KR20210046520A - 터치 디스플레이 컨트롤러 및 이를 포함하는 터치 디스플레이 시스템 - Google Patents

터치 디스플레이 컨트롤러 및 이를 포함하는 터치 디스플레이 시스템 Download PDF

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KR20210046520A
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김진봉
이창주
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 컨트롤러는, 터치 센서 패널에 포함되는 터치 센서들, 디스플레이 패널에 포함되는 픽셀들, 및 지문 센서 어레이에 포함되는 지문 센서들이 출력하는 신호를 처리하여 아날로그 신호를 생성하는 아날로그 프론트-엔드 회로, 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터, 및 상기 터치 센서들, 상기 디스플레이 픽셀들, 및 상기 지문 센서들과 상기 프론트-엔드 회로 사이에 연결되며, 상기 터치 센서들, 상기 픽셀들, 및 상기 지문 센서들 중 하나를 선택하여 상기 아날로그 프론트-엔드 회로와 전기적으로 연결하는 선택 회로를 포함한다.

Description

터치 디스플레이 컨트롤러 및 이를 포함하는 터치 디스플레이 시스템{TOUCH DISPLAY CONTROLLER AND TOUCH DISPLAY SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 발명은 터치 디스플레이 컨트롤러 및 이를 포함하는 터치 디스플레이 시스템에 관한 것이다.
터치 센서 장치는 터치 입력에 반응하여 터치 입력이 발생한 위치, 및 터치 입력에 의한 제스처 등을 인식하는 장치로서, 디스플레이 장치와 일체로 제공될 수 있다. 터치 센서 장치는 터치 입력에 반응하여 신호를 출력하는 터치 센서 패널 및 터치 입력을 처리하는 터치 컨트롤러를 포함하며, 터치 컨트롤러는 통상 디스플레이 패널을 구동하는 디스플레이 드라이버와 별개의 반도체 칩으로 구현될 수 있다. 따라서, 터치 센서 장치와 디스플레이 장치를 포함하는 터치 디스플레이 시스템은, 둘 이상의 반도체 칩들을 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 과제 중 하나는, 디스플레이 패널의 픽셀들에 대한 픽셀 보상 회로와 터치 컨트롤러가 아날로그 회로를 공유하도록 설계함으로써, 시스템 구성을 간소화하고 회로 면적을 줄임과 동시에, 터치 컨트롤러와 디스플레이 드라이버, 및 픽셀 보상 회로를 하나의 반도체 칩으로 구현할 수 있는 터치 디스플레이 드라이버 및 이를 포함하는 터치 디스플레이 시스템을 제공하고자 하는 데에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 컨트롤러는, 터치 센서 패널에 포함되는 터치 센서들, 디스플레이 패널에 포함되는 픽셀들, 및 지문 센서 어레이에 포함되는 지문 센서들이 출력하는 신호를 처리하여 아날로그 신호를 생성하는 아날로그 프론트-엔드 회로, 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터, 및 상기 터치 센서들, 상기 디스플레이 픽셀들, 및 상기 지문 센서들과 상기 프론트-엔드 회로 사이에 연결되며, 상기 터치 센서들, 상기 픽셀들, 및 상기 지문 센서들 중 하나를 선택하여 상기 아날로그 프론트-엔드 회로와 전기적으로 연결하는 선택 회로를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 시스템은, 전면에서 터치 입력을 수용하는 커버 윈도우, 상기 커버 윈도우의 하부에 배치되며, 상기 터치 입력에 반응하여 터치 감지 신호가 생성되는 터치 센서들을 포함하는 터치 센서 패널, 상기 터치 센서 패널의 하부에 배치되며, 디스플레이 픽셀들을 포함하는 디스플레이 패널, 상기 터치 센서들에 연결되는 터치 라우팅 배선들, 및 상기 디스플레이 픽셀들에 연결되는 픽셀 라우팅 배선들을 포함하며, 상기 터치 라우팅 배선들과 상기 픽셀 라우팅 배선들은 동일한 레이어에 배치되는 배선 영역, 및 상기 배선 영역을 통해 상기 터치 센서 패널 및 상기 디스플레이 패널에 연결되며, 상기 터치 입력을 판단하고 상기 디스플레이 패널에 이미지를 표시하는 터치 디스플레이 컨트롤러를 포함하며, 상기 터치 디스플레이 컨트롤러는 상기 터치 센서들 및 상기 디스플레이 픽셀들이 출력하는 신호를 아날로그 신호로 변환하는 아날로그 프론트-엔드 회로를 포함하며, 상기 아날로그 프론트-엔드 회로는 상기 터치 라우팅 배선들 및 상기 픽셀 라우팅 배선들에 공통으로 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 컨트롤러는, 터치 센서 패널에 포함되는 터치 센서들 및 디스플레이 패널의 디스플레이 픽셀들 중 하나를 선택하는 선택 회로, 상기 선택 회로에 의해 상기 터치 센서들 또는 상기 디스플레이 픽셀들에 연결되며, 상기 터치 센서들 또는 상기 디스플레이 픽셀들의 출력 신호를 이용하여 아날로그 신호를 생성하는 아날로그 프론트-엔드 회로, 및 상기 터치 센서들이 상기 아날로그 프론트-엔드 회로에 연결되면 상기 아날로그 프론트-엔드 회로의 신호 증폭 이득을 제1 값으로 설정하고, 상기 디스플레이 픽셀들이 상기 아날로그 프론트-엔드 회로에 연결되면 상기 아날로그 프론트-엔드 회로의 신호 증폭 이득을 상기 제1 값과 다른 제2 값으로 설정하는 제어 회로를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 디스플레이 장치의 픽셀들에 대한 픽셀 보상 회로와, 터치 센서 장치의 터치 컨트롤러가 아날로그 프론트-엔드 회로, 아날로그-디지털 컨버터, 및 디지털 신호 처리를 위한 프로세서 중 적어도 하나를 공유할 수 있다. 따라서 터치 디스플레이 컨트롤러 및 터치 디스플레이 시스템의 집적도와 소모 전력, 및 제조 비용 등을 개선할 수 있다. 실시예들에 따라, 터치 컨트롤러, 디스플레이 드라이버, 픽셀 보상 회로 외에 다른 구성 요소, 예를 들어 지문 컨트롤러 등을 터치 디스플레이 드라이버에 추가로 탑재할 수도 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 시스템을 포함하는 전자 기기를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서 장치를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서 장치에 포함되는 터치 센서 패널을 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 시스템을 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치에 포함되는 픽셀을 간단하게 나타낸 회로도들이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 시스템을 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 시스템을 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 컨트롤러를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 13 내지 도 16은 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 컨트롤러의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 컨트롤러를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 18은 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 컨트롤러의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 컨트롤러를 간단하게 나타낸 회로도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 시스템을 포함하는 전자 기기를 간단하게 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 시스템을 포함하는 전자 기기를 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 시스템을 포함하는 전자 기기(1)는 스마트폰과 같은 모바일 기기일 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 시스템은, 모바일 기기 외에 텔레비전, 냉장고, 세탁기 등과 같은 가전 기기와, 데스크톱 및 랩톱 등과 같은 컴퓨터 기기는 물론, 자동차 등에도 폭넓게 적용될 수 있다.
전자 기기(1)는 하우징(2), 터치 디스플레이 시스템(5), 카메라(6) 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에서 터치 디스플레이 시스템(5)은 하우징(2)의 전면 전체를 실질적으로 커버할 수 있으며, 전자 기기(1)의 동작 모드, 또는 실행 중인 애플리케이션 등에 따라 제1 영역(3)과 제2 영역(4) 등으로 구분되어 동작할 수 있다. 카메라(6)는 광원(7)과 결합하여 얼굴 인식 기능 등을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 터치 디스플레이 시스템(5)은 화면을 표시하는 디스플레이 장치 및 터치 입력을 감지하기 위한 터치 센서 장치 등을 포함할 수 있다. 또한 터치 디스플레이 시스템(5)은 화면을 표시하고, 터치 입력의 좌표 및 제스처 등을 판단하는 터치 디스플레이 컨트롤러를 포함할 수 있다. 터치 디스플레이 컨트롤러는, 디스플레이 장치에 포함되는 디스플레이 패널을 구동하고, 터치 센서 장치에 포함되는 터치 센서 패널에 인가된 터치 입력의 좌표 및 제스처 등을 판단할 수 있다.
일례로 터치 디스플레이 컨트롤러는 하나의 반도체 패키지로 구현될 수 있다. 터치 디스플레이 컨트롤러에는 디스플레이 드라이버 및 터치 컨트롤러가 탑재될 수 있다. 또한, 디스플레이 패널과 연결되어 픽셀들의 특성 변화를 보상하기 위한 픽셀 보상 회로가 터치 디스플레이 컨트롤러에 포함될 수 있다. 일 실시예에서, 픽셀 보상 회로와 터치 컨트롤러는, 아날로그 회로 중 적어도 일부를 공유할 수 있다. 픽셀 보상 회로와 터치 컨트롤러에 의해 공유되는 아날로그 회로는 전하 증폭기, 필터, 가변 이득 증폭기, 샘플러, 적분기 등을 포함할 수 있으며, 실시예들에 따라 아날로그 신호를 디지털 신호로 바꾸는 아날로그-디지털 컨버터 및/또는 디지털 신호를 처리하는 프로세서도 픽셀 보상 회로와 터치 컨트롤러에 의해 공유될 수 있다.
일 실시예에서, 터치 센서 패널에는 지문 센서 어레이가 일체로 구현될 수 있다. 지문 센서 어레이가 터치 센서 패널과 일체로 구현될 경우, 지문 센서 어레이가 출력하는 신호를 처리하여 지문 입력을 인식하는 지문 컨트롤러가 터치 디스플레이 컨트롤러에 포함될 수 있다. 일례로, 지문 컨트롤러는, 픽셀 보상 회로 및 터치 컨트롤러와 아날로그 회로 중 적어도 일부를 공유할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서 장치를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서 장치(10)는 터치 센서 패널(20)과 터치 컨트롤러(30)를 포함할 수 있다. 터치 컨트롤러(30)는 구동 회로(31)와 센싱 회로(32) 및 컨트롤 로직(35) 등을 포함할 수 있으며, 구동 회로(31)는 터치 센서 패널(20)에 포함되는 구동 전극에 구동 신호를 입력할 수 있다. 일 실시예에서, 구동 신호는 소정의 주파수와 듀티 비 등을 갖는 클럭 신호일 수 있다.
센싱 회로(32)는 터치 입력에 반응하여 터치 센서 패널(20)에서 생성되는 정전용량 변화를 검출할 수 있다. 일례로, 구동 회로(31)로부터 구동 신호를 입력받은 구동 전극과, 감지 전극 사이에서는 상호 정전용량이 생성될 수 있으며, 터치 입력에 의해 상호 정전용량에 변화가 발생할 수 있다. 센싱 회로(32)는 상호 정전용량의 변화를 검출하여 감지 전압을 생성할 수 있다. 또한 일 실시예에서, 센싱 회로(32)는 상호 정전용량이 아닌, 자체 정전용량의 변화를 검출하여 감지 전압을 생성할 수도 있다. 자체 정전용량의 변화를 검출할 때에는, 클럭 신호와 같은 구동 신호가 터치 센서 패널(20)에 입력되지 않을 수 있으며, 터치 센서 패널(20)에서 구동 전극과 감지 전극이 구분되지 않을 수 있다.
센싱 회로(32)는 감지 전압을 소정의 기준 전압과 비교할 수 있으며, 컨트롤 로직(35)은 감지 전압과 기준 전압의 비교 결과에 기초하여 터치 입력의 발생 여부, 터치 입력의 좌표, 및 제스처 중 적어도 하나를 판단할 수 있다.
센싱 회로(32)는 정전용량의 변화에 기초하여 아날로그 신호를 생성하는 아날로그 프론트-엔드(AFE) 회로(33)와, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터(34) 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에서 아날로그 프론트-엔드 회로(33)는, 정전용량 변화를 전압 신호로 변환하는 전하 증폭기와, 필터, 변환 이득 증폭기, 샘플러, 적분기 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.
아날로그-디지털 컨버터(34)가 출력하는 디지털 신호는 컨트롤 로직(35)으로 전달될 수 있다. 컨트롤 로직(35)은 입출력 인터페이스 회로를 통해 디지털 신호를 외부의 프로세서로 출력할 수 있으며, 외부의 프로세서는 디지털 신호를 처리하여 터치 입력의 좌표, 제스처 등을 판단할 수 있다. 일 실시예에서, 컨트롤 로직(35) 내에 프로세서가 포함될 수도 있다. 이 경우, 컨트롤 로직(35) 내의 프로세서는 아날로그-디지털 컨버터(34)가 출력하는 디지털 신호를 처리하여 터치 입력의 좌표, 제스처 등을 판단할 수 있다.
터치 센서 패널(20)은 복수의 터치 센서들을 포함할 수 있다. 터치 센서들은 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 일례로 터치 센서들 각각은 둘 이상의 전극들을 포함할 수 있다. 터치 컨트롤러(30)가 상호 정전용량의 변화에 기초하여 터치 입력을 감지하는 경우, 터치 센서들 각각은 구동 전극과 감지 전극을 적어도 하나씩 포함할 수 있다. 터치 컨트롤러(30)가 자체 정전용량의 변화에 기초하여 터치 입력을 감지하는 경우, 터치 센서들 각각에 포함되는 전극들은 모두 감지 전극으로 동작할 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서 장치에 포함되는 터치 센서 패널을 간단하게 나타낸 도면들이다.
먼저 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서 패널(20A)은 제1 방향(X축 방향)으로 연장되는 복수의 구동 전극들(DE), 및 제1 방향과 교차하는 제2 방향(Y축 방향)으로 연장되는 복수의 센싱 전극들(SE)을 포함할 수 있다. 구동 전극들(DE)과 센싱 전극들(SE)은 터치 센서들(TS)을 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 구동 전극들(DE)과 센싱 전극들(SE)은 서로 다른 층에 배치될 수 있다.
터치 센서들(TS)은 터치 라우팅 배선들(TRW)에 연결될 수 있다. 터치 라우팅 배선들(TRW)은 터치 센서 장치에 포함되는 터치 컨트롤러를 터치 센서들(TS)과 연결하기 위한 도전성 라인들을 포함할 수 있다.
터치 라우팅 배선들(TRW) 중 일부는 구동 전극들(DE)에 연결되어 구동 채널들(TX1-TXm)을 제공할 수 있으며, 터치 라우팅 배선들(TRW) 중 나머지 일부는 센싱 전극들(SE)에 연결되어 센싱 채널들(RX1-RXm)을 제공할 수 있다. 터치 컨트롤러는 구동 채널들(TX1-TXm)을 통해 구동 전극들(DE) 중 적어도 하나에 구동 신호를 입력할 수 있으며, 센싱 채널들(RX1-RXm)을 통해 센싱 전극들(SE)로부터 상호 정전용량 변화를 검출할 수 있다.
다음으로 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서 패널(20B)은 제1 방향(X축 방향), 및 제1 방향과 교차하는 제2 방향(Y축 방향)을 따라 배열되는 복수의 터치 센서들(TS)을 포함할 수 있다. 도 4에 도시한 일 실시예에서 터치 센서들(TS)은 하나의 층에 배치될 수 있다. 터치 센서들(TS)은 터치 라우팅 배선들(TRW)에 연결될 수 있으며, 터치 컨트롤러는 터치 라우팅 배선들(TRW)을 통해 터치 센서들(TS)에서 생성되는 정전용량 변화를 검출할 수 있다. 일례로 상기 정전용량 변화는 자체 정전용량 변화일 수 있다.
다만, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 센서 패널은 도 3 및 도 4에 도시한 실시예들과 달리 다양한 구조를 가질 수 있다. 일례로, 하나의 층에 배치되는 복수의 터치 센서들(TS) 중 일부가 구동 신호를 입력받는 구동 전극들로 할당되고, 나머지 일부가 센싱 전극들로 할당될 수도 있다. 터치 컨트롤러는, 구동 전극들 중 적어도 하나에 구동 신호를 입력하고, 구동 신호가 입력된 구동 전극과 같은 층에서 인접하는 센싱 전극들로부터 상호 정전용량 변화를 검출할 수 있다. 또는, 서로 다른 층에 터치 센서들(TS)을 배치하고, 터치 컨트롤러가 구동 신호 입력 없이 터치 센서들(TS)로부터 자체 정전용량 변화를 검출하여 터치 입력을 판단할 수도 있다.
터치 컨트롤러는, 터치 라우팅 배선들(TRW)을 통해 터치 센서들(TS)과 연결되며, 터치 센서들(TS)로부터 정전용량 변화를 검출하는 아날로그 프론트-엔드 회로를 포함할 수 있다. 아날로그 프론트-엔드 회로는 전하 증폭기, 필터, 변환 이득 증폭기, 적분기 등을 포함할 수 있다. 또한 터치 컨트롤러는 아날로그 프론트-엔드 회로가 출력하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 5를 참조하면, 디스플레이 장치(50)는 디스플레이 드라이버(60)와 디스플레이 패널(70) 등을 포함할 수 있다. 디스플레이 드라이버(60)는 타이밍 컨트롤러(61), 게이트 드라이버(62), 소스 드라이버(63), 및 픽셀 보상 회로(64) 등을 포함할 수 있다. 디스플레이 패널(70)은 복수의 게이트 라인들(G1-Gm) 및 복수의 소스 라인들(S1-Sn)을 따라 배치되는 복수의 픽셀들(PX)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 디스플레이 장치(50)는 프레임 단위로 이미지를 표시할 수 있다. 하나의 프레임을 표시하기 위해 필요한 시간은 수직 주기로 정의될 수 있으며, 수직 주기는 디스플레이 장치(50)의 프레임 주파수(frame frequency)에 의해 결정될 수 있다. 일 실시예로, 디스플레이 장치(50)의 프레임 주파수가 60Hz인 경우, 수직 주기는 1/60초, 약 16.7msec 일 수 있다. 다만 디스플레이 장치(50)의 프레임 주파수는 다양하게 변형될 수 있다.
하나의 수직 주기 동안 게이트 드라이버(62)는 복수의 게이트 라인들(G1-Gm) 각각을 스캔할 수 있다. 게이트 드라이버(62)가 복수의 게이트 라인들(G1-Gm) 각각을 스캔하는 시간은 수평 주기로 정의될 수 있으며, 하나의 수평 주기 동안 소스 드라이버(63)는 픽셀들(PX)에 계조 전압을 입력할 수 있다. 계조 전압은 영상 데이터에 기초하여 소스 드라이버(63)가 출력하는 전압일 수 있으며, 계조 전압에 의해 픽셀들(PX) 각각의 밝기가 결정될 수 있다.
픽셀 보상 회로(64)는 동작 조건 또는 사용 시간 등에 다른 픽셀들(PX)의 특성 변화를 보상하기 위한 회로일 수 있다. 일례로 디스플레이 장치(50)가 유기전계발광표시장치인 경우, 픽셀들(PX) 각각은 적어도 하나의 스위치 소자와 적어도 하나의 유기전계발광(OLED) 소자, 및 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있다. 동작 조건, 예를 들어 온도가 변하거나 사용 시간이 길어짐에 따라 유기전계발광 소자 및 스위치 소자 중 적어도 하나의 문턱 전압 등의 특성이 변할 수 있다.
픽셀 보상 회로(64)는 상기와 같은 픽셀들(PX) 각각의 특성 변화를 검출하고, 그 결과를 디지털 신호 형태로 타이밍 컨트롤러(61)에 포함된 프로세서 또는 외부 호스트에 포함된 프로세서 등에 전송할 수 있다. 프로세서는 픽셀 보상 회로(80)가 전송한 정보에 기초하여 픽셀들(PX)에 입력되는 전압 또는 전류를 조절할 수 있다. 따라서, 디스플레이 패널(70)이 표시하는 화면의 품질이 개선될 수 있다.
일례로 픽셀 보상 회로(64)는 픽셀들(PX) 각각의 특성 변화를 검출하기 위한 아날로그 프론트-엔드 회로를 포함할 수 있다. 아날로그 프론트-엔드 회로는 픽셀들(PX)에서 나타나는 특성 변화, 예를 들어 문턱 전압의 변화 등에 대응하는 아날로그 신호를 생성할 수 있다. 픽셀 보상 회로(64)는 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한 터치 컨트롤러(30)와 디스플레이 드라이버(60)가 하나의 반도체 칩 내에 탑재될 수 있다. 따라서, 터치 센서 패널(20)과 디스플레이 패널(70)을 구동하기 위한 터치 디스플레이 컨트롤러를 하나의 반도체 칩으로 구현할 수 있으며, 소모 전력을 줄이고 시스템의 부피를 줄일 수 있다. 또한, 하나의 반도체 칩 내에 탑재되는 터치 컨트롤러(30)와 픽셀 보상 회로(64)는, 적어도 일부의 구성 요소들을 공유할 수 있다. 일 실시예에서 터치 컨트롤러(30)와 픽셀 보상 회로(64)는 터치 센서들(TS)에서 발생하는 정전용량 변화 또는 픽셀들(PX)에서 나타나는 특성 변화를 검출하는 아날로그 프론트-엔드 회로 및/또는 아날로그-디지털 컨버터를 공유할 수 있다. 또한 일례로, 하나의 프로세서로 터치 입력을 판단하고 픽셀들(PX)에 입력되는 전압 및/또는 전류를 조절할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 시스템을 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 시스템은 터치 센서 장치와 디스플레이 장치를 제공하며, 터치 디스플레이 패널(80)과 터치 디스플레이 컨트롤러(90)를 포함할 수 있다. 터치 디스플레이 패널(80)은 터치 센서 패널(81)과 디스플레이 패널(91)을 포함할 수 있다. 터치 디스플레이 컨트롤러(90)는 구동 회로(91), 센싱 회로(92), 디스플레이 구동 회로(96), 및 프로세서(99) 등을 포함할 수 있다. 센싱 회로(92)는 선택 회로(93), 아날로그 프론트-엔드 회로(94), 아날로그-디지털 컨버터(95)를 포함할 수 있다.
도 6에 도시한 일 실시예에서 터치 디스플레이 컨트롤러(90)는 프로세서(99)를 포함할 수 있으며, 프로세서(99)는 터치 디스플레이 시스템의 동작에 필요한 명령들을 실행할 수 있다. 일례로 프로세서(99)는 디지털 신호를 처리하기 위한 DSP(Digital Signal Processing) 블록, 입출력 인터페이스, 메모리 등을 포함할 수 있다. 프로세서(99)는 터치 센서 장치의 구동 회로(91)와 센싱 회로(92)를 제어할 수 있으며, 디스플레이 구동 회로(96)에 포함되는 게이트 드라이버(97)와 소스 드라이버(98)를 제어하여 디스플레이 패널(82)에 화면을 표시할 수 있다. 또한 프로세서(99)는 센싱 회로(92)와 결합하여 디스플레이 장치의 픽셀 보상 회로를 제공할 수 있다.
선택 회로(84)는 터치 센서 패널(81)에 포함되는 터치 센서들 및 디스플레이 패널(91)에 포함되는 픽셀들 중 하나를 선택하여 아날로그 프론트-엔드 회로(85)에 연결할 수 있다. 선택 회로(84)에 의해 터치 센서들이 아날로그 프론트-엔드 회로(93)에 연결되면, 아날로그 프론트-엔드 회로(93)는 터치 센서 패널(81)에서 생성된 정전용량 변화에 응답하여 아날로그 신호를 생성할 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터(95)가 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하면, 프로세서(99)는 디지털 신호를 이용하여 터치 입력의 좌표 및 제스처 등을 판단할 수 있다.
선택 회로(84)가 픽셀들을 아날로그 프론트-엔드 회로(93)에 연결하면, 아날로그 프론트-엔드 회로(93)는 픽셀들에 포함되는 소자들의 특성 변화를 나타내는 아날로그 신호를 생성할 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터(95)가 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하면, 프로세서(99)는 디지털 신호를 이용하여 픽셀들에 포함되는 소자들의 특성 변화를 보상하기 위한 동작을 실행할 수 있다. 일례로, 프로세서(99)는 게이트 드라이버(97)와 소스 드라이버(98)를 제어하여 픽셀들에 입력되는 신호를 조절할 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치에 포함되는 픽셀을 간단하게 나타낸 회로도들이다.
도 7a와 도 7b를 참조하면, 디스플레이 장치에 포함되는 픽셀은 발광 소자(OLED), 발광 소자(OLED)를 구동하기 위한 소자들(STR, DTR), 및 스토리지 커패시터(CST) 등을 포함할 수 있다. 도 7a와 도 7b에 도시한 픽셀 구조는 예시적인 것이며, 다른 소자들이 추가되거나 또는 픽셀 회로가 바뀔 수도 있다. 또한 도 7a와 도 7b을 참조하여 설명하는 픽셀은 유기전계발광표시장치에 적용될 수 있으며, 디스플레이 장치에 따라 픽셀의 구조는 다양하게 변형될 수 있다.
먼저 도 7a를 참조하면, 픽셀에 포함되는 소자들(STR, DTR)은 NMOS 트랜지스터들로 구현될 수 있다. 선택 소자(STR)의 게이트는 게이트 라인에 연결되며, 구동 소자(DTR)의 게이트는 선택 소자(STR)에 연결될 수 있다. 게이트 라인에 입력되는 게이트 신호에 의해 선택 소자(STR)가 턴-온되면, 소스 라인에 입력되는 소스 신호에 의해 스토리지 커패시터(CST)가 충전될 수 있다. 스토리지 커패시터(CST)의 전압에 의해 구동 소자(DTR)가 발광 소자(OLED)에 입력하는 구동 전류가 결정되며, 발광 소자(OLED)의 밝기가 결정될 수 있다.
다음으로 도 7b를 참조하면, 픽셀에 포함되는 소자들(STR, DTR)은 PMOS 트랜지스터들로 구현될 수 있다. 도 7b에 도시한 일 실시예에서 스토리지 커패시터(CST)는 구동 소자(DTR)의 게이트와 전원 노드(PWR) 사이에 연결될 수 있다. 도 7a에 도시한 일 실시예와 마찬가지로, 게이트 신호에 의해 선택 소자(STR)가 턴-온되면, 소스 신호에 의해 스토리지 커패시터(CST)가 충전되며 구동 전류가 발광 소자(OLED)에 입력될 수 있다.
발광 소자(OLED)에 흐르는 전류는 스토리지 커패시터(CST), 및 구동 소자(DTR) 등에 영향을 받을 수 있다. 일례로, 구동 소자(DTR)의 문턱 전압이 사용 시간, 주변 온도 등과 같은 원인들에 의해 변할 경우, 같은 게이트 신호와 소스 신호를 입력함에도 불구하고 발광 소자(OLED)에 흐르는 전류가 달라질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 상기와 같은 픽셀의 특성 변화를 보상하기 위한 픽셀 보상 회로가 터치 디스플레이 컨트롤러에 포함될 수 있다. 또한, 픽셀 보상 회로에 포함되는 구성 요소들 중 적어도 일부를 터치 센서 패널에 연결되는 센싱 회로와 공유함으로써, 터치 디스플레이 시스템의 소모 전력, 생산 비용, 및 집적도 등을 개선할 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 시스템을 간단하게 나타낸 도면들이다.
먼저 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 시스템(100)은 디스플레이 패널(110), 중간 절연층(120), 터치 센서 패널(130), 편광층(140) 및 커버 윈도우(150) 등을 포함할 수 있다. 디스플레이 패널(110)은 유기전계발광표시 패널 또는 액정 디스플레이 패널일 수 있다. 중간 절연층(120)은 디스플레이 패널(110)을 보호하기 위한 봉지(encapsulation) 레이어일 수 있으며, 수십 마이크로미터의 두께를 가질 수 있다. 또는 실시예들에 따라 중간 절연층(120)의 두께가 수 마이크로미터까지 감소할 수도 있다.
도 8에 도시한 일 실시예에서, 터치 센서 패널(130)은 중간 절연층(120) 상에 배치될 수 있다. 터치 센서 패널(130)은 터치 입력에 반응하여 전기 신호를 생성하는 복수의 터치 센서들을 포함할 수 있으며, 터치 센서들은 구동 전극과 감지 전극을 포함할 수 있다. 터치 센서 패널(130)은 실시예들에 따라 상호 정전용량 방식 또는 자체 정전용량 방식으로 동작할 수 있다.
편광층(140)은 터치 센서 패널(130)의 상부에 배치되며, 터치 센서 패널(130) 및 디스플레이 패널(110) 등에 형성되는 다양한 구성 요소들, 예를 들어 터치 센서들이나 블랙 매트릭스 등이 사용자 눈에 잘 띄지 않도록 구비되는 층일 수 있다. 또한 편광층(140)은 외부의 빛이 밝은 곳에서 패널의 시인성을 개선하기 위한 목적으로 터치 디스플레이 시스템(100)에 포함될 수도 있다. 커버 윈도우(150)는 외부에 직접 노출되는 최외곽의 층일 수 있으며, 강화 글라스 또는 아크릴 등으로 형성될 수 있다.
도 8을 참조하면, 중간 절연층(120)은 비아 영역(121)를 포함할 수 있다. 비아 영역(121)은 중간 절연층(120)을 관통하는 복수의 비아들이 배치되는 영역일 수 있다. 최근에는 터치 디스플레이 시스템(100)을 포함하는 전자 기기의 두께가 감소함에 따라 중간 절연층(120)의 두께 역시 10um 이하까지 감소하는 추세이며, 따라서 중간 절연층(120)을 관통하는 비아를 좀 더 손쉽게 형성할 수 있다. 따라서 비아 영역(121)에 배치되는 비아들을 통해, 터치 센서 패널(130)의 터치 센서들에 연결되는 터치 라우팅 배선들이, 디스플레이 패널(110)에서 픽셀들에 연결되는 픽셀 라우팅 배선들과 같은 높이까지 연장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 비아 영역(121)의 비아들을 이용하여 터치 라우팅 배선들을 픽셀 라우팅 배선들과 같은 높이까지 연장함으로써, 터치 센서 패널(130)을 구동하기 위한 터치 컨트롤러를 디스플레이 패널(110)과 같은 높이에 배치할 수 있다. 디스플레이 패널(110)과 같은 높이에는, 디스플레이 패널(110)의 픽셀 라우팅 배선들에 의해 픽셀들과 연결되는 디스플레이 드라이버, 및 픽셀 보상 회로가 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 하나의 반도체 칩에 디스플레이 드라이버와 픽셀 보상 회로, 및 터치 컨트롤러를 탑재하여 터치 디스플레이 컨트롤러를 구현할 수 있으며, 터치 디스플레이 시스템(100)의 집적도를 개선할 수 있다. 터치 디스플레이 컨트롤러는 터치 라우팅 배선들에 의해 터치 센서들과 연결되고, 픽셀 라우팅 배선들에 의해 픽셀들과 연결될 수 있다.
한편, 도 8을 참조하여 설명한 상기 실시예는 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 비아 영역(120)을 통해 디스플레이 패널(110)의 게이트 라인 및 소스 라인에 연결되는 픽셀 라우팅 배선들을 터치 센서 패널(130)과 같은 높이까지 연장하고, 터치 디스플레이 컨트롤러를 터치 센서 패널(130)과 같은 높이에 배치할 수도 있다. 또한, 터치 센서 패널(130)과 일체로 또는 별도로 마련되는 지문 센서를 제어하기 위한 지문 컨트롤러 역시 터치 디스플레이 컨트롤러에 포함될 수 있다.
도 9를 참조하면, 터치 디스플레이 시스템(200)은 터치 디스플레이 패널(210), 라우팅 영역(220) 및 터치 디스플레이 컨트롤러(230) 등을 포함할 수 있다. 터치 디스플레이 시스템(200)은 외부의 호스트(240), 예를 들어 애플리케이션 프로세서 등과 연결될 수 있다. 다만 이는 일 실시예일 뿐이며, 터치 디스플레이 시스템(200)이 적용된 전자 기기의 종류에 따라, 호스트(240)는 중앙 처리 장치(CPU), 시스템 온 칩(SoC) 등으로 대체될 수도 있다.
터치 디스플레이 패널(210)에는 앞서 도 8을 참조하여 설명한 바와 같이, 디스플레이 패널 및 터치 센서 패널 등이 포함될 수 있다. 라우팅 영역(220)에는 디스플레이 패널의 픽셀들에 연결되는 픽셀 라우팅 배선들(221), 및 터치 센서 패널의 터치 센서들에 연결되는 터치 라우팅 배선들(222)이 포함될 수 있다. 픽셀 라우팅 배선들(221) 중 적어도 일부는 디스플레이 드라이버(231)에 연결되고, 나머지 일부는 픽셀 보상 회로(232)에 연결될 수 있다. 터치 라우팅 배선들(222)은 터치 컨트롤러(233)에 연결될 수 있다.
터치 디스플레이 컨트롤러(230)에 포함되는 디스플레이 드라이버(231), 픽셀 보상 회로(232), 및 터치 컨트롤러(233) 중 적어도 일부는, 아날로그 회로를 공유할 수 있다. 일 실시예에서 터치 디스플레이 컨트롤러(230)에 지문 컨트롤러도 포함되는 경우, 지문 컨트롤러 역시 상기 아날로그 회로를 공유할 수 있다. 일례로, 픽셀 보상 회로(232)와 터치 컨트롤러(233)는 전하 증폭기, 필터, 가변 이득 증폭기, 상관 이중 샘플러, 적분기 등의 아날로그 프론트-엔드 회로와, 아날로그 프론트-엔드 회로가 출력하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터 중 적어도 일부를 공유할 수 있다. 따라서, 터치 디스플레이 컨트롤러(230)의 부피를 줄이고 집적도를 높이는 한편, 터치 디스플레이 컨트롤러(230)의 소모 전력을 낮출 수 있다.
도 9에 도시한 일 실시예에서, 터치 센서 패널은 디스플레이 패널의 상부에 배치될 수 있다. 터치 센서들에 연결되는 터치 라우팅 배선들(222)은, 터치 센서 패널과 디스플레이 패널의 사이에 배치되는 중간 절연층을 관통하는 비아들에 의해 터치 센서 패널의 터치 센서들과 연결될 수 있다. 다시 말해, 터치 라우팅 배선들(222)과 픽셀 라우팅 배선들(221)이 같은 층에 배치되며, 터치 라우팅 배선들(222)은 비아들을 통해 터치 라우팅 배선들(222) 및 픽셀 라우팅 배선들(221)보다 상부에 배치되는 터치 센서들에 연결될 수 있다.
도 9에 도시한 일 실시예에서, 터치 디스플레이 컨트롤러(230)가 출력하는 디지털 신호는 호스트(240)에 의해 처리될 수 있다. 다만, 실시예들에 따라, 터치 디스플레이 컨트롤러(230) 내부에 디지털 신호를 처리하여 터치 입력을 판단하고 화면을 표시하며, 픽셀들의 특성 변화를 보상하는 프로세서가 포함될 수도 있다. 프로세서가 터치 디스플레이 컨트롤러(230) 내에 포함되는 경우, 프로세서는 디스플레이 드라이버(231), 픽셀 보상 회로(232), 및 터치 컨트롤러(233)에 의해 공유될 수 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 시스템을 간단하게 나타낸 도면들이다.
먼저 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 시스템(300)은 터치 디스플레이 패널(310), 중간 절연층(320), 편광층(330) 및 커버 윈도우(340) 등을 포함할 수 있다. 도 10에 도시한 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 시스템(300)에서, 터치 입력을 감지하기 위한 터치 센서들과 화면을 표시하기 위한 픽셀들은 하나의 터치 디스플레이 패널(310)에 구현될 수 있다.
도 10에 도시한 일 실시예에서는 터치 센서들과 픽셀들이 터치 디스플레이 패널(310)에 모두 형성되므로, 중간 절연층(320)에 별도의 비아들을 형성할 필요 없이 터치 센서들과 픽셀들을 터치 디스플레이 컨트롤러에 연결할 수 있다. 다시 말해, 터치 센서들에 연결되는 터치 라우팅 배선들과, 픽셀들에 연결되는 픽셀 라우팅 배선들이 하나의 터치 디스플레이 패널(310)에서 같은 높이에 형성될 수 있다. 따라서, 별도의 비아 없이, 터치 라우팅 배선들 및 픽셀 라우팅 배선들이 터치 디스플레이 컨트롤러와 연결될 수 있다.
다음으로 도 11을 참조하면, 터치 디스플레이 시스템(400)은 터치 디스플레이 패널(410), 라우팅 영역(420), 터치 디스플레이 컨트롤러(430) 등을 포함할 수 있다. 터치 디스플레이 시스템(400)은 외부의 호스트(440), 예를 들어 애플리케이션 프로세서, 중앙 처리 장치 등과 연결될 수 있다.
터치 디스플레이 패널(410)은 앞서 도 10을 참조하여 설명한 바와 같이, 디스플레이 패널 및 터치 센서 패널이 일체로 구현되어 포함될 수 있다. 라우팅 영역(420)에는 터치 디스플레이 패널(410)의 픽셀들에 연결되는 픽셀 라우팅 배선들(421), 및 터치 센서들에 연결되는 터치 라우팅 배선들(422) 등이 포함될 수 있다. 픽셀 라우팅 배선들(421) 중 적어도 일부는 디스플레이 드라이버(431)에 연결되고, 나머지 일부는 픽셀 보상 회로(432)에 연결될 수 있다. 터치 라우팅 배선들(422)은 터치 컨트롤러(433)에 연결될 수 있다.
터치 디스플레이 컨트롤러(430)에 포함되는 디스플레이 드라이버(431), 픽셀 보상 회로(432), 및 터치 컨트롤러(433) 중 적어도 일부는, 아날로그 회로, 아날로그-디지털 컨버터 등을 공유할 수 있다. 터치 디스플레이 컨트롤러(430)에 지문 컨트롤러도 포함되는 경우에는, 지문 컨트롤러 역시 아날로그 회로, 아날로그-디지털 컨버터 등을 공유할 수 있다. 일례로, 픽셀 보상 회로(432)와 터치 컨트롤러(433)는 전하 증폭기, 필터, 가변 이득 증폭기, 상관 이중 샘플러, 적분기 등의 아날로그 프론트-엔드 회로와, 아날로그 프론트-엔드 회로의 출력을 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터 중 적어도 하나를 공유할 수 있다. 따라서, 터치 디스플레이 컨트롤러(430)의 집적도를 높이고, 터치 디스플레이 컨트롤러(430)의 소모 전력을 낮출 수 있다.
도 11에 도시한 일 실시예에서는, 터치 디스플레이 컨트롤러(430)가 출력하는 디지털 신호가 호스트(440)에 의해 처리될 수 있다. 다만, 실시예들에 따라, 터치 디스플레이 컨트롤러(430) 내부에 디지털 신호를 처리하여 터치 입력을 판단하고 화면을 표시하며, 픽셀들의 특성 변화를 보상하는 프로세서가 포함될 수도 있다. 프로세서가 터치 디스플레이 컨트롤러(430) 내에 포함되는 경우, 프로세서는 디스플레이 드라이버(431), 픽셀 보상 회로(432), 및 터치 컨트롤러(433)에 의해 공유될 수 있다.
도 11에 도시한 일 실시예에서는, 터치 센서들과 픽셀들이 터치 디스플레이 패널(410)에서 하나의 층에 구현될 수 있다. 따라서, 비아들을 통한 연결 없이, 터치 라우팅 배선들(422)이 터치 센서들에 연결되고 픽셀 라우팅 배선들(421)이 디스플레이 픽셀들에 연결될 수 있다.
도 12 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 컨트롤러를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 시스템(500)은 터치 센서 패널(501)과 디스플레이 패널(502), 및 터치 디스플레이 컨트롤러(505) 등을 포함할 수 있다. 터치 디스플레이 컨트롤러(505)는 터치 센서 패널(501)에서 생성되는 정전용량 변화에 기초하여 터치 입력을 판단하고, 디스플레이 패널(502)의 픽셀들의 특성 변화를 검출하여 픽셀들에 입력되는 신호를 조절할 수 있다.
터치 디스플레이 컨트롤러(505)는 선택 회로(510), 아날로그 프론트-엔드(AFE) 회로(520), 아날로그-디지털 컨버터(530) 등을 포함할 수 있다. 선택 회로(510)는 터치 센서 패널(501)과 디스플레이 패널(502) 중 하나를 아날로그 프론트-엔드 회로(520)에 연결할 수 있다. 일례로 선택 회로(510)는 멀티플렉서 등과 같은 스위치 회로로 구현될 수 있다.
도 13에 도시한 바와 같이, 선택 회로(510)에 의해 아날로그 프론트-엔드 회로(520)가 터치 센서 패널(501)과 연결되면, 터치 디스플레이 컨트롤러(505)는 터치 입력을 판단하는 터치 컨트롤러로 동작할 수 있다. 한편 도 14에 도시한 바와 같이, 선택 회로(510)에 의해 아날로그 프론트-엔드 회로(520)가 디스플레이 패널(502)광 연결되면, 터치 디스플레이 컨트롤러(505)는 픽셀의 특성 변화를 보상하는 픽셀 보상 회로로 동작할 수 있다.
도 15 및 도 16은 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 컨트롤러의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 시스템(600)에서, 터치 디스플레이 컨트롤러(605)는 선택 회로(610), 아날로그 프론트-엔드 회로(620), 아날로그-디지털 컨버터(630) 등을 포함할 수 있다. 도 15 및 도 16에 도시한 실시예들에서는 터치 디스플레이 컨트롤러(605) 외부에 별도로 프로세서(640)가 연결되는 것으로 도시하였으나, 이와 달리 프로세서(640)가 터치 디스플레이 컨트롤러(605) 내에 탑재될 수도 있다.
터치 디스플레이 컨트롤러(605)는 선택 회로(610)를 통해 터치 센서(601) 또는 디스플레이 패널의 픽셀(602)과 연결될 수 있다. 터치 센서(601)에 대한 설명은 지문 센서에 대해서도 유사하게 적용될 수 있다. 또한 픽셀(602)이 유기전계발광소자(OLED)를 포함하는 것으로 도시하였으나, 액정 디스플레이의 픽셀에도 유사하게 적용될 수 있을 것이다.
선택 회로(610)는 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2) 등을 포함할 수 있다. 터치 디스플레이 컨트롤러(600)는 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)의 온/오프를 제어함으로써, 터치 센서(601) 또는 픽셀(602)을 아날로그 프론트-엔드 회로(620)에 연결할 수 있다. 아날로그 프론트-엔드 회로(620)는 전하 증폭기, 필터, 변환 이득 증폭기, 상관 이중 샘플러, 적분기 등을 포함할 수 있다. 다만 실시예들에 따라서, 아날로그 프론트-엔드 회로(620)에 포함되는 구성 요소들은 달라질 수 있다.
먼저 도 15를 참조하여, 제1 스위치(SW1)가 턴-온되어 터치 센서(601)가 연결된 경우의 동작에 대해 설명하기로 한다. 제1 스위치(SW1)가 턴-온되고 제2 스위치(SW2)는 턴-오프되면, 터치 센서(601)가 아날로그 프론트-엔드 회로(620)의 전하 증폭기에 연결될 수 있다. 따라서, 터치 디스플레이 컨트롤러(600)가 터치 컨트롤러로 동작할 수 있다.
구동 신호(VTX)가 터치 센서(601)의 구동 전극(DE)에 입력되면, 구동 전극(DE)과 센싱 전극(SE) 사이에 상호 정전용량(CMUT)이 생성될 수 있다. 터치 입력에 의해 상호 정전용량(CMUT)이 변하면, 전하 증폭기는 상호 정전용량(CMUT)의 변화를 증폭하여 전압 신호를 출력할 수 있다. 전압 신호의 크기는 상호 정전용량(CMUT)의 변화량 외에, 전하 증폭기에 포함되는 피드백 저항(RF) 및 피드백 커패시터(CF)에 의해 영향을 받을 수 있다. 리셋 스위치(SWRST)가 턴-온되면 전하 증폭기의 출력이 리셋될 수 있다.
실시예들에 따라, 터치 센서(601)는 구동 신호(VTX)를 입력받지 않을 수도 있다. 구동 신호(VTX)가 입력되지 않으면, 터치 센서(601)의 전극들(DE, SE)에는 소정의 기준 전압이 입력될 수 있다. 전극들(DE, SE)에서는 기준 전압에 의해 자체 정전용량이 생성될 수 있으며, 터치 입력에 의해 자체 정전용량의 변화가 발생하면, 전하 증폭기가 자체 정전용량의 변화를 증폭하여 전압 신호를 출력할 수 있다.
필터는 전하 증폭기가 출력하는 전압 신호를 필터링, 예를 들어 로우 패스 필터링할 수 있다. 필터의 차단 주파수는 다양하게 결정될 수 있다. 일례로 터치 센서(601)에 구동 신호(VTX)가 입력되는 경우와, 구동 신호(VTX)가 입력되지 않는 경우에 필터의 차단 주파수가 서로 다를 수 있다. 변환 이득 증폭기는 필터의 출력을 증폭하며, 이후 상관 이중 샘플러와 적분기를 통해 아날로그 신호가 아날로그-디지털 컨버터(630)로 출력될 수 있다.
아날로그-디지털 컨버터(630)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 프로세서(640)는 디지털 신호를 수신하여 터치 센서(601)에 인가된 터치 입력의 좌표, 개수, 제스처 등을 판단할 수 있다. 프로세서(640)는 터치 디스플레이 컨트롤러(605)와 연결되는 외부의 호스트, 예를 들어 애플리케이션 프로세서 등에 구현되거나, 또는 실시예들에 따라 터치 디스플레이 컨트롤러(605) 내부에 탑재될 수도 있다.
다음으로 도 16에 도시한 바와 같이, 제2 스위치(SW2)가 턴-온되고 제1 스위치(SW1)가 턴-오프되면, 픽셀(602)이 전하 증폭기에 연결될 수 있다. 따라서, 터치 디스플레이 컨트롤러(600)가 픽셀 보상 회로로서 동작할 수 있다. 디스플레이 픽셀(602)은 제1 선택 소자(STR1)와 제2 선택 소자(STR2), 스토리지 커패시터(CST), 구동 소자(DTR), 및 보상 소자(CTR) 등을 포함할 수 있다. 스캔 신호(Scan)와 데이터 신호(Data)에 의해 스토리지 커패시터(CST)에 전하가 충전될 수 있다. 제1 제어 신호(EM1)에 의해 제2 선택 소자(STR2)가 턴-온되면, 구동 소자(DTR)에 흐르는 전류로 유기전계발광소자(OLED)가 턴-온될 수 있다. 스캔 신호(Scan)는 디스플레이 패널의 게이트 라인을 통해 입력될 수 있으며, 데이터 신호(Data)는 디스플레이 패널의 소스 라인을 통해 입력될 수 있다.
일례로, 터치 디스플레이 시스템의 사용 환경, 예를 들어 외부 온도 등이 달라지거나 또는 터치 디스플레이 시스템의 사용 시간이 누적됨에 따라 픽셀(602)에 포함되는 소자들(STR1, STR2, DTR)의 문턱 전압이나 또는 유기전계발광소자(OLED)의 문턱 전압이 달라질 수 있다. 문턱 전압이 변화에 따라 구동 노드(DN)를 통해 유기전계발광소자(OLED)에 입력되는 구동 전류가 달라질 수 있으며, 디스플레이 장치의 성능이 열화될 수 있다. 터치 디스플레이 컨트롤러(605)는 사용 환경이나 사용 시간에 관계없이 디스플레이 장치의 성능을 유지하기 위하여, 픽셀 보상 회로로 동작할 수 있다.
일 실시예에서, 픽셀 보상 회로로 동작하는 터치 디스플레이 컨트롤러(605)는 제2 제어 신호(EM2)를 조절하여 보상 소자(CTR)를 턴-온하고 구동 노드(DN)에 흐르는 구동 전류를 검출할 수 있다. 터치 디스플레이 컨트롤러(605)는 구동 전류를 참조하여, 제1 선택 소자(STR1)에 입력되는 데이터 신호(Data)를 조절할 수 있다. 일례로 터치 디스플레이 컨트롤러(605)는 구동 노드(DN)에 흐르는 구동 전류와 데이터 신호(Data)의 관계를 정의한 룩업 테이블을 참조하여 데이터 신호(Data)를 조절할 수 있다.
또한 일 실시예에서, 터치 디스플레이 컨트롤러(605)는 구동 노드(DN)에 흐르는 구동 전류를 참조하여 데이터 신호(Data) 외에 픽셀(602)에 입력되는 다른 전압을 조절할 수도 있다. 일례로 터치 디스플레이 컨트롤러(605)는 구동 전류를 검출하여 픽셀(602)에 입력되는 기준 전압 등을 조절할 수도 있다.
픽셀 보상 회로로 동작하는 터치 디스플레이 컨트롤러(605)에서, 전하 증폭기는 구동 노드(DN)에 흐르는 전류에 대응하는 전압 신호를 생성할 수 있다. 전하 증폭기가 출력하는 전압 신호의 크기는 구동 노드(DN)에 흐르는 전류의 크기 외에, 전하 증폭기에 포함되는 피드백 저항(RF) 및 피드백 커패시터(CF)에도 영향을 받을 수 있다.
필터는 전하 증폭기가 출력하는 전압 신호를 필터링, 예를 들어 로우 패스 필터링할 수 있다. 필터의 차단 주파수는 실시예들에 따라 달라질 수 있다. 변환 이득 증폭기는 필터의 출력을 증폭하며, 이후 상관 이중 샘플러와 적분기에 의해 최종적으로 생성되는 아날로그 신호가 아날로그-디지털 컨버터로 출력될 수 있다.
도 15 및 도 16을 참조하여 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 하나의 터치 디스플레이 컨트롤러(605)에서 터치 센서(601)를 구동하는 터치 컨트롤러, 및 픽셀(602)의 문턱 전압 변화를 보상하기 위한 픽셀 보상 회로가 아날로그 프론트-엔드 회로(620) 및 아날로그-디지털 컨버터(630)를 공유할 수 있다. 하나의 아날로그 프론트-엔드 회로(620)와 하나의 아날로그-디지털 컨버터(630)로 터치 컨트롤러와 픽셀 보상 회로를 모두 구현할 수 있으므로, 터치 디스플레이 컨트롤러(605)의 설계를 단순화하고 소모 전력을 낮출 수 있으며, 부피를 줄일 수 있다. 실시예들에 따라, 다이나믹 레인지 등을 고려하여 아날로그 프론트-엔드 회로(620)만이 터치 센서(601)와 픽셀(602)에 의해 공유될 수도 있다. 또는 아날로그-디지털 컨버터(630) 후단의 프로세서(640)가 터치 디스플레이 컨트롤러(605) 내에 탑재되어 터치 센서(601)와 픽셀(602)에 의해 공유될 수도 있다.
실시예들에 따라, 터치 센서(601)에서 출력하는 상호 정전용량(CMUT)의 변화 또는 자체 정전용량의 변화는, 픽셀(602)의 유기전계발광소자(OLED)에 입력되는 구동 전류의 크기 변화와 다른 범위에서 정의될 수 있다. 일례로, 터치 센서(601)에서 검출되는 정전용량의 변화를 정의하는 최소값 및 최대값이, 픽셀(602)에서 검출되는 구동 전류의 변화를 정의하는 최소값 및 최대값과 다를 수 있다.
따라서 터치 센서(601)와 픽셀(602) 중에서 선택 회로(610)가 선택하는 구성 요소에 관계없이 아날로그 프론트-엔드 회로(620)의 동작 조건이 동일하면, 아날로그 프론트-엔드 회로(620)의 출력에 의해 아날로그-디지털 컨버터(630)가 포화되거나 또는 아날로그-디지털 컨버터(630)의 출력이 터치 센서(601)의 정전용량 변화 또는 픽셀(602)의 구동 전류 변화를 충분히 반영하지 못할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 아날로그 프론트-엔드 회로(620)에 포함되는 회로들 중 적어도 하나의 동작 조건을, 아날로그 프론트-엔드 회로(620)에 연결되는 구성에 따라 변경함으로써 상기와 같은 문제를 해결할 수 있다. 일례로, 전하 증폭기에 포함되는 피드백 저항(RF)과 피드백 커패시터(CF)의 값을 변경하거나, 변환 이득 증폭기의 이득을 바꾸거나, 필터의 차단 주파수를 바꾸거나, 적분기의 적분 시간을 조절하는 등의 제어가 실행될 수 있다. 아날로그 프론트-엔드 회로(620)의 제어에 대해서는 도 19를 참조하여 후술하기로 한다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 컨트롤러를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 시스템(700)은 터치 센서 패널(701)과 디스플레이 패널(702), 지문 센서 어레이(703) 및 터치 디스플레이 컨트롤러(705) 등을 포함할 수 있다. 터치 디스플레이 컨트롤러(705)는 터치 센서 패널(701)에서 생성되는 정전용량 변화에 기초하여 터치 입력을 판단하고, 디스플레이 패널(702)의 픽셀들의 특성 변화를 검출하여 픽셀들에 입력되는 신호를 조절하며, 지문 센서 어레이(703)에서 생성되는 정전용량 변화 또는 광 신호 등을 검출하여 지문 입력을 판단할 수 있다. 일례로, 지문 센서 어레이(703)는 터치 센서 패널(701) 및 디스플레이 패널(702) 중 적어도 하나와 일체로 제공되거나, 또는 별도의 장치로 제공될 수도 있다.
터치 디스플레이 컨트롤러(705)는 선택 회로(710), 아날로그 프론트-엔드(AFE) 회로(720), 아날로그-디지털 컨버터(730) 등을 포함할 수 있다. 선택 회로(710)는 터치 센서 패널(701), 디스플레이 패널(702), 및 지문 센서 어레이(703) 중 하나를 아날로그 프론트-엔드 회로(720)에 연결할 수 있다. 일례로 선택 회로(710)는 멀티플렉서 등과 같은 스위치 회로로 구현될 수 있다.
도 17에 도시한 바와 같이, 선택 회로(510)에 의해 아날로그 프론트-엔드 회로(520)가 지문 센서 어레이(703)와 연결되면, 터치 디스플레이 컨트롤러(705)는 지문 입력을 판단하는 지문 컨트롤러 동작할 수 있다. 아날로그 프론트-엔드 회로(520)는 지문 센서 어레이(703)에서 생성되는 정전용량 변화 또는 광 신호 등에 대응하는 아날로그 신호를 생성할 수 있으며, 아날로그-디지털 컨버터(730)는 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력할 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터(730)로부터 디지털 신호를 수신하는 프로세서는, 디지털 신호에 기초하여 지문 센서 어레이(703)에 접촉한 지문이 정당한 사용자의 지문인지 여부를 판단할 수 있다.
도 18은 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 컨트롤러의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 18을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 시스템(800)에서, 터치 디스플레이 컨트롤러(805)는 선택 회로(810), 아날로그 프론트-엔드 회로(820), 아날로그-디지털 컨버터(830) 등을 포함할 수 있다. 도 18에 도시한 일 실시예에서 터치 디스플레이 컨트롤러(805) 외부에 별도로 프로세서(840)가 연결되는 것으로 도시하였으나, 이와 달리 프로세서(840)가 터치 디스플레이 컨트롤러(805) 내에 탑재될 수도 있다.
터치 디스플레이 컨트롤러(805)는 선택 회로(810)를 통해 터치 센서(801), 디스플레이 패널의 픽셀(802), 및 지문 센서 어레이의 지문 센서(803) 중 하나와 연결될 수 있다. 선택 회로(810)는 복수의 스위치들(SW1-SW3)을 포함할 수 있다. 터치 디스플레이 컨트롤러(800)는 스위치들(SW1-SW3)의 온/오프를 제어함으로써, 터치 센서(801), 픽셀(802), 및 지문 센서(803) 중 하나를 아날로그 프론트-엔드 회로(820)에 연결할 수 있다.
도 18에 도시한 일 실시예에서는 지문 센서(803)가 아날로그 프론트-엔드 회로(820)에 연결될 수 있다. 제3 스위치(SW3)가 턴-온되고 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)가 턴-오프되면, 지문 센서(803)의 지문 센싱 전극(ME)이 아날로그 프론트-엔드 회로(820)의 전하 증폭기에 연결될 수 있다. 전하 증폭기는 지문 입력에 대응하여 지문 센싱 전극(ME)에서 생성되는 정전용량 변화를 증폭시켜 전압 신호를 출력할 수 있다. 필터와 변환 이득 증폭기, 상관 이중 샘플러, 및 적분기 등은 전압 신호를 이용하여 아날로그 신호를 출력하며, 아날로그-디지털 컨버터(830)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 프로세서(840)는 디지털 신호를 이용하여 지문 입력에 따른 사용자 인증 여부를 판단할 수 있다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 컨트롤러를 간단하게 나타낸 회로도이다.
도 19를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 시스템(900)에서, 터치 디스플레이 컨트롤러(905)는 터치 센서(901), 픽셀(902), 및 지문 센서(903) 등과 연결될 수 있다. 터치 센서(901), 픽셀(902), 및 지문 센서(903)의 구성 및 동작에 대해서는, 앞서 도 15, 도 16 및 도 18에 도시한 실시예들에 대한 설명을 참조하여 이해될 수 있을 것이다. 또한, 터치 센서(901)는 터치 센서 패널에, 픽셀(902)은 디스플레이 패널에 구현되며, 터치 센서 패널 및 디스플레이 패널과 터치 디스플레이 컨트롤러(905)를 연결하는 터치 라우팅 배선들 및 픽셀 라우팅 배선들의 배치와 구조 등은, 앞서 도 8 내지 도 11에 도시한 실시예들에 대한 설명을 참조하여 이해될 수 있을 것이다.
터치 디스플레이 컨트롤러(905)는 선택 회로(910), 아날로그 프론트-엔드 회로(920), 아날로그-디지털 컨버터(930), 프로세서(940), 및 제어 회로(950) 등을 포함할 수 있다. 도 19에 도시한 일 실시예에서는 터치 디스플레이 컨트롤러(805) 내에 프로세서(940)와 제어 회로(950)가 포함되는 것으로 도시하였으나, 이와 달리 프로세서(940)와 제어 회로(950) 중 적어도 하나는 터치 디스플레이 컨트롤러(905) 외부에 마련될 수도 있다. 또한, 제어 회로(950)가 프로세서(940) 내부에 탑재될 수도 있다.
선택 회로(910)는 터치 센서 패널의 터치 센서(901), 디스플레이 패널의 픽셀(902), 및 지문 센서 어레이의 지문 센서(903) 중 하나를 아날로그 프론트-엔드 회로(920)에 연결할 수 있다. 아날로그 프론트-엔드 회로(920)의 전하 증폭기는, 터치 센서(901), 픽셀(902), 지문 센서(903)에 대응하는 전압 신호를 출력할 수 있다. 이때, 터치 센서(901), 픽셀(902), 지문 센서(903) 각각에서 나타나는 정전용량 변화, 및/또는 전류 변화 등이 갖는 범위가 서로 다를 수 있다. 따라서, 아날로그 프론트-엔드 회로(920)가 하나의 동작 조건으로만 동작할 경우, 전압 신호가 터치 센서(901), 픽셀(902), 지문 센서(903) 각각에서 나타나는 정전용량 변화 및/또는 전류 변화를 충분히 반영하지 못하거나, 전압 신호가 포화될 수 있다.
도 19에 도시한 일 실시예에서, 다이나믹 레인지 컨트롤러(951)는 전하 증폭기에 포함되는 리셋 스위치(SWRST), 저항(Rn) 및 커패시터(Cn) 중 적어도 하나를 조절할 수 있다. 일례로, 다이나믹 레인지 컨트롤러(951)는 피드백 저항(RF) 및 피드백 커패시터(CF) 중 적어도 하나의 크기를 조절하여, 전하 증폭기가 출력하는 전압 신호의 크기를 조절하고, 그로부터 아날로그-디지털 컨버터(630)의 포화 등을 방지할 수 있다. 다시 말해 다이나믹 레인지 컨트롤러(951)는, 선택 회로(910)에 의해 전하 증폭기에 연결되는 구성 요소에 따라서, 전하 증폭기의 증폭 이득을 조절할 수 있다.
일례로, 터치 센서(901)에서 나타나는 정전용량 변화의 범위가 1부터 10이고, 픽셀(902)의 구동 노드(DN)에 흐르는 구동 전류의 범위가 0.1부터 1이라고 가정할 수 있다. 다만 이는 하나의 가정일 뿐이며 본 발명의 실시예들이 반드시 이와 같은 수치 한정으로 제한되는 것이 아님은 물론이다. 전하 증폭기의 피드백 저항(RF)과 피드백 커패시터(CF)가 고정된 크기를 가지면, 터치 센서(901)의 출력에 의해 전하 증폭기의 출력이 지나치게 증가함으로써 아날로그-디지털 컨버터(930)가 포화될 수 있다. 또한, 터치 센서(901)의 출력에 따른 아날로그-디지털 컨버터(930)의 포화를 방지하고자 작은 값의 피드백 저항(RF)과 피드백 커패시터(CF)를 선택하면, 픽셀(902)의 유기전계발광소자(OLED)에 입력되는 구동 전류의 변화가 아날로그-디지털 컨버터(930)의 출력에 충분히 반영되지 못할 수 있다. 따라서, 터치 디스플레이 컨트롤러(900)가 픽셀 보상 회로로서의 기능을 충분히 수행하지 못할 수 있다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에서는 제어 회로(950)가 아날로그 프론트-엔드 회로의 동작을 제어할 수 있다. 일례로, 제어 회로(950)는 선택 회로(910)에 의해 터치 센서(901)가 아날로그 프론트-엔드 회로(920)에 연결되면, 아날로그 프론트-엔드 회로의 신호 증폭 이득을 제1값으로 설정할 수 있다. 또한 제어 회로(950)는, 선택 회로(910)에 의해 픽셀들(902)이 아날로그 프론트-엔드 회로(920)에 연결되면, 아날로그 프론트-엔드 회로의 신호 증폭 이득을 제1값과 다른 제2값으로 설정할 수 있다.
일례로, 선택 회로(910)에 의해 아날로그 프론트-엔드 회로(920)에 연결되는 구성이 터치 센서(901)인지, 픽셀(902)인지, 또는 지문 센서(903)인지에 따라 다이나믹 레인지 컨트롤러(950)가 전하 증폭기를 제어할 수 있다. 일례로, 상기의 가정을 그대로 적용할 경우, 터치 센서(901)가 아날로그 프론트-엔드 회로(920)에 연결되면 피드백 저항(RF) 및 피드백 커패시터(CF) 중 적어도 하나의 크기를 조절하여 전하 증폭기의 이득을 낮출 수 있다. 따라서, 아날로그-디지털 컨버터(930)의 포화를 방지할 수 있다. 반면, 픽셀(902)이 아날로그 프론트-엔드 회로(920)에 연결되면 피드백 저항(RF) 및 피드백 커패시터(CF) 중 적어도 하나의 크기를 조절하여 전하 증폭기의 이득을 높일 수 있다. 따라서, 픽셀(902)의 구동 전류 변화가, 아날로그-디지털 컨버터(930)가 출력하는 디지털 신호에 충분히 반영될 수 있다.
아날로그 컨트롤러(952)는, 전하 증폭기와 아날로그-디지털 컨버터(930) 사이에 연결되는 필터, 변환 이득 증폭기, 상관 이중 샘플러, 및 적분기를 제어할 수 있다. 일례로 아날로그 컨트롤러(952)는 필터의 차단 주파수, 변환 이득 증폭기의 이득, 적분기의 적분 시간 등을 제어하여 아날로그-디지털 컨버터(930)가 포화되지 않도록 제어할 수 있다. 또한 아날로그 컨트롤러(952)는 터치 센서(901) 및 디픽셀(902)의 출력이 아날로그-디지털 컨버터(930)가 출력하는 디지털 신호에 충분히 반영되도록 필터, 변환 이득 증폭기, 상관 이중 샘플러, 및 적분기를 제어할 수 있다.
요약하면, 본 발명의 일 실시예에서는, 터치 센서 패널과 디스플레이 패널을 포함하는 터치 디스플레이 시스템에 있어서, 터치 센서 패널을 구동하는 터치 컨트롤러, 및 디스플레이 패널에서 픽셀들에 포함되는 소자들의 문턱 전압 변화 등을 보상하기 위한 픽셀 보상 회로가 하나의 반도체 칩 내에 탑재될 수 있다. 또한, 터치 컨트롤러와 픽셀 보상 회로는 아날로그 프론트-엔드 회로, 아날로그-디지털 컨버터, 및 디지털 신호 처리를 위한 프로세서 중 적어도 일부를 공유할 수 있으며, 터치 디스플레이 패널과 아날로그 프론트-엔드 회로의 입력단 사이에 멀티플렉서 등과 같은 선택 회로를 연결하여 터치 센서 및 디스플레이 패널의 픽셀 중 하나를 아날로그 프론트-엔드 회로에 연결할 수 있다.
일 실시예에서 선택 회로는, 디스플레이 패널의 픽셀들에 대한 문턱 전압을 보상하는 소정의 주기마다 아날로그 프론트-엔드 회로를 디스플레이 패널의 픽셀들에 연결할 수 있다. 또는 디스플레이 조정과 같은 사용자 설정 항목에서 발생하는 사용자 입력에 응답하여 아날로그 프론트-엔드 회로를 디스플레이 패널의 픽셀들에 연결할 수도 있다. 또는, 디스플레이 패널이 온되고 사용자로부터 터치 입력이 발생하지 않는 시간 동안 아날로그 프론트-엔드 회로를 디스플레이 패널의 픽셀들에 연결할 수도 있다. 따라서, 사용자의 터치 입력에 영향을 주지 않으면서 디스플레이 패널의 픽셀들에 포함되는 소자들의 문턱 전압 변화 등을 보상할 수 있다.
실시예들에 따라, 터치 디스플레이 시스템은 지문 센서 등을 더 포함할 수도 있다. 지문 센서에 연결되어 지문 입력을 감지하기 위한 지문 컨트롤러도, 터치 컨트롤러 및 픽셀 보상 회로와 아날로그 프론트-엔드 회로, 아날로그-디지털 컨버터, 및 디지털 신호 처리를 위한 프로세서 중 적어도 하나를 공유할 수 있다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 시스템을 포함하는 전자 기기를 간단하게 나타낸 도면이다.
도 20에 도시한 실시예에 따른 전자 기기(1000)는 터치 디스플레이 시스템(1010), 센서부(1020), 메모리(1030), 통신부(1040), 프로세서(1050), 및 포트(1060) 등을 포함할 수 있다. 이외에 전자 기기(1000)는 전원 장치, 입출력 장치 등을 더 포함할 수 있다. 도 20에 도시된 구성 요소 가운데, 포트(1060)는 전자 기기(1000)가 비디오 카드, 사운드 카드, 메모리 카드, USB 장치 등과 통신하기 위해 제공되는 장치일 수 있다. 전자 기기(1000)는 일반적인 데스크톱 컴퓨터나 랩톱 컴퓨터 외에 스마트폰, 태블릿 PC, 스마트 웨어러블 기기 등을 모두 포괄하는 개념일 수 있다.
프로세서(1050)는 특정 연산이나 명령어 및 태스크 등을 수행할 수 있다. 프로세서(1050)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 마이크로프로세서 유닛(MCU), 시스템 온 칩(SoC) 등일 수 있으며, 버스(1070)를 통해 터치 디스플레이 시스템(1010), 센서부(1020), 메모리(1030), 통신부(1040)는 물론, 포트(1060)에 연결된 다른 장치들과 통신할 수 있다.
메모리(1030)는 전자 기기(1000)의 동작에 필요한 데이터, 또는 멀티미디어 데이터 등을 저장하는 저장 매체일 수 있다. 메모리(1030)는 랜덤 액세스 메모리(RAM)와 같은 휘발성 메모리나, 또는 플래시 메모리 등과 같은 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 또한 메모리(1030)는 저장장치로서 솔리드 스테이트 드라이브(SSD), 하드 디스크 드라이브(HDD), 및 광학 드라이브(ODD) 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다.
터치 디스플레이 시스템(1010)은 화면을 표시하는 디스플레이 장치와, 사용자의 터치 입력을 감지하는 터치 센서 장치를 포함할 수 있다. 실시예들에 따라, 지문 센서 장치 역시 터치 디스플레이 시스템(1010)과 일체로 구현될 수도 있다. 터치 디스플레이 시스템(1010)은 앞서 도 1 내지 도 19를 참조하여 설명한 다양한 실시예들에 따른 메모리 장치를 포함할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

Claims (20)

  1. 터치 센서 패널에 포함되는 터치 센서들, 및 디스플레이 패널에 포함되는 픽셀들이 출력하는 신호를 처리하여 아날로그 신호를 생성하는 아날로그 프론트-엔드 회로;
    상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터; 및
    상기 터치 센서들, 및 상기 픽셀들과 상기 프론트-엔드 회로 사이에 연결되며, 상기 터치 센서들, 및 상기 픽셀들 중 하나를 선택하여 상기 아날로그 프론트-엔드 회로와 전기적으로 연결하는 선택 회로; 을 포함하는 터치 디스플레이 컨트롤러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 선택 회로는 복수의 스위치들을 포함하는 터치 디스플레이 컨트롤러.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 선택 회로는 멀티플렉서를 포함하며, 상기 멀티플렉서의 입력단들은 상기 터치 센서들, 및 상기 픽셀들에 연결되며, 상기 멀티플렉서의 출력단은 상기 아날로그 프론트-엔드 회로에 연결되는 터치 디스플레이 컨트롤러.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 아날로그 프론트-엔드 회로는 전하 증폭기, 필터, 변환 이득 증폭기, 샘플러, 적분기 중 적어도 일부를 포함하는 터치 디스플레이 컨트롤러.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 터치 센서들, 및 상기 픽셀들 중에서 상기 아날로그 프론트-엔드 회로에 연결되는 요소에 따라 상기 아날로그 프론트-엔드 회로를 제어하는 제어 회로; 을 더 포함하는 터치 디스플레이 컨트롤러.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 아날로그 프론트-엔드 회로에 연결되는 요소에 따라, 상기 전하 증폭기에 포함되는 피드백 저항 및 피드백 커패시터 중 적어도 하나의 크기를 조절하는 터치 디스플레이 컨트롤러.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 아날로그 프론트-엔드 회로에 연결되는 요소에 따라, 상기 필터의 차단 주파수를 조절하는 터치 디스플레이 컨트롤러.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 아날로그 프론트-엔드 회로에 연결되는 요소에 따라, 상기 변환 이득 증폭기의 이득을 조절하는 터치 디스플레이 컨트롤러.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 디지털 신호를 이용하여 상기 터치 센서 패널에 인가된 터치 입력을 판단하거나, 상기 픽셀에서 발광 소자에 흐르는 구동 전류를 조절하는 프로세서; 를 더 포함하는 터치 디스플레이 컨트롤러.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 픽셀에서 상기 발광 소자를 구동하는 소자들 중 적어도 하나에 입력되는 전압의 크기를 조절하여 상기 구동 전류를 조절하는 터치 디스플레이 컨트롤러.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 구동 전류 및 미리 저장된 룩업 테이블을 참조하여, 상기 디스플레이 패널의 게이트 라인과 연결되는 스캔 조사에 입력되는 기준 전압의 크기를 조절하는 터치 디스플레이 컨트롤러.
  12. 전면에서 터치 입력을 수용하는 커버 윈도우;
    상기 커버 윈도우의 하부에 배치되며, 상기 터치 입력에 반응하여 터치 감지 신호가 생성되는 터치 센서들을 포함하는 터치 센서 패널;
    상기 터치 센서 패널의 하부에 배치되며, 픽셀들을 포함하는 디스플레이 패널;
    상기 터치 센서들에 연결되는 터치 라우팅 배선들, 및 상기 픽셀들에 연결되는 픽셀 라우팅 배선들을 포함하며, 상기 터치 라우팅 배선들과 상기 픽셀 라우팅 배선들은 동일한 레이어에 배치되는 배선 영역; 및
    상기 배선 영역을 통해 상기 터치 센서 패널 및 상기 디스플레이 패널에 연결되며, 상기 터치 입력을 판단하고 상기 디스플레이 패널에 이미지를 표시하는 터치 디스플레이 컨트롤러; 를 포함하며,
    상기 터치 디스플레이 컨트롤러는 상기 터치 센서들 및 상기 픽셀들이 출력하는 신호를 아날로그 신호로 변환하는 아날로그 프론트-엔드 회로를 포함하며, 상기 아날로그 프론트-엔드 회로는 상기 터치 라우팅 배선들 및 상기 픽셀 라우팅 배선들에 공통으로 연결되는 터치 디스플레이 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 터치 센서 패널과 상기 디스플레이 패널은 하나의 패널인 터치 디스플레이 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 터치 센서 패널과 상기 디스플레이 패널 사이에 배치되는 중간 절연층; 을 더 포함하는 터치 디스플레이 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 중간 절연층을 관통하며 상기 터치 센서들과 상기 터치 라우팅 배선들을 연결하는 비아들; 을 더 포함하는 터치 디스플레이 시스템.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 터치 디스플레이 컨트롤러는, 상기 터치 라우팅 배선들과 상기 픽셀 라우팅 배선들에 연결되는 입력단들, 및 상기 아날로그 프론트-엔드 회로에 연결되는 출력단을 갖는 멀티플렉서를 포함하는 터치 디스플레이 시스템.
  17. 제12항에 있어서,
    사용자의 지문 입력에 반응하여 지문 감지 신호가 생성되는 지문 센서들을 갖는 지문 센서 어레이; 를 더 포함하며,
    상기 지문 센서들은 상기 아날로그 프론트-엔드 회로에 연결되는 터치 디스플레이 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 지문 센서 어레이는 상기 터치 센서 패널 및 상기 디스플레이 패널 중 하나와 일체로 제공되는 터치 디스플레이 시스템.
  19. 터치 센서 패널에 포함되는 터치 센서들 및 디스플레이 패널의 픽셀들 중 하나를 선택하는 선택 회로;
    상기 선택 회로에 의해 상기 터치 센서들 또는 상기 픽셀들에 연결되며, 상기 터치 센서들 또는 상기 픽셀들의 출력 신호를 이용하여 아날로그 신호를 생성하는 아날로그 프론트-엔드 회로; 및
    상기 터치 센서들이 상기 아날로그 프론트-엔드 회로에 연결되면 상기 아날로그 프론트-엔드 회로의 신호 증폭 이득을 제1 값으로 설정하고, 상기 픽셀들이 상기 아날로그 프론트-엔드 회로에 연결되면 상기 아날로그 프론트-엔드 회로의 신호 증폭 이득을 상기 제1 값과 다른 제2 값으로 설정하는 제어 회로; 를 포함하는 터치 디스플레이 컨트롤러.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 아날로그 프론트-엔드 회로는 전하 증폭기, 필터, 변환 이득 증폭기, 샘플러, 및 적분기를 구성 요소들로 포함하며,
    상기 터치 센서들과 상기 픽셀들은 상기 구성 요소들 중 일부만을 공유하는 터치 디스플레이 컨트롤러.
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