KR20220012664A

KR20220012664A - 터치 디스플레이 장치, 터치 회로 및 터치 구동 방법

Info

Publication number: KR20220012664A
Application number: KR1020200091717A
Authority: KR
Inventors: 김훈배; 김성철; 김선엽; 강성규
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2020-07-23
Filing date: 2020-07-23
Publication date: 2022-02-04

Abstract

본 발명의 실시예들은 터치 디스플레이 장치, 터치 회로 및 터치 구동 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 다수의 터치 전극을 동일 패턴으로 이루어지는 복수의 터치 전극 그룹으로 분할하고, 터치 전극 그룹을 형성하는 터치 전극에 대하여, 셀프 커패시턴스 센싱과 뮤추얼 커패시턴스 센싱을 병행함으로써, 고스트 현상을 제거할 수 있는 터치 디스플레이 장치, 터치 회로 및 터치 구동 방법을 제공할 수 있다.

Description

터치 디스플레이 장치, 터치 회로 및 터치 구동 방법{TOUCH DISPLAY DEVICE, TOUCH CIRCUIT, AND TOUCH DRIVING METHOD THEREOF}

본 발명의 실시예들은 터치 디스플레이 장치, 터치 회로 및 터치 구동 방법에 관한 것이다.

멀티미디어의 발달과 함께 평판 디스플레이 장치의 중요성이 증대되고 있다. 이에 부응하여 액정 디스플레이(LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 유기 발광 디스플레이(OLED) 등의 평판 디스플레이 장치가 상용화되고 있다.

이러한, 평판 디스플레이 장치 중에서 예를 들어, 액정 디스플레이 장치는 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 장점으로 인해 이동형 평판 디스플레이 장치로 많이 사용되고 있으며, 특히 노트북이나 컴퓨터 모니터, 텔레비젼 등에 다양하게 적용되고 있다.

한편, 이러한 디스플레이 장치에 터치 패널을 적층하여, 손이나 스타일러스 펜(stylus pen) 등이 접촉되는 터치 지점에 저항이나 정전 용량과 같은 전기적인 특성이 변하는 경우에, 터치 지점을 감지하여 터치 지점에 대응되는 정보를 출력하거나 연산을 수행하는 터치 디스플레이 장치가 널리 사용되고 있다. 이러한 터치 디스플레이 장치는 사용자 인터페이스(User Interface)의 하나로써, 그 응용 범위가 소형 휴대용 단말기, 사무용 기기, 모바일 기기 등으로 확대되고 있다.

그러나, 이러한 터치 디스플레이 장치에 별도의 터치 패널을 적층하는 경우, 디스플레이 장치의 두께가 두꺼워져서 이를 얇게 제작하는데 한계가 있고, 적층된 터치 패널을 통과하면서 빛의 투과 효율이 감소하며, 생산비가 증가하는 단점이 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 최근에는 디스플레이 패널의 픽셀 영역 내부에 터치 전극을 내장하는 인셀 터치(Advanced In-cell Touch; AIT) 타입의 디스플레이 장치가 제안되기도 하였다.

이러한 터치 디스플레이 장치는 터치 기반의 입력 기능을 제공하기 위해서, 사용자의 터치 유무를 파악하고 터치 좌표를 정확하게 센싱할 수 있어야 한다. 이를 위해, 터치 디스플레이 장치는 터치 센서 구조를 갖는 터치 패널을 포함한다.

터치 패널은 다수의 터치 전극과, 이들을 터치 센싱 회로와 연결하기 위한 다수의 터치 라우팅 배선 등을 포함하는 터치 센서 구조를 갖는다. 한편, 터치 패널에는 터치 센싱 회로가 전기적으로 연결되는 다수의 터치 채널 (또는 다수의 터치 패드)가 존재할 수 있다.

이러한 터치 패널은 복잡하거나 여러 층(Layer)를 필요로 하는 터치 센서 구조를 가지기 때문에, 터치 패널의 제작 공정이 복잡하거나, 터치 패널의 제작 수율이 나쁘거나 제작 비용이 높아지는 문제점이 발생할 수 있다.

또한, 터치 패널의 사이즈가 증가하게 되면, 터치 전극의 개수가 증가하게 되고, 라이팅 배선 및 터치 패드의 개수도 증가하기 때문에, 패널 제작의 복잡도 및 제작 비용이 증가하고, 회로 부품의 복잡도 및 제작 비용도 증가하는 문제점이 더욱 심화될 수 있다.

또한, 터치 패널에 2개 이상의 손가락 또는 손가락과 스타일러스 펜이 동시에 터치되는 멀티 터치의 경우, 터치 전극의 구조에 따라 실제로 터치하지 않은 지점이 터치 위치로 오인되는 고스트 현상이 발생할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 멀티 터치의 경우에 발생하는 고스트 현상을 효과적으로 제거할 수 있는 터치 디스플레이 장치, 터치 회로 및 터치 구동 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들은 다수의 터치 전극을 동일 패턴으로 이루어지는 복수의 터치 전극 그룹으로 분할하고, 터치 전극 그룹 내에서 발생하는 고스트 현상을 효과적으로 제거할 수 있는 터치 디스플레이 장치, 터치 회로 및 터치 구동 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들은 터치 전극 그룹을 형성하는 터치 전극에 대하여, 셀프 커패시턴스 센싱과 뮤추얼 커패시턴스 센싱을 병행함으로써, 고스트 현상을 제거할 수 있는 터치 디스플레이 장치, 터치 회로 및 터치 구동 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들은 직조 타입의 터치 전극 구조에서 터치 전극 그룹 내에서 발생하는 고스트 현상을 효과적으로 제거할 수 있는 터치 디스플레이 장치, 터치 회로 및 터치 구동 방법을 제공할 수 있다.

일 측면에서, 본 발명의 실시예들은 제 1 방향에 대해서 길이가 긴 장형 터치 전극과 길이가 짧은 단형 터치 전극이 제 2 방향으로 교대로 배치된 터치 전극 그룹이 매트릭스 형태로 배치된 디스플레이 패널과, 터치 전극 그룹에 대한 셀프 커패시턴스 센싱 동작과 뮤추얼 커패시턴스 센싱 동작을 순차적으로 진행하는 터치 회로를 포함하는 터치 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

일 측면에서, 단형 터치 전극은 제 2 방향으로 배치된 복수의 단형 터치 전극이 하나의 터치 라인에 의해 동일 라인으로 연결된 단형 터치 전극 블록을 형성하는 터치 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

일 측면에서, 터치 전극 그룹은 제 1 방향에 나란하게 배치된 N개(N은 2 이상의 정수)의 장형 터치 전극과 제 2 방향으로 나란하게 배치된 M개(M은 2 이상의 정수)의 단형 터치 전극을 포함하는 터치 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

일 측면에서, 터치 전극 그룹은 멀티 터치 검출이 가능한 기준 거리에 대응되는 크기로 형성된 터치 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

일 측면에서, 터치 회로는 장형 터치 전극에 연결되는 장형 터치 라인을 통해서 터치 구동 신호를 인가하고 터치 센싱 신호를 수신하는 제 1 터치 센싱 회로와, 단형 터치 전극에 연결되는 단형 터치 라인을 통해서 터치 구동 신호를 인가하거나 터치 센싱 신호를 수신하는 제 2 터치 센싱 회로와, 제 1 터치 센싱 회로 및 제 2 터치 센싱 회로로부터 전달되는 터치 센싱 신호를 이용하여 터치 유무 및 터치 위치를 검출하는 터치 컨트롤러를 포함하는 터치 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

일 측면에서, 제 1 터치 센싱 회로는 장형 터치 전극에 연결되어 터치 구동 신호 및 터치 센싱 신호의 전달 경로를 스위칭하는 제 1 스위치 회로와, 제 1 스위치 회로에 터치 구동 신호를 전달하거나 제 1 스위치 회로로부터 터치 센싱 신호를 수신하는 제 1 터치 신호 제어 회로를 포함하는 터치 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

일 측면에서, 제 2 터치 센싱 회로는 단형 터치 전극에 연결되어 터치 구동 신호 및 터치 센싱 신호의 전달 경로를 스위칭하는 제 2 스위치 회로와, 제 2 스위치 회로에 터치 구동 신호를 전달하거나 제 2 스위치 회로로부터 터치 센싱 신호를 수신하는 제 2 터치 신호 제어 회로를 포함하는 터치 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

일 측면에서, 셀프 커패시턴스 센싱 동작은 장형 터치 전극과 단형 터치 전극에 터치 구동 신호를 각각 인가함으로써 터치 센싱 신호를 수신하고, 뮤추얼 커패시턴스 센싱 동작은 터치 전극 그룹에서 선택된 하나의 장형 터치 전극에 터치 구동 신호를 인가하고, 터치 전극 그룹에서 선택된 복수의 단형 터치 전극으로부터 터치 센싱 신호를 수신하는 터치 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

일 측면에서, 터치 전극 그룹에서 선택된 하나의 장형 터치 전극은 제 2 방향으로 인접한 터치 전극 그룹에 가까운 위치에 있는 장형 터치 전극인 터치 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

일 측면에서, 터치 전극 그룹에서 선택된 복수의 단형 터치 전극은 터치 전극 그룹의 외곽에 위치한 단형 터치 전극인 터치 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은 제 1 방향에 대해서 길이가 긴 장형 터치 전극과 길이가 짧은 단형 터치 전극이 제 2 방향으로 교대로 배치된 터치 전극 그룹이 매트릭스 형태로 배치된 디스플레이 패널의 터치를 검출하는 터치 회로에 있어서, 장형 터치 전극에 연결되는 장형 터치 라인을 통해서 터치 구동 신호를 인가하고 터치 센싱 신호를 수신하는 제 1 터치 센싱 회로와, 단형 터치 전극에 연결되는 단형 터치 라인을 통해서 터치 구동 신호를 인가하거나 터치 센싱 신호를 수신하는 제 2 터치 센싱 회로와, 터치 전극 그룹에 대한 셀프 커패시턴스 센싱 동작과 뮤추얼 커패시턴스 센싱 동작을 순차적으로 진행하고, 제 1 터치 센싱 회로와 제 2 터치 센싱 회로로부터 전달되는 터치 센싱 신호를 이용하여 터치 유무 및 터치 위치를 검출하는 터치 컨트롤러를 포함하는 터치 회로를 제공할 수 있다.

또 다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은 제 1 방향에 대해서 길이가 긴 장형 터치 전극과 길이가 짧은 단형 터치 전극이 제 2 방향으로 교대로 배치된 터치 전극 그룹이 매트릭스 형태로 배치된 디스플레이 패널의 터치를 검출하는 터치 구동 방법에 있어서, 터치 전극 그룹에 대한 셀프 커패시턴스 센싱 동작을 진행하는 단계와, 셀프 커패시턴스 센싱 동작 이후에 터치 전극 그룹에 대한 뮤추얼 커패시턴스 센싱 동작을 진행하는 단계를 포함하는 터치 구동 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 멀티 터치의 경우에 발생하는 고스트 현상을 효과적으로 제거할 수 있는 터치 디스플레이 장치, 터치 회로 및 터치 구동 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 다수의 터치 전극을 동일 패턴으로 이루어지는 복수의 터치 전극 그룹으로 분할하고, 터치 전극 그룹 내에서 발생하는 고스트 현상을 효과적으로 제거할 수 있는 터치 디스플레이 장치, 터치 회로 및 터치 구동 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 터치 전극 그룹을 형성하는 터치 전극에 대하여, 셀프 커패시턴스 센싱과 뮤추얼 커패시턴스 센싱을 병행함으로써, 고스트 현상을 제거할 수 있는 터치 디스플레이 장치, 터치 회로 및 터치 구동 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 직조 타입의 터치 전극 구조에서 터치 전극 그룹 내에서 발생하는 고스트 현상을 효과적으로 제거할 수 있는 터치 디스플레이 장치, 터치 회로 및 터치 구동 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 블록도를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서 터치 구동 및 센싱 동작의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서 스플릿 타입의 터치 전극이 배치된 디스플레이 패널을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서 직조 타입의 터치 전극이 배치된 디스플레이 패널을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서, 4X4 터치 전극을 터치 전극 그룹으로 하는 직조 타입의 디스플레이 패널을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 4X4 직조 타입의 터치 전극 구조를 가지는 디스플레이 패널에서 멀티 터치에 의해 고스트 현상이 발생하는 경우를 예시로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서, 직조 타입의 터치 전극 구조를 가지는 디스플레이 패널의 모서리 영역을 대상으로 셀프 커패시턴스 센싱과 뮤추얼 커패시턴스 센싱을 병행하는 방법을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서 터치 회로의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서, 하나의 멀티플렉서에 연결된 복수의 터치 전극 그룹을 대상으로 셀프 커패시턴스 센싱과 뮤추얼 커패시턴스 센싱을 병행하는 디스플레이 패널 구조를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서, 복수의 터치 전극 그룹이 연결되는 멀티플렉서 단위로 셀프 커패시턴스 센싱과 뮤추얼 커패시턴스 센싱을 병행하는 경우의 신호 파형도를 예시적으로 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 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. 본 명세서 상에서 언급된 "포함한다", "갖는다", "이루어진다" 등이 사용되는 경우 "~만"이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별한 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, 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.

구성 요소들의 위치 관계에 대한 설명에 있어서, 둘 이상의 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속" 등이 된다고 기재된 경우, 둘 이상의 구성 요소가 직접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속" 될 수 있지만, 둘 이상의 구성 요소와 다른 구성 요소가 더 "개재"되어 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 여기서, 다른 구성 요소는 서로 "연결", "결합" 또는 "접속" 되는 둘 이상의 구성 요소 중 하나 이상에 포함될 수도 있다.

구성 요소들이나, 동작 방법이나 제작 방법 등과 관련한 시간적 흐름 관계에 대한 설명에 있어서, 예를 들어, "~후에", "~에 이어서", "~다음에", "~전에" 등으로 시간적 선후 관계 또는 흐름적 선후 관계가 설명되는 경우, "바로" 또는 "직접"이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.

한편, 구성 요소에 대한 수치 또는 그 대응 정보(예: 레벨 등)가 언급된 경우, 별도의 명시적 기재가 없더라도, 수치 또는 그 대응 정보는 각종 요인(예: 공정상의 요인, 내부 또는 외부 충격, 노이즈 등)에 의해 발생할 수 있는 오차 범위를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)는 영상을 표시하기 위한 디스플레이 기능과, 사용자의 터치를 센싱하는 터치 센싱 기능을 제공할 수 있다.

터치 디스플레이 장치(100)는 영상 표시 및 터치 센싱 기능을 함께 구현하도록, 데이터 라인들과 게이트 라인들이 배치되는 디스플레이 패널(110)과, 디스플레이 패널(110)을 구동하기 위한 디스플레이 구동 회로(120) 등을 포함할 수 있다.

디스플레이 구동 회로(120)는 기능적으로 볼 때, 데이터 라인들을 구동하기 위한 데이터 구동 회로와, 게이트 라인들을 구동하기 위한 게이트 구동 회로와, 데이터 구동 회로 및 게이트 구동 회로를 제어하기 위한 컨트롤러 등을 포함할 수 있다. 디스플레이 구동 회로(120)는 하나 이상의 집적 회로로 구현될 수 있다.

터치 디스플레이 장치(100)는 터치 센싱을 위해서 다수의 터치 전극들(TE)이 배치된 터치 스크린 패널(TSP)과, 터치 스크린 패널(TSP)의 구동 및 센싱 처리를 수행하는 터치 회로(200) 등을 포함할 수 있다.

이 때, 터치 디스플레이 장치(100)에서 터치 스크린 패널(TSP)은 디스플레이 패널(110)과 별도로 제작되어 디스플레이 패널(110)에 본딩되는 외장형 타입일 수도 있고, 디스플레이 패널(110)의 제작 과정에 함께 제작되어 디스플레이 패널(110)의 내부에 존재하는 내장형 타입일 수도 있다.

이에 따라, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서 터치 스크린 패널(TSP)은 터치 센싱 기능을 구비한 독립된 패널로 볼 수도 있고, 터치 센싱 기능과 함께 디스플레이 기능을 동시에 가지는 디스플레이 패널(110)을 의미할 수도 있다. 이하에서는 터치 스크린 패널(TSP)을 포함하는 디스플레이 패널(110)의 경우를 가정하여 설명하기로 한다.

터치 회로(200)는 디스플레이 패널(110)을 구동하기 위하여 디스플레이 패널(110)로 터치 구동 신호를 공급하고, 디스플레이 패널(110)로부터 터치 센싱 신호를 수신하며, 이를 토대로, 터치 유무 및 터치 좌표를 검출한다.

이러한 터치 회로(200)는 터치 구동 신호를 공급하고 터치 센싱 신호를 수신하는 터치 센싱 회로와, 터치 유무를 검출하고 터치 좌표를 계산하는 터치 컨트롤러 등을 포함하여 구현될 수도 있다.

터치 회로(200)는 하나 또는 둘 이상의 부품(예: 집적 회로)으로 구현될 수 있으며, 디스플레이 구동 회로(120)와 별도로 구현될 수도 있다.

또한, 터치 회로(200)의 전체 또는 일부는 디스플레이 구동 회로(120) 또는 그 내부 회로와 통합되어 구현될 수 있다. 예를 들어, 터치 회로(200)의 터치 신호 스위칭 회로는 디스플레이 구동 회로(120)의 데이터 구동 회로와 함께 집적 회로로 구현될 수 있다.

한편, 터치 디스플레이 장치(100)는 터치 전극들(TE)에 형성되는 커패시턴스에 기반하여 터치 유무 및 터치 좌표를 센싱할 수 있다.

터치 디스플레이 장치(100)는 커패시턴스 기반의 터치 센싱 방식으로서, 뮤추얼 커패시턴스(Mutual capacitance) 방식으로 터치를 센싱할 수도 있고, 셀프 커패시턴스(Self capacitance) 방식으로 터치를 센싱할 수도 있다.

뮤추얼 커패시턴스(Mutual capacitance) 기반의 터치 센싱 방식의 경우, 다수의 터치 전극들(TE)은 구동 라인을 통해 터치 구동 신호가 인가되는 구동 전극과, 센싱 라인을 통해 터치 센싱 신호가 센싱되며 구동 전극과 커패시턴스를 형성하는 센싱 전극으로 분류될 수 있다. 이 때, 구동 라인과 센싱 라인을 포함하여 터치 라인으로 지칭할 수 있다.

이러한 뮤추얼 커패시턴스 기반의 터치 센싱 방식의 경우, 손가락, 펜 등의 포인터 유무에 따라, 구동 전극과 센싱 전극 사이에 발생하는 뮤추얼 커패시턴스의 변화를 토대로 터치 유무 및 터치 좌표 등을 검출한다.

셀프 커패시턴스 기반의 터치 센싱 방식의 경우, 각 터치 전극(TE)은 구동 전극의 역할과 센싱 전극의 역할을 모두 하게 된다. 즉, 하나의 터치 라인을 통해 터치 전극(TE)으로 터치 구동 신호가 인가되고, 터치 구동 신호가 인가된 터치 전극(TE)으로부터 전달되는 터치 센싱 신호를 동일한 터치 라인을 통해 수신한다. 따라서, 셀프 커패시턴스 기반의 터치 센싱 방식에서는, 구동 전극과 센싱 전극의 구분 및 구동 라인과 센싱 라인의 구분이 없게 된다.

이러한 셀프 커패시턴스 기반의 터치 센싱 방식의 경우, 손가락, 펜 등의 포인터와 터치 전극(TE) 사이에 발생하는 커패시턴스의 변화를 토대로 터치 유무 및 터치 좌표 등을 검출한다.

이와 같이, 터치 디스플레이 장치(100)는 뮤추얼 커패시턴스 기반의 터치 센싱 방식으로 터치를 센싱할 수도 있고, 셀프 커패시턴스 기반의 터치 센싱 방식으로 터치를 센싱할 수도 있다.

또한, 이러한 터치 디스플레이 장치(100)는 액정 디스플레이 장치(Liquid Crystal Display Device), 유기 발광 디스플레이 장치(Organic Light Emitting Display Device), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel), 퀀텀닷 디스플레이(Quantum Dot Display) 등의 다양한 타입의 장치일 수 있다.

일 예로, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)가 액정 디스플레이 장치인 경우, 다수의 터치 전극(TE)은 디스플레이 패널(110)에 배치되며 디스플레이 구동을 위한 공통 전압이 인가되는 공통 전극들일 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서 터치 구동 및 센싱 동작의 일 실시예를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)는 터치 센싱 기능을 제공하기 위하여, 터치 센서의 역할을 하는 다수의 터치 전극(TE)과, 다수의 터치 전극(TE)을 순차적으로 구동하여 터치를 센싱하는 터치 회로(200) 등을 포함한다.

터치 회로(200)는 터치 센싱이 이루어지는 터치 센싱 구간에 다수의 터치 전극(TE)에 대하여 순차적으로 구동 및 센싱을 수행하여 터치 유무를 감지하고 터치 좌표를 산출한다.

보다 구체적으로, 터치 회로(200)는 다수의 터치 전극(TE) 중에서 적어도 하나를 센싱 대상이 되는 터치 전극(TEs)으로 선택하고, 선택된 터치 전극(TEs)으로 터치 구동 신호(TDS)를 공급한다. 그런 다음, 선택된 터치 전극(TEs)과 선택되지 않은 터치 전극(TEo)에서 수신된 터치 센싱 신호(TSS)를 토대로, 각 터치 전극(TE)에 대한 커패시턴스의 변화량(또는 전압 변화량 또는 충전량 변화량 등일 수 있음)을 파악하여, 터치 유무를 감지하거나 터치 좌표를 산출할 수 있다.

터치 회로(200)는 일 예로, 터치 센싱과 관련된 신호 생성을 제어하고, 터치 유무 감지 및 터치 좌표 산출을 위한 프로세스를 수행하는 터치 컨트롤러(220)와, 디스플레이 패널(110)에 터치 구동 신호(TDS)를 공급하고, 터치 구동 신호(TDS)가 공급된 터치 전극(TEs)로부터 터치 센싱 신호(TSS)를 검출하여 이를 터치 컨트롤러(220)에 전달하는 터치 센싱 회로(210) 등을 포함한다.

이 때, 터치 센싱이 이루어지는 터치 센싱 구간은 디스플레이 패널(110)에 영상이 표시되는 디스플레이 구동 구간과 시간적으로 분할될 수도 있고, 디스플레이 구동 구간과 동시에 수행될 수도 있다.

또한, 터치 센싱 구간에서 디스플레이 패널(110)의 데이터 라인과 게이트 라인에 터치 구동 신호(TDS)와 위상 및 진폭이 같은 교류 신호를 공급함으로써, 터치 전극(TE)의 기생 커패시턴스가 터치 센싱 결과에 미치는 영향을 줄이는 로드 프리 구동(Load Free Driving)이 이루어질 수 있으며, 이 경우에 터치 구동 신호(TDS)는 로드 프리 구동 신호에 해당할 수 있다.

이 때, 디스플레이 패널(110)에 배치되는 터치 전극(TE)의 크기는 하나의 서브픽셀의 영역 크기와 대응될 수도 있고, 둘 이상의 서브픽셀의 영역 크기와 대응될 수도 있다. 또한, 각 터치 전극(TE)은 개구부가 없는 판(Plate) 타입이거나 하나 이상의 개구부가 있는 메쉬(Mesh) 타입일 수 있다.

만약, 하나의 터치 전극(TE)이 메쉬 타입이고 둘 이상의 서브픽셀의 영역 크기와 대응되는 크기를 갖는 경우, 하나의 터치 전극(TE)은 둘 이상의 개구부를 가지며, 둘 이상의 개구부 각각의 위치 및 크기는 서브픽셀의 발광 영역의 위치 및 크기와 대응될 수 있다.

이 때, 디스플레이 패널(110)은 다수의 터치 전극(TE) 각각이 서로 분리된 스플릿 타입(Split type)이거나, 인접한 행(또는 열)에 서로 다른 크기의 터치 전극(TE)이 배치되는 직조 타입(Woven type) 일 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서 스플릿 타입의 터치 전극이 배치된 디스플레이 패널을 나타낸 도면이고, 도 4는 직조 타입의 터치 전극이 배치된 디스플레이 패널을 나타낸 도면이다.

먼저, 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서 스플릿 타입의 터치 전극(TE)이 배치된 디스플레이 패널(110)의 경우, 다수의 터치 전극(TE) 각각은 하나 이상의 컨택홀(CNT)을 통해 터치 라인(TL)이 전기적으로 연결될 수 있다.

다수의 터치 전극(TE)은 액티브 영역 내에 위치할 수 있다. 경우에 따라, 다수의 터치 전극(TE) 중 일부(예: 최 외곽 터치전극)는 액티브 영역의 바깥 영역(외곽 영역)에 위치하거나 액티브 영역의 바깥 영역(외곽 영역)까지 확장되어 있을 수도 있다. 여기서, 액티브 영역은 영상이 표시되는 영역이거나 터치 센싱이 가능한 영역일 수 있다.

이 때, 다수의 터치 전극(TE)에 전기적으로 연결된 다수의 터치 라인(TL)은 액티브 영역 내에 위치할 수 있다. 경우에 따라서, 터치 라인(TL)의 전체 또는 일부는 액티브 영역의 외곽에 위치할 수도 있다. 다수의 터치 전극(TE)에 전기적으로 연결된 다수의 터치 라인(TL)이 액티브 영역 내에 위치하는 경우, 다수의 터치 라인(TL)은 다수의 터치 전극(TE)과 다른 층(Layer)에 위치하여 다수의 터치 전극(TE)과 중첩될 수 있다.

다수의 터치 라인(TL) 모두는 동일하거나 유사한 길이로 터치 센싱 회로(210)와 연결되는 지점에서 반대편 지점까지 배치될 수 있다. 다수의 터치 라인(TL) 각각은 대응되는 터치 전극(TE)과 전기적으로 연결되는 위치(즉, 컨택홀(CNT)의 위치)만 달라질 수 있다.

스플릿 타입의 디스플레이 패널(110)의 경우, 하나의 터치 전극(TE)이 하나의 터치 라인(TL)과 전기적으로 연결된다면, 터치 라인(TL)의 개수는 터치 전극(TE)의 개수만큼 필요하게 될 것이다. 여기서, 터치 라인(TL)의 개수는 터치 센싱 회로(220)의 신호 입출력을 위한 터치 채널 개수에 대응된다.

따라서, 4X4의 터치 전극(TE)으로 이루어진 스플릿 타입의 경우, 16개의 터치 전극(TE)에 각각 연결되는 16개의 터치 라인(TL)이 배치되므로, 16개의 터치 채널이 요구된다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서, 직조 타입의 터치 전극(TE)이 배치된 디스플레이 패널(110)은 다수의 컨택홀(CNT)을 통해 다수의 터치 전극(TE)과 전기적으로 연결되는 다수의 터치 라인(TL)을 포함하되, 인접한 행에 배치되는 터치 전극(TE)의 크기가 서로 다를 수 있다.

예를 들어, i 번째 행(i)에 배치되는 터치 전극(TE(i)1, TE(i)2, TE(i)3, TE(i)4)의 크기는 i-1 번째 행(i-1)에 배치되는 터치 전극(TE(i-1)2) 및 i+1 번째 행(i+1)에 배치되는 터치 전극(TE(i+1)1)의 크기와 다를 수 있다. 따라서, 직조 타입의 터치 전극(TE)이 배치된 디스플레이 패널(110)에서는, 다수의 행(i-4, i-3, i-2, i-1, i, i+1, i+2, i+3) 각각에 동일한 개수의 터치 전극(TE)이 배치되지 않으며, 임의의 인접한 2개의 행(예를 들어, i+1 번째 행과 i 번째 행) 중 어느 한 행(예를 들어, i 번째 행)에는 다른 행(예를 들어, i+1 번째 행)보다 많은 수의 터치 전극(TE)이 배치될 수 있다.

이 때, 행 방향으로 길게 형성되는 터치 전극(예를 들어, TE(i-1)2 와 TE(i+1)1)을 장형 터치 전극이라고 지칭하고, 나머지 터치 전극(예를 들어, TE(i)1, TE(i)2, TE(i)3, TE(i)4, 및 TE(i+2)1)은 단형 터치 전극이라고 지칭할 수 있을 것이다.

행 방향으로 길이가 긴 장형 터치 전극과 길이가 짧은 단형 터치 전극은 열 방향으로 교차 배치되면서, 매트릭스 구조로 이루어진 디스플레이 패널(110)을 형성할 수 있다.

한편, 장형 터치 전극보다 작은 크기를 가지는 단형 터치 전극은 장형 터치 전극의 길이에 대응되도록 일정한 개수를 동일한 터치 라인(TL)으로 연결할 수 있는데, 예를 들어, i번째 행의 1번째 터치 전극(TE(i)1)과 (i+2)번째 행의 1번째 터치 전극(TE(i+2)1)을 하나의 터치 라인(TL2)에 의해 서로 전기적으로 연결할 수 있다.

이 경우, 하나의 터치 라인(TL2)에 의해 연결된 둘 이상의 터치 전극(TE(i)1 과 TE(i+2)1)은 (i+1)번째 행에 위치하는 장형 터치 전극(TE(i+1)1)에 의해 서로 떨어져 배치되지만, 터치 구동의 경우에 같은 전위 상태이므로 하나의 터치 전극(TE)으로 동작할 수 있다. 따라서, 하나의 터치 라인(TL)에 의해 연결되는 둘 이상의 단형 터치 전극은 다른 터치 전극에 의해 이격되고 서로 다른 행에 배치되더라도, 동일 라인에 의해 전기적으로 연결된 단형 터치 전극 블록을 형성하기 때문에 하나의 단형 터치 전극처럼 동작할 수 있다. 이 때, 동일 라인으로 연결된 단형 터치 전극을 하나의 단형 터치 전극으로 볼 수도 있고, 단형 터치 전극 블록이라고 할 수도 있을 것이다.

이와 같이, 길이가 짧은 단형 터치 전극을 특정 개수 단위로 동일한 터치 라인(TL)에 연결함으로써 단형 터치 전극 블록을 형성할 수 있는데, 하나의 터치 라인(TL)에 의해 동일 라인으로 연결되는 단형 터치 전극의 개수는 길이가 긴 장형 터치 전극의 크기에 따라 달라질 수 있다.

한편, 여기에서는 행 방향으로 길이가 긴 장형 터치 전극이 열 방향으로 인접한 장형 터치 전극에 대해서 서로 어긋나는 위치에 배치되는 구조를 나타내고 있지만, 장형 터치 전극들이 열 방향으로 동일한 위치에 배치될 수도 있을 것이다.

이와 같이, 행 방향으로 길이가 긴 장형 터치 전극과 길이가 짧은 단형 터치 전극이 열 방향으로 교대로 배열되는 직조 타입의 터치 전극 구조의 경우, 길이가 긴 N개(N은 2 이상의 정수)의 장형 터치 전극과 열 방향으로 나란하게 배치되며 장형 터치 전극에 대응되는 M개(M은 2 이상의 정수)의 단형 터치 전극 블록을 포함하여 하나의 터치 전극 그룹(TEG)으로 구분할 수 있을 것이다.

예를 들어, 장형 터치 전극의 길이가 단형 터치 전극 2개의 길이에 대응되는 경우에는, 열 방향으로 배열된 2개의 단형 터치 전극이 하나의 동일 라인으로 연결된 단형 터치 전극 블록을 구성할 수 있으므로, 2개의 장형 터치 전극과 각각이 동일 라인으로 연결된 2개의 단형 터치 전극 블록을 포함하여, 하나의 터치 전극 그룹(TEG)으로 구분할 수 있다.

여기에서는, 2개의 장형 터치 전극과 동일 라인으로 연결된 2개의 단형 터치 전극 블록이 2X2 의 크기로 배치된 영역이 하나의 터치 전극 그룹(TEG)에 해당하게 될 것이다.

이와 같이, 인접한 행에 배치되는 터치 전극(TE)의 크기가 서로 다른 직조 타입의 터치 전극 구조의 경우, 하나의 터치 라인(TL)에 함께 연결되는 단형 터치 전극의 개수와 장형 터치 전극 하나의 길이에 따라 터치 전극 그룹(TEG)의 영역은 다양하게 변경될 수 있을 것이다.

도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서, 4X4 터치 전극을 터치 전극 그룹으로 하는 직조 타입의 디스플레이 패널을 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서, 직조 타입의 디스플레이 패널(110)은 4개의 장형 터치 전극과 동일 라인으로 연결된 4개의 단형 터치 전극 블록이 하나의 터치 전극 그룹(TEG)으로 구성될 수 있다.

다시 말해서, 행 방향으로 길이가 긴 장형 터치 전극(TE1_L, TE2_L, TE3_L, TE4_L)은 4개의 단형 터치 전극(TE(1)1_S, TE(1)2_S, TE(1)3_S, TE(1)4_S)의 길이에 대응될 수 있으며, 이 경우에 열 방향의 4개의 단형 터치 전극(예를 들어, TE(1)1_S, TE(2)1_S, TE(3)1_S, TE(4)1_S)이 하나의 단형 터치 라인(예를 들어, TL1_S)에 연결될 수 있다. 따라서, 열 방향으로 배열된 4개의 단형 터치 전극이 동일 라인으로 연결된 하나의 단형 터치 전극 블록을 구성하고, 4개의 장형 터치 전극과 여기에 대응되는 동일 라인으로 연결된 4개의 단형 터치 전극 블록이 하나의 터치 전극 그룹(TEG)을 형성할 수 있다.

직조 타입의 4X4 터치 전극 구조의 경우, 서로 인접한 2개의 행 중에서 단형 터치 전극이 배치되는 행에서의 터치 전극 개수는 장형 터치 전극이 배치되는 행에서의 터치 전극 개수보다 1/4에 해당한다. 이에 따라, 장형 터치 전극(TE1_L, TE2_L, TE3_L, TE4_L)의 길이는 단형 터치 전극의 길이보다 대략 4배 정도가 된다.

이 경우, 직조 타입의 4X4 터치 전극 구조는 4개의 장형 터치 전극(TE1_L, TE2_L, TE3_L, TE4_L)과 16개의 단형 터치 전극(TE(1)1_S, TE(1)2_S, TE(1)3_S, TE(1)4_S ~ TE(4)1_S, TE(4)2_S, TE(4)3_S, TE(4)4_S)으로 이루어지지만, 열 방향의 4개의 단형 터치 전극(예를 들어, TE(1)1_S, TE(2)1_S, TE(3)1_S, TE(4)1_S)이 하나의 단형 터치 라인(예를 들어, TL1_S)에 연결된다. 따라서, 단형 터치 라인(예를 들어, TL1_S)에 연결되는 4개의 단형 터치 전극(예를 들어, TE(1)1_S, TE(2)1_S, TE(3)1_S, TE(4)1_S)이 동일 라인으로 연결된 하나의 단형 터치 전극 블록을 형성하게 되므로, 16개의 단형 터치 전극(TE(1)1_S, TE(1)2_S, TE(1)3_S, TE(1)4_S ~ TE(4)1_S, TE(4)2_S, TE(4)3_S, TE(4)4_S)은 동일 라인으로 연결된 4개의 단형 터치 전극 블록을 구성하게 된다.

그 결과, 4개의 장형 터치 전극(TE1_L, TE2_L, TE3_L, TE4_L)에 각각 하나의 장형 터치 라인(TL1_L, TL2_L, TL3_L, TL4L)이 연결되고, 동일 라인으로 연결된 4개의 단형 터치 전극 블록에는 단형 터치 라인(TL1_S, TL2_S, TL3_S, TL4_S)이 하나씩 연결되기 때문에, 직조 타입의 4X4 터치 전극 구조의 경우 8개의 터치 라인(TL1_L, TL2_L, TL3_L, TL4L, TL1_S, TL2_S, TL3_S, TL4_S)과 8개의 터치 채널이 필요하게 된다.

따라서, 스플릿 타입의 터치 전극 구조와 비교할 때, 직조 타입의 터치 전극 구조는 터치 라인 및 터치 채널의 개수를 줄일 수 있는 효과가 있다.

한편, 터치 전극 그룹(TEG)의 크기는 다양하게 변경될 수 있지만, 터치 전극(TE)을 디스플레이 패널(110)에 효율적으로 배치하고, 멀티 터치에 대한 검출의 정확도를 높이기 위해서, 멀티 터치를 검출하기 위한 손가락 또는 스타일러스 사이의 거리를 고려하여 터치 전극 그룹(TEG)의 크기가 결정될 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 4X4 직조 타입의 터치 전극 구조를 가지는 디스플레이 패널에서 멀티 터치에 의해 고스트 현상이 발생하는 경우를 예시로 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 4X4 직조 타입의 터치 전극 구조를 가지는 디스플레이 패널(110)의 경우, 장형 터치 전극(TE1_L, TE2_L, TE3_L, TE4_L)은 행 방향으로 4개의 단형 터치 전극(예를 들어, TE(1)1_S, TE(1)2_S, TE(1)3_S, TE(1)4_S)의 길이에 대응되기 때문에, 손가락이나 스타일러스에 의해 장형 터치 전극(TE1_L, TE2_L, TE3_L, TE4_L)에 유기되는 커패시턴스는 인접한 4개의 단형 터치 전극(예를 들어, TE(1)1_S, TE(1)2_S, TE(1)3_S, TE(1)4_S)에도 영향을 미치게 된다.

따라서, 4X4 직조 타입의 터치 전극 구조를 가지는 디스플레이 패널(110)에서 하나의 터치 전극 그룹(TEG) 내에 손가락이나 펜 등의 터치가 이루어지는 경우, 터치가 발생한 장형 터치 전극(예를 들어, TE1_L, TE4_L)과 인접한 복수 개의 단형 터치 전극(예를 들어, TE(1)1_S, TE(1)2_S, TE(1)3_S, TE(1)4_S, TE(4)1_S, TE(4)2_S, TE(4)3_S, TE(4)4_S)에도 커패시턴스가 발생하게 되므로, 터치 전극 그룹(TEG)내에 터치가 이루어지지 않은 모서리 영역에도 고스트 현상이 발생할 수 있다.

한편, 터치 전극 그룹(TEG)의 크기는 멀티 터치 검출이 가능한 정도의 기준 거리(가로 길이인 D1_MT, 세로 길이인 D2_MT 또는 대각선 길이)에 따라 형성되며, 통상적으로 수 cm의 거리가 될 수 있다.

따라서, 4X4 직조 타입의 터치 전극 구조에서 고스트 현상은 손가락 또는 스타일러스의 터치 위치가 터치 전극 그룹(TEG)의 가장자리 또는 모서리 영역에서 멀티 터치가 있는 경우에 나타나게 되고, 가운데 부분의 터치 전극(예를 들어, TE(1)2_S, TE(1)3_S)에 멀티 터치가 있는 경우에는 고스트 현상이 거의 발생하지 않는다.

따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)는 직조 타입의 터치 전극 구조를 가지는 디스플레이 패널(110)에서 고스트 현상이 나타나는 모서리 영역을 대상으로 셀프 커패시턴스 센싱과 뮤추얼 커패시턴스 센싱을 병행함으로써 고스트 현상을 효과적으로 제거할 수 있도록 한다.

도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서, 직조 타입의 터치 전극 구조를 가지는 디스플레이 패널의 모서리 영역을 대상으로 셀프 커패시턴스 센싱과 뮤추얼 커패시턴스 센싱을 병행하는 방법을 개념적으로 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서, 직조 타입의 터치 전극 구조를 가지는 디스플레이 패널(110)은 터치 전극(TE)에 대한 터치 유무 및 터치 좌표 검출을 수행하는 터치 센싱 구간에 셀프 커패시턴스 센싱 구간(Ps)과 뮤추얼 커패시턴스 센싱 구간(Pm)을 순차적으로 진행한다.

셀프 커패시턴스 센싱 구간(Ps)에서는 장형 터치 전극과 단형 터치 전극에 대해서 각각 터치 구동 신호(TDS)를 인가하고, 터치 구동 신호(TDS)가 인가된 장형 터치 전극 또는 단형 터치 전극으로부터 전달되는 터치 센싱 신호(TSS)를 수신해서 각 터치 전극에 대한 커패시턴스 변화를 검출한다.

이 때, 셀프 커패시턴스 센싱은 하나의 터치 전극 그룹(TEG) 내에 포함되는 장형 터치 전극과 단형 터치 전극에 대해서 동시에 수행될 수 있으며, 서로 다른 터치 전극 그룹(TEG)에 대해서는 순차적으로 또는 교차로 수행될 수도 있을 것이다. 서로 다른 터치 전극 그룹(TEG)에 대한 셀프 커패시턴 센싱은 터치 라인이 연결되는 채널 구조 또는 터치 센싱 회로의 구조에 따라 달라질 수 있을 것이다.

셀프 커패시턴스 센싱 구간(Ps) 이후에는 하나의 터치 전극 그룹(TEG1) 내에서 외곽에 위치한 장형 터치 전극(TE(1)1_L 또는 TE(1)4_L)과 동일 터치 전극 그룹(TEG1) 내에서 외곽에 위치하며, 동일 라인으로 연결된 단형 터치 전극 블록을 대상으로 뮤추얼 커패시턴스 센싱을 진행한다.

예를 들어, 제 1 터치 전극 그룹(TEG1)의 대각선 모서리에 멀티 터치가 이루어지는 경우, 멀티 터치가 이루어진 위치의 장형 터치 전극(예를 들어, 제 1 터치 전극 그룹(TEG1)의 TE(1)1_L 과 TE(1)4_L 또는 제 2 터치 전극 그룹(TEG2)의 TE(2)1_L)과 여기에 인접한 단형 터치 전극 사이에 커패시턴스가 생성되기 때문에, 실제로 터치가 존재하지 않는 위치(예를 들어, 실제 터치의 반대편 대각선 위치)에서도 커패시턴스가 검출되는 고스트 현상이 발생할 수 있다.

이와 같이, 터치 전극 그룹(TEG1) 내에서 실제로 터치가 존재하지 않는 위치(예를 들어, 실제 터치의 반대편 대각선 위치)에 나타나는 고스트 현상을 검출하기 위해서 제 1 터치 전극 그룹(TEG1)의 상부에 위치하는 행 방향의 장형 터치 전극(TE(1)1_L)과 제 1 터치 전극 그룹(TEG1)에 인접한 제 2 터치 전극 그룹(TEG2)의 상부에 위치하는 장형 터치 전극(TE(2)1_L)을 터치 구동 전극으로 사용하고, 제 1 터치 전극 그룹(TEG1)의 좌측 및 우측에 위치하는 단형 터치 라인(TL1_S, TL4_S)에 연결되는 단형 터치 전극을 터치 센싱 전극으로 사용한다.

따라서, 뮤추얼 커패시턴스 센싱 구간(Pm) 동안 터치 구동 전극으로 사용되는 장형 터치 전극에 터치 구동 신호(TDS)를 인가하고, 터치 센싱 전극으로 사용되는 단형 터치 전극으로부터 터치 센싱 신호(TSS)를 수신함으로써, 터치 전극 그룹(TEG)의 모서리 영역에서 발생하는 고스트 현상을 제거할 수 있게 된다.

물론, 뮤추얼 커패시턴스 센싱 과정에서 터치 구동 신호(TDS)가 인가되는 장형 터치 전극이 터치 전극 그룹(TEG1) 내의 외곽에 위치한 장형 터치 전극에 한정될 필요는 없으며, 터치 센싱 신호(TSS)를 수신하기 위하여 반드시 외곽에 위치한 단형 터치 전극을 대상으로 할 필요는 없다. 즉, 하나의 터치 전극 그룹(TEG) 내에서 임의의 장형 터치 전극에 터치 구동 신호(TDS)를 인가하고, 터치 구동 신호(TDS)가 인가되는 장형 터치 전극에 인접한 단형 터치 전극 또는 동일 라인으로 연결된 단형 터치 전극 블록을 대상으로 터치 센싱 신호(TSS)를 수신함으로써, 뮤추얼 커패시턴스 센싱이 진행될 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서 터치 회로의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서, 터치 회로(200)는 제 1 터치 센싱 회로(210-1)와 제 2 터치 센싱 회로(210-2), 터치 컨트롤러(220)를 포함할 수 있다.

제 1 터치 센싱 회로(210-1)는 디스플레이 패널(110)을 구성하는 직조 타입의 터치 전극 구조에서, 길이가 긴 장형 터치 전극에 연결되는 장형 터치 라인(TL1_L, TL2_L, TL3_L, TL4_L)을 통해서 터치 구동 신호(TDS)를 인가하고 터치 센싱 신호(TSS)를 수신한다.

이 때, 제 1 터치 센싱 회로(210-1)는 셀프 커패시턴스 센싱 구간(Ps) 동안에는 장형 터치 전극에 터치 구동 신호(TDS)를 인가하는 동시에 장형 터치 전극으로부터 전달되는 터치 센싱 신호(TSS)를 수신하지만, 뮤추얼 커패시턴스 센싱 구간(Pm) 동안에는 장형 터치 전극에 터치 구동 신호(TDS)를 인가하도록 동작이 이루어진다.

이를 위해서, 제 1 터치 센싱 회로(210-1)는 터치 구동 신호(TDS) 및 터치 센싱 신호(TSS)의 전달 경로를 스위칭하는 제 1 스위치 회로(212-1)와 터치 구동 신호(TDS)를 출력하거나 터치 센싱 신호(TSS)를 수신하는 제 1 터치 신호 제어 회로(214-1)를 포함할 수 있다.

제 1 터치 센싱 회로(210-1)는 디스플레이 패널(110)의 장형 터치 전극으로부터 수신된 터치 센싱 신호(TSS)를 터치 컨트롤러(220)로 전달하고, 터치 컨트롤러(220)는 제 1 터치 센싱 회로(210-1)에서 전달된 터치 센싱 신호(TSS)를 바탕으로 터치 유무 및/또는 터치 위치를 검출한다.

이에 반해서, 제 2 터치 센싱 회로(210-2)는 디스플레이 패널(110)을 구성하는 직조 타입의 터치 전극 구조에서, 길이가 짧은 단형 터치 전극에 연결되는 단형 터치 라인(TL1_S, TL2_S, TL3_S, TL4_S)을 통해서 터치 구동 신호(TDS)를 인가하거나 터치 센싱 신호(TSS)를 수신한다.

이 때, 제 2 터치 센싱 회로(210-2)는 셀프 커패시턴스 센싱 구간(Ps) 동안에는 단형 터치 전극에 터치 구동 신호(TDS)를 인가하는 동시에 단형 터치 전극으로부터 전달되는 터치 센싱 신호(TSS)를 수신하지만, 뮤추얼 커패시턴스 센싱 구간(Pm) 동안에는 단형 터치 전극에 터치 구동 신호(TDS)를 인가하지 않고, 단형 터치 전극에로부터 전달되는 터치 센싱 신호(TSS)를 수신하는 동작이 이루어진다. 따라서, 뮤추얼 커패시턴스 센싱 구간(Pm) 동안에 장형 터치 전극과 단형 터치 전극 사이의 뮤추얼 커패시턴스를 검출하는 역할을 한다.

이를 위해서, 제 2 터치 센싱 회로(210-2)는 터치 구동 신호(TDS) 및 터치 센싱 신호(TSS)의 전달 경로를 스위칭하는 제 2 스위치 회로(212-2)와 터치 구동 신호(TDS)를 출력하거나 터치 센싱 신호(TSS)를 수신하는 제 2 터치 신호 제어 회로(214-2)를 포함할 수 있다.

따라서, 제 2 터치 신호 제어 회로(214_2)는 뮤추얼 커패시턴스 센싱 구간(Pm) 동안 터치 구동 신호(TDS)를 생성하지 않거나, 디스플레이 패널(110)에 터치 구동 신호(TDS)가 인가되지 않도록 제 2 스위치 회로(212-2)를 제어한다.

제 2 터치 센싱 회로(210-2)는 디스플레이 패널(110)의 단형 터치 전극으로부터 수신된 터치 센싱 신호(TSS)를 터치 컨트롤러(220)로 전달하고, 터치 컨트롤러(220)는 제 2 터치 센싱 회로(210-2)에서 전달된 터치 센싱 신호(TSS)를 바탕으로 터치 유무 및 터치 위치를 검출한다.

한편, 위에서는 직조 타입의 터치 전극 구조를 가지는 하나의 터치 전극 그룹(TEG)을 대상으로 셀프 커패시턴스 센싱과 뮤추얼 커패시턴스 센싱을 병행하는 구조에 대해서 설명하였지만, 복수의 터치 전극 그룹(TEG)을 하나의 멀티플렉서에 연결함으로써, 멀티플렉서를 통해 복수의 터치 전극 그룹(TEG)을 선택적으로 센싱하는 것도 가능할 것이다.

도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서, 하나의 멀티플렉서에 연결된 복수의 터치 전극 그룹을 대상으로 셀프 커패시턴스 센싱과 뮤추얼 커패시턴스 센싱을 병행하는 디스플레이 패널 구조를 예시적으로 나타낸 도면이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서 디스플레이 패널(110)은 일정한 수의 장형 터치 전극과 단형 터치 전극으로 구성되는 터치 전극 그룹(TEG)을 포함하며, 복수의 터치 전극 그룹(TEG)에 해당하는 복수의 터치 라인(TL)이 하나의 멀티플렉서에 연결될 수 있다.

예를 들어, 4X4 직조 타입의 터치 전극 구조를 가지는 디스플레이 패널(110)의 경우, 제 1 터치 전극 그룹(TEG1) 내지 제 12 터치 전극 그룹(TEG12)을 포함하는 12개의 터치 전극 그룹이 제 1 멀티플렉서(MUX1)에 연결될 수 있다.

이 경우, 각 터치 전극 그룹(TEG1 ~ TEG12)은 고스트 제거를 위하여 터치 전극 그룹(TEG)의 외곽에 위치하는 동일 라인으로 연결된 2개의 단형 터치 전극 블록에 대하여 터치 신호를 전달하는 2개의 터치 채널을 포함할 수 있다.

이에 따라, 제 1 멀티플렉서(MUX1)에는 각 터치 전극 그룹(TEG1 ~ TEG12)에서 연장되는 2개의 터치 채널을 모두 포함하여 24개의 터치 채널(CH1 ~ CH24)이 연결될 수 있다.

이 때, 열 방향으로 인접한 2개의 터치 전극 그룹(예를 들어, TEG1 과 TEG4)을 고려할 때, 2개의 터치 전극 그룹(예를 들어, TEG1 과 TEG4)이 인접한 영역에 가까운 장형 터치 전극(예를 들어, TEG1의 하부에 위치하는 장형 터치 전극과 TEG4의 상부에 위치하는 장형 터치 전극)에 터치 구동 신호(예를 들어, TDS1)를 인가한다.

그런 다음, 인접한 터치 전극 그룹(예를 들어, TEG1 과 TEG4) 내의 단형 터치 전극 중에서 외곽에 위치하는 단형 터치 전극에 연결된 터치 채널(예를 들어, CH1, CH2, CH7, CH8)로부터 터치 센싱 신호(TSS)를 검출함으로써, 효율적인 뮤추얼 커패시턴스 센싱을 진행할 수 있다.

따라서, 열 방향으로 인접한 2개의 터치 전극 그룹(예를 들어, TEG1과 TEG4)을 대상으로, 인접한 영역에 위치하는 하나의 장형 터치 전극에 하나의 터치 구동 신호(예를 들어, TDS1)를 인가하고, 터치 구동 신호(예를 들어, TDS1)가 인가된 장형 터치 전극에 인접한 4개의 단형 터치 전극으로부터 터치 센싱 신호(TSS)를 수신함으로써, 디스플레이 패널(110)에 형성된 터치 전극 그룹(TEG)에 대한 뮤추얼 커패시턴스 센싱을 효과적으로 진행할 수 있다.

위에서는 하나의 멀티플렉서(예를 들어, MUX1)에 연결된 복수의 터치 전극 그룹(TEG1 ~ TEG12)을 대상으로 뮤추얼 커패시턴스 센싱 동작을 진행하는 경우에, 첫 번째 행에 위치하는 터치 전극 그룹(예를 들어, TEG1) 내에서 하부에 위치하는 장형 터치 전극에 터치 구동 신호를 인가함으로써, 열 방향으로 인접한 터치 전극 그룹(예를 들어, TEG1과 TEG4)에 속하는 단형 터치 전극으로부터 터치 센싱 신호(TSS)를 수신하는 경우를 설명하였다.

그러나, 열 방향으로 위치하는 터치 전극 그룹(예를 들어, TEG1 과 TEG4)이 서로 인접하는 영역에 위치하는 장형 터치 전극은 제 1 터치 전극 그룹(TEG1)의 하부에 위치하는 장형 터치 전극일 수도 있지만, 제 4 터치 전극 그룹(TEG4)의 상부에 위치하는 장형 터치 전극일 수도 있을 것이다.

따라서, 뮤추얼 커패시턴스 센싱을 위해서 선택되는 열 방향으로 인접한 터치 전극 그룹은 동일한 멀티플렉서(예를 들어, MUX1)에 연결된 터치 전극 그룹(TEG1 ~ TEG12) 중에서 첫 번째 행의 터치 전극 그룹(예를 들어, TEG1)과 두 번째 행의 터치 전극 그룹(예를 들어, TEG4)이 될 수도 있지만, 두 번째 행의 터치 전극 그룹(예를 들어, TEG4)과 세 번째 행의 터치 전극 그룹(예를 들어, TEG7)이 될 수도 있을 것이다.

이와 같이, 뮤추얼 커패시턴스 센싱을 위해서 선택되는 열 방향으로 인접한 터치 전극 그룹은 홀수 번째 행의 터치 전극 그룹과 짝수 번째 행의 터치 전극 그룹이 될 수도 있지만, 짝수 번째 행의 터치 전극 그룹과 홀수 번째 터치 전극 그룹이 될 수도 있을 것이다.

도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서, 복수의 터치 전극 그룹이 연결되는 멀티플렉서 단위로 셀프 커패시턴스 센싱과 뮤추얼 커패시턴스 센싱을 병행하는 경우의 신호 파형도를 예시적으로 나타낸 도면이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서 제 1 멀티플렉서(MUX1)에 연결된 복수의 터치 전극 그룹(TEG)을 대상으로 셀프 커패시턴스 센싱 구간(Ps1) 동안 셀프 커패시턴스 센싱을 진행한다.

그런 다음, 뮤추얼 커패시턴스 센싱 구간(Pm1) 동안 선택된 하나의 장형 터치 전극에 터치 구동 신호(TDS)를 인가하는 동시에 여기에 인접한 4개의 단형 터치 전극으로부터 전달되는 터치 센싱 신호(TSS)를 수신한다. 이 때, 뮤추얼 커패시턴스 센싱 구간(Pm1) 동안 동일 라인의 단형 터치 전극에 대한 터치 센싱 신호(TSS)를 수신하는 동시에, 셀프 커패시턴스 센싱 구간(Ps1)에서 수신된 터치 센싱 신호(TSS)를 디지털 센싱 데이터(Ds1)로 변환해서 터치 컨트롤러(220)에 전달할 수 있을 것이다.

마찬가지로, 뮤추얼 커패시턴스 센싱 구간(Pm1)이 종료된 후에는 뮤추얼 커패시턴스 센싱 구간(Pm1)에서 수신된 터치 센싱 신호(TSS)를 디지털 센싱 데이터(Dm1)로 변환해서 터치 컨트롤러(220)에 전달할 수 있을 것이다.

복수의 멀티플렉서(예를 들어, MUX1과 MUX2)를 순차적으로 구동하는 경우, 제 1 멀티플렉서(MUX1)가 턴-온된 동안에 제 1 멀티플렉서(MUX1)에 연결된 터치 전극 그룹(TEG1 ~ TEG12)을 대상으로 셀프 커패시턴스 센싱 구간(Ps1)과 뮤추얼 커패시턴스 센싱 구간(Pm1)이 종료된 후에는 제 2 멀티플렉서(MUX2)를 턴-온시켜서 제 2 멀티플렉서(MUX2)에 연결된 터치 전극 그룹(TEG12 ~ TEG24)을 대상으로 셀프 커패시턴스 센싱 구간(Ps2)과 뮤추얼 커패시턴스 센싱 구간(Pm2)을 순차적으로 진행할 수 있을 것이다.

이와 같이, 하나의 터치 센싱 구간 내에서, 선택된 터치 전극 그룹(TEG)의 장형 터치 전극과 단형 터치 전극을 대상으로 셀프 커패시턴스 센싱 구간(Ps)과 뮤추얼 커패시턴스 센싱 구간(Pm)을 순차적으로 진행함으로써, 멀티 터치에 의하여 터치 전극 그룹(TEG) 내에서 고스트 현상이 발생하는 터치 전극(TE)을 검출하고 제거할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)는 디스플레이 구동과 터치 구동을 번갈아 가면서 수행할 수 있다. 이와 같이, 디스플레이를 위한 디스플레이 구동과 터치 센싱을 위한 터치 구동이 번갈아 가면서 진행되는 방식을 시간 분할 구동 방식이라고 한다.

이러한 시간 분할 구동 방식에 따르면, 디스플레이를 위한 디스플레이 구동 기간과 터치 센싱을 위한 터치 구동 기간은 교번한다. 디스플레이 구동 기간 동안, 터치 디스플레이 장치(100)는 디스플레이 구동을 수행할 수 있으며, 터치 구동 기간 동안, 터치 디스플레이 장치(100)는 터치 구동을 수행할 수 있다.

시간 분할 구동 방식의 일 예로, 한 프레임 시간이 하나의 디스플레이 구동 기간과 하나의 터치 구동 기간으로 분할되거나, 둘 이상의 디스플레이 구동 기간과 하나 또는 둘 이상의 터치 구동 기간으로 분할될 수 있다.

또는, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)는 디스플레이 구동과 터치 구동을 독립적으로 수행할 수 있다. 이와 같이, 디스플레이를 위한 디스플레이 구동과 터치 센싱을 위한 터치 구동이 독립적으로 수행되는 구동 방식을 시간 프리 구동 방식이라고 한다.

이러한 시간 프리 구동 방식에 따르면, 디스플레이를 위한 디스플레이 구동과 터치 센싱을 위한 터치 구동은 동시에 진행될 수도 있다. 또한, 어떠한 기간에는 디스플레이를 위한 디스플레이 구동만 진행되거나 터치 센싱을 위한 터치 구동만 진행될 수도 있다.

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: 디스플레이 패널
120: 디스플레이 구동 회로
200: 터치 회로
210, 210-1, 210-2: 터치 센싱 회로
212-1, 212-2: 스위치 회로
214-1, 214-2: 터치 신호 제어 회로

Claims

제 1 방향에 대해서 길이가 긴 장형 터치 전극과 길이가 짧은 단형 터치 전극이 제 2 방향으로 교대로 배치된 터치 전극 그룹이 매트릭스 형태로 배치된 디스플레이 패널; 및
상기 터치 전극 그룹에 대한 셀프 커패시턴스 센싱 동작과 뮤추얼 커패시턴스 센싱 동작을 순차적으로 진행하는 터치 회로를 포함하는 터치 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 단형 터치 전극은
상기 제 2 방향으로 배치된 복수의 단형 터치 전극이 하나의 터치 라인에 의해 동일 라인으로 연결된 단형 터치 전극 블록을 형성하는 터치 디스플레이 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 터치 전극 그룹은
상기 제 1 방향으로 연장되고 상기 제 2 방향으로 나란하게 배치된 N개(N은 2 이상의 정수)의 장형 터치 전극과 상기 제 2 방향으로 나란하게 배치된 M개(M은 2 이상의 정수)의 단형 터치 전극 블록을 포함하는 터치 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 터치 전극 그룹은
멀티 터치 검출이 가능한 기준 거리에 대응되는 크기로 형성된 터치 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 터치 회로는
상기 장형 터치 전극에 연결되는 장형 터치 라인을 통해서 터치 구동 신호를 인가하고 터치 센싱 신호를 수신하는 제 1 터치 센싱 회로;
상기 단형 터치 전극에 연결되는 단형 터치 라인을 통해서 터치 구동 신호를 인가하거나 터치 센싱 신호를 수신하는 제 2 터치 센싱 회로; 및
상기 제 1 터치 센싱 회로와 상기 제 2 터치 센싱 회로로부터 전달되는 상기 터치 센싱 신호를 이용하여 터치 유무 및 터치 위치를 검출하는 터치 컨트롤러를 포함하는 터치 디스플레이 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 제 1 터치 센싱 회로는
상기 장형 터치 전극에 연결되어 상기 터치 구동 신호 및 상기 터치 센싱 신호의 전달 경로를 스위칭하는 제 1 스위치 회로; 및
상기 제 1 스위치 회로에 상기 터치 구동 신호를 전달하거나 상기 제 1 스위치 회로로부터 상기 터치 센싱 신호를 수신하는 제 1 터치 신호 제어 회로를 포함하는 터치 디스플레이 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 제 2 터치 센싱 회로는
상기 단형 터치 전극에 연결되어 상기 터치 구동 신호 및 상기 터치 센싱 신호의 전달 경로를 스위칭하는 제 2 스위치 회로; 및
상기 제 2 스위치 회로에 상기 터치 구동 신호를 전달하거나 상기 제 2 스위치 회로로부터 상기 터치 센싱 신호를 수신하는 제 2 터치 신호 제어 회로를 포함하는 터치 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 셀프 커패시턴스 센싱 동작은
상기 장형 터치 전극과 상기 단형 터치 전극에 터치 구동 신호를 각각 인가함으로써 터치 센싱 신호를 수신하고,
상기 뮤추얼 커패시턴스 센싱 동작은
상기 터치 전극 그룹에서 선택된 하나의 장형 터치 전극에 터치 구동 신호를 인가하고, 상기 터치 전극 그룹에서 선택된 복수의 단형 터치 전극으로부터 터치 센싱 신호를 수신하는 터치 디스플레이 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 터치 전극 그룹에서 선택된 하나의 장형 터치 전극은
상기 제 2 방향으로 인접한 터치 전극 그룹에 가까운 위치에 있는 장형 터치 전극인 터치 디스플레이 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 터치 전극 그룹에서 선택된 복수의 단형 터치 전극은
상기 터치 전극 그룹의 외곽에 위치한 단형 터치 전극인 터치 디스플레이 장치.
제 1 방향에 대해서 길이가 긴 장형 터치 전극과 길이가 짧은 단형 터치 전극이 제 2 방향으로 교대로 배치된 터치 전극 그룹이 매트릭스 형태로 배치된 디스플레이 패널의 터치를 검출하는 터치 회로에 있어서,
상기 장형 터치 전극에 연결되는 장형 터치 라인을 통해서 터치 구동 신호를 인가하고 터치 센싱 신호를 수신하는 제 1 터치 센싱 회로;
상기 단형 터치 전극에 연결되는 단형 터치 라인을 통해서 터치 구동 신호를 인가하거나 터치 센싱 신호를 수신하는 제 2 터치 센싱 회로; 및
상기 터치 전극 그룹에 대한 셀프 커패시턴스 센싱 동작과 뮤추얼 커패시턴스 센싱 동작을 순차적으로 진행하고, 상기 제 1 터치 센싱 회로와 상기 제 2 터치 센싱 회로로부터 전달되는 상기 터치 센싱 신호를 이용하여 터치 유무 및 터치 위치를 검출하는 터치 컨트롤러를 포함하는 터치 회로.
제 11 항에 있어서,
상기 제 1 터치 센싱 회로는
상기 장형 터치 전극에 연결되어 상기 터치 구동 신호 및 상기 터치 센싱 신호의 전달 경로를 스위칭하는 제 1 스위치 회로; 및
상기 제 1 스위치 회로에 상기 터치 구동 신호를 전달하거나 상기 제 1 스위치 회로로부터 상기 터치 센싱 신호를 수신하는 제 1 터치 신호 제어 회로를 포함하는 터치 회로.
제 11 항에 있어서,
상기 제 2 터치 센싱 회로는
상기 단형 터치 전극에 연결되어 상기 터치 구동 신호 및 상기 터치 센싱 신호의 전달 경로를 스위칭하는 제 2 스위치 회로; 및
상기 제 2 스위치 회로에 상기 터치 구동 신호를 전달하거나 상기 제 2 스위치 회로로부터 상기 터치 센싱 신호를 수신하는 제 2 터치 신호 제어 회로를 포함하는 터치 회로.
제 11 항에 있어서,
상기 셀프 커패시턴스 센싱 동작은
상기 장형 터치 전극과 상기 단형 터치 전극에 터치 구동 신호를 각각 인가함으로써 터치 센싱 신호를 수신하고,
상기 뮤추얼 커패시턴스 센싱 동작은
상기 터치 전극 그룹에서 선택된 하나의 장형 터치 전극에 터치 구동 신호를 인가하고, 상기 터치 전극 그룹에서 선택된 적어도 하나의 상기 단형 터치 전극으로부터 터치 센싱 신호를 수신하는 터치 회로.
제 1 방향에 대해서 길이가 긴 장형 터치 전극과 길이가 짧은 단형 터치 전극이 제 2 방향으로 교대로 배치된 터치 전극 그룹이 매트릭스 형태로 배치된 디스플레이 패널의 터치를 검출하는 터치 구동 방법에 있어서,
상기 터치 전극 그룹에 대한 셀프 커패시턴스 센싱 동작을 진행하는 단계; 및
상기 셀프 커패시턴스 센싱 동작 이후에 상기 터치 전극 그룹에 대한 뮤추얼 커패시턴스 센싱 동작을 진행하는 단계를 포함하는 터치 구동 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 셀프 커패시턴스 센싱 동작은
상기 장형 터치 전극과 상기 단형 터치 전극에 터치 구동 신호를 각각 인가하는 단계; 및
상기 장형 터치 전극과 상기 단형 터치 전극으로부터 터치 센싱 신호를 수신하는 단계를 포함하고,
상기 뮤추얼 커패시턴스 센싱 동작은
상기 터치 전극 그룹에서 선택된 하나의 장형 터치 전극에 터치 구동 신호를 인가하는 단계; 및
상기 터치 전극 그룹에서 선택된 복수의 단형 터치 전극으로부터 터치 센싱 신호를 수신하는 단계를 포함하는 터치 구동 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 터치 전극 그룹에서 선택된 하나의 장형 터치 전극은
상기 제 2 방향으로 인접한 터치 전극 그룹에 가까운 위치에 있는 장형 터치 전극인 터치 구동 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 터치 전극 그룹에서 선택된 복수의 단형 터치 전극은
상기 터치 전극 그룹의 외곽에 위치한 단형 터치 전극인 터치 구동 방법.