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KR101328387B1 - 터치 위치 검출방법 - Google Patents

터치 위치 검출방법 Download PDF

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KR101328387B1
KR101328387B1 KR1020060080845A KR20060080845A KR101328387B1 KR 101328387 B1 KR101328387 B1 KR 101328387B1 KR 1020060080845 A KR1020060080845 A KR 1020060080845A KR 20060080845 A KR20060080845 A KR 20060080845A KR 101328387 B1 KR101328387 B1 KR 101328387B1
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KR
South Korea
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voltage
sensing
display panel
touch position
noise
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KR1020060080845A
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이주형
어기한
차영옥
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

터치 위치 검출능력을 향상시킬 수 있는 터치 위치 검출방법이 개시된다. 터치 위치 검출방법은 외부의 압력에 의한 액정층의 두께 변화에 대응하는 센싱전압을 센싱하는 단계, 센싱전압과 액정층의 초기 두께에 대응하는 초기전압을 비교하여 변동 전압을 추출하는 단계, 변동 전압을 온도에 따라 가변 되는 비교 전압과 비교하여 표시 패널이 터치되었는지 여부를 판단하는 단계 및 표시 패널이 터치된 경우에 센싱된 센싱전압을 이용해 터치 위치 데이터를 검출하는 단계를 포함한다. 이에 따라, 신호대 잡음비를 일정하게 확보하여 터치 위치 검출능력을 향상시킬 수 있다.
터치 패널, 신호대 잡음비, 옵셋 노이즈, 터치 위치 검출

Description

터치 위치 검출방법{METHOD OF TOUCH POSITION DETECTING}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 표시 패널의 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 센싱 어레이의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치 위치 검출방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 표시 패널 110: 어레이 기판
120: 대향 기판 130: 화소 어레이
140: 센싱 어레이 150: 게이트 구동회로
160: 데이터 구동회로 170: 센싱 제어부
TFT: 박막트랜지스터 CLC: 제1 액정 커패시터
CST: 제2 액정 커패시터 SE: 센싱 전극
VL: 구동전압 배선 SL1: 제1 스위칭 배선
OL: 출력 배선 DA: 표시 영역
PA: 주변 영역 GL1 ~ GLn: 게이트 배선들
DL1 ~ DLm: 데이터 배선들
본 발명은 터치 위치 검출방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터치 위치 검출 능력을 향상시킬 수 있는 터치 위치 검출방법에 관한 것이다.
일반적으로 터치 패널은 표시 장치의 화면상에 나타낸 지시 내용을 사람의 손 또는 물체 등과 같은 오브젝트(Object)를 통해 선택할 수 있도록, 표시 장치의 최 상측에 구비된다. 터치 패널에 손 또는 물체가 접촉된 위치를 파악하고, 표시 장치는 접촉된 위치에서 지시하는 내용을 입력신호로 받아들여 입력신호에 따라서 구동된다. 터치 패널은 제1 기판, 상기 제1 기판으로부터 소정의 간격만큼 이격된 제2 기판, 제1 기판 및 제2 기판이 서로 마주보는 면에 각각 형성되는 제1 투명 전극 및 제2 투명 전극으로 이루어진다.
터치 패널을 갖는 표시 장치는 키보드 및 마우스와 같이 표시 장치에 연결되어 동작하는 별도의 입력 장치를 필요로 하지 않기 때문에 사용이 증대되고 있는 추세이다.
터치 패널은 표시 패널과 별도로 이루어져 표시 패널의 상부에 구비되어 표시 장치의 전체적인 두께를 증가된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 최근에는 외부에서 가해지는 자극에 반응하여 위치 정보를 출력하는 터치 패널 일체형의 표시 패널이 개발된바 있다.
그러나, 터치 패널 일체형의 표시 패널은 노이즈에 의한 신호대 잡음비의 감 소로 인해서 동작의 안정성이 저하되고, 수율이 감소하는 문제점이 있다.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 표시 패널의 노이즈에 연동한 터치 위치 검출능력을 향상시키기 위한 터치 위치 검출방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 실시예에 따른 터치 위치 검출방법은 외부의 압력에 의한 액정층의 두께 변화에 대응하는 센싱전압을 센싱하는 단계, 상기 센싱전압과 상기 액정층의 초기 두께에 대응하는 초기전압을 비교하여 변동 전압을 추출하는 단계, 상기 변동 전압을 온도에 따라 가변 되는 비교 전압과 비교하여 표시 패널이 터치되었는지 여부를 판단하는 단계 및 상기 표시 패널이 터치된 경우에 센싱된 상기 센싱전압을 이용해 터치 위치 데이터를 검출하는 단계를 포함한다.
이러한 표시 장치의 구동방법에 의하면, 표시 패널이 터치되었는지를 판단하는 비교 전압을 온도에 따라 가변 함으로써, 온도 환경이 바뀌어도 비슷한 신호대 잡음비를 확보하여 터치 위치 검출능력을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치의 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 표시 패널의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치는 어레이 기판(110) 및 대향 기판(120, 예컨대 컬러필터 기판)과, 어레이 기판(110)과 대향 기판(120) 사이에 개재된 액정층(250)으로 이루어진 표시 패널(100)을 포함한다.
어레이 기판(110)은 영상을 표시하는 표시 영역(DA)과 표시 영역(DA)을 둘러싸는 주변 영역(PA)으로 구분되며, 표시 영역(DA)에는 화소 어레이(130) 및 센싱 어레이(140)를 구비한다.
화소 어레이(130)는 표시 영역(DA)에 대응하여 매트릭스 형태로 형성된다. 화소 어레이(130)는 다수의 게이트 배선들(GL1 ~ GLn), 다수의 데이터 배선들(DL1 ~ DLm), 다수의 박막트랜지스터(TFT) 및 다수의 화소 전극(PE)을 포함한다.
다수의 게이트 배선(GL1 ~ GLn)은 일방향으로 연장되고, 다수의 데이터 배선들(DL1 ~ DLm)은 다수의 게이트 배선들(GL1 ~ GLn)과 교차하는 방향으로 연장되어 다수의 게이트 배선들(GL1 ~ GLn)과 절연되게 교차한다. 다수의 게이트 배선들(GL1 ~ GLn) 및 다수의 데이터 배선들(DL1 ~ DLm)에 의해 매트릭스 형태의 화소부가 정의된다. 각 화소부에는 게이트 배선 및 데이터 배선이 전기적으로 연결되어 박막트랜지스터(TFT)가 형성된다. 다수의 화소 전극(PE) 각각은 투과 전극(TE) 및 반사 전극(RE)을 포함하고, 각 화소부마다 형성된다.
센싱 어레이(140)는 센싱 전극(SE) 및 제1 스위칭 소자(ST1)를 포함한다. 센싱 전극(SW)은 표시 영역(DA)에 대응하여 다수의 데이터 배선들(DL1 ~ DLm)과 나란하게 연장된다.
일 예로, 센싱 전극(SE)은 다수의 화소 전극(PE)과 함께 유기 절연막(112)상 에 형성되며, 투과 전극(TE)과 동시에 패터닝된 센싱 투과 전극(TEs) 및 센싱 투과 전극(TEs) 상에 구비되어 반사 전극(RE)과 동시에 패터닝된 센싱 반사 전극(REs)으로 이루어진다.
제1 스위칭 소자(ST1)는 어레이 기판(110)의 주변 영역(PA)에 대응하여 형성된다. 즉, 제1 스위칭 소자(ST1)는 다수의 데이터 배선들(DL1 ~ DLm)의 일단부와 인접하는 어레이 기판(110)의 주변 영역(PA)에 형성된다.
이러한 센싱 어레이(140)는 주변 영역(PA)에 구비된 구동전압 배선(VL), 제1 스위칭 배선(SL1) 및 출력 배선(OL)을 더 포함한다. 제1 스위칭 소자(ST1)의 게이트 전극은 제1 스위칭 배선(SL1)에 연결되고, 드레인 전극은 구동전압 배선(VL)에 연결되며, 소스 전극은 센싱 전극(SE)의 일단부에 연결된다. 센싱 전극(SE)의 타단부에는 출력 배선(OL)이 연결된다.
대향 기판(120)에는 컬러 패턴들(122) 및 공통 전극(124)이 형성되어 어레이 기판(110)과 마주하며, 일 예로 컬러 패턴들(122)은 적색, 녹색, 청색 컬러 패턴을 포함한다. 즉, 대향 기판(120)에는 고유한 컬러를 표시하기 위한 컬러 패턴들(122) 및 투명도전성 물질로 이루어진 공통 전극(124)이 형성된다.
여기서, 공통 전극(124)과 액정층(250)을 사이에 두고 마주보는 화소 전극(PE) 및 센싱 전극(SE)에 의해 제1 액정 커패시터(CLC), 제2 액정 커패시터(CST) 및 센싱 커패시터(CS)가 정의된다. 즉, 액정층(250)을 사이에 두고 마주보는 공통 전극(124)과 투과 전극(TE)에 의해서 제1 액정 커패시터(CLC)가 정의되고, 액정층(250)을 사이에 두고 마주보는 공통 전극(124)과 반사 전극(RE)에 의해 제2 액정 커패시터(CST)가 정의된다. 센싱 커패시터(CS)는 액정층(250)을 사이에 두고 마주보는 공통 전극(124) 및 센싱 전극(SE)에 의해 정의된다.
한편, 표시 장치는 화소 어레이(130)를 구동하기 위한 구동 회로부와 센싱 어레이(140)를 제어하기 위한 센싱 제어부(170)를 포함하며, 구동 회로부는 게이트 구동회로(150) 및 데이터 구동회로(160)를 포함한다.
게이트 구동회로(150)는 다수의 게이트 배선들(GL1 ~ GLn)의 일단부에 전기적으로 연결되어, 다수의 게이트 배선들(GL1 ~ GLn)에 게이트 신호를 순차적으로 제공한다. 게이트 구동회로(150)는 박막 공정을 통해 화소 어레이(130)를 형성할 때 어레이 기판(110) 상에 함께 형성된다.
데이터 구동회로(160)는 다수의 데이터 배선들(DL1 ~ DLm)의 일단부에 전기적으로 연결되어 다수의 데이터 배선들(DL1 ~ DLm)에 데이터 신호를 제공한다. 데이터 구동회로(160)는 칩(chip)에 내장되고, 데이터 구동회로(160)가 내장된 칩은 어레이 기판(110)의 주변 영역(PA)에 실장 된다.
센싱 제어부(170)는 센싱 어레이(140)에 구동전압과 제1 스위칭 신호를 제공하고, 센싱 어레이(140)에서 출력되는 전압을 입력받아 표시 패널(100)이 터치되었는지의 여부를 판단하여 터치 위치 데이터를 생성 및 출력한다. 즉, 구동전압(VDD)을 구동전압 배선(VL)에 제공하고, 제1 스위칭 신호(S1)를 제1 스위칭 소자(ST1)에 제공하여 센싱 어레이(140)를 구동한다. 센싱 제어부(170)는 데이터 구동회로(160)와 함께 칩에 내장될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 센싱 어레이의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 센싱 어레이(140)는 사용자가 표시 패널(100)을 터치하기 전(초기화 시간)에는 초기전압을 출력하는 반면에, 표시 패널(100)을 터치할 때(센싱 시간)에는 초기전압보다 낮은 레벨의 센싱전압을 출력한다. 센싱 어레이(140)에서 출력된 센싱전압은 오피 엠프(172)를 통해 기준전압(Vref)만큼 증폭되어 처리된다.
구체적으로, 사용자가 표시 패널(100)을 터치하기 전 제1 스위칭 소자(ST1)는 제1 스위칭 신호(S1)와 구동전압(VDD)에 응답하여 턴-온(turn-on) 된다. 또한 공통 전극(124)에 공통 전압(Vcom)이 제공되면, 제1 노드(N1, 예컨대 센싱 전극)의 전위는 센싱 커패시터(CS)에 의해서 초기전압으로 점차적으로 상승한다. 여기서, 스위칭 신호(S1)와 공통 전압(Vcom) 중 어느 하나가 교류전압이거나, 구동전압(VDD)과 공통 전압(Vcom)중 어느 하나가 교류전압일 수 있다.
사용자가 표시 패널(100)을 터치하면, 액정층(250)의 두께가 변화되어 제1 노드(N1)의 전위가 변화된다. 즉, 액정층(250)의 두께가 눌림에 의해서 작아지므로, 제1 노드(N1)의 전위는 초기전압보다 낮은 전압레벨을 갖는 전압으로 변화된다.
센싱 어레이(140)에서 출력되는 센싱전압을 증폭하는 오피 엠프(172)는 일반적으로 센싱 제어부(170)에 포함되어 형성된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치 위치 검출방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 터치 위치 검출방법에 대하여 설명한다.
먼저, 제1 스위칭 신호(S1)와 구동전압(VDD)에 기초하여 센싱 어레이(170)에서 측정된 원시 센싱전압이 출력 배선(OL)을 통해 센싱 제어부(170)로 입력된다(S400). 센싱 제어부(170)로 입력되는 원시 센싱전압은 아날로그 형태의 신호이다. 센싱 제어부(170)로 입력된 원시 센싱전압은 오피 엠프(172)를 통해 기준전압(Vref) 만큼 증폭된다(S410).
다음으로 기준전압(Vref) 만큼 증폭된 원시 센싱전압을 샘플링하여 디지털 형태의 센싱전압으로 변환한다(S420). 즉, 원시 센싱전압을 샘플링하고, 샘플링된 원시 센싱전압을 아날로그-디지털 컨버터를 통해 디지털 형태의 센싱전압으로 변환한다.
디지털 형태로 변환된 센싱전압에는 노이즈(noise) 신호가 포함되어 있으므로, 이를 제거하기 위하여 제1 노이즈 필터링 단계를 수행한다(S430). 제1 노이즈 필터링 단계에서는 비트 에러나 갑작스레 크게 나타나는 노이즈 등을 스무싱(smoothing) 처리함으로써, 신호대 잡음비를 향상시킨다.
다음, 제1 노이즈 필터링 단계를 거친 센싱전압을 기초전압과 비교하여 원시 변동 전압을 추출한다(S440). 즉, 센싱 어레이(170)에 제1 스위칭 신호(S1)와 구동전압(VDD)을 제공하여 사용자가 표시 패널(100)을 터치하지 않은 상태의 기초전압과 센싱전압을 비교하여, 시간의 변동에 따라 센서 전극(SE)의 신호 변동폭을 추출함으로써, 센싱 전극(SE)의 전위 변동분을 추출한다.
추출된 원시 변동 전압은 제2 노이즈 필터링 단계를 수행하여 옵셋 노이즈를 제거해줌으로써, 신호대 잡음비가 개선된 변동 전압을 구한다(S450).
제2 노이즈 필터링 단계를 거친 변동 전압을 온도에 따라 가변 되는 비교 전압(Vth)과 비교하여, 사용자에 의해서 표시 패널(100)이 터치되었는지의 여부를 판단한다(S460). 즉, 변동 전압이 비교 전압(Vth)보다 전위 레벨이 낮으면, 사용자에 의해서 표시 패널(100)이 터치되지 않은 것으로 판단하여 상기한 동작들을 반복한다. 반면에, 변동 전압이 비교 전압(Vth)보다 전위 레벨이 높으면, 사용자에 의해서 표시 패널(100)이 터치된 것으로 판단한다. 표시 패널(100)이 터치된 것으로 판단된 경우에 센싱된 센싱전압을 이용하여 터치 위치 데이터를 검출한다(S470).
여기서, 변동 전압과 비교하여 표시 패널(100)이 터치되었는지의 여부를 판단하는 기준이 되는 비교 전압(Vth)은 기본 노이즈와 가변 노이즈로 이루어지며, 아래의 수식 1로 정의할 수 있다.
Figure 112006060801397-pat00001
수식 1에서, d는 표시 패널(100)이 가지는 기본적인 노이즈 값이고, x는 기준 온도에서의 노이즈 값이며, c는 온도에 따른 가변율로, 온도에 따라서 가변 되는 노이즈의 정도를 의미한다(c≠0, c 및 d는 고정값).
즉, 비교 전압(Vth)은 표시 패널(100)의 특성으로 인해 갖는 고정적인 기본 노이즈와, 온도에 따라서 가변(증가 또는 감소)되는 노이즈의 합으로 정의할 수 있다. 여기서, 가변 노이즈의 가변정도를 결정하는 온도는 바람직하게는 표시 패널(100)의 온도이다.
일 예로, 고온일 경우에 신호(예컨대 변동전압)와 노이즈가 함께 증가하고, 저온일 경우에 신호와 노이즈가 함께 감소하므로, 비교 전압(Vth)의 값은 고온일 경우의 노이즈보다 전위 레벨이 높고, 저온일 경우의 신호보다 전위 레벨이 낮도록 가변 되어야 한다. 가변 노이즈는 온도에 비례하여 가변 된다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 표시 패널(100)의 터치 위치 검출방법은 표시 패널(100)이 터치되었는지를 판단하는 기준이 되는 비교 전압(Vth) 값이 온도에 따라서 가변 됨으로써, 넓은 온도 범위에서 안정적인 동작을 확보하고, 수율을 증가시킬 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 표시 패널이 터치되었는지를 판단하는 비교 전압 값을 온도에 따라서 가변 함으로써, 온도 환경이 변하더라도 비슷한 신호대 잡음비를 확보하여 동작을 안정성을 유지한다. 또한, 공정 변동으로 표시 패널에 편차가 발생되어도 이를 보상하여 비슷한 신호대 잡음비를 유지하여 동작의 안정성을 확보하고, 수율을 증가시켜 터치 위치 검출능력을 향상시킬 수 있다.
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 어레이 기판 및 대향 기판과, 상기 두 기판 사이에 개재된 액정층으로 이루어지며, 상기 액정층의 두께에 따른 전압을 센싱하는 센싱 어레이를 구비한 표시 패널의 터치 위치 검출방법에 있어서,
    외부의 압력에 의한 상기 액정층의 두께 변화에 대응하는 센싱전압을 센싱하는 단계;
    상기 센싱전압과 상기 액정층의 초기 두께에 대응하는 초기전압을 비교하여, 변동 전압을 추출하는 단계;
    상기 변동 전압을 온도에 따라 가변 되는 비교 전압과 비교하여 상기 표시 패널이 터치되었는지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 표시 패널이 터치된 경우에 센싱된 상기 센싱전압을 이용해 터치 위치 데이터를 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 비교 전압은 상기 표시 패널이 가지는 기본 노이즈와, 상기 온도에 따른 가변 노이즈의 합으로 정의되는 것을 특징으로 하는 터치 위치 검출방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 온도는 상기 표시 패널의 온도인 것을 특징으로 하는 터치 위치 검출방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 센싱전압을 센싱하는 단계는
    상기 액정층의 두께에 따른 아날로그 형태의 원시 센싱전압을 측정하는 단계;
    상기 원시 센싱전압을 기준전압 만큼 증폭하는 단계; 및
    증폭된 상기 원시 센싱전압을 샘플링하여, 디지털 형태의 센싱전압으로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 위치 검출방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 변동 전압을 구하는 단계는
    상기 센싱전압을 제1 노이즈 필터링하여 신호대 잡음비를 증가시키는 단계;
    상기 제1 노이즈 필터링을 거친 센싱전압을 상기 초기전압과 비교하여 원시 변동 전압을 출력하는 단계; 및
    상기 원시 변동 전압을 제2 노이즈 필터링하여 옵셋 노이즈 성분을 제거한 상기 변동 전압을 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 위치 검출방법.
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