싱 기간마다 로컬 센싱을 수행하므로, 펜 터치 센싱의 리포트 레이트를 향상시킬 수 있다.
4. 두 개의 펜이 인식된 경우, 펜 터치 센싱 기간을 분할하여 제1 펜(Pen1)을 위한 로컬 센싱과 제2 펜(Pen2)을 위한 로컬 센싱을 수행할 수 있다. 로컬 센싱을 수행하므로 두 개의 펜 각각에 대한 리포트 레이트가 크게 감소되지 않을 수 있다.
5. 세 개의 펜이 인식된 경우, 하나의 영상 프레임 기간의 터치 센싱 기간을 손가락 터치 센싱, 제1 펜(Pen1) 로컬 센싱, 제2 펜(Pen2) 로컬 센싱, 제3 펜(Pen3) 로컬 센싱으로 분할하여 터치를 센싱한다. 따라서, 네 번의 영상 프레임 기간의 손가락 터치 센싱 기간을 통해 터치 디스플레이 패널(110)의 전체 영역에 대한 손가락 터치를 센싱할 수 있다. 그리고, 제1 펜(Pen1), 제2 펜(Pen2), 제3 펜(Pen3)에 대한 로컬 센싱을 수행함으로써, 펜 터치 센싱의 리포트 레이트를 손가락 터치 센싱과 동일한 리포트 레이트로 유지할 수 있다.
전술한 센싱 방식은 하나의 예시이므로, 터치 센싱 기간을 손가락 터치 센싱 기간과 펜 터치 센싱 기간으로 분할하여 터치를 센싱하고, 펜 터치 센싱 기간에서 펜 위치 및 개수 확인 후 로컬 센싱을 수행하는 경우 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 구동 회로(1200)의 개략적인 구성의 예시를 나타낸 것이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 구동 회로(1200)는, 터치 구동 신호 출력부(1210), 터치 센싱 신호 수신부(1220) 및 터치 제어부(1230)를 포함할 수 있다.
터치 구동 신호 출력부(1210)는, 터치 센싱 기간 중 제1 터치 센싱 기간에 제1 레벨의 터치 구동 신호를 출력하고, 제2 터치 센싱 기간에 제1 레벨보다 높은 제2 레벨의 터치 구동 신호를 출력한다. 여기서, 제1 터치 센싱 기간은 손가락 터치 센싱 기간일 수 있고, 제2 터치 센싱 기간은 펜 터치 센싱 기간일 수 있다.
터치 센싱 신호 수신부(1220)는, 터치 센싱 기간에 터치 구동 신호가 인가된 터치 전극(TE)으로부터 터치 센싱 신호를 획득한다.
터치 제어부(1230)는, 획득된 터치 센싱 신호를 이용하여 터치를 감지한다.
이러한 터치 제어부(1230)는, 제1 터치 센싱 기간에 획득된 터치 센싱 신호에 기초하여 손가락 터치를 센싱하고, 제2 터치 센싱 기간에 획득된 터치 센싱 신호를 기초하여 펜 터치를 센싱할 수 있다.
또한, 터치 제어부(1230)는, 제1 터치 센싱 기간과 제2 터치 센싱 기간을 가변적으로 조정할 수 있으며, 조정되는 터치 센싱 기간에 따라 터치 구동 신호 출력부(1210)가 해당 레벨의 터치 구동 신호를 출력하도록 제어한다.
일 예로, 터치 제어부(1230)는, 펜 터치가 인식되기 전에는 터치 센싱 기간 동안 손가락 터치 센싱만 수행한다. 이에 따라, 터치 구동 신호 출력부(1210)는 제1 레벨의 터치 구동 신호만 출력한다.
그리고, 터치 제어부(1230)는, 펜 터치가 발생한 것으로 인식되면, 터치 센싱 기간을 제1 터치 센싱 기간과 제2 터치 센싱 기간으로 구분하고, 터치 구동 신호 출력부(1210)가 제2 터치 센싱 기간에 제2 레벨의 터치 구동 신호를 출력하도록 제어한다.
터치 제어부(1230)는, 터치 디스플레이 패널(110)의 전체 영역에 대한 펜 터치 센싱을 수행하고 펜의 위치 및 개수가 확인되면, 확인된 펜의 위치 및 개수에 기초하여 로컬 센싱을 수행하여 시분할로 수행되는 펜 터치 센싱의 리포트 레이트를 향상시킬 수 있도록 한다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 터치 구동 회로(1200)는 제1 터치 센싱 기간에 터치 디스플레이 패널(110)에 배치된 다수의 터치 전극들(TE) 중 적어도 하나 이상의 터치 전극(TE)으로 제1 레벨의 터치 구동 신호를 출력하여 손가락 터치를 센싱하고, 제2 터치 센싱 기간에 상기 다수의 터치 전극들(TE) 중 적어도 하나 이상의 터치 전극(TE)으로 상기 제1 레벨보다 높은 제2 레벨의 터치 구동 신호를 출력하여 펜 터치를 센싱할 수 있다.
이때, 제1 터치 센싱 기간은 터치 디스플레이 패널(110)의 하나의 영상 프레임 기간 동안 적어도 1회 이상 포함되고, 제2 터치 센싱 기간은 터치 디스플레이 패널(110)의 영상 프레임이 다수 회 반복되는 기간 동안 적어도 1회 이상 포함될 수 있다.
또한, 터치 디스플레이 패널(110)에 펜에 의한 터치가 발생하게 되면, 제2 터치 센싱 기간은 터치 디스플레이 패널(110)의 영상 프레임이 다수 회 반복되는 기간 동안 적어도 2회 이상 포함될 수 있다. 예를 들면, 제1 터치 센싱 기간은 하나의 영상 프레임 기간 동안 2회 포함되고, 제2 터치 센싱 기간은 10회의 영상 프레임 기간 동안 1회 포함되다가, 터치 디스플레이 패널(110)에 펜에 의한 터치가 발생하게 되면 제2 터치 센싱 기간은 10회의 영상 프레임 기간 동안 5회 포함될 수 있는 것이다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 구동 회로의 구동 방법의 과정의 예시를 나타낸 것이다.
도 13을 참조하면, 터치 구동 회로는 펜 터치가 인식되기 전에 핑거 모드로 터치 센싱을 수행한다(S1300).
터치 구동 회로는 펜 터치가 발생한 것으로 인식되면(S1310), 풀 센싱 펜 모드로 터치 디스플레이 패널(110)의 전체 영역에 대한 펜 터치 센싱을 수행한다(S1320).
터치 구동 회로는 풀 센싱 펜 모드에서 펜의 위치 및 개수를 확인한다(S1330).
터치 구동 회로는 하나의 펜만 인식되는 경우(S1340), 단일 로컬 센싱 펜 모드로 동작하여(S1350) 해당 펜에 의해 발생하는 터치 센싱 신호의 리포트 레이트를 향상시킨다.
또는, 복수의 펜이 인식되는 경우(S1350), 다중 로컬 센싱 펜 모드로 동작하며(S1360) 복수의 펜 각각에 대한 로컬 센싱을 수행함으로써, 복수의 펜이 인식되는 경우에도 리포트 레이트를 유지하며 펜 터치를 센싱할 수 있도록 한다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 터치 센싱 기간을 손가락 터치 센싱 기간과 펜 터치 센싱 기간으로 구분하고, 펜 터치 센싱 기간에 터치 구동 신호의 전압 레벨과 센싱 게인을 높여줌으로써 펜 터치 센싱의 감도를 향상시킬 수 있도록 한다. 따라서, 좁은 면적의 펜 팁을 갖는 펜의 터치를 인식하며 세밀한 펜 터치 인식이 가능하도록 한다.
또한, 손가락 터치 센싱 중 펜 터치가 발생한 것으로 인식되면 펜 터치 센싱을 수행함으로써, 시분할로 구동되는 터치 센싱에 의해 손가락 터치 센싱의 리포트 레이트가 감소되는 것을 최소화한다.
또한, 펜 터치 센싱 기간에 전체 영역에 대한 펜 터치를 센싱하여 펜의 위치 및 개수를 확인한 후 로컬 센싱을 수행하여 펜 터치 센싱의 리포트 레이트를 개선할 수 있도록 하며, 로컬 센싱을 통해 일정 수준의 리포트 레이트를 유지하며 다중 펜 터치 센싱도 수행할 수 있도록 한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 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 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 터치 디스플레이 장치 110: 터치 디스플레이 패널
120: 터치 센싱 회로 130: 터치 컨트롤러
140: 터치 전원 회로 141: 전원 생성부
142: 구동 전압 출력부 1200: 터치 구동 회로
1210: 터치 구동 신호 출력부 1220: 터치 센싱 신호 수신부
1230: 터치 제어부

Claims (17)

  1. 터치 디스플레이 패널;
    상기 터치 디스플레이 패널에 배치되거나 내장된 다수의 터치 전극들; 및
    상기 다수의 터치 전극들로 터치 구동 신호를 출력하고, 상기 다수의 터치 전극들로부터 획득된 터치 센싱 신호에 기초하여 터치를 감지하는 터치 구동 회로를 포함하고,
    상기 터치 구동 회로는,
    상기 터치 센싱 신호에 기초한 센싱 데이터가 제1 임계값 이상이고 제2 임계값 이하이면,
    제1 터치 센싱 기간에 제1 레벨의 터치 구동 신호를 출력하고, 제2 터치 센싱 기간에 상기 제1 레벨보다 높은 제2 레벨의 터치 구동 신호를 출력하는 터치 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 터치 구동 회로는,
    N개의 제2 터치 센싱 기간을 통해 상기 터치 디스플레이 패널의 모든 터치 전극들로부터 상기 터치 센싱 신호를 획득하고,
    다음 N개의 제2 터치 센싱 기간을 통해 상기 터치 디스플레이 패널의 일부 터치 전극들로부터 상기 터치 센싱 신호를 획득하는 터치 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 일부 터치 전극들은 상기 N개의 제2 터치 센싱 기간에 감지된 터치 좌표에 기초하여 선택된 터치 디스플레이 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 터치 구동 회로는,
    상기 다음 N개의 제2 터치 센싱 기간 중 어느 하나의 제2 터치 센싱 기간에 제1 그룹의 터치 전극들로부터 상기 터치 센싱 신호를 획득하고, 다른 하나의 제2 터치 센싱 기간에 제2 그룹의 터치 전극들로부터 상기 터치 센싱 신호를 획득하는 터치 디스플레이 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 터치 구동 회로는,
    상기 다음 N개의 제2 터치 센싱 기간을 통해 획득된 상기 터치 센싱 신호에 기초하여 둘 이상의 터치 좌표를 감지하는 터치 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 터치 구동 회로는,
    제1 피드백 캐패시터; 및
    상기 제1 피드백 캐패시터의 용량보다 큰 용량을 갖는 제2 피드백 캐패시터를 포함하고,
    상기 제1 피드백 캐패시터는 상기 제1 터치 센싱 기간에 상기 터치 전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 피드백 캐패시터는 상기 제2 터치 센싱 기간에 상기 터치 전극과 전기적으로 연결되는 터치 디스플레이 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 터치 구동 회로는,
    (-) 입력단이 상기 터치 전극과 전기적으로 연결된 증폭기;
    상기 증폭기의 상기 (-) 입력단과 출력단 사이에 연결된 제1 스위치 및 제1 피드백 캐패시터; 및
    상기 증폭기의 상기 (-) 입력단과 상기 출력단 사이에 연결된 제2 스위치 및 제2 피드백 캐패시터를 포함하고,
    상기 제1 스위치는 상기 제1 터치 센싱 기간에 턴-온 되고, 상기 제2 스위치는 상기 제2 터치 센싱 기간에 턴-온 되며,
    상기 제2 피드백 캐패시터의 용량은 상기 제1 피드백 캐패시터의 용량보다 큰 터치 디스플레이 장치.
  8. 터치 디스플레이 패널;
    상기 터치 디스플레이 패널에 배치되거나 내장된 다수의 터치 전극들; 및
    제1 터치 센싱 기간에 상기 다수의 터치 전극들로 제1 레벨의 터치 구동 신호를 출력하고, 제2 터치 센싱 기간에 상기 다수의 터치 전극들로 상기 제1 레벨보다 높은 제2 레벨의 터치 구동 신호를 출력하며, 상기 다수의 터치 전극들로부터 획득된 터치 센싱 신호에 기초하여 터치를 감지하는 터치 구동 회로
    를 포함하는 터치 디스플레이 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 터치 구동 회로는,
    N개의 제2 터치 센싱 기간을 통해 상기 터치 디스플레이 패널의 모든 터치 전극들로부터 상기 터치 센싱 신호를 획득하고, 획득된 상기 터치 센싱 신호에 기초하여 터치 좌표를 감지하면,
    다음 N개의 제2 터치 센싱 기간을 통해 상기 터치 디스플레이 패널의 일부 터치 전극들로부터 상기 터치 센싱 신호를 획득하는 터치 디스플레이 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 터치 구동 회로는,
    상기 다음 N개의 제2 터치 센싱 기간 중 어느 하나의 제2 터치 센싱 기간에 제1 그룹의 터치 전극들로부터 상기 터치 센싱 신호를 획득하고, 다른 하나의 제2 터치 센싱 기간에 제2 그룹의 터치 전극들로부터 상기 터치 센싱 신호를 획득하는 터치 디스플레이 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 터치 구동 회로는,
    제1 피드백 캐패시터; 및
    상기 제1 피드백 캐패시터의 용량보다 큰 용량을 갖는 제2 피드백 캐패시터를 포함하고,
    상기 제1 피드백 캐패시터는 상기 제1 터치 센싱 기간에 상기 터치 전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 피드백 캐패시터는 상기 제2 터치 센싱 기간에 상기 터치 전극과 전기적으로 연결되는 터치 구동 회로.
  12. 다수의 터치 전극들로 제1 터치 센싱 기간에 제1 레벨의 터치 구동 신호를 출력하고, 제2 터치 센싱 기간에 상기 제1 레벨보다 높은 제2 레벨의 터치 구동 신호를 출력하는 터치 구동 신호 출력부;
    상기 다수의 터치 전극들로부터 터치 센싱 신호를 획득하는 터치 센싱 신호 수신부; 및
    상기 터치 센싱 신호에 기초하여 터치를 감지하는 터치 제어부
    를 포함하는 터치 구동 회로.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 터치 구동 신호 출력부는,
    N개의 제2 터치 센싱 기간을 통해 상기 다수의 터치 전극들 중 모든 터치 전극들로 상기 터치 구동 신호를 출력하고, 다음 N개의 제2 터치 센싱 기간을 통해 상기 다수의 터치 전극들 중 일부 터치 전극들로 상기 터치 구동 신호를 출력하는 터치 구동 회로.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 터치 구동 신호 출력부는,
    상기 다음 N개의 제2 터치 센싱 기간 중 어느 하나의 제2 터치 센싱 기간에 제1 그룹의 터치 전극들로 상기 터치 구동 신호를 출력하고, 다른 하나의 제2 터치 센싱 기간에 제2 그룹의 터치 전극들로 상기 터치 구동 신호를 출력하는 터치 구동 회로.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 터치 제어부는,
    상기 N개의 제2 터치 센싱 기간을 통해 감지된 터치 좌표에 기초하여 상기 다음 N개의 제2 터치 센싱 기간을 통해 상기 터치 구동 신호가 인가되는 상기 일부 터치 전극들을 선택하는 터치 구동 회로.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 터치 센싱 신호 수신부는,
    (-) 입력단이 상기 터치 전극과 전기적으로 연결된 증폭기;
    상기 증폭기의 상기 (-) 입력단과 출력단 사이에 연결된 제1 스위치 및 제1 피드백 캐패시터; 및
    상기 증폭기의 상기 (-) 입력단과 상기 출력단 사이에 연결된 제2 스위치 및 제2 피드백 캐패시터를 포함하고,
    상기 제1 스위치는 상기 제1 터치 센싱 기간에 턴-온 되고, 상기 제2 스위치는 상기 제2 터치 센싱 기간에 턴-온 되며,
    상기 제2 피드백 캐패시터의 용량은 상기 제1 피드백 캐패시터의 용량보다 큰 터치 구동 회로.
  17. 영상 프레임이 반복되어 영상이 표시되는 터치 디스플레이 패널;
    상기 터치 디스플레이 패널에 배치되거나 내장된 다수의 터치 전극들; 및
    제1 터치 센싱 기간에 상기 다수의 터치 전극들 중 적어도 하나 이상의 터치 전극으로 제1 레벨의 터치 구동 신호를 출력하고, 제2 터치 센싱 기간에 상기 다수의 터치 전극들 중 적어도 하나 이상의 터치 전극으로 상기 제1 레벨보다 높은 제2 레벨의 터치 구동 신호를 출력하는 터치 구동 회로를 포함하고,
    상기 제1 터치 센싱 기간은 상기 하나의 영상 프레임 기간 동안 적어도 1회 이상 포함되고, 상기 제2 터치 센싱 기간은 상기 영상 프레임이 다수 회 반복되는 기간 동안 적어도 1회 이상 포함되고,
    상기 터치 디스플레이 패널에 펜에 의한 터치가 발생하면, 상기 제2 터치 센싱 기간은 상기 영상 프레임이 다수 회 반복되는 기간 동안 적어도 2회 이상 포함되는 터치 디스플레이 장치.
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