KR20230021257A - 터치 디스플레이 장치, 구동 신호 출력 회로, 터치 디스플레이 장치의 구동 신호 출력 방법 - Google Patents

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Abstract

본 실시예는 상이한 전압 레벨을 갖는 디스플레이 구동 신호와 터치 구동 신호를 선택적으로 패널에 출력하기 위해 상대적으로 좁은 전압 범위(예: MV(medium voltage))에서 동작할 수 있는 부품 소자들을 포함하는 터치 디스플레이 장치, 구동 신호 출력 회로, 터치 디스플레이 장치의 구동 신호 출력 방법을 제공한다.

Description

터치 디스플레이 장치, 구동 신호 출력 회로, 터치 디스플레이 장치의 구동 신호 출력 방법{TOUCH DISPLAY APPARATUS, DRIVING SIGNAL OUTPUT CIRCUIT, AND METHOD FOR OUTPUTTING A DRIVING SIGNAL OF A TOUCH DISPLAY APPARATUS}
본 실시예는 터치 디스플레이 장치, 구동 신호 출력 회로, 터치 디스플레이 장치의 구동 신호 출력 방법에 관한 것이다.
정보화가 진전되면서 정보를 시각화할 수 있는 다양한 디스플레이 장치들이 개발되고 있다. 액정디스플레이 장치(LCD; Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diode) 디스플레이 장치, PDP(Plasma Display Panel) 디스플레이 장치 등이 최근까지 개발되었거나 개발되고 있는 디스플레이 장치들이다. 이러한 디스플레이 장치들은 고해상 이미지를 적절히 표시할 수 있도록 발전하고 있다.
최근 다양한 전자 장치(예: 모바일 기기)에 구성되는 디스플레이 패널은 터치 기능을 많이 채용하고 있다. 이 경우, 디스플레이 패널은 액정표시장치 등의 평판 디스플레이 장치로 구현되며, 터치 기능은 디스플레이 패널과 조합되는 터치 패널로 구현될 수 있다. 터치 패널은 사용자가 텍스트나 이미지 또는 아이콘 등을 누름에 따라서 기기를 조작하거나 프로그램을 실행하는 기능을 갖는 투명 스위치 패널을 의미한다.
터치 패널은 정전식으로 터치 인식을 수행하도록 구성될 수 있으며, 정전식 터치 인식을 구현하는 터치 패널의 일예로 "뮤추얼 캐패시턴스 터치 센싱 장치"가 "미국공개특허 US 2009/0091551호"로 공개된 바 있다. 일반적인 터치 패턴은 디스플레이 패널과 독립적인 구성을 가지며 별도로 제작되어서 디스플레이 패널과 조합된다. 상기와 같이 터치 패널과 디스플레이 패널이 조합되는 구성은 공정의 복잡성과 제조 단가의 상승 등 다양한 어려움을 발생하는 원인이 된다.
이를 해결하기 위하여 디스플레이를 위한 부품과 터치 인식을 위한 부품이 공유될 수 있는 장치의 개발이 추진되고 있으며, 그 대표적인 예가 인셀(IN-CELL) 방식이다. 인셀 방식은 디스플레이 패널의 화소에 터치 기능을 구현하는 구성을 가짐으로써 터치 인식을 구현하는 것을 의미하며 다양하게 개발되고 있다. 인셀 방식으로 구현된 화소의 경우 디스플레이와 터치 인식을 병행하여 구현하는 기능을 가질 수 있다.
터치 기능과 디스플레이 기능을 함께 제공하는 장치(이하, '터치 디스플레이 장치'라 한다.)에서 터치 동작과 디스플레이 동작이 시분할로 구현되는 경우, 패널(예컨대, 터치 디스플레이 패널 또는 터치 스크린 패널)에는 디스플레이 구동 신호(display VCOM)와 터치 구동 신호(touch VCOM)가 스위칭되어 선택적으로 공급될 수 있다.
상기 디스플레이 구동 신호와 터치 구동 신호의 신호 크기가 동일한 전압 레벨이 아닌 경우, 상기 디스플레이 구동 신호와 터치 구동 신호를 선택적으로 패널에 공급하는 회로(예컨대, SRIC(source driver and touch readout IC))는 상대적으로 넓은 전압 범위(예컨대, HV(high voltage))에서 동작할 수 있는 부품 소자들을 포함하여야 한다. 이와 같이, 터치 디스플레이 장치를 구성함에 있어 상대적으로 넓은 전압 범위에서 동작할 수 있는 부품 소자들을 포함함에 따라, 상대적으로 넓은 면적을 차지하고 고비용이 발생하는 단점이 있다. 또한, 상대적으로 넓은 전압 범위에서 동작할 수 있는 부품 소자에 대한 저항을 감소시키기 위해서는 외부 전원 및 내부 승압 회로가 필요할 수 있다.
이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 일 측면에서, 상이한 전압 레벨을 갖는 디스플레이 구동 신호와 터치 구동 신호를 선택적으로 패널에 출력하기 위해 상대적으로 좁은 전압 범위(예: MV(medium voltage))에서 동작할 수 있는 부품 소자들을 포함하는 터치 디스플레이 장치, 구동 신호 출력 회로, 터치 디스플레이 장치의 구동 신호 출력 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 실시예는, 터치 동기 신호를 생성하는 터치 제어 회로; 상기 터치 제어 회로로부터 상기 터치 동기 신호를 수신하고, 상기 수신된 터치 동기 신호에 기반하여 제1 전압 범위를 갖는 디스플레이 구동 신호를 출력하는 전력 관리 회로; 상기 터치 제어 회로로부터 상기 터치 동기 신호를 수신하고, 상기 수신된 터치 동기 신호에 기반하여 제2 전압 범위를 갖는 터치 구동 신호를 출력하는 터치 구동 회로; 및 상기 전력 관리 회로로부터 상기 제1 전압 범위를 갖는 디스플레이 구동 신호를 수신하고, 상기 터치 구동 회로로부터 상기 제2 전압 범위를 갖는 터치 구동 신호를 수신하고, 제1 시간 구간에서 상기 수신된 디스플레이 구동 신호에 기반한 제1 신호를 출력하고, 상기 제1 시간 구간과 다른 제2 시간 구간에서 상기 수신된 터치 구동 신호에 기반한 제2 신호를 출력하는, 구동 신호 출력 회로;를 포함하는, 터치 디스플레이 장치를 제공한다.
다른 측면에서, 본 실시예는, 디스플레이 구동 신호 및 터치 구동 신호를 선택적으로 패널로 출력하는 구동 신호 출력 회로에 있어서, 제1 전압 범위에서 동작하며, 제1 단자를 통해 상기 제1 전압 범위를 갖는 상기 디스플레이 구동 신호를 수신하고, 제1 시간 구간에서 상기 수신된 디스플레이 구동 신호에 기반한 제1 신호를 패널로 출력하는 디스플레이 구동 신호 출력 회로; 및 제2 전압 범위에서 동작하며, 제2 단자를 통해 상기 제2 전압 범위를 갖는 상기 터치 구동 신호를 수신하고, 상기 제1 시간 구간과 다른 제2 시간 구간에서 상기 수신된 터치 구동 신호에 기반한 제2 신호를 패널로 출력하는 터치 구동 신호 출력 회로;를 포함하는, 구동 신호 출력 회로를 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 실시예는, 터치 디스플레이 장치의 구동 신호 출력 방법에 있어서, 전력 관리 회로로부터 제1 전압 범위를 갖는 디스플레이 구동 신호를 수신하는 단계; 터치 구동 회로로부터 제2 전압 범위를 갖는 터치 구동 신호를 수신하는 단계; 제1 시간 구간에서 상기 수신된 디스플레이 구동 신호에 기반한 제1 신호를 패널로 출력하는 단계; 및 상기 제1 시간 구간과 다른 제2 시간 구간에서 상기 수신된 터치 구동 신호에 기반한 제2 신호를 패널로 출력하는 단계;를 포함하고, 상기 제1 신호 또는 상기 제2 신호가 출력되지 않는 적어도 일부 시간 구간에서, 항복 전압(breakdown voltage)을 초과하는 전압이 인가되지 않도록 하기 위해 방전(discharge)시키는 단계를 더 포함하는, 터치 디스플레이 장치의 구동 신호 출력 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 디스플레이 구동 신호와 터치 구동 신호의 크기가 각각 다른 전압 레벨을 갖는 신호일지라도, 상대적으로 좁은 동작 범위의 소자(예컨대, MV(medium voltage) 소자)만을 이용하여 구동 신호 출력 회로의 멀티플렉서(예: RO(readout) CH(channel) MUX(multiplexer))를 설계할 수 있다.
이에 따라, 상대적으로 좁은 동작 범위의 소자만을 사용함으로써 상대적으로 작은 면적으로 터치 디스플레이 장치를 구현할 수 있으며, 소자 감소로 인한 비용절감의 효과가 있다.
또한, 상대적으로 좁은 동작 범위의 소자만을 이용하여 SRIC(source driver and touch readout IC))의 채널 멀티플렉서(CH MUX)를 설계함으로써 추가적인 외부 HV 전원 및 내부 승압 회로가 불필요하고, TMIC(touch modulation IC)에서 디스플레이 구동 신호 및 터치 구동 신호를 선택하기 위한 상대적으로 작은 저항의 MUX가 불필요하게 되어 TMIC의 크기를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 장치의 구동 방법을 설명하는 타이밍도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 장치의 상세 구성도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 장치의 상세 구성도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 구동 신호 출력 회로의 상세 구성도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 구동 신호 출력 회로의 상세 구성도이다.
도 7a 및 도 7b는 일 실시예에 따른 레벨 시프터의 상세 구성도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 구동 신호 출력 회로의 상세 구성도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 장치의 구동 방법을 설명하는 타이밍도이다.
도 10a, 도 10b, 도 10c, 도 10d, 도 10e, 및 도 10f는 일 실시예에 따른 구동 신호 출력 회로의 각 구간별 동작을 나타내는 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 장치의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치는 시분할 방식으로 디스플레이와 터치 인식을 수행하며, 디스플레이를 위한 부품과 터치 인식을 위한 부품이 내장형 인셀(in cell) 방식으로 공유되는 구성을 포함할 수 있으나 본 실시예들이 상기 시분할 방식 또는 상기 인셀 방식에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 후술하는 실시예들의 터치 디스플레이 장치는 외장형 방식 또는 내장형 방식 중 온셀(on cell) 방식으로도 구현될 수 있다.
다양한 실시예들에 따라, 터치 디스플레이 장치의 디스플레이와 터치 인식은 별개의 동작으로 구현될 수 있다. 여기서, 디스플레이는 디스플레이 패널의 화소들을 구동하여 원화는 화상을 표현하는 것을 의미하며, 터치 인식은 디스플레이 패널 상의 터치 위치를 인식하는 것을 의미한다. 그리고, 시분할 방식은 시간 도메인 별로 순차적으로 디스플레이와 터치 인식이 교번하여 수행되는 것을 의미한다.
보다 구체적으로, 시분할 방식은 디스플레이와 터치 인식이 화상을 이루는 프레임 단위로 교번하도록 구현될 수 있다. 즉, 화상을 이루는 복수의 프레임에 대응하여 디스플레이와 터치 인식이 순차적으로 교번하여 이루어질 수 있다. 또한, 시분할 방식에서 터치 인식이 화상을 이루는 각 프레임 내에서 둘 이상 수행되도록 구현될 수 있다.
상기 인셀 방식은 디스플레이 패널 내의 화소에 디스플레이와 터치 인식이 같이 수행될 수 있도록 구현한 것을 의미하며, 이를 위하여 공유되는 부품은 터치 인식을 위한 캐패시턴스를 제공할 수 있는 것이 이용될 수 있으며 상기 부품의 연결점을 최소한 포함할 수 있다. 상기 연결점의 일예로 공통 전압을 인가하는 노드(COM)일 수 있으나, 이에 국한하지 않고 제작자의 의도에 따라서 다양한 부품이 상기 연결점으로 이용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예는 타이밍 컨트롤러(timing controller; T-CON)(10), 소스 드라이버(12), 게이트 드라이버(14), 터치 구동 회로(16) 및 패널(18)을 포함할 수 있다.
타이밍 컨트롤러(10)는 디스플레이와 터치 인식이 시분할 방식으로 실행되도록 소스 드라이버(12) 및 게이트 드라이버(14)에 디스플레이 제어 신호를 제공하고 터치 구동 회로(16)에 터치 제어 신호를 제공하도록 구성된다.
타이밍 컨트롤러(10)는 디스플레이 제어 신호로서 소스 제어 신호, 게이트 제어신호, 클럭 펄스, 수평 동기 신호 또는 수직 동기 신호 및 스위칭 신호(SW) 등의 제어 신호를 포함하여 출력할 수 있다.
소스 드라이버(12)는 디스플레이 제어 신호에 포함된 소스 제어 신호를 수신하고, 소스 제어 신호에 대응하는 소스 구동 신호를 생성하여 패널(18)의 화소들에 제공하도록 구성된다. 소스 드라이버(12)는 통상적으로 래치, 디지털-아날로그 컨버터 및 출력 버퍼를 포함할 수 있으며, 도 1의 버퍼(20)는 출력 버퍼에 해당한다. 여기에서, 래치는 소스 제어 신호에 따른 데이터를 저장하여 디지털-아날로그 컨버터에 제공하며, 디지털-아날로그 컨버터는 입력된 데이터에 해당하는 전압의 아날로그 신호를 출력한다. 출력 버퍼는 디지털-아날로그 컨버터의 출력을 소스 구동 신호로서 소스 라인(SL)을 통해 패널(18)의 화소로 전달한다.
게이트 드라이버(14)는 디스플레이 제어 신호에 포함된 게이트 제어 신호를 수신하고, 게이트 제어 신호에 대응하는 게이트 구동 신호를 생성하여 패널(18)의 화소들에 제공한다. 게이트 드라이버(14)는 통상적으로 입력 버퍼, 시프트 레지스터, 레벨 시프터 및 출력 버퍼를 포함할 수 있으며, 도 1의 버퍼(30)는 출력 버퍼에 해당한다.
입력 버퍼는 게이트 제어 신호를 수신하여 시프트 레지스터로 출력하며, 시프트 레지스터는 입력 버퍼를 통하여 전달되는 게이트 신호인 스캔 펄스를 패널(18)의 행(Column) 단위로 순차적으로 발생하도록 제어한다. 레벨 시프터는 스위치(M)로 구성되는 박막트랜지스터(TFT)를 온오프시킬 수 있는 레벨을 갖도록 시프트 레지스터의 출력 전압 레벨을 변경하는 기능을 가지며, 출력 버퍼는 RC 부하를 갖는 게이트 라인(GL)을 구동할 수 있도록 레벨 시프터에서 출력되는 신호를 변경하여 게이트 구동 신호로 출력한다.
소스 드라이버(12)의 출력단을 이루는 버퍼(20)와 게이트 드라이버(14)의 출력단을 이루는 버퍼(30)에 연결된 소스 라인(SL)과 게이트 라인(GL) 상에는 각각 스위치(22, 32)가 구성될 수 있으며, 스위치(22, 32)는 게이트 드라이버(14) 및 소스 드라이버(12)의 부품에 포함되도록 구성되거나 또는 패널(18)의 부품에 포함되도록 구성될 수 있다.
스위치(22, 32)는 타이밍 컨트롤러(10)에서 출력되는 스위칭 신호(SW)에 의하여 플로팅되거나 턴 온될 수 있다. 스위치(22, 32)는 플로팅되는 경우 소스 라인(SL) 및 게이트 라인(GL)에 소스 구동 신호 및 게이트 구동 신호를 전달하는 것을 차단할 수 있다. 그리고, 스위치(22, 32)는 턴 온되는 경우 소스 라인(SL) 및 게이트 라인(GL)에 소스 드라이버(12)에서 출력되는 소스 구동 신호 및 게이트 드라이버(14)에서 출력되는 게이트 구동 신호를 전달한다.
패널(18)은 소스 라인들(SL)과 게이트 라인들(GL)의 교차점에 형성되는 다수의 화소들을 포함하며, 각 화소들은 스위치(M)와 그에 연결된 액정 소자(CL)를 포함한다. 각 화소들의 스위치(M)는 소스 라인(SL)을 통하여 소스 드라이버(12)에서 전달되는 소스 구동 신호를 게이트 라인(GL)을 통하여 게이트 드라이버(14)에서 전달되는 게이트 구동 신호에 의하여 스위칭하여 액정 소자(CL)에 전달하도록 구성된다.
액정 소자(CL)는 양단에 형성된 전극에 인가되는 전압에 따라서 내부의 액정의 트위스트가 제어됨으로써 투광이 제어되는 광학 셔터 기능을 가지며, 양단의 전극 사이에 캐패시턴스가 배치된다. 액정 소자(CL)의 일측은 스위치(M)와 연결되어서 스위치(M)로부터 전달되는 소스 구동 신호가 인가되도록 구성되고 다른 일측에는 공통 전압이 인가되는 노드(COM)에 연결된다. 상기 구성에 의하여 액정 소자(CL)는 노드(COM)에 인가되는 공통 전압을 기준으로 소스 구동 신호의 상태에 따라서 구동될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 노드(COM)는 터치 인식을 위한 연결점을 형성하여 터치 구동 회로(16)에서 제공되는 정전압이 인가될 수 있다. 여기에서 정전압은 터치 구동 회로(16)에서 제공되는 터치 구동 신호(touch driving signal; TDS)에 해당할 수 있다. 터치 구동 신호(TDS)는 구동 신호와 센싱 신호를 포함하는 것으로, 구동 신호는 연결점을 이루는 노드(COM)에 인가되는 정전압으로 정의될 수 있고, 센싱 신호는 터치에 따라 연결점의 변화되는 전압 변화에 대응하는 신호로 정의될 수 있다. 즉, 다양한 실시예에서의 터치 구동 신호(TDS)는 터치를 구동하기 위한 정전압인 구동 신호와 터치의 센싱에 따른 신호 변화인 센싱 신호를 포함하는 것으로 정의될 수 있다. 다양한 실시예에서 노드(COM)에 디스플레이를 위한 공통 전압과 터치 인식을 위한 정전압(예: 터치 구동 신호(TDS))이 교번하여 인가될 수 있다.
터치 구동 회로(16)는 타이밍 컨트롤러(10)에서 제공되는 터치 제어 신호를 수신하며, 터치 제어 신호에 따라서 화소들의 연결점 즉 화소들의 노드(COM)에 터치 구동 신호(TDS)를 제공하도록 구성된다.
상기한 구성에서 패널(18) 내의 액정은 다수의 행과 열을 갖도록 배치되는 화소들을 포함하며, 소스 드라이버(12)는 화소들의 열 별로 각각 소스 구동 신호를 출력하도록 구성되고, 게이트 드라이버(14)는 화소들의 행 별로 각각 게이트 구동 신호를 출력하도록 구성된다. 그리고, 터치 구동 회로(16)는 화소들의 열 또는 행 별로 터치 구동 신호(TDS)를 노드(COM)에 제공하도록 구성될 수 있다.
상술한 도 1의 실시예는 도 2와 같이 디스플레이와 터치 인식을 연속되는 시간 도메인에 순차적으로 교번하여 할당함으로써 시분할 방식으로 구동될 수 있다.
먼저, 타이밍 컨트롤러(10)는 디스플레이를 위하여 소스 드라이버(12)와 게이트 드라이버(14)에 각각 소스 제어 신호와 게이트 제어 신호를 제공한다. 타이밍 컨트롤러(10)는 디스플레이 구간으로 설정된 시간 도메인에는 터치 구동 회로(16)에 터치 제어 신호를 제공하여 터치 구동 신호(TDS)의 출력을 활성화하지 않도록 제어한다.
도 2에서 T1 시점이 디스플레이 상태에서 터치 인식 상태로 진입하는 시점이며, T2는 터치 인식 상태에서 디스플레이 상태로 진입하는 시점이다.
타이밍 컨트롤러(10)는 화상을 표현하기 위하여 설정된 시간이 경과하면 터치 인식을 위한 제어를 수행한다. 즉, 타이밍 컨트롤러(10)는 터치 인식을 수행하기 위하여 스위치(22, 32)를 플로팅함으로써 화소들에 연결되는 소스 라인(SL)과 게이트 라인(GL)을 플로팅한다. 상기한 타이밍 컨트롤러(10)의 스위치(22, 32)의 제어에 의하여 액정 소자(CL)의 일단이 플로팅된다.
그리고, 타이밍 컨트롤러(10)는 터치 인식을 수행하기 위하여 터치 구동 회로(16)에 터치 제어 신호를 제공하여 터치 구동 신호(TDS)의 출력을 활성화한다. 상기한 타이밍 컨트롤러(10)의 제어에 의하여 화소 별 노드(COM)에는 정전압인 터치 구동 신호(TDS)가 인가된다.
상기한 구성에서 타이밍 컨트롤러(10)는 디스플레이 상태에서 터치 인식 상태로 진입하는 시점으로 설정된 시각 T1 보다 일정 시간 빠른 시점 T11에 스위치(22, 32)를 플로팅 상태로 전환하거나 또는 일정 시간 느린 시점 T12에 스위치(22, 32)를 플로팅 상태로 전환할 수 있다.
타이밍 컨트롤러(10)는 소스 라인(LS) 상의 스위치(22)와 게이트 라인(GL) 상의 스위치(32)를 동시에 플로팅하거나 순차적으로 플로팅할 수 있다. 타이밍 컨트롤러(10)가 스위치(22)와 스위치(32)를 순차적으로 플로팅하는 경우, 타이밍 컨트롤러(10)는 소스 라인(SL) 상의 스위치(22)를 먼저 시각 T11에 플로팅한 후 게이트 라인(GL) 상의 스위치(32)를 시각 T12에 플로팅할 수 있다. 이와 반대로, 타이밍 컨트롤러(10)는 게이트 라인(GL) 상의 스위치(32)를 먼저 시각 T11에 플로팅한 후 소스 라인(SL) 상의 스위치(22)를 시각 T12에 플로팅할 수 있다. 여기에서, T11과 T12 사이의 시간은 플로팅 구간으로 설정될 수 있다.
디스플레이를 위하여 소스 라인(SL)과 게이트 라인(GL)에 각각 소스 구동 신호와 게이트 구동 신호가 인가되는 상태에는, 액정 소자(CL)의 일측에 연결되는 노드(COM)의 관점에서 액정 소자(CL)와 병렬로 형성되는 기생 캐패시턴스(C1), 액정 소자(CL)와 소스 라인(SL) 간의 기생 캐패시턴스(C2), 공통 전압이 인가되는 노드(COM)와 게이트 라인(GL) 간의 기생 캐패시턴스(C3) 및 공통 전압이 인가되는 노드(COM)와 소스 라인(SL) 간의 기생 캐패시턴스 등이 발생할 수 있다. 그러나, 터치 인식을 위하여 소스 라인(SL)과 게이트 라인(GL)이 플로팅된 상태에는, 액정 소자(CL)의 일측에 연결되는 노드(COM)의 관점에서 화소 내의 기생 캐패시턴스가 형성되지 않을 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 장치의 상세 구성도이다. 도 3을 참조하면, 터치 디스플레이 장치는 터치 제어 회로(310)(touch MCU(micro control unit)), 전력 관리 회로(320)(power management IC; PMIC), 터치 구동 회로(330))(touch modulation IC; TMIC), 구동 신호 출력 회로(340)(예: SRIC(source driver and touch readout IC)), 패널(350)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 터치 제어 회로(310)는 상기 전력 관리 회로(320), 터치 구동 회로(330), 구동 신호 출력 회로(340)로 동기 신호(sync. signal)를 제공할 수 있다. 상기 동기 신호는 디스플레이 구간 또는 터치 센싱 구간을 구분하기 위한 동기 신호를 포함할 수 있으며, 상기 동기 신호는 디스플레이 동기 신호(display sync signal) 또는 터치 동기 신호(touch sync signal)로 지칭될 수 있다. 상기 터치 제어 회로(310)는 도 1에 도시된 타이밍 컨트롤러(10)의 적어도 일부 기능을 포함하도록 구성되거나, 상기 타이밍 컨트롤러(10)와 대체될 수 있다.
일 실시예에 따라, 전력 관리 회로(320)는 상기 터치 제어 회로(310)로부터 동기 신호(예컨대, 터치 동기 신호)를 수신하고, 상기 수신된 동기 신호에 기반하여 디스플레이 구동 신호(display VCOM)를 출력할 수 있다. 예컨대, 상기 디스플레이 구동 신호는 -1V의 전압을 가질 수 있다.
일 실시예에 따라, 터치 구동 회로(330)는 터치 구동 신호 발생기(touch driving signal generator)(331), 제1 멀티플렉서(332)를 포함할 수 있다. 상기 터치 구동 회로(330)는 상기 터치 제어 회로(310)로부터 동기 신호를 수신하고, 수신된 동기 신호에 기반하여, 터치 구동 신호(touch VCOM)를 생성할 수 있다. 예컨대, 터치 구동 신호 발생기(331)는 상기 터치 제어 회로(310)로부터 수신된 동기 신호(예컨대, 터치 동기 신호)에 기반하여 터치 구동 신호를 발생시킬 수 있다. 일 실시예에 따라, 상기 터치 구동 신호는 1V~4V의 전압 범위를 갖는 펄스 형태로 구성될 수 있다. 상기 터치 구동 회로(330)의 제1 멀티플렉서(332)는 상기 터치 구동 신호 발생기(331)로부터 출력된 터치 구동 신호와 상기 전력 관리 회로(320)로부터 출력된 디스플레이 구동 신호를 입력받아, 선택적으로 출력시킬 수 있다. 예컨대, 상기 제1 멀티플렉서(332)는 상기 터치 제어 회로(310)로부터 제공된 동기 신호에 기반하여, 상기 입력된 디스플레이 구동 신호와 터치 구동 신호 중 어느 하나를 선택적으로 출력시킬 수 있다. 예컨대, 상기 패널(350)에 이미지를 디스플레이하는 디스플레이 동작 구간 동안 상기 제1 멀티플렉서(332)는 디스플레이 구동 신호를 출력할 수 있으며, 상기 패널(350)로부터 터치를 센싱하는 터치 센싱 동작 구간 동안 상기 제1 멀티플렉서(332)는 터치 구동 신호를 출력할 수 있다. 상기 터치 구동 회로(330)의 제1 멀티플렉서(332)로부터 출력되는 디스플레이 구동 신호 또는 터치 구동 신호는 구동 신호 출력 회로(340)로 전달될 수 있다. 상기 터치 구동 회로(330)는 도 1에 도시된 터치 구동 회로(16)의 적어도 일부 기능을 포함하도록 구성되거나, 상기 터치 구동 회로(16)와 대체될 수 있다.
일 실시예에 따라, 구동 신호 출력 회로(340)는 터치 AFE(analog front end)(341), HV(high voltage) 레벨 시프터(342), 제2 멀티플렉서(343)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 상기 구동 신호 출력 회로(340)의 HV 레벨 시프터(342)는 터치 제어 회로(310)로부터 동기 신호를 수신하고, 상기 수신된 동기 신호에 기반하여 상기 제2 멀티플렉서(343)로 VDD 신호를 공급할 수 있다. 예컨대, 상기 제2 멀티플렉서(343)로 입력되는 신호는 제1 전압 범위의 디스플레이 구동 신호와 제2 전압 범위의 터치 구동 신호를 포함하므로, 상기 HV 레벨 시프터(342)는 상기 제2 멀티플렉서(343)로 HV 레벨의 신호(HVDD)(예: 17V)를 공급할 수 있다.
상기 구동 신호 출력 회로(340)의 제2 멀티플렉서(343)는 상기 HV 레벨 시프터(342)로부터 공급된 HV 레벨의 신호(HVDD)에 기반하여 제1 전압 범위의 디스플레이 구동 신호 또는 제2 전압 범위의 터치 구동 신호를 선택적으로 출력시킬 수 있다. 또한, 상기 제2 멀티플렉서(343)는 채널 멀티플렉서를 포함할 수 있으며, 상기 패널(350)의 각 픽셀에 대응하는 채널별로 선택적으로 구동 신호를 출력할 수 있다. 후술하는 실시예들의 설명에서 상기 제2 멀티플렉서(343)가 각 채널별로 선택적으로 구동 신호를 출력하는 기능은 생략하기로 한다. 예컨대, 상기 제2 멀티플렉서(343)는 상기 패널(350)에 이미지를 디스플레이하는 디스플레이 동작 구간 동안 상기 패널(350)로 디스플레이 구동 신호를 출력할 수 있으며, 상기 패널(350)로부터 터치를 센싱하는 터치 센싱 동작 구간 동안 상기 제2 멀티플렉서(343)는 상기 패널(350)로 터치 구동 신호를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 상기 터치 센싱 동작 구간 동안, 상기 제2 멀티플렉서(343)는 패널(350)로부터 센싱된 신호를 입력받아 터치 AFE(341)로 공급할 수 있다. 상기 터치 AFE(341)는 상기 패널(350)로부터 센싱된 신호에 기반하여 터치 여부를 판단할 수 있다. 상기 터치 AFE(341)를 통한 터치 여부 판단 방법은 공지된 기술을 이용할 수 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
일 실시예에 따라, 상기 제2 멀티플렉서(343)에서는 제1 전압 범위(예컨대, -1V)의 디스플레이 구동 신호와 제2 전압 범위(예컨대, 1V~4V)의 터치 구동 신호를 하나의 단자를 통해 함께 수신하므로 상기 제1 전압 범위 및 제2 전압 범위를 모두 포함하는 전압 범위(예컨대, HV(high voltage))에서 동작 가능한 소자로 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 제2 멀티플렉서(343)는 HV 소자를 포함하여 구성함으로써 비용 및 면적이 증가할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 구동 신호 출력 회로(340)의 상세 구성도이다. 도 5를 참조하면, 구동 신호 출력 회로(340)는 HV 레벨 시프터(342) 및 제2 멀티플렉서(343)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이 상기 HV 레벨 시프터(342)는 HVDD(예: 17V)를 출력하여야 하므로 HV 소자를 포함하여 구성할 수 있다. 상기 제2 멀티플렉서(343)는 제1 전압 범위(예컨대, -1V)의 디스플레이 구동 신호와 제2 전압 범위(예컨대, 1V~4V)의 터치 구동 신호를 동시에 처리할 수 있도록 HV 소자를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 제2 멀티플렉서(343)는 터치 구동 신호를 출력시키기 위한 제1 스위치(SW1)와 디스플레이 구동 신호를 출력시키기 위한 제2 스위치(SW2)를 포함할 수 있다. 상기 제1 스위치는 P 타입 트랜지스터(예컨대, P 타입 MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) 및 상기 P 타입 트랜지스터와 병렬 연결된 N 타입 트랜지스터(예컨대, N 타입 MOSFET)를 포함할 수 있다. 상기 제2 스위치는 P 타입 트랜지스터 및 상기 P 타입 트랜지스터와 병렬 연결된 N 타입 트랜지스터를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 제1 스위치 또는 제2 스위치를 구성하는 P 타입 트랜지스터 또는 N 타입 트랜지스터는 HV 소자로 구성될 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 장치의 상세 구성도이다. 도 4를 참조하면, 터치 디스플레이 장치는 터치 제어 회로(310)(touch MCU(micro control unit)), 전력 관리 회로(320)(power management IC; PMIC), 터치 구동 회로(430))(touch modulation IC; TMIC), 구동 신호 출력 회로(440)(예: SRIC(source driver and touch readout IC)), 패널(350)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 터치 제어 회로(310)는 상기 전력 관리 회로(320), 터치 구동 회로(430), 구동 신호 출력 회로(440)로 동기 신호(sync. signal)를 제공할 수 있다. 상기 동기 신호는 디스플레이 구간 또는 터치 센싱 구간을 구분하기 위한 동기 신호를 포함할 수 있으며, 상기 동기 신호는 디스플레이 동기 신호(display sync signal) 또는 터치 동기 신호(touch sync signal)로 지칭될 수 있다. 상기 터치 제어 회로(310)는 도 1에 도시된 타이밍 컨트롤러(10)의 적어도 일부 기능을 포함하도록 구성되거나, 상기 타이밍 컨트롤러(10)와 대체될 수 있다.
일 실시예에 따라, 전력 관리 회로(320)는 상기 터치 제어 회로(310)로부터 동기 신호(예컨대, 터치 동기 신호)를 수신하고, 상기 수신된 동기 신호에 기반하여 디스플레이 구동 신호(display VCOM)를 출력할 수 있다. 예컨대, 상기 디스플레이 구동 신호는 -1V의 전압을 가질 수 있다.
일 실시예에 따라, 터치 구동 회로(430)는 터치 구동 신호 발생기(touch driving signal generator)(431)를 포함할 수 있다. 상기 터치 구동 회로(430)는 상기 터치 제어 회로(310)로부터 동기 신호를 수신하고, 수신된 동기 신호에 기반하여, 터치 구동 신호(touch VCOM)를 생성할 수 있다. 예컨대, 터치 구동 신호 발생기(431)는 상기 터치 제어 회로(310)로부터 수신된 동기 신호(예컨대, 터치 동기 신호)에 기반하여 터치 구동 신호를 발생시킬 수 있다. 일 실시예에 따라, 상기 터치 구동 신호는 1V~4V의 전압 범위를 갖는 펄스 형태로 구성될 수 있다. 상기 터치 구동 회로(430)의 터치 구동 신호 발생기(431)에서 출력된 터치 구동 신호는 구동 신호 출력 회로(440)로 전달될 수 있다. 상기 터치 구동 회로(430)는 도 1에 도시된 터치 구동 회로(16)의 적어도 일부 기능을 포함하도록 구성되거나, 상기 터치 구동 회로(16)와 대체될 수 있다.
일 실시예에 따라, 구동 신호 출력 회로(340)는 터치 AFE(analog front end)(441), MV(medium voltage) 레벨 시프터(442), 멀티플렉서(443)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 상기 구동 신호 출력 회로(440)의 MV 레벨 시프터(442)는 터치 제어 회로(310)로부터 동기 신호를 수신하고, 상기 수신된 동기 신호에 기반하여 상기 멀티플렉서(443)로 VDD 신호를 공급할 수 있다. 예컨대, 상기 멀티플렉서(443)로 입력되는 신호는 제1 전압 범위의 디스플레이 구동 신호와 제2 전압 범위의 터치 구동 신호를 포함하며, 상기 MV 레벨 시프터(442)는 상기 멀티플렉서(443)로 MV 레벨의 신호((PVDD(예: 6V) 또는 NVDD(예: -6V))를 공급할 수 있다.
상기 구동 신호 출력 회로(340)는 제1 단자를 통해 전력 관리 회로(320)로부터 출력된 제1 전압 범위(예: -1V)를 갖는 디스플레이 구동 신호를 수신하고, 상기 제1 단자와 구분된 제2 단자를 통해 상기 터치 구동 회로(430)로부터 출력된 제2 전압 범위(예: 1V~4V)를 갖는 터치 구동 신호를 수신할 수 있다. 상기 제1 단자를 통해 수신된 디스플레이 구동 신호와 상기 제2 단자를 통해 수신된 터치 구동 신호는 각각 멀티플렉서(443)로 입력될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 멀티플렉서(443)는 상기 MV 레벨 시프터(442)로부터 공급된 MV 레벨의 신호(PVDD, NVDD)에 기반하여 제1 전압 범위의 디스플레이 구동 신호 또는 제2 전압 범위의 터치 구동 신호를 선택적으로 출력시킬 수 있다. 또한, 상기 멀티플렉서(443)는 채널 멀티플렉서를 포함할 수 있으며, 상기 패널(350)의 각 픽셀에 대응하는 채널별로 선택적으로 구동 신호를 출력할 수 있다. 후술하는 실시예들의 설명에서 상기 멀티플렉서(443)가 각 채널별로 선택적으로 구동 신호를 출력하는 기능은 생략하기로 한다. 예컨대, 상기 멀티플렉서(443)는 상기 패널(350)에 이미지를 디스플레이하는 디스플레이 동작 구간 동안 상기 패널(350)로 디스플레이 구동 신호를 출력할 수 있으며, 상기 패널(350)로부터 터치를 센싱하는 터치 센싱 동작 구간 동안 상기 멀티플렉서(443)는 상기 패널(350)로 터치 구동 신호를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 상기 터치 센싱 동작 구간 동안, 상기 멀티플렉서(443)는 패널(350)로부터 센싱된 신호를 입력받아 터치 AFE(441)로 공급할 수 있다. 상기 터치 AFE(441)는 상기 패널(350)로부터 센싱된 신호에 기반하여 터치 여부를 판단할 수 있다. 상기 터치 AFE(441)를 통한 터치 여부 판단 방법은 공지된 기술을 이용할 수 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
일 실시예에 따라, 상기 멀티플렉서(443)에서는 제1 전압 범위(예컨대, -1V)의 디스플레이 구동 신호와 제2 전압 범위(예컨대, 1V~4V)의 터치 구동 신호를 각각 별개의 단자를 통해 수신하고, 상기 MV 레벨 시프터(442)로부터 제공된 MV 레벨의 신호((PVDD(예: 6V) 또는 NVDD(예: -6V))에 기반하여 상기 수신된 디스플레이 구동 신호와 상기 터치 구동 신호를 선택적으로 출력시킬 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 멀티플렉서(443)는 상기 디스플레이 구동 신호 신호와 상기 터치 구동 신호를 각각 처리하기 위한 별개의 회로(예컨대, 디스플레이 구동 신호 출력 회로 및 터치 구동 신호 출력 회로)를 포함할 수 있으며, 상기 각각의 회로는 상기 HV 소자보다 상대적으로 전압 범위가 좁은 MV 소자를 이용하여 구성할 수 있다. 예컨대, 상기 제1 전압 범위의 신호와 상기 제2 전압 범위의 신호를 별개의 회로를 통해 처리하도록 함으로써 MV(medium voltage))에서 동작 가능한 소자들로 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 멀티플렉서(443)는 MV 소자로 구성함으로써 도 3의 터치 디스플레이 장치의 멀티플렉서(343)보다 비용 및 면적을 줄일 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 구동 신호 출력 회로의 상세 구성도이다. 도 6을 참조하면, 구동 신호 출력 회로(440)는 제1 MV 레벨 시프터(442a), 제2 MV 레벨 시프터(443b), 멀티플렉서(443)를 포함할 수 있다. 상기 제1 MV 레벨 시프터(442a)는 논리 신호(예컨대, 1.2V 신호)를 입력받아 PVDD(예컨대, 6V) 신호를 출력시킬 수 있으며, 상기 제2 MV 레벨 시프터(442b)는 논리 신호(예컨대, 1.2V 신호)를 입력받아 NVDD(예컨대, -6V) 신호를 출력시킬 수 있다. 상기 제1 MV 레벨 시프터(442a)와 제2 MV 레벨 시프터(443b)의 상세한 회로(610)의 예시는 도 7a 및 도 7b를 참조하여 설명하기로 한다.
도 7a 및 도 7b는 일 실시예에 따른 레벨 시프터의 상세 구성도이다. 도 7a를 참조하면, 제1 MV 레벨 시프터(610a)는 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3), 제4 스위치(SW4), 제5 스위치(SW5), 제6 스위치(SW6)를 포함할 수 있다. 상기 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제6 스위치(SW6)는 P 타입 트랜지스터(예컨대, P 타입 MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)를 포함할 수 있다. 상기 제3 스위치(SW3), 제4 스위치(SW4), 제5 스위치(SW5)는 N 타입 트랜지스터(예컨대, N 타입 MOSFET)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 스위치(SW1)의 게이트 단자에 PVDD 전압이 인가되고, 상기 제2 스위치(SW2)의 게이트 단자가 접지되면, 상기 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)는 전류가 흐르지 않게 된다. 상기 제4 스위치(SW4)의 게이트 단자와 상기 제5 스위치(SW5)의 게이트 단자가 접지되면, 상기 제4 스위치(SW4)와 제5 스위치(SW5)에는 전류가 흐르게 된다. 상기 동작에 따라 상기 제2 스위치(SW2)와 제4 스위치(SW4) 사이에 연결된 출력단에는 NVDD 전압이 인가될 수 있다.
도 7b를 참조하면, 제2 MV 레벨 시프터(610b)는 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3), 제4 스위치(SW4), 제5 스위치(SW5), 제6 스위치(SW6)를 포함할 수 있다. 상기 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제6 스위치(SW6)는 P 타입 트랜지스터(예컨대, P 타입 MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)를 포함할 수 있다. 상기 제3 스위치(SW3), 제4 스위치(SW4), 제5 스위치(SW5)는 N 타입 트랜지스터(예컨대, N 타입 MOSFET)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 스위치(SW1)의 게이트 단자와 상기 제2 스위치(SW2)의 게이트 단자가 접지되면, 상기 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)에는 전류가 흐르게 된다. 상기 제4 스위치(SW4)의 게이트 단자가 접지되고, 상기 제5 스위치(SW5)의 게이트 단자에 NVDD 전압이 인가되면, 상기 제4 스위치(SW4)와 제5 스위치(SW5)는 전류가 흐르지 않게 된다. 상기 동작에 따라 상기 제2 스위치(SW2)와 제4 스위치(SW4) 사이에 연결된 출력단에는 PVDD 전압이 인가될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 도 7a 및 도 7b의 제1 MV 레벨 시프터(610a) 및 제2 MV 레벨 시프터(610b)는 동일한 회로로 구성하여 PVDD 신호 및 NVDD 신호가 서로 전환되어 출력되도록 구성할 수도 있으며, 각각 별개의 회로로 구성하여 NVDD 신호와 PVDD 신호가 출력되도록 구성할 수도 있다. 상기 MV 레벨 시프터(442)에서 출력되는 PVDD 신호 및 NVDD 신호는 멀티플렉서(443)에 포함된 각 트랜지스터의 게이트를 제어하기 위한 VDD 신호로 공급될 수 있다.
전술한 바와 같이 상기 MV 레벨 시프터(442)는 PVDD(예: 6V) 및 NVDD(예: -6V)를 출력하여야 하므로 MV 소자를 포함하여 구성할 수 있다. 상기 MV 레벨 시프터(443)의 구성에 따라 추가적인 외부 HV 전원 및 내부 승압 회로가 더 포함되지 않을 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 구동 신호 출력 회로의 상세 구성도이다. 도 8을 참조하면, 구동 신호 출력 회로(440)의 멀티플렉서(443)는 제2 전압 범위(예:1V ~4V)를 갖는 터치 구동 신호(touch VCOM)를 수신하는, 제1 스위치(SW1), 상기 제1 스위치와 직렬 연결되고, 상기 제1 스위치로부터 상기 터치 구동 신호를 수신하여 제2 신호를 패널(350)로 출력하는 제2 스위치(SW2) 및 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치 사이에 연결되는 제3 스위치(SW3)를 포함할 수 있다. 상기 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3)는 터치 구동 신호 출력 회로로 지칭될 수 있다. 상기 제3 스위치(SW3)는, 상기 제2 스위치(SW2)를 통해 상기 제2 신호가 출력되지 않는 적어도 일부 시간 구간에서, 상기 제1 스위치(SW1) 또는 상기 제2 스위치(SW2)에 항복 전압(breakdown voltage)을 초과하는 전압이 인가되지 않도록 하기 위해 방전(discharge)시키도록 제어될 수 있다. 상기 터치 구동 신호 출력 회로의 동작은 도 9 및 도 10의 설명에서 후술하기로 한다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 스위치(SW1)는, P 타입 트랜지스터 및 상기 P 타입 트랜지스터와 병렬 연결된 N 타입 트랜지스터를 포함할 수 있다. 상기 제2 스위치(SW2)는, P 타입 트랜지스터 및 상기 P 타입 트랜지스터와 병렬 연결된 N 타입 트랜지스터를 포함할 수 있다. 상기 제3 스위치(SW3)는, N 타입 트랜지스터를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 구동 신호 출력 회로(440)의 멀티플렉서(443)는 제1 전압 범위(예: -1V)를 갖는 디스플레이 구동 신호(display VCOM)를 수신하는, 제4 스위치(SW4), 상기 제4 스위치와 직렬 연결되고, 상기 제4 스위치로부터 상기 디스플레이 구동 신호를 수신하여 제1 신호를 패널(350)로 출력하는 제5 스위치(SW5) 및 상기 제4 스위치와 상기 제5 스위치 사이에 연결되는 제6 스위치(SW6)를 포함할 수 있다. 상기 제4 스위치(SW4), 제5 스위치(SW5), 제6 스위치(SW)는 디스플레이 구동 신호 출력 회로로 지칭될 수 있다. 상기 제6 스위치(SW6)는, 상기 제5 스위치(SW5)를 통해 상기 제1 신호가 출력되지 않는 적어도 일부 시간 구간에서, 상기 제4 스위치(SW4) 또는 상기 제5 스위치(SW5)에 항복 전압(breakdown voltage)을 초과하는 전압이 인가되지 않도록 하기 위해 방전(discharge)시키도록 제어될 수 있다. 상기 디스플레이 구동 신호 출력 회로의 동작은 도 9 및 도 10의 설명에서 후술하기로 한다.
일 실시예에 따라, 상기 제4 스위치(SW4)는, P 타입 트랜지스터 및 상기 P 타입 트랜지스터와 병렬 연결된 N 타입 트랜지스터를 포함할 수 있다. 상기 제5 스위치(SW5)는, P 타입 트랜지스터 및 상기 P 타입 트랜지스터와 병렬 연결된 N 타입 트랜지스터를 포함할 수 있다. 상기 제6 스위치(SW6)는, P 타입 트랜지스터를 포함할 수 있다.
이하, 도 9 및 도 10을 함께 참조하여 구동 신호 출력 회로(440)에 포함된 멀티플렉서(443)의 동작을 상세히 설명하기로 한다.
도 9는 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 장치의 구동 방법을 설명하는 타이밍도이다. 도 9를 참조하면, 터치 디스플레이는 a 시간 구간에서 디스플레이 모드로 동작하고, b, c, d, e, f 시간 구간에서 터치 센싱 모드로 동작할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 멀티플렉서(443)는 a 시간 구간에서 디스플레이 구동 신호(예컨대,-1V)를 출력할 수 있으며, d 시간 구간에서 토글되는 터치 구동 신호(예컨대, 1V ~ 4V)를 출력할 수 있다. 또한, 상기 멀티플렉서(443)는 b, c, e, f 시간 구간에서 접지되어 신호가 출력되지 않도록 할 수 있다. 이하 설명에서는, 설명의 편의상 a 시간 구간을 디스플레이 구간(display period)로 지칭하고, b 시간 구간 및 e 시간 구간을 접지 방전 구간(ground(GND) discharge period)으로 지칭하고, c 시간 구간 및 f 시간 구간을 플로팅 구간(floating period)으로 지칭하고, d 시간 구간을 터치 센싱 구간(touch sensing period)로 지칭할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 멀티플렉서(443)는 상기 a 시간 구간에서 도 10a에 도시된 바와 같이 동작하고, 상기 b 시간 구간에서 도 10b에 도시된 바와 같이 동작하고, 상기 c 시간 구간에서 도 10c에 도시된 바와 같이 동작하고, 상기 d 시간 구간에서 도 10d에 도시된 바와 같이 동작하고, 상기 e 시간 구간에서 도 10e에 도시된 바와 같이 동작하고, 상기 f 시간 구간에서 도 10f에 도시된 바와 같이 동작하도록 제어할 수 있다.
예컨대, 상기 도 8의 멀티플렉서(443)에 포함된 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3)의 게이트 단자에는 하기 <표 1>과 같은 전압이 인가되도록 제어될 수 있다.
모드(mode) 구간 SW1(PMOS/NMOS) SW2(PMOS/NMOS) SW3(PMOS/NMOS) 출력 상태
디스플레이 모드 a PVDD/GND GND/NVDD PVDD Display VCOM
터치 센싱 모드 b PVDD/GND GND/NVDD PVDD GND 방전
c PVDD/GND GND/NVDD PVDD 플로팅
d GND/PVDD GND/PVDD GND Touch VCOM
e PVDD/GND GND/PVDD PVDD GND 방전
f PVDD/GND GND/NVDD PVDD 플로팅
또한, 상기 도 8의 멀티플렉서(443)에 포함된 제4 스위치(SW4), 제5 스위치(SW5), 제6 스위치(SW6)의 게이트 단자에는 하기 <표 2>와 같은 전압이 인가되도록 제어될 수 있다.
모드(mode) 구간 SW4(PMOS/NMOS) SW5(PMOS/NMOS) SW6(PMOS/NMOS) 출력 상태
디스플레이 모드 a NVDD/GND NVDD/GND GND Display VCOM
터치 센싱 모드 b GND/NVDD NVDD/GND NVDD GND 방전
c GND/NVDD PVDD/GND NVDD 플로팅
d GND/NVDD PVDD/GND NVDD Touch VCOM
e GND/NVDD PVDD/GND NVDD GND 방전
f GND/NVDD PVDD/GND NVDD 플로팅
이하, 상기 도 9, <표 1>, <표 2>를 참조하여, 도 10a 내지 도 10f의 각 동작을 설명하기로 한다.도 10a를 참조하면, 멀티플렉서(443)는 a 시간 구간에서 디스플레이 구동 신호를 출력할 수 있다. 예컨대, 상기 a 시간 구간에서, 제1 스위치(SW1)의 P 타입 트랜지스터의 게이트 단자에는 PVDD 전압이 인가되고, N 타입 트랜지스터의 게이트 단자는 접지되고, 제2 스위치(SW2)의 P 타입 트랜지스터의 게이트 단자는 접지되고, N 타입 트랜지스터의 게이트 단자에는 NVDD 전압이 인가됨에 따라, 상기 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)에는 전류가 흐르지 않게 된다. 상기 제3 스위치(SW3)의 게이트 단자에는 PVDD 전압이 인가될 수 있다.
또한, 상기 a 시간 구간에서, 제4 스위치(SW4) 및 제5 스위치(SW5)의 P 타입 트랜지스터의 게이트 단자에는 NVDD 전압이 인가되고, N 타입 트랜지스터의 게이트 단자는 접지되어 상기 제4 스위치(SW4) 및 제5 스위치(SW5)에는 전류가 흐르게 된다. 이에 따라, 상기 멀티플렉서(443)는 디스플레이 구동 신호(예: -1V 전압 신호)를 출력할 수 있다.
도 10b를 참조하면, 멀티플렉서(443)는 b 시간 구간에서 상기 디스플레이 구동 신호에 대한 방전 동작을 수행할 수 있다. 예컨대, 상기 b 시간 구간에서, 제4 스위치(SW4) P 타입 트랜지스터의 게이트 단자는 NVDD 전압에서 접지 상태로 전환되고, N 타입 트랜지스터의 게이트 단자는 접지 상태에서 NVDD 전압이 인가되며, 제6 스위치(SW6)의 게이트 단자에는 NVDD 전압이 인가됨에 따라 상기 제5 스위치(SW5)에서 제6 스위치(SW5)의 접지(GND)를 통해 전류가 흐르게 되어 디스플레이 구동 신호를 방전(discharge)시킬 수 있다.
도 10c를 참조하면, 멀티플렉서(443)는 c 시간 구간에서 플로팅 상태를 유지할 수 있다. 예컨대, 상기 c 시간 구간에서, 제5 스위치(SW5) P 타입 트랜지스터의 게이트 단자에 인가된 전압이 NVDD 전압에서 PVDD 전압으로 전환됨에 따라 상기 제4 스위치(SW4) 및 제5 스위치(SW5)에는 전류가 흐르지 않게 되어 플로팅 상태를 유지하게 된다.
도 10d를 참조하면, 멀티플렉서(443)는 d 시간 구간에서 터치 구동 신호를 출력하고 터치 신호를 센싱할 수 있다. 예컨대, 상기 d 시간 구간에서, 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)의 P 타입 트랜지스터의 게이트 단자는 접지 상태가 되고, N 타입 트랜지스터의 게이트 단자에는 PVDD 전압이 인가됨에 따라, 상기 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)에 전류가 흐르게 된다. 상기 제3 스위치(SW3)의 게이트 단자는 접지 상태가 될 수 있다. 이에 따라, 상기 멀티플렉서(443)는 토글되는 터치 구동 신호(예: 1V~4V 전압 신호)를 출력할 수 있다.
도 10e를 참조하면, 멀티플렉서(443)는 e 시간 구간에서 상기 터치 구동 신호에 대한 방전 동작을 수행할 수 있다. 예컨대, 상기 e 시간 구간에서, 제1 스위치(SW1) P 타입 트랜지스터의 게이트 단자는 접지 상태에서 PVDD 전압이 인가되고, N 타입 트랜지스터의 게이트 단자는 PVDD 전압이 인가되는 상태에서 접지 상태로 전환되며, 제3 스위치(SW3)의 게이트 단자는 접지 상태에서 PVDD 전압이 인가됨에 따라 상기 제2 스위치(SW2)에서 제1 스위치(SW1)의 접지(GND)를 통해 전류가 흐르게 되어 터치 구동 신호를 방전(discharge)시킬 수 있다.
도 10f를 참조하면, 멀티플렉서(443)는 f 시간 구간에서 플로팅 상태를 유지할 수 있다. 예컨대, 상기 f 시간 구간에서, 제2 스위치(SW2) N 타입 트랜지스터의 게이트 단자에 인가된 전압이 PVDD 전압에서 NVDD 전압으로 전환됨에 따라 상기 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)에는 전류가 흐르지 않게 되어 플로팅 상태를 유지하게 된다.
도 11은 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 장치의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 11을 참조하면, 터치 디스플레이는, 전력 관리 회로에서 터치 제어 회로로부터 수신된 동기 신호(예컨대, 디스플레이 동기 신호 또는 터치 동기 신호)에 기반하여 디스플레이 구동 신호를 출력한다.(1110 단계) 상기 디스플레이 구동 신호는 제1 전압 범위(예컨대, -1V)를 가질 수 잇다.
또한, 상기 터치 디스플레이 장치는, 터치 변조 회로에서, 터치 제어 회로로부터 수신된 동기 신호(예컨대, 디스플레이 동기 신호 또는 터치 동기 신호)에 기반하여 터치 구동 신호를 출력한다.(2110 단계) 상기 터치 구동 신호는 제2 전압 범위(예컨대, 1V ~ 4V)를 가질 수 잇다.
상기 터치 디스플레이 장치는, 구동 신호 출력 회로에서, 상기 전력 관리 회로로부터 디스플레이 구동 신호를 수신하고, 상기 터치 변조 회로로부터 터치 구동 신호를 수신한다.(1130 단계)
상기 터치 디스플레이 장치는, 상기 구동 신호 출력 회로에서, 제1 시간 구간에서 디스플레이 구동 신호에 기반한 제1 신호를 출력한다.(1140 단계)
상기 터치 디스플레이 장치는, 상기 구동 신호 출력 회로에서, 제2 시간 구간에서 터치 구동 신호에 기반한 제2 신호를 출력한다.(1150 단계)

Claims (18)

  1. 터치 동기 신호를 생성하는 터치 제어 회로;
    상기 터치 제어 회로로부터 상기 터치 동기 신호를 수신하고, 상기 수신된 터치 동기 신호에 기반하여 제1 전압 범위를 갖는 디스플레이 구동 신호를 출력하는 전력 관리 회로;
    상기 터치 제어 회로로부터 상기 터치 동기 신호를 수신하고, 상기 수신된 터치 동기 신호에 기반하여 제2 전압 범위를 갖는 터치 구동 신호를 출력하는 터치 구동 회로; 및
    상기 전력 관리 회로로부터 상기 제1 전압 범위를 갖는 디스플레이 구동 신호를 수신하고, 상기 터치 구동 회로로부터 상기 제2 전압 범위를 갖는 터치 구동 신호를 수신하고, 제1 시간 구간에서 상기 수신된 디스플레이 구동 신호에 기반한 제1 신호를 출력하고, 상기 제1 시간 구간과 다른 제2 시간 구간에서 상기 수신된 터치 구동 신호에 기반한 제2 신호를 출력하는, 구동 신호 출력 회로;를 포함하는, 터치 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동 신호 출력 회로는,
    상기 터치 제어 회로로부터 상기 터치 동기 신호를 수신하고, 상기 수신된 터치 동기 신호에 기반하여, 상기 제1 신호 또는 상기 제2 신호를 선택적으로 출력하는, 터치 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 구동 신호 출력 회로는,
    제1 단자를 통해 전력 관리 회로로부터 출력된 상기 제1 전압 범위를 갖는 상기 디스플레이 구동 신호를 수신하고,
    제2 단자를 통해 상기 터치 구동 회로로부터 출력된 상기 제2 전압 범위를 갖는 상기 터치 구동 신호를 수신하는, 터치 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 구동 신호 출력 회로는,
    상기 제1 전압 범위에서 동작하며, 상기 제1 전압 범위를 갖는 상기 디스플레이 구동 신호를 수신하고, 상기 터치 동기 신호에 기반하여 상기 제1 신호를 패널로 출력하는 디스플레이 구동 신호 출력 회로; 및
    상기 제2 전압 범위에서 동작하며, 상기 제2 전압 범위를 갖는 상기 터치 구동 신호를 수신하고, 상기 터치 동기 신호에 기반하여 상기 제2 신호를 패널로 출력하는 터치 구동 신호 출력 회로;를 포함하는, 터치 디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 터치 구동 신호 출력 회로는,
    상기 제2 전압 범위를 갖는 상기 터치 구동 신호를 수신하는, 제1 스위치;
    상기 제1 스위치와 직렬 연결되고, 상기 제1 스위치로부터 상기 터치 구동 신호를 수신하여 제2 신호를 상기 패널로 출력하는 제2 스위치; 및
    상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치 사이에 연결되는 제3 스위치를 포함하며,
    상기 제3 스위치는,
    상기 제2 스위치를 통해 상기 제2 신호가 출력되지 않는 적어도 일부 시간 구간에서, 상기 제1 스위치 또는 상기 제2 스위치에 항복 전압(breakdown voltage)을 초과하는 전압이 인가되지 않도록 하기 위해 방전(discharge)시키도록 제어되는, 터치 디스플레이 장치.
  6. 제5항에 있어서
    상기 제2 전압 범위는,
    1V 내지 4V를 포함하는, 터치 디스플레이 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 디스플레이 구동 신호 출력 회로는,
    상기 제1 전압 범위를 갖는 상기 디스플레이 구동 신호를 수신하는, 제4 스위치;
    상기 제4 스위치와 직렬 연결되고, 상기 제4 스위치로부터 상기 디스플레이 구동 신호를 수신하여 제1 신호를 상기 패널로 출력하는 제5 스위치; 및
    상기 제4 스위치와 상기 제5 스위치 사이에 연결되는 제6 스위치를 포함하며,
    상기 제6 스위치는,
    상기 제5 스위치를 통해 상기 제1 신호가 출력되지 않는 적어도 일부 시간 구간에서, 상기 제4 스위치 및 상기 제5 스위치에 항복 전압(breakdown voltage)을 초과하는 전압이 인가되지 않도록 하기 위해 방전(discharge)시키도록 제어되는, 터치 디스플레이 장치.
  8. 제7항에 있어서
    상기 제1 전압 범위는,
    -1V를 포함하는, 터치 디스플레이 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 구동 신호 출력 회로는,
    저전압 신호(low voltage)를 입력받아 상기 제1 전압 범위를 포함하는 전압으로 변환하여 출력하고, 상기 저전압 신호를 입력받아 상기 제2 전압 범위를 포함하는 전압으로 변환하여 출력하는 레벨 시프터;를 더 포함하는, 터치 디스플레이 장치.
  10. 디스플레이 구동 신호 및 터치 구동 신호를 선택적으로 패널로 출력하는 구동 신호 출력 회로에 있어서,
    제1 전압 범위에서 동작하며, 제1 단자를 통해 상기 제1 전압 범위를 갖는 상기 디스플레이 구동 신호를 수신하고, 제1 시간 구간에서 상기 수신된 디스플레이 구동 신호에 기반한 제1 신호를 패널로 출력하는 디스플레이 구동 신호 출력 회로; 및
    제2 전압 범위에서 동작하며, 제2 단자를 통해 상기 제2 전압 범위를 갖는 상기 터치 구동 신호를 수신하고, 상기 제1 시간 구간과 다른 제2 시간 구간에서 상기 수신된 터치 구동 신호에 기반한 제2 신호를 패널로 출력하는 터치 구동 신호 출력 회로;를 포함하는, 구동 신호 출력 회로.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 구동 신호 출력 회로는,
    터치 제어 회로로부터 터치 동기 신호를 수신하고, 상기 수신된 터치 동기 신호에 기반하여, 상기 제1 신호 또는 상기 제2 신호를 선택적으로 출력하는, 구동 신호 출력 회로.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 터치 구동 신호 출력 회로는,
    상기 제2 전압 범위를 갖는 상기 터치 구동 신호를 수신하는, 제1 스위치;
    상기 제1 스위치와 직렬 연결되고, 상기 제1 스위치로부터 상기 터치 구동 신호를 수신하여 제2 신호를 상기 패널로 출력하는 제2 스위치; 및
    상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치 사이에 연결되는 제3 스위치를 포함하며,
    상기 제3 스위치는,
    상기 제2 스위치를 통해 상기 제2 신호가 출력되지 않는 적어도 일부 시간 구간에서, 상기 제1 스위치 또는 상기 제2 스위치에 항복 전압(breakdown voltage)을 초과하는 전압이 인가되지 않도록 하기 위해 방전(discharge)시키도록 제어되는, 구동 신호 출력 회로.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 스위치는,
    P 타입 트랜지스터; 및 상기 P 타입 트랜지스터와 병렬 연결된 N 타입 트랜지스터;를 포함하고,
    상기 제2 스위치는,
    P 타입 트랜지스터; 및 상기 P 타입 트랜지스터와 병렬 연결된 N 타입 트랜지스터;를 포함하는, 구동 신호 출력 회로.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제3 스위치는,
    N 타입 트랜지스터를 포함하는, 구동 신호 출력 회로.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 디스플레이 구동 신호 출력 회로는,
    상기 제1 전압 범위를 갖는 상기 디스플레이 구동 신호를 수신하는, 제4 스위치;
    상기 제4 스위치와 직렬 연결되고, 상기 제4 스위치로부터 상기 디스플레이 구동 신호를 수신하여 제1 신호를 상기 패널로 출력하는 제5 스위치; 및
    상기 제4 스위치와 상기 제5 스위치 사이에 연결되는 제6 스위치를 포함하며,
    상기 제6 스위치는,
    상기 제5 스위치를 통해 상기 제1 신호가 출력되지 않는 적어도 일부 시간 구간에서, 상기 제4 스위치 및 상기 제5 스위치에 항복 전압(breakdown voltage)을 초과하는 전압이 인가되지 않도록 하기 위해 방전(discharge)시키도록 제어되는, 구동 신호 출력 회로.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제4 스위치는,
    P 타입 트랜지스터; 및 상기 P 타입 트랜지스터와 병렬 연결된 N 타입 트랜지스터;를 포함하고,
    상기 제5 스위치는,
    P 타입 트랜지스터; 및 상기 P 타입 트랜지스터와 병렬 연결된 N 타입 트랜지스터;를 포함하는, 구동 신호 출력 회로.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제6 스위치는,
    P 타입 트랜지스터를 포함하는, 구동 신호 출력 회로.
  18. 터치 디스플레이 장치의 구동 신호 출력 방법에 있어서,
    전력 관리 회로로부터 제1 전압 범위를 갖는 디스플레이 구동 신호를 수신하는 단계;
    터치 구동 회로로부터 제2 전압 범위를 갖는 터치 구동 신호를 수신하는 단계;
    제1 시간 구간에서 상기 수신된 디스플레이 구동 신호에 기반한 제1 신호를 패널로 출력하는 단계; 및
    상기 제1 시간 구간과 다른 제2 시간 구간에서 상기 수신된 터치 구동 신호에 기반한 제2 신호를 패널로 출력하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 신호 또는 상기 제2 신호가 출력되지 않는 적어도 일부 시간 구간에서, 항복 전압(breakdown voltage)을 초과하는 전압이 인가되지 않도록 하기 위해 방전(discharge)시키는 단계를 더 포함하는, 터치 디스플레이 장치의 구동 신호 출력 방법.
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