KR20190081704A - 터치표시장치, 터치구동회로 및 터치센싱방법 - Google Patents

터치표시장치, 터치구동회로 및 터치센싱방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예들은 터치표시장치, 터치구동회로 및 터치센싱방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 터치전극 별 위치나 시정수 차이를 고려하여, 전치증폭기의 입력단에 연결된 전하 제어회로를 제어 동작 타이밍을 제어하는 터치표시장치, 터치구동회로 및 터치센싱방법에 관한 것이다. 이를 통해, 터치전극 별 신호 대 잡음비의 불필요한 편차를 줄여주어 터치감도를 향상시켜줄 수 있다.

Description

터치표시장치, 터치구동회로 및 터치센싱방법{TOUCH DISPLAY DEVICE, TOUCH DRIVING CIRCUIT, AND TOUCH SENSING METHOD}
본 발명은 터치표시장치, 터치구동회로 및 터치센싱방법에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하기 위한 터치 디스플레이 장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 근래에는 액정표시장치, 플라즈마 표시장치, 유기발광표시장치 등과 같은 여러 가지 표시장치가 활용되고 있다.
이러한 표시장치 중, 버튼, 키보드, 마우스 등의 통상적인 입력방식에서 탈피하여, 사용자가 손쉽게 정보 혹은 명령을 직관적이고 편리하게 입력할 수 있도록 해주는 터치 기반의 입력방식을 제공하는 터치 표시 장치가 있다.
이러한 터치표시장치는 다수의 터치전극을 순차적으로 센싱하고, 터치전극 별 센싱값을 취합하여 터치 유무나 터치 좌표를 산출한다. 하지만, 다수의 터치전극은 배치되는 위치가 서로 다르기 때문에, 터치전극 별 센싱값이 원치 않게 달라지는 현상이 발생하고, 특정 위치에서는 신호 대 잡음비가 크게 떨어져서 터치감도가 저하되는 문제점이 있어왔다.
이러한 배경에서, 본 발명의 실시예들의 목적은, 터치전극 별 위치 차이에도 불구하고, 모든 위치에서 노이즈에 의한 영향 없이 높은 신호 대 잡음비를 얻을 수 있는 터치표시장치, 터치구동회로 및 터치센싱방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 실시예들의 다른 목적은, 전치증폭기의 입력단에 전하 제어회로를 연결하여, 센싱 데이터의 포화를 방지하고 높은 신호 대 잡음비를 얻을 수 있도록 해주는 터치표시장치, 터치구동회로 및 터치센싱방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 실시예들의 또 다른 목적은, 터치전극 별 위치나 시정수 차이를 고려하여, 전치증폭기의 입력단에 연결된 전하 제어회로를 제어 동작 타이밍을 제어하여 터치전극 별 신호 대 잡음비의 불필요한 편차를 줄여주어 터치감도를 향상시켜줄 수 있다. 터치표시장치, 터치구동회로 및 터치센싱방법을 제공하는 데 있다.
일 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 다수의 터치전극을 포함하는 터치스크린패널과, 터치스크린패널로 구동신호를 공급하고 센싱신호를 수신하는 터치구동회로를 포함하는 터치표시장치를 제공할 수 있다.
터치구동회로는, 터치전극에 대한 센싱신호가 입력되는 제1 입력단을 갖는 전치증폭기와, 전치증폭기의 제1 입력단과 전하 제어신호가 입력되는 전하 제어신호 입력단 사이에 전기적으로 연결된 전하 제어회로를 포함할 수 있다.
전하 제어회로는, 전하 제어스위치와, 전하 제어스위치에 의해, 전치증폭기의 제1 입력단과 전하 제어신호 입력단 사이에 연결되는 전하 제어캐패시터를 포함할 수 있다.
전하 제어회로는, 구동신호가 제1 전압 레벨에서 제2 전압 레벨로 변동을 시작한 시점으로부터 설정된 제1 제어시간이 경과한 후, 전하 제어스위치의 턴-온과 전하 제어신호의 전압 레벨 변동을 통해, 전치증폭기의 제1 입력단으로 입력된 전하를 제어할 수 있다.
제1 제어시간은 터치전극의 위치 또는 시정수에 따라 변경될 수 있다.
일 예로, 제1 제어시간은 터치전극이 터치구동회로로부터 멀리 위치한 터치전극이거나 시정수가 큰 터치전극일수록 길게 설정될 수 있다.
반대로, 라이징 제어시간은 터치전극이 터치구동회로로부터 가깝게 위치한 터치전극이거나 시정수가 작은 터치전극일수록 짧게 설정될 수 있다.
구동신호가 제1 전압 레벨에서 제2 전압 레벨로 변동된 시점으로부터 설정된 제1 제어시간이 경과한 후, 전하 제어스위치에 의해 전치증폭기의 제1 입력단에 연결된 전하 제어캐패시터의 한 전극(전하 캐패시터의 제1 전극과 제2 전극 중 전하 제어신호 입력단에 연결된 전극)에 인가되는 전하 제어신호가 제3 전압 레벨에서 제4 전압 레벨로 변동될 수 있다.
구동신호가 제2 전압 레벨에서 제1 전압 레벨로 변동을 시작한 시점으로부터 설정된 제2 제어시간이 경과한 후, 전하 제어신호가 제4 전압 레벨에서 제3 전압 레벨로 변동될 수 있다.
제2 제어시간은 터치전극의 위치 또는 시정수에 따라 변경될 수 있다.
일 예로, 제2 제어시간은 터치전극이 터치구동회로로부터 멀리 위치한 터치전극이거나 시정수가 큰 터치전극일수록 길게 설정될 수 있다.
반대로, 제2 제어시간은 터치전극이 터치구동회로로부터 가깝게 위치한 터치전극이거나 시정수가 작은 터치전극일수록 짤게 설정될 수 있다.
위에서 언급한 구동신호의 제1 전압 레벨과 제2 전압 레벨은, 일 예로, 로우 레벨과 하이 레벨일 수 있다. 또한, 전하 제어신호의 제3 전압 레벨과 제4 전압 레벨은, 일 예로, 로우 레벨과 하이 레벨일 수 있다.
여기서, 구동신호의 로우 레벨과 전하 제어신호의 로우 레벨은 동일한 전압 값일 수도 있지만 다른 전압 값일 수도 있다. 또한, 구동신호의 하이 레벨과 전하 제어신호의 하이 레벨은 동일한 전압 값일 수도 있지만 다른 전압 값일 수도 있다.
예를 들어, 구동신호가 로우 레벨인 제1 전압 레벨에서 하이 레벨인 제2 전압 레벨로 라이징을 시작한 시점으로부터 제1 라이징 제어시간이 경과한 후, 전하 제어스위치가 턴-온 되고, 전하 제어스위치가 턴-온 된 시점으로부터 제2 라이징 제어시간이 경과한 후, 전하 제어신호가 로우 레벨인 제3 전압 레벨에서 하이 레벨인 제4 전압 레벨로 라이징될 수 있다.
제1 라이징 제어시간과 제2 라이징 제어시간의 합은 제1 제어시간과 대응될 수 있다.
제1 라이징 제어시간은 터치전극의 위치 또는 시정수에 따라 변경될 수 있다.
일 예로, 제1 라이징 제어시간은, 터치전극이 터치구동회로로부터 멀리 위치한 터치전극이거나 시정수가 큰 터치전극일수록 길게 설정될 수 있다.
반대로, 제1 라이징 제어시간은, 터치전극이 터치구동회로로부터 가깝게 위치한 터치전극이거나 시정수가 작은 터치전극일수록 짧게 설정될 수 있다.
제2 라이징 제어시간의 길이는 전하 제어스위치가 온 상태를 유지하는 기간의 길이 이하일 수 있다.
예를 들어, 전하 제어신호가 제3 전압 레벨에서 제4 전압 레벨로 라이징 된 이후, 전하 제어스위치는 턴-오프 되고, 구동신호가 제2 전압 레벨에서 제1 전압 레벨로 폴링을 시작한 시점으로부터 제1 폴링 제어시간이 경과한 후, 전하 제어스위치가 턴-온 되고, 전하 제어스위치가 턴-온 된 시점으로부터 제2 폴링 제어시간이 경과한 후, 전하 제어신호가 제4 전압 레벨에서 제3 전압 레벨로 폴링될 수 있다.
제1 폴링 제어시간과 제2 폴링 제어시간의 합은 제2 제어시간과 대응될 수 있다.
제1 폴링 제어시간은 터치전극의 위치 또는 시정수에 따라 변경될 수 있다.
일 예로, 제1 폴링 제어시간은, 터치전극이 터치구동회로로부터 멀리 위치한 터치전극이거나 시정수가 큰 터치전극일수록 길게 설정될 수 있다.
반대로, 제1 폴링 제어시간은, 터치전극이 터치구동회로로부터 가깝게 위치한 터치전극이거나 시정수가 작은 터치전극일수록 짧게 설정될 수 있다.
제2 폴링 제어시간의 길이는 전하 제어스위치가 온 상태를 유지하는 기간의 길이 이하일 수 있다.
라이징 제어시간 동안, 구동신호의 전압 레벨 가변 기울기는 터치전극의 위치 또는 시정수에 따라 달라질 수 있다.
위에서 언급한 제1 제어시간 동안, 터치전극이 터치구동회로로부터 멀리 위치한 터치전극이거나 시정수가 큰 터치전극일수록, 구동신호의 전압 레벨 가변 기울기는 작을 수 있다.
반대로, 제1 제어시간 동안, 터치전극이 터치구동회로로부터 가깝게 위치한 터치전극이거나 시정수가 작은 터치전극일수록, 구동신호의 전압 레벨 가변 기울기는 클 수 있다.
한편, 전하 제어회로 내 전하 제어캐패시터는 제1 전하 제어캐패시터와 제2 전하 제어캐패시터를 포함할 수 있다.
제1 전하 제어캐패시터와 제2 전하 제어캐패시터 각각의 제1 전극은 연결되고, 제1 전하 제어캐패시터와 제2 전하 제어캐패시터 각각의 제2 전극은 연결될 수 있다.
전하 제어회로는, 제1 전하 제어캐패시터의 제1 전극과 전하 제어스위치를 연결해주는 제1 선택스위치와, 제2 전하 제어캐패시터의 제1 전극과 전하 제어스위치를 연결해주는 제2 선택스위치를 더 포함할 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 터치전극으로 구동신호를 출력하고 터치전극에 대한 센싱신호가 입력되는 제1 입력단을 갖는 전치증폭기와, 전치증폭기의 제1 입력단과 전하 제어신호가 입력되는 전하 제어신호 입력단 사이에 전기적으로 연결된 전하 제어회로를 포함하는 터치구동회로를 제공할 수 있다.
전하 제어회로는, 전하 제어스위치와, 전하 제어스위치에 의해, 전치증폭기의 제1 입력단과 전하 제어신호 입력단 사이에 연결되는 전하 제어캐패시터를 포함할 수 있다.
전하 제어회로는, 구동신호가 제1 전압 레벨에서 제2 전압 레벨로 변동을 시작한 시점으로부터 설정된 제1 제어시간이 경과한 후, 전하 제어스위치의 턴-온과 전하 제어신호의 전압 레벨 변동을 통해서 전치증폭기의 제1 입력단으로 입력되는 전하를 제어할 수 있다.
위에서 언급한 제1 제어시간은 터치전극의 위치 또는 시정수에 따라 변경될 수 있다.
제1 제어시간은 터치전극이 터치구동회로로부터 멀리 위치한 터치전극이거나 시정수가 큰 터치전극일수록 길게 설정될 수 있다.
위에서 언급한 구동신호의 제1 전압 레벨과 제2 전압 레벨은, 일 예로, 로우 레벨과 하이 레벨일 수 있다. 또한, 전하 제어신호의 제3 전압 레벨과 제4 전압 레벨은, 일 예로, 로우 레벨과 하이 레벨일 수 있다.
여기서, 구동신호의 로우 레벨과 전하 제어신호의 로우 레벨은 동일한 전압 값일 수도 있지만 다른 전압 값일 수도 있다. 또한, 구동신호의 하이 레벨과 전하 제어신호의 하이 레벨은 동일한 전압 값일 수도 있지만 다른 전압 값일 수도 있다.
예를 들어, 구동신호가 로우 레벨인 제1 전압 레벨에서 하이 레벨인 제2 전압 레벨로 라이징을 시작한 시점으로부터 제1 라이징 제어시간이 경과한 후, 전하 제어스위치가 턴-온 되고, 전하 제어스위치가 턴-온 된 시점으로부터 제2 라이징 제어시간이 경과한 후, 전하 제어신호가 로우 레벨인 제3 전압 레벨에서 하이 레벨인 제4 전압 레벨로 라이징 될 수 있다.
제1 라이징 제어시간과 제2 라이징 제어시간의 합은 제1 제어시간과 대응되고, 제1 라이징 제어시간은 터치전극의 위치 또는 시정수에 따라 다를 수 있다.
제2 라이징 제어시간의 길이는 전하 제어스위치가 온 상태를 유지하는 기간의 길이 이하일 수 있다.
전하 제어스위치의 온 상태에서 전치증폭기의 제1 입력단으로 입력되는 센싱신호에 대응되는 전하량은, 전하 제어스위치가 오프 상태에서 전치증폭기의 제1 입력단으로 입력되는 센싱신호에 대응되는 전하량과 다를 수 있다.
전하 제어캐패시터는 제1 전하 제어캐패시터와 제2 전하 제어캐패시터를 포함하고, 제1 전하 제어캐패시터와 제2 전하 제어캐패시터 각각의 제1 전극은 연결되고, 제1 전하 제어캐패시터와 제2 전하 제어캐패시터 각각의 제2 전극은 연결되며, 전하 제어회로는, 제1 전하 제어캐패시터의 제1 전극과 전하 제어스위치를 연결해주는 제1 선택스위치와, 제2 전하 제어캐패시터의 제1 전극과 전하 제어스위치를 연결해주는 제2 선택스위치를 더 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 터치구동회로가 터치전극으로 구동신호를 출력하는 단계와, 터치구동회로가 터치전극으로부터 센싱신호를 입력받는 단계와, 터치구동회로가 센싱신호를 토대로 센싱데이터를 생성하여 출력하는 단계를 포함하는 터치센싱방법을 제공할 수 있다.
구동신호를 출력하는 단계 동안, 구동신호가 제1 전압 레벨에서 제2 전압 레벨로 변동을 시작한 시점으로부터 제1 시간이 경과한 후, 터치구동회로에서 센싱신호가 입력되는 제1 입력단과 터치구동회로에서 구동신호와 다른 전하 제어신호가 입력되는 전하 제어신호 입력단 사이에 전하 제어캐패시터가 연결되고, 전하 제어캐패시터의 한 전극(전하 캐패시터의 제1 전극과 제2 전극 중 전하 제어신호 입력단에 연결된 전극)에 제3 전압 레벨에서 제4 전압 레벨로 변동된 전하 제어신호가 인가될 수 있다.
제1 시간은 터치전극의 위치 또는 시정수에 따라 변경될 수 있다.
제1 시간은 터치전극이 터치구동회로로부터 멀리 위치한 터치전극이거나 시정수가 큰 터치전극일수록 길게 설정될 수 있다.
이상에서 전술한 본 발명의 실시예들에 의하면, 터치전극 별 위치 차이에도 불구하고, 모든 위치에서 노이즈에 의한 영향 없이 높은 신호 대 잡음비를 얻을 수 있는 터치표시장치, 터치구동회로 및 터치센싱방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 전치증폭기의 입력단에 전하 제어회로를 연결하여, 센싱 데이터의 포화를 방지하고 높은 신호 대 잡음비를 얻을 수 있도록 해주는 터치표시장치, 터치구동회로 및 터치센싱방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 터치전극 별 위치나 시정수 차이를 고려하여, 전치증폭기의 입력단에 연결된 전하 제어회로를 제어 동작 타이밍을 제어하여 터치전극 별 신호 대 잡음비의 불필요한 편차를 줄여주어 터치감도를 향상시켜줄 수 있다. 터치표시장치, 터치구동회로 및 터치센싱방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 터치표시장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 터치표시장치의 디스플레이 파트를 나타낸 도면이다.
도 3는 본 발명의 실시예들에 따른 터치표시장치의 터치 센싱 파트를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 터치표시장치의 구현 예시 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 터치구동회로를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 터치구동회로 내 센싱유닛의 구동동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 실시 예들에 따른 터치표시장치의 디스플레이 구동과 터치 구동의 시분할 구동 방식을 나타낸 구동 타이밍을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 터치표시장치의 디스플레이 구동과 터치 구동의 독립 구동 방식을 나타낸 구동 타이밍을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 터치표시장치의 터치 구동을 위한 구동신호를 나타낸 도면이다.
도 10는 본 발명의 실시예들에 따른 터치표시장치의 터치구동회로 내 전치증폭기의 제1 입력단에 연결된 전하 제어회로를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 전하 제어회로의 예시도이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 전하 제어회로의 구동타이밍을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 터치구동회로 내 전치증폭기의 출력을 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 터치표시장치의 터치스크린패널에 배치되며 시정수가 다른 2개의 터치전극을 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 터치표시장치의 터치스크린패널에 배치된 2개의 터치전극의 시정수를 RC 지연으로 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 터치표시장치의 터치스크린패널에 배치된 다수의 터치전극의 멀티플렉서 구동 방식과, 이러한 멀티플렉서 구동 시, 센싱 그룹 별 시정수 차이 및 위치 차이를 나타낸 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시예들에 따른 터치표시장치에서, 터치전극 별 구동신호의 라이징 상태의 차이와, 전하 제어회로 내 전하 제어스위치의 스위칭 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시예들에 따른 전하 제어회로의 구동타이밍으로서, 멀리 위치한 제1 터치전극과 가깝게 위치한 제2 터치전극 각각의 구동 시, 전하 제어회로의 구동타이밍을 나타낸 도면이다.
도 19는 본 발명의 실시예들에 따른 전하 제어회로의 다른 예시도이다.
도 20은 본 발명의 실시예들에 따른 터치센싱방법의 흐름도이다.
도 21 및 도 22는 본 발명의 실시예들에 따른 전하 제어 타이밍을 제어하기 위한 방법에 대한 흐름도들이다.
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 발명의 실시예들에 따른 터치표시장치(10)를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예들에 따른 터치표시장치(10)는 영상을 표시하는 영상 표시 기능을 제공할 뿐만 아니라, 손가락에 의한 터치 센싱 기능도 제공할 수 있으며, 펜 등의 터치 도구에 의한 터치 센싱 기능도 제공할 수 있다.
여기서, '펜'은 신호 송수신 기능을 갖거나 터치표시장치(10)와 연동 동작을 수행할 수 있거나 자체 전원을 포함하는 터치 도구인 액티브 펜(Active Pen)과, 신호 송수신 기능 및 자체 전원 등이 없는 터치 도구인 패시브 펜(Passive Pen) 등을 포함할 수 있다.
여기서, 터치 도구는 손가락뿐만 아니라 손가락을 대신하여 화면을 터치할 수 있는 모든 물체를 의미하며, 터치 오브젝트 또는 터치 포인터라고도 할 수 있다.
아래에서, 손가락은 패시브 펜 등의 수동적인 터치 도구를 대표하는 것으로 간주하고, 펜은 액티브 펜 등의 능동적인 터치 도구를 대표하는 것으로 간주할 수 있다. 여기서, 펜은 스타일러스(Stylus), 스타일러스 펜(Stylus Pen) 또는 액티브 스타일러스 펜(Active Stylus Pen) 등이라고도 할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 터치표시장치(10)는, 일 예로, 텔레비전(TV), 모니터 등일 수도 있고, 태블릿, 스마트 폰 등의 모바일 디바이스일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 터치표시장치(10)는 영상 표시 기능을 제공하기 위한 디스플레이 파트(Display Part)와 터치 센싱을 위한 터치 센싱 파트(Touch Sensing Part)를 포함할 수 있다.
아래에서는, 도 2 내지 도 3을 참조하여, 터치표시장치(10)의 디스플레이 파트(Display Part)와 터치 센싱 파트(Touch Sensing Part)에 대한 구조를 간략하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 터치표시장치(10)에서 디스플레이 파트를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 터치표시장치(10)의 디스플레이 파트(Display Part)는 표시패널(110), 데이터 구동 회로(120), 게이트 구동 회로(130) 및 디스플레이 컨트롤러(140) 등을 포함할 수 있다.
표시패널(110)은 다수의 데이터 라인(DL)과 다수의 게이트 라인(GL)이 배치되고, 다수의 데이터 라인(DL)과 다수의 게이트 라인(GL)에 의해 정의되는(구획되는) 다수의 서브픽셀(SP)이 배열되어 있다.
데이터 구동 회로(120)는 다수의 데이터 라인(DL)로 데이터 전압을 공급하여 다수의 데이터 라인(DL)을 구동한다.
게이트 구동 회로(130)는 다수의 게이트 라인(GL)으로 스캔 신호를 순차적으로 공급하여 다수의 게이트 라인(GL)을 구동한다.
디스플레이 컨트롤러(140)는 데이터 구동 회로(120) 및 게이트 구동 회로(130)로 각종 제어신호(DCS, GCS)를 공급하여, 데이터 구동 회로(120) 및 게이트 구동 회로(130)의 동작을 제어한다.
이러한 디스플레이 컨트롤러(140)는, 각 디스플레이 프레임에서 구현하는 타이밍에 따라 스캔을 시작하고, 외부에서 입력되는 입력 영상 데이터를 데이터 구동 회로(120)에서 사용하는 데이터 신호 형식에 맞게 전환하여 전환된 영상 데이터(DATA)를 출력하고, 스캔에 맞춰 적당한 시간에 데이터 구동을 통제한다.
이러한 디스플레이 컨트롤러(140)는 통상의 디스플레이 기술에서 이용되는 타이밍 컨트롤러(Timing Controller)이거나, 타이밍 컨트롤러(Timing Controller)를 포함하여 다른 제어 기능도 더 수행하는 제어 장치일 수 있다.
이러한 디스플레이 컨트롤러(140)는, 데이터 구동 회로(120)와 별도의 부품으로 구현될 수도 있고, 데이터 구동 회로(120)와 함께 집적 회로로 구현될 수도 있다.
한편, 데이터 구동 회로(120)는, 적어도 하나의 소스 드라이버 집적회로(Source Driver Integrated Circuit)를 포함하여 구현될 수 있다.
각 소스 드라이버 집적회로는, 쉬프트 레지스터(Shift Register), 래치 회로(Latch Circuit), 디지털 아날로그 컨버터(DAC: Digital to Analog Converter), 출력 버퍼(Output Buffer) 등을 포함할 수 있으며, 경우에 따라서, 아날로그 디지털 컨버터(Analog to Digital Converter) 등을 더 포함할 수 있다.
게이트 구동 회로(130)는, 적어도 하나의 게이트 드라이버 집적회로(Gate Driver Integrated Circuit)를 포함하여 구현될 수 있다.
각 게이트 드라이버 집적회로는 쉬프트 레지스터(Shift Register), 레벨 쉬프터(Level Shifter) 등을 포함할 수 있다.
데이터 구동 회로(120)는, 표시패널(110)의 일측(예: 상측 또는 하측)에만 위치할 수도 있고, 경우에 따라서는, 구동 방식, 패널 설계 방식 등에 따라 표시패널(110)의 양측(예: 상측과 하측)에 모두 위치할 수도 있다.
게이트 구동 회로(130)는, 표시패널(110)의 일 측(예: 좌측 또는 우측)에만 위치할 수도 있고, 경우에 따라서는, 구동 방식, 패널 설계 방식 등에 따라 표시패널(110)의 양측(예: 좌측과 우측)에 모두 위치할 수도 있다.
한편, 표시패널(110)은 액정표시패널, 유기발광표시패널 및 플라즈마 표시패널 등의 다양한 타입의 표시패널일 수 있다.
도 3는 본 발명의 실시예들에 따른 터치표시장치의 터치 센싱 파트를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 터치표시장치(10)는 캐패시턴스 기반의 터치 센싱 기법을 통해 손가락 및/또는 펜에 의한 터치 유무 또는 터치 위치를 센싱할 수 있다.
이를 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 터치표시장치(10)는 다수의 터치전극(TE)이 배치된 터치스크린패널(TSP)과 이를 구동하기 위한 터치회로(300)을 포함할 수 있다.
터치표시장치(10)는, 터치 유무, 터치 위치 등에 따라 각 터치전극(TE)마다 형성되는 캐패시턴스 또는 그 변화를 측정하여 터치입력을 센싱하는 셀프 캐패시턴스(Self-capacitance) 기반의 터치 센싱 기능을 제공할 수 있다.
터치스크린패널(TSP)에는 다수의 터치전극(TE)이 배치될 수 있다.
터치스크린패널(TSP)에는 다수의 터치전극(TE)과 터치회로(300)를 전기적으로 연결해주는 다수의 신호라인(SL)이 배치될 수 있다.
터치회로(300)는 다수의 터치전극(TE) 중 하나 이상으로 구동신호를 공급하고, 구동신호가 인가된 터치전극(TE)으로부터 센싱신호를 수신함으로써, 터치전극(TE)을 센싱할 수 있다. 여기서, 구동신호는 전압 레벨이 가변 되는 변조 신호(예: 펄스 폭 변조 신호 등)일 수 있다.
한편, 터치표시장치(10)는, 뮤추얼 캐패시턴스(Mutual-capacitance) 기반의 터치 센싱 기능을 제공할 수도 있다. 이 경우, 다수의 터치전극(TE)은 구동전극(송신전극)과 센싱전극(수신전극)으로 나누어져서, 구동전극에 해당하는 터치전극(TE)으로는 구동신호가 인가되고 센싱전극에 해당하는 터치전극(TE)에서는 센싱신호가 검출되어, 터치 유무, 터치 위치 등에 따라 구동전극에 해당하는 터치전극(TE)과 센싱전극에 해당하는 터치전극(TE) 간의 캐패시턴스(뮤추얼 캐패시턴스) 또는 그 변화를 토대로 터치 유무 및/또는 터치 좌표를 센싱할 수 있다.
아래에서는, 설명의 편의를 위하여, 터치표시장치(10)는 셀프 캐패시턴스 기반의 터치 센싱 방식을 제공하고, 터치스크린패널(TSP)도 셀프 캐패시턴스 기반의 터치 센싱을 위해 도 3과 같이 설계된 경우를 가정한다.
도 3에 도시된 다수의 터치전극(TE)의 배열 형태와, 각 터치전극(TE)의 형상 등은 예시일 뿐 다양하게 설계될 수 있다.
하나의 터치전극(TE)이 형성되는 영역의 크기는 하나의 서브픽셀이 형성되는 영역의 크기와 대응될 수도 있다.
또는, 하나의 터치전극(TE)이 형성되는 영역의 크기는 하나의 서브픽셀이 형성되는 영역의 크기보다 클 수 있다. 이 경우, 하나의 터치전극(TE)은 둘 이상의 데이터 라인들 및 둘 이상의 게이트 라인들과 중첩될 수 있다. 예를 들어, 하나의 터치전극(TE)이 형성되는 영역의 크기는 수 개 내지 수십 개의 서브픽셀 영역의 크기와 대응될 수 있다.
한편, 터치스크린패널(TSP)은 표시패널(110)과 별도로 제작되어 표시패널(110)과 결합되는 외장형(애드-온(Add-On) 타입이라고도 함)이거나, 표시패널(110)에 내장되는 내장형(예: 인-셀(In-Cell) 타입, 온-셀(On-Cell) 타입 등)일 수도 있다.
터치스크린패널(TSP)이 표시패널(110)에 내장된 경우, 표시패널(110)의 제작 시, 터치전극들(TE)이 디스플레이 구동과 관련된 다른 전극이나 신호 배선들과 함께 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 터치표시장치(10)의 구현 예시 도면이다. 단, 터치스크린패널(TSP)이 표시패널(110)에 내장된 경우를 가정한다.
도 4를 참조하면, 터치회로(300)는, 터치스크린패널(TSP)로 구동신호를 공급하고 터치스크린패널(TSP)로부터 센싱신호를 검출(수신)하기 위한 하나 이상의 터치구동회로(TDC)와, 터치구동회로(TDC)의 센싱신호 검출 결과를 이용하여 터치 입력의 유무 및/또는 위치 등을 알아내는 터치 컨트롤러(TCR) 등을 포함할 수 있다.
터치회로(300)는 하나 이상의 터치구동회로(TDC)를 포함할 수 있다. 각 터치구동회로(TDC)는 하나의 집적회로(IC)로 구현될 수 있다. 또는, 둘 이상의 터치구동회로(TDC)가 하나의 집적회로(IC)로 구현될 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 터치회로(300)에 포함된 터치구동회로(TDC)는, 데이터 구동 회로(120)를 구현한 소스 드라이버 집적회로(SDIC)와 함께, 통합된 통합 집적회로(SRIC)로 통합되어 구현될 수도 있다. 즉, 터치표시장치(10)는 하나 이상의 통합 집적회로(SRIC)를 포함할 수 있는데, 각 통합 집적회로(SRIC)는 터치구동회로(TDC)와 소스 드라이버 집적회로(SDIC)를 포함할 수 있다.
이와 같이, 터치 구동을 위한 터치구동회로(TDC)와 데이터 구동을 위한 소스 드라이버 집적회로(SDIC)의 통합 구현은, 터치스크린패널(TSP)이 표시패널(110)에 내장되는 내장형이고, 터치전극들(TE)과 연결된 신호 라인들(SL)이 데이터 라인들(DL)과 평행하게 배치된 경우에, 터치 구동 및 데이터 구동을 효과적으로 수행할 수 있다.
한편, 터치스크린패널(TSP)이 표시패널(110)에 내장되는 내장형인 경우, 각 터치전극(TE)은 다양하게 만들어질 수 있다.
터치표시장치(100)가 액정표시장치 등의 타입으로 구현된 경우, 영상 표시를 위한 디스플레이 구동 기간 동안 공통전압이 인가되는 공통전극을 여러 개로 블록화 하고, 여러 개로 블록화된 공통전극들을 다수의 터치전극(TE)으로 활용할 수 있다.
이러한 경우, 터치전극(TE)은, 터치 센싱을 위한 터치 구동 기간 동안 구동신호가 인가되거나 센싱신호가 검출되고, 영상 표시를 위한 디스플레이 구동 기간 동안 공통전압이 인가될 수 있다.
이 경우, 디스플레이 구동 기간 동안, 다수의 터치전극(TE)은 터치회로(300)의 내부에서 모두 전기적으로 연결되고, 공통전압을 공통으로 인가 받을 수 있다.
터치 구동 기간 동안, 터치회로(300)의 내부에서 다수의 터치전극(TE) 중 센싱 대상으로 선택된 하나 이상의 터치전극(TE)은, 터치회로(300)의 터치구동회로(TDC)로부터 구동신호를 인가 받고, 터치회로(300)의 터치구동회로(TDC)에 의해 센싱신호가 검출될 수 있다.
또한, 각 터치전극(TE)은 중첩되는 다수의 서브픽셀 내 픽셀전극(미도시)과 전계를 형성하기 위하여 다수의 슬릿(홀(Hole)이라고도 함)이 존재할 수 있다.
한편, 터치표시장치(10)가 유기발광표시장치로 구현된 경우, 표시패널(110)은 공통전압이 인가되는 공통전극(예: 캐소드 전극 등)과, 공통전극 상에 배치되는 봉지층(Encapsulation layer)을 포함할 수 있다.
여기서, 공통전극이 여러 개로 블록화 되고 여러 개로 블록화된 공통전극들이 다수의 터치전극(TE)으로 활용될 수 있다. 여기서, 여러 개의 공통전극은, 일 예로, 각 서브픽셀(SP) 내 유기발광다이오드(OLED: Organic Light Emitting Diode)의 애노드 전극(픽셀 전극에 해당함)과 캐소드 전극 중 캐소드 전극일 수 있고, 공통전압은 캐소드 전압일 수 있다.
이와 다르게, 공통전극 상에 위치하는 봉지층(Encapsulation Layer) 상에 다수의 터치전극(TE)이 별도로 위치할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 유기발광표시장치로 구현된 터치표시장치(10)의 표시패널(110)에 내장된 각 터치전극(TE)은 오픈영역(개구부)이 없는 전극 형태일 수 있다. 이때, 다수의 터치전극들(TE) 각각은 서브픽셀들(SP)에서의 발광을 위해 투명전극일 수 있다. 또는, 각 터치전극(TE) 은 여러 개의 오픈영역(개구부)이 있는 메쉬 타입의 전극일 수 있다. 이때, 각 터치전극(TE)에서 각 오픈영역은 서브픽셀(SP)의 발광 영역(예: 애노드 전극의 일부가 위치한 영역)에 대응될 수 있다.
한편, 터치구동회로(TDC)가 터치센싱을 위해 터치전극(TE)에 구동신호를 공급할 때, 터치 센싱과 관련이 없는 다른 전극들이나 신호라인들은 터치전극(TE)과 불필요한 기생 캐패시턴스틀 형성할 수 있다. 이러한 기생 캐패시턴스에 의해 터치감도가 크게 떨어질 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 터치표시장치(10)는, 터치구동회로(TDC)가 터치센싱을 위해 터치전극(TE)에 구동신호를 공급할 때, 터치 센싱과 관련이 없는 다른 전극들이나 신호라인들로 구동신호와 동일하거나 대응되는 로드 프리 구동 신호를 공급하는 로드 프리 구동(LFD: Load Free Driving, 이하 LFD)을 수행할 수 있다.
여기서, LFD 신호는, 구동신호의 주파수 및 위상과 동일하거나 유사한 주파수 및 위상을 가질 수 있다. 이뿐만 아니라, LFD 신호는, 구동신호의 진폭 등과 동일하거나 유사한 진폭 등을 가질 수 있다.
이때, LFD 신호의 주파수, 위상 및 진폭 등 중 적어도 하나의 신호 특성이 구동신호의 주파수, 위상 및 진폭 중 적어도 하나의 신호 특성과 유사하다는 것은, 동일하지는 않지만 차이가 미리 정해진 허용오차범위(예: 1%, 2%, 5% 등) 이내인 것으로 의미한다.
전술한 바와 같이, LFD 신호는 터치 센싱을 위한 구동신호와 신호특성이 동일하거나 유사한 신호로서, 센싱 대상인 터치전극(TE)에 인가되는 구동신호 그 자체를 의미하거나 구동신호를 포함하는 의미일 수도 있다.
LFD의 일 예로, 터치 구동 기간 동안, 모든 데이터 라인(DL) 또는 일부의 데이터 라인(DL)으로 LFD 신호가 인가될 수 있다.
LFD의 다른 예로, 터치 구동 기간 동안, 모든 게이트 라인(GL) 또는 일부의 게이트 라인(GL)으로 LFD 신호가 인가될 수 있다.
LFD의 또 다른 예로, 터치 구동 기간 동안, 터치 센싱 대상이 되는 터치전극(TE)의 주변의 터치전극 또는 모든 터치전극(TE)으로 LFD 신호가 인가될 수 있다.
LFD의 또 다른 예로, 터치구동회로(TDC)는, 터치 구동 기간 동안, 모든 터치전극(TE)으로 구동신호(LFD 신호)를 동시에 공급하고, 모든 터치전극(TE) 중 센싱 대상이 되는 하나 이상의 터치전극(TE)만을 순차적으로 센싱할 수도 있다. 여기서, 모든 터치전극(TE)으로 구동신호(로드 프리 구동 신호)가 동시에 공급될 때, 모든 데이터 라인(DL)과 모든 게이트 라인(GL)으로도 로드 프리 구동 신호가 인가될 수도 있다. 이 경우, LFD 신호는 터치 센싱을 위한 구동신호와 동일하며, 센싱 대상인 터치전극(TE)에 인가되는 구동신호 그 자체를 의미할 수 있다.
한편, 터치구동회로(TDC) 및 소스 드라이버 집적회로(SDIC) 각각은 TCP (Tape Carrier Package) 타입, COF (Chip On Film) 타입, 또는 COG (Chip On Glass) 타입 등으로 구현될 수 있다.
또한, 터치구동회로(TDC) 및 소스 드라이버 집적회로(SDIC)을 통합한 통합 집적회로(SRIC) 또한, TCP (Tape Carrier Package) 타입, COF (Chip On Film) 타입, 또는 COG (Chip On Glass) 타입 등으로 구현될 수 있다.
예를 들어, 도 4의 예시와 같이, 통합 집적회로(SRIC)가 COF 타입으로 구현된 경우, 통합 집적회로(SRIC)는 필름 상에 실장되고, 통합 집적회로(SRIC)가 실장된 필름의 일 단은 표시패널(110)의 외곽 패드부와 연결되고 타 단은 인쇄회로기판(PCB)에 연결될 수 있다.
인쇄회로기판(PCB)에는 터치컨트롤러(TCR)가 실정될 수 있다.
한편, 터치구동회로(TDC)와 터치컨트롤러(TCR)는 별도의 부품으로 구현될 수도 있고, 1개의 부품으로 통합되어 구현될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 터치구동회로(TDC)를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 터치구동회로(TDC)는, 제1 멀티플렉서 회로(MXC1), 다수의 센싱유닛(SU)을 포함하는 센싱유닛 블록(SUB), 제2 멀티플렉서 회로(MXC2) 및 아날로그 디지털 컨버터(ADC) 등을 포함할 수 있다.
각 센싱유닛(SU)은 어느 한 시점에서 센싱 대상이 되는 하나의 센싱 대상 터치전극(TE)을 구동하고 센싱하기 위한 구성으로서, 즉, 센싱 대상 터치전극(TE)으로 구동신호를 공급하고 센싱 대상 터치전극(TE)으로부터 센싱신호를 검출하는 구성으로서, 전치증폭기(Pre-AMP), 적분기(INTG) 및 샘플 앤 홀드 회로(SHA) 등을 포함할 수 있다.
제1 멀티플렉서 회로(MXC1)는 하나 또는 둘 이상의 멀티플렉서를 포함할 수 있다. 제2 멀티플렉서 회로(MXC2)는 하나 또는 둘 이상의 멀티플렉서를 포함할 수 있다.
제1 멀티플렉서 회로(MXC1)는 다수의 터치전극(TE) 중에서 하나 이상의 센싱 대상 터치전극(TE)을 선택한다.
모든 터치전극(TE) 중에서 어느 한 시점에서 동시에 센싱될 수 있는 센싱 대상 터치전극(TE)의 개수는, 센싱유닛(SU)의 개수와 대응될 수 있다. 즉, 어느 한 시점에서 동시에 센싱될 수 있는 터치전극(TE)의 개수는 센싱유닛(SU)의 개수에 따라 정해질 수 있다.
제2 멀티플렉서 회로(MXC2)는 센싱유닛블록(SUB)에 포함된 여러 개의 센싱유닛(SU) 중 하나를 선택하여 아날로그 디지털 컨버터(ADC)와 연결해준다.
아날로그 디지털 컨버터(ADC)는 제2 멀티플렉서 회로(MXC2)에 의해 선택된 센싱유닛(SU) 별 센싱결과를 디지털 값으로 변환하고, 이들을 취합하여 센싱데이터를 생성하고, 생성된 센싱데이터를 터치 컨트롤러(TCR)로 제공한다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 터치구동회로(TDC) 내 센싱유닛(SU)의 구동동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 제1 멀티플렉서 회로(MXC1)에 포함된 어느 하나의 멀티플렉서(MUX)는, 자신과 대응되는 여러 개의 터치전극(TE1, TE2, TE3, TE4, TE5, ?) 중 하나의 센싱대상 터치전극(TE1)을 순차적으로 선택하여 센싱유닛(SU)과 연결해줄 수 있다.
멀티플렉서(MUX)에 의해 선택된 하나의 센싱대상 터치전극(TE1)에 구동신호(TDS)가 인가될 때, 나머지 비 센싱 대상 터치전극(TE2, TE3, TE4, TE5, ......)에는 LFD 신호가 인가될 수 있다. 이 경우, 구동신호(TDS)와 LFD 신호는 동일할 수 있다.
전술한 각 센싱유닛(SUM)의 구동동작을 더욱 상세하게 설명한다.
각 센싱유닛(SUM) 내 전치증폭기(Pre-AMP)는, 터치전극들(TE1, TE2, TE3, TE4, TE5, ...) 중 센싱 대상 터치전극(TE1)과 연결되는 제1 입력단(IN1)과, 구동신호(TDS)가 입력되는 제2 입력단(IN2)과, 신호출력을 위한 출력단(OUT)을 포함할 수 있다.
제1 입력단(IN1)은 반전 입력단이고, 제2 입력단(IN2)은 비반전 입력단일 수 있다.
전치증폭기(Pre-AMP)의 제1 입력단(IN1)과 출력단(OUT) 사이에는 피드백 캐패시터(Cfb)가 연결될 수 있다.
멀티플렉서(MUX)는, 자신과 대응되는 여러 개의 터치전극(TE1, TE2, TE3, TE4, TE5, ...)이 연결되는 노드들(a1, a2, a3, a4, a5, ...) 중 선택된 센싱대상 터치전극(TE1)이 연결된 노드(a1)를 센싱유닛(SU)이 연결된 노드(b)와 연결해준다.
멀티플렉서(MUX)는, 여러 개의 터치전극(TE1, TE2, TE3, TE4, TE5, ...)이 연결되는 노드들(a1, a2, a3, a4, a5, ...) 중 비센싱대상 터치전극들(TE2, TE3, TE4, TE5, ...) 이 연결되는 노드들(a2, a3, a4, a5, ...)을 LFD 신호가 입력되는 노드(c)에 연결해준다.
전치증폭기(Pre-AMP)는, 제2 입력단(IN2)으로 입력된 구동신호(TDS)를 제1 입력단(IN1)으로 출력한다.
전치증폭기(Pre-AMP)의 제1 입력단(IN1)으로 출력된 구동신호(TDS)는 멀티플렉서(MUX)를 통해 센싱 대상 터치전극(TE1)에 인가된다.
전치증폭기(Pre-AMP)는, 제1 입력단(IN1)을 통해, 센싱대상 터치전극(TE1)으로부터 센싱신호를 입력받는다.
전치증폭기(Pre-AMP)의 제2 입력단(IN2)로 입력되는 구동신호(TDS)는 소정의 진폭(ΔV)을 갖고 스윙(Swing) 하는 변조 신호(예: 펄스 폭 변조 신호 등)일 수 있다.
이러한 구동신호(TDS)의 전압 레벨은 하이 레벨(VTOP)과 로우 레벨(VBOT) 사이에서 변할 수 있다(ΔV=VTOP-VBOT).
센싱대상 터치전극(TE1)에 인가되는 구동신호(TDS)는, 비센싱대상 터치전극(TE2, TE3, TE4, TE5, ...)에 인가되는 LFD 신호와 다를 수도 있지만 동일할 수 있다.
또한, 터치전극(TE)이 공통전극 역할도 하는 경우, 구동신호(TDS)는 공통전압일 수도 있다.
도 7은 실시 예들에 따른 터치표시장치의 디스플레이 구동과 터치 구동의 시분할 구동 방식을 나타낸 구동 타이밍을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 터치표시장치(10)는, 영상 표시를 위한 '디스플레이 구동'과, 손가락 및/또는 펜(20)에 의한 터치(손가락 터치 및/또는 펜 터치)을 센싱하기 위한 '터치 구동(손가락 터치 구동 및/또는 펜 터치 구동)'을 시분할하여 수행할 수 있다.
터치표시장치(10)에서는, 디스플레이 구동 기간(D1, D2, ...)과 터치 구동 기간(T1, T2, ...)이 교번되면서 할당된다.
디스플레이 구동 기간(D1, D2, ...) 동안에는 디스플레이 구동이 진행되어 영상 표시가 되며, 터치 구동 기간(T1, T2, ...) 동안에는 터치 구동(손가락 터치 구동 및/또는 펜 터치 구동)이 진행되어 손가락 터치가 센싱되거나 펜 터치가 센싱될 수 있다.
이러한 시분할 구동 방식의 경우, 터치 구동 기간(T1, T2, ...)은 디스플레이 구동이 수행되지 않는 블랭크(Blank) 기간일 수 있다.
한편, 터치표시장치(10)는 하이 레벨과 로우 레벨로 스윙 되는 동기화 신호(TSYNC)를 발생시키고, 동기화 신호(TSYNC)를 이용하여, 디스플레이 구동 기간(D1, D2, ...)과 터치 구동 기간(T1, T2, ...)을 식별하거나 제어할 수 있다. 즉, 동기화 신호(TSYNC)는 터치 구동 기간(T1, T2, ...)을 정의하는 구동 타이밍 제어 신호이다.
예를 들어, 동기화 신호(TSYNC)의 하이 레벨 구간 (또는 로우 레벨 구간)은 터치 구동 기간(T1, T2, ...)을 지시하고, 동기화 신호(TSYNC)의 로우 레벨 구간 (또는 하이 레벨 구간)은 디스플레이 구동 기간(D1, D2, ...)을 지시할 수 있다.
한편, 하나의 디스플레이 프레임 기간은, 1개의 디스플레이 구동 기간과 1개의 터치 구동 기간을 포함할 수 있다. 이 경우, 하나의 디스플레이 프레임 화면이 표시된 이후, 터치 구동이 진행될 수 있다.
이와 다르게, 하나의 디스플레이 프레임 기간은 2개 이상의 디스플레이 구동 기간(D1, D2, ...)과 2개 이상의 터치 구동 기간(T1, T2, ...)을 포함할 수 있다. 이 경우, 하나의 디스플레이 프레임 화면이 표시되는 전 기간 동안 여러 번의 터치 구동이 진행될 수 있다.
예를 들어, 도 7을 참조하면, 하나의 디스플레이 프레임 기간은 16개의 디스플레이 구동 기간(D1 ~ D16)과 16개의 터치 구동 기간(T1~T16)을 포함할 수 있다. 이 경우, 하나의 디스플레이 프레임 화면이 1/16씩 나누어져서 표시되고, 그 사이마다 터치 구동이 진행될 수 있다.
한편, 예를 들어, 16개의 터치 구동 기간(T1~T16)이 진행된 이후, 화면 전 영역에서의 터치 유무 및/또는 터치 좌표를 결정할 수 있다면, 터치 센싱에 필요한 터치 센싱 시간은 Tsen에 해당할 수 있다. 물론, 터치 센싱에 필요한 터치 구동 시간은 16개의 터치 구동 기간(T1~T16)의 합과 같을 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 터치표시장치(10)의 디스플레이 구동과 터치 구동의 독립 구동 방식을 나타낸 구동 타이밍을 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 터치표시장치(10)는, 영상 표시를 위한 '디스플레이 구동'과, 손가락 및/또는 펜(20)에 의한 터치(손가락 터치 및/또는 펜 터치)을 센싱하기 위한 '터치 구동(손가락 터치 구동 및/또는 펜 터치 구동)'을 독립적으로 수행할 수도 있다.
이 경우, 디스플레이 구동과 터치 구동은 도 7에서와 같이, 시분할 된 다른 시간대에 진행될 수도 있고, 동일 시간대에 동시에 진행될 수도 있다. 또는 시분할 되어 진행되다가 어떠한 타이밍에는 동시에 진행될 수도 있다.
디스플레이 구동과 터치 구동이 독립적으로 진행되는 경우, 터치 구동은 디스플레이 구동과 무관하게 진행될 수 있으며, 반대로, 디스플레이 구동도 터치 구동과는 무관하게 진행될 수 있다.
터치표시장치(10)에서는, 디스플레이 구동 기간(D1, D2, ...)과 터치 구동 기간(T1, T2, ...)이 교번되면서 할당된다.
예를 들어, 디스플레이 구동과 터치 구동이 동시에 진행되는 경우, 디스플레이 구동에 따라 영상이 표시되는 동안, 터치 구동이 진행되어 손가락 터치가 센싱되거나 펜 터치가 센싱될 수 있다.
디스플레이 구동과 터치 구동이 독립적으로 진행되는 경우, 디스플레이 구동 기간은 통상의 디스플레이 구동 제어 신호(예: 수직동기신호(Vsync) 등)에 의해 제어될 수 있다. 터치 구동 기간은 동기화 신호(TSYNC)에 의해 제어될 수 있다.
이 경우, 동기화 신호(TSYNC)는 디스플레이 구동 기간(D1, D2, ...)과 터치 구동 기간(T1, T2, ...)을 구분하여 정의해주는 도 7의 동기화 신호(TSYNC)와는 다르게, 터치 구동 기간(T1, T2, ...)만을 정의할 수 있다.
예를 들어, 동기화 신호(TSYNC)가 하이 레벨(또는 로우 레벨)인 기간은 터치 구동이 수행되는 터치 구동 기간(T1, T2, ...)을 지시하고, 동기화 신호(TSYNC)가 로우 레벨(또는 하이 레벨)인 기간은 터치 구동이 수행되지 않는 기간을 지시할 수 있다.
한편, 동기화 신호(TSYNC)에서 1개의 하이 레벨 기간(또는 로우 레벨 기간) 동안, 즉, 1개의 터치 구동 기간 동안, 화면 전 영역에서 손가락 터치 및/또는 펜 터치를 1차례 센싱할 수도 있다. 이 경우, 1개의 터치 구동 기간이 하나의 터치 프레임 기간에 대응될 수 있다.
이와 다르게, 동기화 신호(TSYNC)에서 2개 이상의 하이 레벨 기간(또는 로우 레벨 기간) 동안, 즉, 2개 이상의 터치 구동 기간 동안, 화면 전 영역에서 손가락 터치 및/또는 펜 터치를 1차례 센싱할 수도 있다. 이 경우, 2개 이상의 터치 구동 기간이 하나의 터치 프레임 기간에 대응될 수 있다.
예를 들어, 동기화 신호(TSYNC)에서 16개의 하이 레벨 기간(또는 로우 레벨 기간) 동안, 즉, 16개의 터치 구동 기간 동안, 화면 전 영역에서 손가락 터치 및/또는 펜 터치를 1차례 센싱할 수도 있다. 이 경우, 16개의 터치 구동 기간이 하나의 터치 프레임 기간에 대응될 수 있다.
한편, 터치 구동 기간들(T1, T2, ...) 각각은, 손가락 터치를 센싱하기 위한 손가락 터치 구동이 진행될 수도 있고, 펜 터치를 센싱하기 위한 펜 터치 구동이 진행될 수 있다.
또한, 터치스크린패널(TSP)은 표시패널(110)에 내장될 수도 있고 표시패널(110)의 외부에 존재할 수도 있다. 아래에서는, 설명의 편의를 위하여, 터치스크린패널(TSP)이 표시패널(110)에 내장되는 것을 예로 들어 설명한다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 터치표시장치(10)의 터치 구동을 위한 구동신호(TDS)를 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 터치스크린패널(TSP)에 배치된 모든 터치전극(TE)을 센싱하기 위한 기간(터치 프레임 기간) 동안 터치스크린패널(TSP)에 공급되는 구동신호(TDS)는 다수의 펄스들로 이루어진다.
모든 터치전극(TE)을 센싱하는 기간 또는 화면 전 영역에서의 터치를 한차례 센싱하는 기간인 하나의 터치 프레임 기간 동안, 터치스크린패널(TSP)에 공급되는 구동신호(TDS)는, 1개 이상의 프리 세팅 펄스 구간(PRE) 동안의 하나 이상의 프리 세팅 펄스와, 1개 이상의 세팅 펄스 구간(SET) 동안의 하나 이상의 세팅 펄스와, 1개 이상의 액티브 펄스 구간(ACT)의 액티브 펄스들을 포함할 수 있다.
액티브 펄스 구간(ACT)은 터치 센싱을 위한 실질적인 구동신호에 해당하는 액티브 펄스들이 존재하는 구간으로서, 터치구동회로(TDC)가 터치 센싱을 위한 실질적인 신호 검출이 이루어지는 펄스 구간이다.
프리 세팅 펄스 구간(PRE)은 터치 센싱이 본격적으로 시작되기 전(즉, 액티브 펄스 구간(ACT) 전)에 하나 이상의 프리 세팅 펄스들(Pre-Setting Pulses)을 터치전극(TE)에 인가하여, 터치전극(TE)의 전압 상태를 터치 구동 및 터치 센싱에 필요한 전압 상태로 신속하게 만들어주기 위한 구간이다.
이러한 프리 세팅 펄스 구간(PRE)에 의하여, 인가 전에 프리-세팅 신호가 터치전극(TE)에 미리 인가됨에 따라, 디스플레이-터치 크로스토크가 제거 또는 저감되거나, 신호 지연 편차도 제거 또는 저감되어, 센싱 안정화가 될 수 있다
이러한 프리 세팅 펄스 구간(PRE)은 1개의 터치 프레임 기간 중 하나 또는 둘 이상이 존재하거나, 2개 이상의 터치 프레임 기간 중 하나 또는 둘 이상 존재할 수 있다.
세팅 펄스 구간(SET)은 1개 이상의 액티브 펄스 구간(ACT)마다 하나씩 존재할 수 있다. 동시에 센싱되는 터치전극(TE) 또는 그 그룹에 액티브 펄스들을 인가하기 전에, 터치 구동 및 터치 센싱에 필요한 전압 상태로 신속하게 만들어주기 위한 구간이다.
동시에 센싱되는 터치전극(TE) 또는 그 그룹을 구동하여 센싱할 때마다, 하나의 세팅 펄스 구간(SET)과 하나의 액티브 펄스 구간(ACT)이 쌍이 존재할 수 있다.
한편, 프리 세팅 펄스 구간(PRE)에서의 프리 세팅 펄스와, 세팅 펄스 구간(SET)에서의 세팅 펄스의 진폭 각각은, 액티브 펄스 구간(ACT)에서의 액티브 펄스들의 진폭(ΔV=VTOP-VBOT)과 동일할 수도 있고, 액티브 펄스 구간(ACT)에서의 액티브 펄스들의 진폭(ΔV=VTOP-VBOT) 보다 크거나 작을 수도 있다.
한편, 프리 세팅 펄스 구간(PRE), 세팅 펄스 구간(SET) 및 액티브 펄스 구간(ACT)에서의 주파수(구동주파수)는 동일할 수 있다.
또한, 제1 터치 프레임 기간 동안, 프리 세팅 펄스 구간(PRE), 세팅 펄스 구간(SET) 및 액티브 펄스 구간(ACT)에서의 주파수(구동주파수)와, 제1 터치 프레임 기간과 다른 제2 터치 프레임 기간 동안, 프리 세팅 펄스 구간(PRE), 세팅 펄스 구간(SET) 및 액티브 펄스 구간(ACT)에서의 주파수(구동주파수)는 다를 수도 있다.
또한, 하나의 터치 프레임 기간 내에서, 한 쌍의 세팅 펄스 구간(SET) 및 액티브 펄스 구간(ACT)의 주파수와, 다른 한 쌍의 세팅 펄스 구간(SET) 및 액티브 펄스 구간(ACT)의 주파수는 서로 다를 수도 있다.
구동신호(TDS)는 소정의 진폭(ΔV)을 갖고 스윙(Swing) 하는 변조 신호(예: 펄스 폭 변조 신호 등)일 수 있다. 구동신호(TDS)의 전압 레벨은 하이 레벨(VTOP)과 로우 레벨(VBOT) 사이에서 변할 수 있다(ΔV=VTOP-VBOT).
도 10는 본 발명의 실시예들에 따른 터치표시장치(10)의 터치구동회로(TDC) 내 전치증폭기(Pre-AMP)의 제1 입력단(IN1)에 연결된 전하 제어회로(QCC)를 나타낸 도면이다.
터치표시장치(10)는 터치스크린패널(TSP)로 구동신호(TDS)를 공급하고 센싱신호를 수신하는 터치구동회로(TDC)를 포함하며, 터치구동회로(TDC)에 포함된 각 센싱유닛(SU)은 전치증폭기(Pre-AMP)를 포함할 수 있다.
전치증폭기(Pre-AMP)는, 센싱 대상이 되는 터치전극(TE)과 연결되는 제1 입력단(IN1)과, 구동신호(TDS)가 입력되는 제2 입력단(IN2)과, 신호출력을 위한 출력단(OUT)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 입력단(IN1)은 반전 입력단이고, 제2 입력단(IN2)은 비반전 입력단일 수 있다.
전치증폭기(Pre-AMP)의 제1 입력단(IN1)과 출력단(OUT) 사이에는 피드백 캐패시터(Cfb)가 연결될 수 있다. 전치증폭기(Pre-AMP)의 제1 입력단(IN1)과 출력단(OUT) 사이에는 리셋 스위치(RSTP)가 연결될 수도 있다. 피드백 캐패시터(Cfb)와 리셋 스위치(RSTP)는 병렬로 연결될 수 있다.
도 10을 참조하면, 터치구동회로(TDC)는, 터치전극(TE)으로 구동신호(TDS)를 출력하고 터치전극(TE)에 대한 센싱신호가 입력되는 전치증폭기(Pre-AMP)의 제1 입력단(IN1)과 연결 가능한 전하 제어회로(QCC)를 더 포함할 수 있다.
이러한 전하 제어회로(QCC)는 전치증폭기(Pre-AMP)의 제1 입력단(IN1)에서의 전하량을 조절해주는 회로이다.
전하 제어회로(QCC)는 전치증폭기(Pre-AMP)의 제1 입력단(IN1)에 전하를 넣어주거나 전치증폭기의 제1 입력단(IN1)에서 전하를 빼서 전치증폭기(Pre-AMP)의 출력 값을 조절할 수 있다.
이에 따라, 전하 제어스위치(SWCR)의 온(on) 상태에서 전치증폭기(Pre-AMP)의 제1 입력단(IN1)으로 입력되는 센싱신호에 대응되는 전하량은, 전하 제어스위치(SWCR)가 오프(off) 상태에서 전치증폭기(Pre-AMP)의 제1 입력단(IN1)으로 입력되는 센싱신호에 대응되는 전하량과 다를 수 있다.
전술한 전하 제어회로(QCC)는 전치증폭기(Pre-AMP)의 출력값 조절을 통해, 터치구동회로(TDC)에서 생성되는 센싱값(센싱 데이터)의 포화(Saturation)를 방지해 줄 수 있다.
따라서, 터치구동회로(TDC)는 적분기(INTG)를 통한 적분 횟수를 더욱 많이 늘려줄 수 있는 여력이 생긴다. 이에 따라, 큰 센싱값(센싱데이터)을 얻을 수 있고 노이즈 성분을 제거해줄 수 있으며, 이를 통해, 터치감도를 향상시킬 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 전하 제어회로(QCC)의 예시도이고, 도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 전하 제어회로(QCC)의 구동타이밍을 나타낸 도면이다. 도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 터치구동회로(TDC) 내 전치증폭기(Pre-AMP)의 출력을 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 터치구동회로(TDC)는, 전치증폭기(Pre-AMP)의 제1 입력단(IN1)과 전하 제어신호(VCR)가 입력되는 전하 제어신호 입력단(NVCR) 사이에 전기적으로 연결된 전하 제어회로(QCC)를 포함할 수 있다.
이러한 전하 제어회로(QCC)는, 전하 제어스위치(SWCR) 및 전하 제어캐패시터(CCR) 등을 포함할 수 있다.
전하 제어캐패시터(CCR)는, 전하 제어스위치(SWCR)의 턴-온에 의해, 전치증폭기(Pre-AMP)의 제1 입력단(IN1)과 전하 제어신호 입력단(NVCR) 사이에 연결될 수 있다.
전하 제어회로(QCC)는, 전하 제어신호 입력단(NVCR)에 입력된 전하 제어신호(VCR)를 증폭하는 증폭기(AMP)를 더 포함할 수 있다.
한편, 구동신호(TDS)와 전하 제어신호(VCR)의 전압 레벨 변동 상태에 대하여 알아본다. 구동신호(TDS)의 전압 레벨은 제1 전압 레벨에서 제2 전압 레벨로 변동되거나 제2 전압 레벨에서 제1 전압 레벨로 변동될 수 있다. 그리고, 전하 제어신호(VCR)의 전압 레벨은 제3 전압 레벨에서 제4 전압 레벨로 변동되거나 제4 전압 레벨에서 제3 전압 레벨로 변동될 수 있다.
예를 들어, 구동신호(TDS)의 제1 전압 레벨과 제2 전압 레벨은, 로우 레벨(VBOT)과 하이 레벨(VTOP)일 수 있다. 또한, 전하 제어신호(VCR)의 제3 전압 레벨과 제4 전압 레벨은 로우 레벨과 하이 레벨일 수 있다.
이러한 예에 따르면, 구동신호(TDS)의 전압 레벨이 제1 전압 레벨에서 제2 전압 레벨로 변동되는 것을 라이징(rising)이라고 하고, 제2 전압 레벨에서 제1 전압 레벨로 변동되는 폴링(falling)이라고 한다. 또한, 전하 제어신호(VCR)의 전압 레벨이 제3 전압 레벨에서 제4 전압 레벨로 변동되는 것을 라이징이라고 하고, 제4 전압 레벨에서 제3 전압 레벨로 변동되는 폴링이라고 한다.
여기서, 구동신호(TDS)의 로우 레벨과 전하 제어신호(VCR)의 로우 레벨은 동일한 전압 값일 수도 있지만 다른 전압 값일 수도 있다. 또한, 구동신호(TDS)의 하이 레벨과 전하 제어신호(VCR)의 하이 레벨은 동일한 전압 값일 수도 있지만 다른 전압 값일 수도 있다.
아래에서는, 설명의 편의를 위하여, 구동신호(TDS)의 제1 전압 레벨과 제2 전압 레벨 각각은 로우 레벨(VBOT)과 하이 레벨(VTOP)이고, 전하 제어신호(VCR)의 제3 전압 레벨과 제4 전압 레벨 각각은 로우 레벨과 하이 레벨인 것으로 예를 들어 설명한다.
도 12를 참조하면, 전하 제어회로(QCC)는, 구동신호(TDS)가 로우 레벨(VBOT)인 제1 전압 레벨에서 하이 레벨(VTOP)인 제2 전압 레벨로 변동(즉, 라이징(rising))을 시작한 시점(rs)으로부터 설정된 제1 제어시간(RT)이 경과한 후, 전하 제어스위치(SWCR)의 턴-온(Turn-On)과 전하 제어신호(VCR)의 전압 레벨 변동을 통해, 전치증폭기(Pre-AMP)의 제1 입력단(IN1)으로 입력되는 전하를 제어할 수 있다.
구동신호(TDS)가 로우 레벨(VBOT)인 제1 전압 레벨에서 하이 레벨(VTOP)인 제2 전압 레벨로 변동된 시점(rs)으로부터 설정된 제1 제어시간(RT)이 경과한 후, 전하 제어스위치(SWCR)에 의해 전치증폭기(Pre-AMP)의 제1 입력단(IN1)에 연결된 전하 제어캐패시터(CCR)의 한 전극(전하 제어캐패시터(CCR)의 제1, 제2 전극 중 전하 제어신호 입력단(NVCR)에 연결된 전극)에 인가되는 전하 제어신호(VCR)가 로우 레벨인 제3 전압 레벨에서 하이 레벨인 제4 전압 레벨로 변동될 수 있다.
아래에서는, 구동신호(TDS)의 제1 전압 레벨과 제2 전압 레벨이 로우 레벨(VBOT)과 하이 레벨(VTOP)인 것을 예로 들기 때문에, 제1 제어시간(RT)은 라이징 제어시간(RT)이라고도 한다.
한편, 라이징 제어시간(RT) 동안, 구동신호(TDS)의 전압 레벨 가변 기울기는 터치전극(TE)의 위치 또는 시정수(time constant, 시상수라고도 함)에 따라 다를 수 있다.
이러한 점을 고려하여, 라이징 제어시간(RT)은 터치전극(TE)의 위치 또는 시정수에 따라 변경될 수 있다.
예를 들어, 라이징 제어시간(RT)은 해당 터치전극(TE)이 터치구동회로(TDC)로부터 멀리 위치한 터치전극(TE)이거나 시정수가 큰 터치전극(TE)일수록 길게 설정될 수 있다.
전술한 바와 같이, 전하 제어회로(QCC)가 전치증폭기(Pre-AMP)의 출력 제어를 위하여 이용하는 전하 제어신호(VCR)의 라이징 타이밍을 터치전극(TE)의 위치 또는 시정수에 따라 변경함으로써, 터치전극(TE) 별로 다르게 발생하는 노이즈 특성을 고려하여 효과적인 전하 제어시점을 제어해줄 수 있다.
한편, 도 12를 참조하면, 구동신호(TDS)가 하이 레벨(VTOP)인 제2 전압 레벨에서 로우 레벨(VBOT)인 제1 전압 레벨로 폴링(falling)을 시작한 시점(fs)으로부터 설정된 제2 제어시간(FT)이 경과한 후, 전하 제어신호(VCR)가 로우 레벨로 폴링 될 수 있다. 여기서, 구동신호(TDS)의 제1 전압 레벨과 제2 전압 레벨이 로우 레벨(VBOT)과 하이 레벨(VTOP)인 것을 예로 들고 있기 때문에, 이하에서 제2 제어시간(FT)은 폴링 제어시간(FT)이라고도 한다.
위에서 언급한 폴링 제어시간(FT)은 터치전극(TE)의 위치 또는 시정수에 따라 변경될 수 있다.
전술한 바와 같이, 전하 제어회로(QCC)가 전치증폭기(Pre-AMP)의 출력 제어를 위하여 이용하는 전하 제어신호(VCR)의 폴링 타이밍을 터치전극(TE)의 위치 또는 시정수에 따라 변경함으로써, 터치전극(TE) 별로 다르게 발생하는 노이즈 특성을 고려하여 효과적인 전하 제어시점을 제어해줄 수 있다.
아래에서는, 도 12를 참조하여 전하 제어회로(QCC)의 구동동작을 보다 구체적으로 설명한다.
구동신호(TDS)가 하이 레벨(VTOP)로 라이징을 시작한 시점(rs)으로부터 제1 라이징 제어시간(RT1)이 경과한 후, 전하 제어스위치(SWCR)가 턴-온 될 수 있다. 이때, 전하 제어캐패시터(CCR)가 작용하기 시작한다.
전하 제어스위치(SWCR)가 턴-온 된 시점으로부터 제2 라이징 제어시간(RT2)이 경과한 후, 전하 제어신호(VCR)가 하이 레벨로 라이징 될 수 있다. 이때, 전치증폭기(Pre-AMP)의 제1 입력단(IN1)에서 전하 제어회로(QCC) 방향으로 전하가 빠질 수 있다.
한편, 전하 제어신호(VCR)가 하이 레벨로 라이징 되기 전까지 전하 제어캐패시터(CCR)는 그라운드 캐패시터로 모델링 될 수 있다.
제1 라이징 제어시간(RT1)과 제2 라이징 제어시간(RT2)의 합(RT1+RT2)은 라이징 제어시간(RT)과 대응될 수 있다.
제1 라이징 제어시간(RT1)은 터치전극(TE)의 위치 또는 시정수에 따라 변경될 수 있다.
전하 제어신호(VCR)의 라이징 토글 시점 제어범위는, 제2 라이징 제어시간(RT2)의 길이의 가변 범위에 대응될 수 있다.
제2 라이징 제어시간(RT2)의 길이의 가변 범위는 전하 제어스위치(SWCR)가 턴-온 된 이후 턴-오프 되기 전까지의 기간일 수 있다. 즉, 제2 라이징 제어시간(RT2)의 길이는 0(zero) 이상이고 전하 제어스위치(SWCR)가 온 상태를 유지하는 기간의 길이 이하일 수 있다.
전술한 바와 같이, 전하 제어회로(QCC)가 전치증폭기(Pre-AMP)의 출력 제어를 위하여 이용하는 전하 제어스위치(SWCR) 및 전하 제어신호(VCR) 각각의 스위칭 타이밍 및 라이징 타이밍을 제어하여, 효과적인 전하 제어를 해줄 수 있다.
도 12를 참조하면, 전하 제어신호(VCR)가 라이징 된 이후, 전하 제어스위치(SWCR)는 턴-오프 될 수 있다.
구동신호(TDS)가 로우 레벨로 폴링을 시작한 시점(fs)으로부터 제1 폴링 제어시간(FT1)이 경과한 후, 전하 제어스위치(SWCR)가 턴-온 될 수 있다.
전하 제어스위치(SWCR)가 턴-온 된 시점으로부터 제2 폴링 제어시간(FT2)이 경과한 후, 전하 제어신호(VCR)가 로우 레벨로 폴링 될 수 있다. 이때, 전치증폭기(Pre-AMP)의 제1 입력단(IN1)으로 전하가 더 유입될 수 있다.
제1 폴링 제어시간(FT1)과 제2 폴링 제어시간(FT2)의 합(FT1+FT2)은 폴링 제어시간(FT)과 대응될 수 있다.
제1 폴링 제어시간(FT1)은 터치전극(TE)의 위치 또는 시정수에 따라 변경될 수 있다.
전하 제어신호(VCR)의 폴링 토글 시점 제어범위는, 제2 폴링 제어시간(FT2)의 길이의 가변 범위에 대응될 수 있다.
제2 폴링 제어시간(FT2)의 길이의 가변 범위는 전하 제어스위치(SWCR)가 턴-온 된 이후 턴-오프 되기 전까지의 기간일 수 있다. 즉, 제2 폴링 제어시간(FT2)의 길이는 0(zero) 이상이고 전하 제어스위치(SWCR)가 온 상태를 유지하는 기간의 길이 이하일 수 있다.
전술한 바와 같이, 전하 제어회로(QCC)가 전치증폭기(Pre-AMP)의 출력 제어를 위하여 이용하는 전하 제어스위치(SWCR) 및 전하 제어신호(VCR) 각각의 스위칭 타이밍 및 폴링 타이밍을 제어하여, 효과적인 전하 제어를 해줄 수 있다.
한편, 전치증폭기(Pre-AMP)의 이상적인 전달함수는 아래 수학식 1과 같다.
Figure pat00001
상기 수학식 1에서, Voutp는 전치증폭기(Pre-AMP)의 출력이고, Cp는 터치전극(TE)과 관련하여 발생하는 기생캐패시턴스이고, Cfinger는 터치전극(TE)과 손가락 사이에 발생하는 캐패시턴스이며, Cfb는 피드백 캐패시턴스이며, Ccr은 전하 제어캐패시터(CCR)의 캐패시턴스이고, Vcr은 전하 제어신호(VCR)의 전압이며, Vref는 기준전압이며, ΔV는 구동신호(TDS)의 진폭이다.
만약, 노이즈 발생 등으로 인해 구동신호(TDS)의 진폭(ΔV)이 일정하지 않은 경우, 전치증폭기(Pre-AMP)의 전달함수는 아래 수학식 2와 같아질 수 있다.
Figure pat00002
상기 수학식 2에서, Voutp(t)는 전치증폭기(Pre-AMP)의 시간에 따른 출력이고, Cp는 터치전극(TE)과 관련하여 발생하는 기생캐패시턴스이고, Cfinger는 터치전극(TE)과 손가락 사이에 발생하는 캐패시턴스이며, Cfb는 피드백 캐패시턴스이며, Ccr은 전하 제어캐패시터(CCR)의 캐패시턴스이고, Vcr은 전하 제어신호(VCR)의 전압이며, Vref는 기준전압이며, ΔV(t)는 구동신호(TDS)의 시간에 따른 진폭이다.
도 13을 참조하면, 전하 제어회로(QCC)의 전하 제어동작에 의해 전치증폭기(Pre-AMP)의 출력 전압은 최대 전압값(VDDH)과 최소 전압값(VSSH) 사이가 되도록 조정될 수 있다. 전치증폭기(Pre-AMP)의 조정된 출력 전압은 하기 수학식 3과 같다.
Figure pat00003
수학식 3에서, Voutp(+t)는 전하 제어회로(QCC)의 전하 제어동작에 최대 전압값(VDDH) 아래로 조정된 출력 전압이고, Voutp(-t)는 전하 제어회로(QCC)의 전하 제어동작에 최소 전압값(VSSH) 보다 높게 조정된 출력 전압이다.
이러한 출력 전압 조정에 의해, 터치구동회로(TDC)에서 생성되는 센싱값(센싱 데이터)의 포화(Saturation)가 방지될 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 터치표시장치(10)의 터치스크린패널(TSP)에 배치되며 시정수가 다른 2개의 터치전극(TEa, TEb)을 나타낸 도면이고, 도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 터치표시장치(10)의 터치스크린패널(TSP)에 배치된 2개의 터치전극(TEa, TEb)의 시정수를 RC 지연으로 나타낸 도면이다.
도 14를 참조하면, 터치패널(TSP)에 배치된 다수의 터치전극(TE)은 제1 터치전극(TEa)과 제2 터치전극(TEb)을 포함할 수 있다.
제1 터치전극(TEa)은 제2 터치전극(TEb)에 비해 시정수(τ)가 상대적으로 큰 터치전극을 대표하는 터치전극이다. 반대로, 제2 터치전극(TEb)은 제1 터치전극(TEa)에 비해 시정수(τ)가 상대적으로 작은 터치전극을 대표하는 터치전극이다.
구동신호(TDS)가 터치구동회로(TDC)에서 제2 터치전극(TEb)까지 전달되는 경로(TLb)의 유효 길이(Lb)는, 구동신호(TDS)가 터치구동회로(TDC)에서 제1 터치전극(TEa)까지 전달되는 경로(TLa)의 유효 길이(La)보다 상대적으로 짧을 수 있다.
여기서, 터치구동회로(TDC)에서 출력된 구동신호(TDS)가 제1 터치전극(TEa)까지 전달되는 경로(TLa)는, 터치구동회로(TDC)와 제1 터치전극(TEa)을 연결해주는 터치라인(TL)뿐만 아니라, 이와 전기적으로 연결된 모든 패턴, 패드 등을 모두 포함하는 개념일 수 있다. 터치구동회로(TDC)에서 출력된 구동신호(TDS)가 제2 터치전극(TEb)까지 전달되는 경로(TLb)는, 터치구동회로(TDC)와 제2 터치전극(TEb)을 연결해주는 터치라인(TL)뿐만 아니라, 이와 전기적으로 연결된 모든 패턴, 패드 등을 모두 포함하는 개념일 수 있다.
여기서, 유효 길이(La, Lb)는, 터치라인(TL) 등의 물리적인 길이뿐만 아니라 신호 전달을 방해하는 회로적인 요소 등을 모두 포괄하는 개념일 수 있다.
제1 터치전극(TEa)은 제2 터치전극(TEb)에 비해 시정수(τ)가 상대적으로 큰 터치전극인데, 이 경우, 일반적으로, 제1 터치전극(TEa)은 제2 터치전극(TEb)에 비해 터치구동회로(TDC)로부터 멀리 위치할 수 있다.
아래에서는, 위에서 언급한 시정수(τ)에 대하여 살펴본다.
시정수(τ)는, 각 터치전극(TEa, TEb)가 공급되는 구동신호(TDS)이라는 입력에 대하여 얼마나 빠르게 또는 느리게 반응하는지를 나타내는 지표로서, 시상수(time constant)라고도 한다.
다시 말해, 각 터치전극(TEa, TEb)에 전압 레벨이 가변 되는 전압 신호인 구동신호(TDS)를 인가했을 때, 구동신호(TDS)의 전압 레벨이 로우 전압 레벨에서 하이 전압 레벨이 되면, 전류나 전압이 점차 증가하여 정상값(하이 레벨 전압) 대비 일정한 값(예: 정상값의 63.2%)에 도달하게 되는데, 이때, 전류 또는 전압의 증가 비율이 시정수(τ)를 의미할 수 있다.
또한, 각 터치전극(TEa, TEb)에 전압 레벨이 가변 되는 전압 신호인 구동신호(TDS)를 인가했을 때, 구동신호(TDS)의 전압 레벨이 하이 전압 레벨에서 로우 전압 레벨이 되면, 전류나 전압이 점차 감소하여 정상값(로우 레벨 전압) 대비 일정한 값(예: 정상값의 36.8%)에 도달하게 되는데, 이때, 전류 또는 전압의 감소 비율이 시정수(τ)를 의미할 수도 있다.
전술한 바와 같이 시정수(τ)는 각 터치전극(TEa, TEb)에 구동신호(TDS)를 인가했을 때, 각 터치전극(TEa, TEb)을 포함하는 회로의 과도 현상에 대하여 그 변화 속도를 나타내는 상수로서, 예를 들어, RC 지연(R: 저항값, C: 캐패시턴스)일 수 있다. 여기서, R(저항값)은 터치구동회로(TDC)에서 각 터치전극(TEa, TEb)까지 구동신호(TDS)가 전달되는 경로(회로)의 저항 값일 수 있으며, C(캐패시턴스)은 터치구동회로(TDC)에서 각 터치전극(TEa, TEb)까지 구동신호(TDS)가 전달되는 회로(터치전극(TE)도 포함)에서 발생되는 캐패시턴스일 수 있다.
도 15의 예시를 참조하면, 제1 터치전극(TEa)과 터치구동회로(TDC)로 구성된 회로는, R 저항값을 갖는 저항이 k(k는 2 이상의 자연수)개이고 C 캐패시턴스를 갖는 캐패시터가 1개인 등가회로로 대응시킬 수 있다. 이 경우, 제1 터치전극(TEa)의 시정수에 해당하는 RC 지연은 kRC일 수 있다.
도 15의 예시를 참조하면, 제2 터치전극(TEb)과 터치구동회로(TDC)로 구성된 회로는, R 저항값을 갖는 저항이 1개이고 C 캐패시턴스를 갖는 캐패시터가 1개인 등가회로로 대응시킬 수 있다. 이 경우, 제2 터치전극(TEb)의 시정수에 해당하는 RC 지연은 RC일 수 있다.
도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 터치표시장치(10)의 터치스크린패널(TSP)에 배치된 다수의 터치전극(TE)의 멀티플렉서 구동 방식과, 이러한 멀티플렉서 구동 시, 센싱 그룹 별 시정수 차이 및 위치 차이를 나타낸 도면이다.
도 16의 예시에 따르면, 터치패널(TSP)에 250개의 터치전극(TE)이 배치될 수 있다. 터치구동회로(TDC)는 25개의 멀티플렉서(MUX1~MUX25)와, 25개의 멀티플렉서(MUX1~MUX25)에 대응되는 25개의 센싱유닛(SU1~SU25)을 포함할 수 있다.
25개의 멀티플렉서(MUX1~MUX25)은 도 5의 제1 멀티플렉서 회로(MXC1)를 구성한다. 25개의 센싱유닛(SU1~SU25)은 도 5의 센싱유닛블록에 포함되는 센싱유닛들이다.
일 예로, 25개의 멀티플렉서(MUX1~MUX25) 각각은 10: 1 멀티플렉서일 수 있다. 이에 따라, 25개의 멀티플렉서(MUX1~MUX25) 각각은 10개의 터치전극 중 하나를 선택하여 해당 센싱유닛과 연결해준다.
250개의 터치전극(TE)은 동시에 센싱될 수 있는 터치전극들끼리 그룹화될 수 있다. 250개의 터치전극(TE)은 25개의 터치전극(TE1~TE25)을 포함하는 10개의 센싱 그룹(GR1~GR10)으로 분류될 수 있다.
10개의 센싱 그룹(GR1~GR10) 각각에 포함되는 25개의 터치전극(TE1~TE25)은 동시에 센싱될 수 있다. 10개의 센싱 그룹(GR1~GR10)은 순차적으로 센싱될 수 있다.
10개의 센싱 그룹(GR1~GR10) 각각에 포함되는 25개의 터치전극(TE1~TE25)은 25개의 멀티플렉서(MUX1~MUX25)에 대응되어 연결될 수 있다.
10개의 센싱 그룹(GR1~GR10) 각각에서 1개씩 포함된 TE1은 MUX1에 모두 연결된다. 10개의 센싱 그룹(GR1~GR10) 각각에서 1개씩 포함된 TE2는 MUX2에 모두 연결된다. 이러한 방식으로, 10개의 센싱 그룹(GR1~GR10) 각각에 포함된 25개의 터치전극(TE1~TE25)은 25개의 멀티플렉서(MUX1~MUX25)에 대응되어 연결될 수 있다. 10개의 센싱 그룹(GR1~GR10) 각각에서 1개씩 포함된 TEi(i=1~25)는 MUXi(i=1~25)에 모두 연결된다.
전술한 구조를 이용한 멀티플렉서 구동 방식은 다음과 같다.
터치구동회로(TDC)에서, 25개의 센싱유닛(SU1~SU25)은, 25개의 멀티플렉서(MUX1~MUX25)를 통해, 10개의 센싱그룹(GR1~GR10) 중 1번째 센싱그룹(GR1)에 포함된 25개의 터치전극(TE1~TE25)으로 구동신호(TDS)를 동시에 공급하여 터치센싱신호를 수신함으로써, 1번째 센싱그룹(GR1)을 센싱한다.
이후, 터치구동회로(TDC)에서, 25개의 센싱유닛(SU1~SU25)은, 25개의 멀티플렉서(MUX1~MUX25)를 통해, 10개의 센싱그룹(GR1~GR10) 중 2번째 센싱그룹(GR2)에 포함된 25개의 터치전극(TE1~TE25)으로 구동신호(TDS)를 동시에 공급하여 터치센싱신호를 수신함으로써, 2번째 센싱그룹(GR2)을 센싱한다.
이후, 터치구동회로(TDC)에서, 25개의 센싱유닛(SU1~SU25)은, 25개의 멀티플렉서(MUX1~MUX25)를 통해, 10개의 센싱그룹(GR1~GR10) 중 3번째 센싱그룹(GR3)에 포함된 25개의 터치전극(TE1~TE25)으로 구동신호(TDS)를 동시에 공급하여 터치센싱신호를 수신함으로써, 3번째 센싱그룹(GR3)을 센싱한다.
이러한 방식으로, 터치구동회로(TDC)에서, 25개의 센싱유닛(SU1~SU25)은, 4번째 센싱그룹(GR4)에서 10번째 센싱그룹(GR10)까지 센싱한다. 이에 따라, 터치패널(TSP)에 배치된 250개의 터치전극이 모두 센싱되게 된다.
10개의 센싱그룹(GR1~GR10) 중에서, 1번째 센싱그룹(GR1)에 포함된 25개의 터치전극(TE1~TE25)이 시정수(τ)가 가장 크고, 10번째 센싱그룹(GR10)에 포함된 25개의 터치전극(TE1~TE25)이 시정수(τ)가 가장 작을 수 있다.
즉, 1번째 센싱그룹(GR1)에서 10번째 센싱그룹(GR10)으로 갈수록 시정수(τ)가 작아질 수 있다. 10번째 센싱그룹(GR10)에서 1번째 센싱그룹(GR1)으로 갈수록 시정수(τ)가 커질 수 있다.
또한, 10개의 센싱그룹(GR1~GR10) 중에서, 1번째 센싱그룹(GR1)에 포함된 25개의 터치전극(TE1~TE25)의 RC 지연(10RC)이 가장 크고, 10번째 센싱그룹(GR10)에 포함된 25개의 터치전극(TE1~TE25)의 RC 지연(RC)이 가장 작을 수 있다.
즉, 1번째 센싱그룹(GR1)에서 10번째 센싱그룹(GR10)으로 갈수록 RC 지연이 작아질 수 있다(10RC, ... , 3RC, 2RC, RC). 10번째 센싱그룹(GR10)에서 1번째 센싱그룹(GR1)으로 갈수록 RC 지연이 커질 수 있다(RC, 2RC, 3RC, ... , 10RC).
또한, 10개의 센싱그룹(GR1~GR10) 중에서, 1번째 센싱그룹(GR1)에 포함된 25개의 터치전극(TE1~TE25)이 터치구동회로(TDC)로부터 가장 멀고, 10번째 센싱그룹(GR10)에 포함된 25개의 터치전극(TE1~TE25)이 터치구동회로(TDC)로부터 가장 가까울 수 있다.
즉, 1번째 센싱그룹(GR1)에서 10번째 센싱그룹(GR10)으로 갈수록 터치구동회로(TDC)로부터 가까워지고, 10번째 센싱그룹(GR10)에서 1번째 센싱그룹(GR1)으로 갈수록 터치구동회로(TDC)로부터 멀어질 수 있다.
도 17은 본 발명의 실시예들에 따른 터치표시장치(10)에서, 터치전극(TE) 별 구동신호(TDS)의 라이징 상태의 차이와, 전하 제어회로(QCC) 내 전하 제어스위치(SWCR)의 스위칭 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 14 내지 도 16을 참조하여 전술한 바와 같이, 터치전극 별로 위치 차이로 인해 시정수 차이가 발생할 수 있다. 이에 따라, 도 17에 도시된 바와 같이, 터치전극 별로 인가되는 구동신호(TDS)의 전압 레벨 변경 기울기가 서로 다를 수 있다.
터치전극 별 위치 및 시정수 차이에도 불구하고, 전하 제어가 동일한 시점에서 이루어지게 되면, 시정수(RC 지연)가 큰 터치전극(TE)은 노이즈로부터 큰 영향을 받게 된다. 이에 따라, 터치감도가 크게 떨어질 수 있다.
예를 들어, 터치전극 별 위치 및 시정수 차이에도 불구하고, 동일한 시점에 전하 제어스위치(SWCR)가 턴-온 되면, 시정수(RC 지연)가 큰 터치전극(TE)은 노이즈로부터 큰 영향을 받게 된다. 이에 따라, 터치감도가 크게 떨어질 수 있다.
도 18은 본 발명의 실시예들에 따른 전하 제어회로(QCC)의 구동타이밍으로서, 멀리 위치한 터치전극(Far TE)과 가깝게 위치한 터치전극(Near TE) 각각의 구동 시, 전하 제어회로(QCC)의 구동타이밍을 나타낸 도면이다.
도 18을 참조하면, 터치구동회로(TDC)로부터 가깝게 위치한 터치전극(TE)에 인가되는 구동신호(TDS)와, 터치구동회로(TDC)로부터 멀리 위치한 터치전극(TE)에 인가되는 구동신호(TDS)는, 시정수 차이로 인해, 전압레벨 변경 기울기가 서로 다를 수 있다.
터치전극 별 위치 및 시정수 차이를 고려하여, 해당 터치전극(TE)이 터치구동회로(TDC)로부터 멀리 위치한 터치전극(TE)이거나 시정수가 큰 터치전극(TE)일수록, 전하 제어신호(VCR)의 라이징 제어시간(RT)은 길게 설정될 수 있다.
반대로, 해당 터치전극(TE)이 터치구동회로(TDC)로부터 가깝게 위치한 터치전극(TE)이거나 시정수가 작은 터치전극(TE)일수록, 전하 제어신호(VCR)의 라이징 제어시간(RT)은 짧게 설정될 수 있다.
터치전극 별 위치 및 시정수 차이를 고려하여, 해당 터치전극(TE)이 터치구동회로(TDC)로부터 멀리 위치한 터치전극(TE)이거나 시정수가 큰 터치전극(TE)일수록, 전하 제어스위치(SWCR)의 턴-온 타이밍과 관련한 제1 라이징 제어시간(RT1)은 길게 설정될 수 있다.
반대로, 해당 터치전극(TE)이 터치구동회로(TDC)로부터 가깝게 위치한 터치전극(TE)이거나 시정수가 작은 터치전극(TE)일수록, 전하 제어스위치(SWCR)의 턴-온 타이밍과 관련한 제1 라이징 제어시간(RT1)은 짧게 설정될 수 있다.
또한, 터치전극 별 위치 및 시정수 차이를 고려하여, 터치전극(TE)이 터치구동회로(TDC)로부터 멀리 위치한 터치전극(TE)이거나 시정수가 큰 터치전극(TE)일수록, 전하 제어신호(VCR)의 폴링 제어시간(FT)은 길게 설정될 수 있다.
반대로, 터치전극(TE)이 터치구동회로(TDC)로부터 가깝게 위치한 터치전극(TE)이거나 시정수가 작은 터치전극(TE)일수록, 전하 제어신호(VCR)의 폴링 제어시간(FT)은 짧게 설정될 수 있다.
터치전극 별 위치 및 시정수 차이를 고려하여, 터치전극(TE)이 터치구동회로(TDC)로부터 멀리 위치한 터치전극(TE)이거나 시정수가 큰 터치전극(TE)일수록, 전하 제어스위치(SWCR)의 턴-온 타이밍과 관련한 제1 폴링 제어시간(FT1)은 길게 설정될 수 있다.
반대로, 터치전극(TE)이 터치구동회로(TDC)로부터 가깝게 위치한 터치전극(TE)이거나 시정수가 작은 터치전극(TE)일수록, 전하 제어스위치(SWCR)의 턴-온 타이밍과 관련한 제1 폴링 제어시간(FT1)은 짧게 설정될 수 있다.
전술한 바와 같이, 터치전극 별 위치 및 시정수 차이를 고려하여, 효과적인 전하 제어시점을 제어할 수 있다.
도 19는 본 발명의 실시예들에 따른 전하 제어회로(QCC)의 다른 예시도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 전하 제어회로(QCC)는, 1개의 전하 제어캐패시터(CCR)를 포함할 수 있다.
이와 다르게, 도 19에 도시된 바와 같이, 전하 제어회로(QCC)에서 2개 이상의 전하 제어캐패시터(CCR1, CCR2)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 전하 제어회로(QCC)는 제1 전하 제어캐패시터(CCR1)와 제2 전하 제어캐패시터(CCR2)를 포함할 수 있다.
제1 전하 제어캐패시터(CCR1)와 제2 전하 제어캐패시터(CCR2)는 병렬로 연결될 수 있다. 즉, 제1 전하 제어캐패시터(CCR1)와 제2 전하 제어캐패시터(CCR2) 각각의 제1 전극은 연결될 수 있다. 제1 전하 제어캐패시터(CCR1)와 제2 전하 제어캐패시터(CCR2) 각각의 제2 전극은 연결될 수 있다.
전하 제어회로(QCC)는, 제1 전하 제어캐패시터(CCR1)의 제1 전극과 전하 제어스위치(SWCR)를 연결해주는 제1 선택스위치(SW1)와, 제2 전하 제어캐패시터(CCR2)의 제1 전극과 전하 제어스위치(SWCR)를 연결해주는 제2 선택스위치(SW2)를 더 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 2개 이상의 전하 제어캐패시터(CCR1, CCR2)를 구비해두고, 2개 이상의 선택스위치(SW1, SW2)를 이용하여 2개 이상의 전하 제어캐패시터(CCR1, CCR2) 중 하나 이상을 선택하여 전하제어에 이용함으로써, 보다 정밀한 전하 제어를 수행할 수 있다.
도 20은 본 발명의 실시예들에 따른 터치센싱방법의 흐름도이다.
도 20을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 터치센싱방법은, 터치구동회로(TDC)가 터치전극(TE)으로 구동신호(TDS)를 출력하는 단계(S2010)와, 터치구동회로(TDC)가 터치전극(TE)으로부터 센싱신호를 입력받는 단계(S2020)와, 터치구동회로(TDC)가 센싱신호를 토대로 센싱데이터를 생성하여 출력하는 단계(S2030) 등을 포함할 수 있다.
S2010 단계 동안, 구동신호(TDS)가 제1 전압 레벨(예: 로우 레벨)에서 제2 전압 레벨(예: 하이 레벨)로 변동을 시작한 시점으로부터 제1 시간(RT1)이 경과한 후, 터치구동회로(TDC)에서 센싱신호가 입력되는 제1 입력단(IN1)과 터치구동회로(TDC)에서 구동신호(TDS)와 다른 전하 제어신호(VCR)가 입력되는 전하 제어신호 입력단(NVCR) 사이에 전하 제어캐패시터(CCR)가 연결될 수 있다.
S2010 단계 동안, 전하 제어캐패시터(CCR)의 한 전극(CCR의 제1, 제2 전극 중 NVCR 노드에 연결된 전극)에 제3 전압 레벨(예: 로우 레벨)에서 제4 전압 레벨(예: 하이 레벨)로 변동된 전하 제어신호(VCR)가 인가될 수 있다.
제1 시간(RT1)은 터치전극(TE)의 위치 또는 시정수에 따라 변경될 수 있다.
제1 시간(RT1)은 터치전극(TE)이 터치구동회로(TDC)로부터 멀리 위치한 터치전극(TE)이거나 시정수가 큰 터치전극(TE)일수록 길게 설정될 수 있다.
도 21 및 도 22는 본 발명의 실시예들에 따른 전하 제어 타이밍을 제어하기 위한 방법에 대한 흐름도들이다.
도 21을 참조하면, 전하 제어회로(QCC)에 의한 전하 제어의 타이밍을 제어하기 위하여, 먼저, 터치표시장치(10)는 터치스크린패널(TSP) 및 주파수 정보를 확인한다(S2110).
S2110 단계에서, 터치스크린패널(TSP)에 배치된 다수의 터치전극(TE) 간의 위치 또는 시정수 차이 등에 대한 정보를 확인할 수 있다. 그리고, 구동신호(TDS)의 주파수를 확인할 수 있다.
이후, 터치표시장치(10)는, 터치가 없는 환경에서, N개의 프레임(터치 프레임) 동안, 터치전극 별 센싱값(SEN0)을 획득하여 저장한다(S2120).
이후, 터치표시장치(10)는, 전하 제어스위치(SWCR)의 턴-온 타이밍을 변경해가면서, 각각에 대하여, N개의 프레임(터치 프레임) 동안, 터치전극 별 센싱값(SEN1, SEN2, ...)을 획득하여 저장한다(S2130).
이후, 터치표시장치(10)는, S2120 단계 및 S2130 단계에서 저장된 터치전극 별 센싱값(SEN0, SEN1, SEN2, ...)을 비교하여, 터치전극 별 센싱값(SEN0, SEN1, SEN2, ...) 중에서 최소 변동폭을 갖도록 하는 전하 제어스위치(SWCR)의 턴-온 타이밍을 선택한다(S2140).
이후, 터치표시장치(10)는, 가변된 주파수(Hopping 주파수) 별로 S2120 ~ S2140 단계를 반복적으로 수행하여, 전하 제어스위치(SWCR)의 최적 턴-온 타이밍을 결정하고, 이를 토대로, 전하 제어스위치(SWCR)의 스위칭 동작과 전하 제어신호(VCR)의 인가 타이밍(전압 레벨 변경 타이밍) 등을 포함하는 전하 제어 타이밍을 최종적으로 결정한다(S2150).
한편, 도 22에 도시된 바와 같이, S2120 단계를 수행하여, 터치가 없는 환경에서, N개의 프레임(터치 프레임) 동안의 터치전극 별 센싱값(SEN0)을 미리 저장해둔 이후, 터치표시장치(10)는 동작 중에, N 프레임 동안 터치가 없는 상황이 발생하는지를 판단하고(S2210), 해당 상황이 발생한 것으로 판단되면, 터치컨트롤러(TCR)는 터치구동회로(TDC)로 인터럽트(Interrupt)를 발생시켜, 전하 제어스위치(SWCR)를 제어하기 위한 제어신호를 변경한다(S2220). 이후, S2130 단계부터 순차적으로 반복 진행될 수 있다.
이상에서 전술한 본 발명의 실시예들에 대하여 간략하게 다시 설명한다.
본 발명의 실시예들에 따른 터치표시장치(10)는, 표시패널(110)에서 발생하는 기생캐패시턴스를 고려하여 센싱데이터의 포화(Saturation)를 방지하기 위해, 또는, 터치센싱값의 강도(Intensity)를 향상시키고 노이즈(Noise) 제거를 고려하여 적분횟수 증가를 위해서, 전치증폭기(Pre-AMP)의 제1 입력단(IN1)에 전하 제어회로(QCC)가 삽입되어 있다.
한편, 표시패널(110) 내 터치전극 위치에 따라 전달되는 구동신호에 따른 전하의 속도가 다르므로(즉, 시정수(Time Constant)가이 달라지므로), 구동신호(TDS)의 변조 주파수 대비 충전되는 속도가 느리다면 터치전극 위치에 따른 전하량의 차이가 발생하게 된다. 또한, 구동신호(TDS)의 전압 레벨의 천이구간에서 다량의 고주파 노이즈가 발생할 수 있으며, 터치전극 위치에 따라 고주파 노이즈 주파수 대역 및 발생 시점에 차이가 발생할 수 있다.
여기서, 전하 제어캐패시터(CCR)가 전치증폭기(Pre-AMP)의 전달함수(입/출력 관계식)에 영향을 미치는 것은, 전하 제어회로(QCC) 내 존재하는 전하 제어스위치(SWCR)의 턴-온 타이밍과 터치전극 위치와 관련된다.
구동신호(TDS)의 변조 전압에 다량의 고주파 노이즈가 발생하는 천이시점에 전하 제어캐패시터(CCR)이 전치증폭기(Pre-AMP)의 출력에 더해지는 경우, 신호 대 잡음비(SNR)이 크게 감소되며, 전하 제어캐패시터(CCR)의 크기와, 전하 제어캐패시터(CCR)가 전치증폭기(Pre-AMP)에 형성되는 시점에 따라 신호 대 잡음비(SNR)가 달라질 수 있다. 예를 들어, 전하 제어캐패시터(CCR)가 작을수록 터치전극(TE)의 전압 상태가 안정화 된 시간에 전하 제어스위치(SWCR)가 턴-온 될수록, 신호 대 잡음비(SNR)를 향상시킬 수 있다.
이러한 점을 고려하여, 본 발명의 실시예들에 따른 터치표시장치(10)는, 전하 제어회로(QCC)를 이용하여, 표시패널(110) 내 모든 위치에서 터치 센싱 관련한 신호 대 잡음비(SNR)를 향상시키고 신호 대 잡음비(SNR)의 균일도(Uniformity)를 유지하기 위해, 터치전극 위치별로 전치증폭기(Pre-AMP)의 제1 입력단(IN1)에 전하 제어캐패시터(CCR)이 개입되는 시점을 효과적으로 제어할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예들에 따른 터치표시장치(10) 및 터치구동회로(TDC)는, 전하 제어회로(QCC)를 이용하여, 패널 내 터치전극 위치 별(또는 시정수 수준 별)로 전하 제어캐패시터(CCR)의 적용하기 위한 전하 제어스위치(SWCR)의 턴-온 타이밍을 제어하거나, 전하 제어신호(VCR)의 인가 타이밍(전압 레벨 변경 타이밍)을 제어하여 제어하여 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있다.
이를 위해 전하 제어스위치(SWCR)의 턴-온 시점 또는 전하 제어신호(VCR)의 인가 타이밍(전압 레벨 변경 타이밍)을 제어 범위 내에서 조절하여, N(2 이상)개의 터치 프레임에 대한 센싱 데이터(센싱값)의 변동폭을 확인하면, 터치전극 위치 별 최적의 제어 시점을 감지할 수 있다. 이러한 최적의 제어 시점은, 터치패널 별, 주파수 별로 매칭시켜 관리할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 표시패널(110) 내 기생 캐패시턴스의 차이가 있고, 구동신호(TDS)의 변조 전압 주파수에 따라 응답 특성이 달라지므로, 다량의 고주파 노이즈가 발생하는 구동신호(TDS)의 천이구간(전압 레벨 가변 구간)을 피해서, 전하 제어 시점을 제어할 수 있도록 하여, 터치전극 별로 터치구동회로(TDC)에 인가되는 노이즈에 강인한 터치센싱이 가능하도록 하고, 터치센싱 시, 신호 대 잡음비(SNR)의 크기 및 균일도를 향상시킬 수 있다. 특히, 펜 터치를 더 활용하는 고해상도 제품 군에서 더 큰 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 전술한 본 발명의 실시예들에 의하면, 터치전극 별 위치 차이에도 불구하고, 모든 위치에서 노이즈에 의한 영향 없이 높은 신호 대 잡음비(SNR)를 얻을 수 있는 터치표시장치(10), 터치구동회로(TDC) 및 터치센싱방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 전치증폭기의 입력단에 전하 제어회로를 연결하여, 센싱 데이터의 포화를 방지하고 높은 신호 대 잡음비(SNR)를 얻을 수 있도록 해주는 터치표시장치(10), 터치구동회로(TDC) 및 터치센싱방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 터치전극 별 위치나 시정수 차이를 고려하여, 전치증폭기의 입력단에 연결된 전하 제어회로를 제어 동작 타이밍을 제어하여 터치전극 별 신호 대 잡음비(SNR)의 불필요한 편차를 줄여주어 터치감도를 향상시켜줄 수 있다. 터치표시장치(10), 터치구동회로(TDC) 및 터치센싱방법을 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.
10: 터치표시장치
110: 표시패널
120: 데이터 구동 회로
130: 게이트 구동 회로
140: 디스플레이 컨트롤러
300: 터치회로

Claims (23)

  1. 다수의 터치전극을 포함하는 터치스크린패널; 및
    상기 터치스크린패널로 구동신호를 공급하고 센싱신호를 수신하는 터치구동회로를 포함하고,
    상기 터치구동회로는,
    상기 터치전극에 대한 센싱신호가 입력되는 제1 입력단을 갖는 전치증폭기와,
    상기 전치증폭기의 제1 입력단과 전하 제어신호가 입력되는 전하 제어신호 입력단 사이에 전기적으로 연결된 전하 제어회로를 포함하고,
    상기 전하 제어회로는,
    전하 제어스위치와, 상기 전하 제어스위치에 의해, 상기 전치증폭기의 제1 입력단과 상기 전하 제어신호 입력단 사이에 연결되는 전하 제어캐패시터를 포함하고,
    상기 구동신호가 제1 전압 레벨에서 제2 전압 레벨로 변동된 시점으로부터 설정된 제1 제어시간이 경과한 후, 상기 전하 제어스위치의 턴-온과 상기 전하 제어신호의 전압 레벨 변동을 통해, 상기 전치증폭기의 제1 입력단으로 입력되는 전하를 제어하고,
    상기 제1 제어시간은 상기 터치전극의 위치 또는 시정수에 따라 변경되는 터치표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 제어시간은 상기 터치전극이 상기 터치구동회로로부터 멀리 위치한 터치전극이거나 시정수가 큰 터치전극일수록 길게 설정되는 터치표시장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 구동신호가 상기 제1 전압 레벨에서 상기 제2 전압 레벨로 변동된 시점으로부터 설정된 상기 제1 제어시간이 경과한 후,
    상기 전하 제어스위치에 의해 상기 전치증폭기의 제1 입력단에 연결된 상기 전하 제어캐패시터의 한 전극에 인가되는 상기 전하 제어신호가 제3 전압 레벨에서 제4 전압 레벨로 변동되는 터치표시장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 구동신호가 상기 제2 전압 레벨에서 상기 제1 전압 레벨로 변동을 시작한 시점으로부터 설정된 제2 제어시간이 경과한 후, 상기 전하 제어신호가 상기 제4 전압 레벨에서 상기 제3 전압 레벨로 변동되고,
    상기 제2 제어시간은 상기 터치전극의 위치 또는 시정수에 따라 변경되는 터치표시장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 제어시간은 상기 터치전극이 상기 터치구동회로로부터 멀리 위치한 터치전극이거나 시정수가 큰 터치전극일수록 길게 설정되는 터치표시장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 구동신호가 로우 레벨인 상기 제1 전압 레벨에서 하이 레벨인 상기 제2 전압 레벨로 라이징을 시작한 시점으로부터 제1 라이징 제어시간이 경과한 후, 상기 전하 제어스위치가 턴-온 되고,
    상기 전하 제어스위치가 턴-온 된 시점으로부터 제2 라이징 제어시간이 경과한 후, 상기 전하 제어신호가 로우 레벨인 상기 제3 전압 레벨에서 하이 레벨인 상기 제4 전압 레벨로 라이징되는 터치표시장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 라이징 제어시간과 상기 제2 라이징 제어시간의 합은 상기 제1 제어시간과 대응되고,
    상기 제1 라이징 제어시간은 상기 터치전극의 위치 또는 시정수에 따라 변경되는 터치표시장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 라이징 제어시간의 길이는 상기 전하 제어스위치가 온 상태를 유지하는 기간의 길이 이하인 터치표시장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 전하 제어신호가 상기 제3 전압 레벨에서 상기 제4 전압 레벨로 라이징 된 이후, 상기 전하 제어스위치는 턴-오프 되고,
    상기 구동신호가 상기 제2 전압 레벨에서 상기 제1 전압 레벨로 폴링을 시작한 시점으로부터 제1 폴링 제어시간이 경과한 후, 상기 전하 제어스위치가 턴-온 되고,
    상기 전하 제어스위치가 턴-온 된 시점으로부터 제2 폴링 제어시간이 경과한 후, 상기 전하 제어신호가 상기 제4 전압 레벨에서 상기 제3 전압 레벨로 폴링되는 터치표시장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 폴링 제어시간과 상기 제2 폴링 제어시간의 합은 상기 제2 제어시간과 대응되고,
    상기 제1 폴링 제어시간은 상기 터치전극의 위치 또는 시정수에 따라 변경되는 터치표시장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 폴링 제어시간의 길이는 상기 전하 제어스위치가 온 상태를 유지하는 기간의 길이 이하인 터치표시장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 제어시간 동안, 상기 구동신호의 전압 레벨 가변 기울기는 상기 터치전극의 위치 또는 시정수에 따라 다른 터치표시장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전하 제어스위치의 온 상태에서 상기 전치증폭기의 제1 입력단으로 입력되는 센싱신호에 대응되는 전하량은,
    상기 전하 제어스위치가 오프 상태에서 상기 전치증폭기의 제1 입력단으로 입력되는 센싱신호에 대응되는 전하량과 다른 터치표시장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 전하 제어캐패시터는 제1 전하 제어캐패시터와 제2 전하 제어캐패시터를 포함하고,
    상기 제1 전하 제어캐패시터와 상기 제2 전하 제어캐패시터 각각의 제1 전극은 연결되고, 상기 제1 전하 제어캐패시터와 상기 제2 전하 제어캐패시터 각각의 제2 전극은 연결되며,
    상기 전하 제어회로는,
    상기 제1 전하 제어캐패시터의 제1 전극과 상기 전하 제어스위치를 연결해주는 제1 선택스위치와,
    상기 제2 전하 제어캐패시터의 제1 전극과 상기 전하 제어스위치를 연결해주는 제2 선택스위치를 더 포함하는 터치표시장치.
  15. 터치전극으로 구동신호를 출력하고 상기 터치전극에 대한 센싱신호가 입력되는 제1 입력단을 갖는 전치증폭기; 및
    상기 전치증폭기의 제1 입력단과 전하 제어신호가 입력되는 전하 제어신호 입력단 사이에 전기적으로 연결된 전하 제어회로를 포함하고,
    상기 전하 제어회로는,
    전하 제어스위치와, 상기 전하 제어스위치에 의해, 상기 전치증폭기의 제1 입력단과 상기 전하 제어신호 입력단 사이에 연결되는 전하 제어캐패시터를 포함하고,
    상기 구동신호가 제1 전압 레벨에서 제2 전압 레벨로 변동된 시점으로부터 설정된 제1 제어시간이 경과한 후, 상기 전하 제어스위치의 턴-온과 상기 전하 제어신호의 전압 레벨 변동을 통해, 상기 전치증폭기의 제1 입력단으로 입력되는 전하를 제어하고,
    상기 제1 제어시간은 상기 터치전극의 위치 또는 시정수에 따라 변경되는 터치구동회로.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 제어시간은 상기 터치전극이 상기 터치구동회로로부터 멀리 위치한 터치전극이거나 시정수가 큰 터치전극일수록 길게 설정되는 터치구동회로.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 구동신호가 로우 레벨인 상기 제1 전압 레벨에서 하이 레벨인 상기 제2 전압 레벨로 라이징을 시작한 시점으로부터 제1 라이징 제어시간이 경과한 후, 상기 전하 제어스위치가 턴-온 되고,
    상기 전하 제어스위치가 턴-온 된 시점으로부터 제2 라이징 제어시간이 경과한 후, 상기 전하 제어신호가 로우 레벨인 제3 전압 레벨에서 하이 레벨인 제4 전압 레벨로 라이징되는 터치구동회로.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 라이징 제어시간과 상기 제2 라이징 제어시간의 합은 상기 제1 제어시간과 대응되고,
    상기 제1 라이징 제어시간은 상기 터치전극의 위치 또는 시정수에 따라 다른 터치구동회로.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제2 라이징 제어시간의 길이는 상기 전하 제어스위치가 온 상태를 유지하는 기간의 길이 이하인 터치구동회로.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 전하 제어스위치의 온 상태에서 상기 전치증폭기의 제1 입력단으로 입력되는 센싱신호에 대응되는 전하량은,
    상기 전하 제어스위치가 오프 상태에서 상기 전치증폭기의 제1 입력단으로 입력되는 센싱신호에 대응되는 전하량과 다른 터치구동회로.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 전하 제어캐패시터는 제1 전하 제어캐패시터와 제2 전하 제어캐패시터를 포함하고,
    상기 제1 전하 제어캐패시터와 상기 제2 전하 제어캐패시터 각각의 제1 전극은 연결되고, 상기 제1 전하 제어캐패시터와 상기 제2 전하 제어캐패시터 각각의 제2 전극은 연결되며,
    상기 전하 제어회로는,
    상기 제1 전하 제어캐패시터의 제1 전극과 상기 전하 제어스위치를 연결해주는 제1 선택스위치와,
    상기 제2 전하 제어캐패시터의 제1 전극과 상기 전하 제어스위치를 연결해주는 제2 선택스위치를 더 포함하는 터치구동회로.
  22. 터치센싱방법에 있어서,
    터치구동회로가 터치전극으로 구동신호를 출력하는 단계;
    상기 터치구동회로가 상기 터치전극으로부터 센싱신호를 입력받는 단계; 및
    상기 터치구동회로가 상기 센싱신호를 토대로 센싱데이터를 생성하여 출력하는 단계를 포함하고,
    상기 구동신호를 출력하는 단계 동안, 상기 구동신호가 제1 전압 레벨에서 제2 전압 레벨로 변동을 시작한 시점으로부터 제1 시간이 경과한 후, 상기 터치구동회로에서 상기 센싱신호가 입력되는 제1 입력단과 상기 터치구동회로에서 상기 구동신호와 다른 전하 제어신호가 입력되는 전하 제어신호 입력단 사이에 전하 제어캐패시터가 연결되고,
    상기 전하 제어캐패시터의 한 전극에 제3 전압 레벨에서 제4 전압 레벨로 변동된 상기 전하 제어신호가 인가되며,
    상기 제1 시간은 상기 터치전극의 위치 또는 시정수에 따라 변경되는 터치센싱방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제1 시간은 상기 터치전극이 상기 터치구동회로로부터 멀리 위치한 터치전극이거나 시정수가 큰 터치전극일수록 길게 설정되는 터치센싱방법.
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