KR102135908B1

KR102135908B1 - 터치 센싱 장치 및 그 구동 방법

Info

Publication number: KR102135908B1
Application number: KR1020130073705A
Authority: KR
Inventors: 이병관; 신명호; 임동균; 김영규
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2020-07-21
Also published as: CN104252275B; CN104252275A; DE102014108895A1; US9201554B2; US20150002458A1; KR20150002918A; DE102014108895B4

Abstract

본 발명은 최외곽 리드아웃 채널의 노이즈를 감소시키면서도 베젤 영역의 폭을 감소시킬 수 있는 터치 센싱 장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로, 일 실시예에 따른 터치 센싱 장치는 베젤 영역 중 그라운드 라우팅 라인의 제1 라인부가 배치되는 제1 베젤 영역에서, 그라운드 라우팅 라인의 제1 라인부와, 센싱 영역의 다수의 리드아웃 채널 중 제1 최외곽 리드아웃 채널 사이에, 그라운드 라우팅 라인의 제1 라인부 및 제1 최외곽 리드아웃 채널을 따라 제2 방향으로 배치되고, 제1 최외곽 리드아웃 채널과 동일 위상을 갖는 제1 신호가 공급되는 제1 더미 라우팅 라인과; 베젤 영역 중 제1 베젤 영역과 센싱 영역을 사이에 두고 마주하며 그라운드 라우팅 라인의 제2 라인부가 배치되는 제2 베젤 영역에서, 그라운드 라우팅 라인의 제2 라인부와, 센싱 영역의 다수의 리드아웃 채널 중 제2 최외곽 리드아웃 채널 사이에, 그라운드 라우팅 라인의 제2 라인부 및 제2 최외곽 리드아웃 채널을 따라 제2 방향으로 배치되고, 제1 베젤 영역의 제1 더미 라우팅 라인과 센싱 영역을 사이에 두고 나란하며, 제2 최외곽 리드아웃 채널과 동일 위상을 갖고, 제1 신호와 독립적인 제2 신호가 공급되는 제2 더미 라우팅 라인을 포함한다.

Description

터치 센싱 장치 및 그 구동 방법{TOUCH SENSING APPARATUS AND METHOD FOR DRIVING THE SAME}

본원 발명은 터치 센싱 장치에 관한 것으로, 특히 최외곽 리드아웃 채널의 노이즈를 감소시키면서도 베젤 영역의 폭을 감소시킬 수 있는 터치 센싱 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.

오늘날 각종 표시 장치의 화면상에서 터치로 정보 입력이 가능한 터치 센서가 컴퓨터 시스템의 정보 입력 장치로 널리 적용되고 있다. 터치 센서는 사용자가 손가락 또는 스타일러스를 통해 화면을 단순히 터치하여 표시 정보를 이동시키거나 선택하므로, 남녀노소 누구나 쉽게 사용할 수 있다.

터치 센싱 장치는 표시 장치 상의 터치 센서에서 발생된 터치 및 터치 위치를 감지하여 터치 정보를 출력하고, 컴퓨터 시스템은 터치 정보를 분석하여 명령을 수행한다. 표시 장치로는 액정 표시 장치, 플라즈마 디스플레이 패널, 유기 발광 다이오드 표시 장치 등과 같은 평판 표시 장치가 주로 이용된다. 터치 센서 기술로는 센싱 원리에 따라 저항막 방식, 커패시티브(Capacitive) 방식, 광학 방식, 적외선 방식, 초음파 방식, 전자기 방식 등이 존재한다.

터치 센서는 패널 형태로 제작되어서 표시 장치의 상부에 부착되는 온-셀 터치 센서(On-cell Touch Sensor)로 구성되거나, 표시 장치의 화소 매트릭스 내에 내장되는 인-셀 터치 센서(In-cell Touch Sensor)로 구성된다. 터치 센서로는 포토 트랜지스터를 이용하여 광세기의 가변에 따라 터치를 인식하는 포토 터치 센서와, 커패시티브 가변에 따라 터치를 인식하는 커패시티브 터치 센서가 주로 이용된다.

일반적으로, 커패시티브 방식의 터치 센싱 장치는 터치 센서와, 터치 센서를 구동함과 아울러 터치 센서로부터 터치에 따라 가변하는 커패시턴스를 센싱하여 터치 좌표를 산출하는 터치 컨트롤러를 구비한다.

종래의 터치 센싱 장치는 외부로부터 유입되는 정전기에 의한 전자기적 간섭(EMI; Electro-Magnetic Interference)을 방지하기 위하여, 터치 센서 외곽의 베젤(Bezel) 영역에 형성되어 그라운드와 접속된 그라운드 라우팅 라인을 추가로 구비하고 있다.

그러나, 터치 센서의 베젤 영역에 형성된 그라운드 라인이 그에 인접한 최외곽 리드아웃 채널과 가까울수록 그라운드 라우팅 라인과 최외곽 리드아웃 채널 사이에 형성되는 기생 커패시턴스가 증가함으로써 외곽쪽에 위치하는 외곽 리드아웃 채널들 사이에 기생 커패시턴스 편차가 증가하게 된다. 이러한 기생 커패시턴스 편차에 비례하여 최외곽 리드아웃 채널의 노이즈 성분이 증가함으로써 최외곽 리드아웃 채널의 센싱력이 저하되는 문제점이 있다.

이를 해결하기 위하여, 그라운드 라우팅 라인과 최외곽 리드아웃 채널 사이의 간격을 증가시키면 기생 커패시턴스 편차와 그로 인한 노이즈 성분을 감소시킬 수 있는 반면에 외곽 베젤 영역의 폭이 증가하는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명이 해결하려는 과제는 최외곽 리드아웃 채널의 노이즈를 감소시키면서도 베젤 영역의 폭을 감소시킬 수 있는 터치 센싱 장치 및 그 구동 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 장치는 터치 센서와, 터치 컨트롤러를 구비하고, 터치 센서는 센싱 영역에서 제1 방향으로 배열된 다수의 제1 센싱 전극들로 구성된 다수의 스캔 채널과; 센싱 영역에서 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배열된 다수의 제2 센싱 전극들로 구성된 다수의 리드아웃 채널과; 센싱 영역을 둘러싸는 베젤 영역에서, 센싱 영역을 둘러싸도록 배치된 그라운드 라우팅 라인과; 베젤 영역 중 그라운드 라우팅 라인의 제1 라인부가 배치되는 제1 베젤 영역에서, 그라운드 라우팅 라인의 제1 라인부와, 센싱 영역의 다수의 리드아웃 채널 중 제1 최외곽 리드아웃 채널 사이에, 그라운드 라우팅 라인의 제1 라인부 및 제1 최외곽 리드아웃 채널을 따라 제2 방향으로 배치되고, 제1 최외곽 리드아웃 채널과 동일 위상을 갖는 제1 신호가 공급되는 제1 더미 라우팅 라인과; 베젤 영역 중 제1 베젤 영역과 센싱 영역을 사이에 두고 마주하며 그라운드 라우팅 라인의 제2 라인부가 배치되는 제2 베젤 영역에서, 그라운드 라우팅 라인의 제2 라인부와, 센싱 영역의 다수의 리드아웃 채널 중 제2 최외곽 리드아웃 채널 사이에, 그라운드 라우팅 라인의 제2 라인부 및 제2 최외곽 리드아웃 채널을 따라 제2 방향으로 배치되고, 제1 베젤 영역의 제1 더미 라우팅 라인과 센싱 영역을 사이에 두고 나란하며, 제2 최외곽 리드아웃 채널과 동일 위상을 갖고, 제1 신호와 독립적인 제2 신호가 공급되는 제2 더미 라우팅 라인을 포함한다.

베젤 영역은 센싱 영역을 사이에 두고 제2 방향으로 마주하며 제1 및 제2 베젤 영역과 연결되는 제3 및 제4 베젤 영역을 더 포함한다. 그라운드 라우팅 라인의 제1 라인부는 제1 베젤 영역으로부터 제3 베젤 영역으로 연장되어 제3 베젤 영역의 패드 영역에 배치된 제1 그라운드 패드와 접속된다. 그라운드 라우팅 라인의 제2 라인부는 제2 베젤 영역으로부터 제3 베젤 영역으로 연장되어 제3 베젤 영역의 패드 영역에 배치된 제2 그라운드 패드와 접속된다. 그라운드 라우팅 라인의 제1 및 제2 라인부는 제4 베젤 영역에 배치된 제3 라인부를 통해 접속된다.

일 실시예에 따른 터치 센싱 장치는 제3 베젤 영역의 패드 영역에서 제1 및 제2 그라운드 패드 사이에 배치된 다수의 리드아웃 패드와; 패드 영역에서 제1 그라운드 패드와 다수의 리드아웃 패드 중 제1 최외곽 리드아웃 패드 사이에 배치된 제1 더미 패드와; 패드 영역에서 제2 그라운드 패드와 다수의 리드아웃 패드 중 제2 최외곽 리드아웃 패드 사이에 배치된 제2 더미 패드와; 다수의 리드아웃 채널로부터 제3 베젤 영역을 경유하여 연장되어 다수의 리드아웃 패드와 채널별로 접속되는 다수의 리드아웃 라우팅 라인을 더 포함하고; 제1 및 제2 더미 라우팅 라인은 제3 베젤 영역을 경유하여 연장되어 제1 및 제2 더미 패드와 각각 접속된다.

터치 컨트롤러는 제1 최외곽 리드아웃 채널로부터 공급받은 제1 리드아웃 신호를 이용하여 제1 리드아웃 신호와 동위상이고 제1 리드아웃 신호보다 진폭이 감소된 제1 신호를 제1 더미 라우팅 라인에 공급하고, 제2 최외곽 리드아웃 채널로부터 공급받은 제2 리드아웃 신호를 이용하여 제2 리드아웃 신호와 동위상이고 제2 리드아웃 신호보다 진폭이 감소된 제2 신호를 제2 더미 라우팅 라인에 공급한다.

터치 컨트롤러는 제1 최외곽 리드아웃 채널로부터 공급받은 제1 리드아웃 신호를 버퍼링하여 제1 더미 라우팅 라인에 상기 제1 신호로 공급하는 제1 버퍼와, 제2 최외곽 리드아웃 채널로부터 공급받은 제2 리드아웃 신호를 버퍼링하여 제2 더미 라우팅 라인에 제2 신호로 공급하는 제2 버퍼를 포함한다.

제1 및 제2 버퍼 각각은 해당 최외곽 리드아웃 채널과 접속된 제1 입력 단자와, 해당 더미 라우팅 라인과 접속된 출력 단자와, 자신의 출력 단자와 접속된 제2 입력 단자를 포함한다.

일 실시예에 따른 터치 센싱 장치의 구동 방법은 센싱 영역에서 제1 방향으로 배열된 다수의 제1 센싱 전극들로 구성된 다수의 스캔 채널 및 센싱 영역에서 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배열된 다수의 제2 센싱 전극들로 구성된 다수의 리드아웃 채널과, 그 센싱 영역을 둘러싸는 베젤 영역에 그 센싱 영역을 둘러싸도록 형성된 그라운드 라우팅 라인을 구비하는 터치 센싱 장치의 구동 방법에 있어서, 베젤 영역 중 그라운드 라우팅 라인의 제1 라인부가 배치되는 제1 베젤 영역에서, 그라운드 라우팅 라인의 제1 라인부와, 센싱 영역의 다수의 리드아웃 채널 중 제1 최외곽 리드아웃 채널 사이에, 그라운드 라우팅 라인의 제1 라인부 및 제1 최외곽 리드아웃 채널을 따라 제2 방향으로 배치된 제1 더미 라우팅 라인에, 제1 최외곽 리드아웃 채널과 동일 위상을 갖는 제1 신호를 공급하고; 베젤 영역 중 제1 베젤 영역과 센싱 영역을 사이에 두고 마주하며 그라운드 라우팅 라인의 제2 라인부가 배치되는 제2 베젤 영역에서, 그라운드 라우팅 라인의 제2 라인부와, 센싱 영역의 다수의 리드아웃 채널 중 제2 최외곽 리드아웃 채널 사이에, 그라운드 라우팅 라인의 제2 라인부 및 제2 최외곽 리드아웃 채널을 따라 제2 방향으로 배치되며, 제1 베젤 영역의 제1 더미 라우팅 라인과 센싱 영역을 사이에 두고 나란한 제2 더미 라우팅 라인에, 제2 최외곽 리드아웃 채널과 동일 위상을 갖고 제1 신호와 독립적인 제2 신호를 공급한다.

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본 발명에 따른 터치 센싱 장치 및 그 구동 방법은 최외곽 리드아웃 채널과 그라운드 라우팅 라인 사이에 최외곽 리드아웃 채널과 접속되어 최외곽 리드아웃 채널과 동일 위상의 신호가 공급되는 더미 라우팅 라인을 추가함으로써 그라운드 라우팅 라인으로 인한 최외곽 리드아웃 채널의 기생 커패시턴스 편차와 그로 인한 노이즈 성분을 효과적으로 감소시킬 수 있다.

이에 따라, 본 발명에 따른 터치 센싱 장치 및 그 구동 방법은 최외곽 리드아웃 채널과 그라운드 라우팅 라인 사이의 간격을 증가시켜서 노이즈를 감소시키는 종래보다 그라운드 라우팅 라인과 최외곽 리드아웃 채널 사이의 간격을 감소시킬 수 있으므로 외곽 베젤 영역의 폭을 감소시켜서 네로우 베젤(narrow bezel)을 실현할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 장치를 포함하는 표시 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 나타낸 최외곽 리드아웃 채널과 바운더리 라우팅 라인에 공급되는 신호 파형을 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 종래와 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 장치에서의 베젤 영역 폭을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 종래와 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 장치에서 센싱된 리드아웃 채널에 대한 로우 데이터를 비교하여 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 장치를 포함하는 표시 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 1에 나타낸 터치 센싱 장치를 갖는 표시 장치는 표시 패널(10)과, 표시 패널(10)을 구동하는 데이터 드라이버(12) 및 게이트 드라이버(14)를 포함하는 패널 구동부(16)와, 패널 구동부(16)를 제어하는 타이밍 컨트롤러(18)와, 표시 패널(10) 상의 터치 센서(20)와, 터치 센서(20)를 구동하는 터치 컨트롤러(30)를 구비한다. 타이밍 컨트롤러(18) 및 터치 컨트롤러(30)는 호스트 컴퓨터(50)와 접속된다.

타이밍 컨트롤러(18) 및 데이터 드라이버(12)는 각각의 IC(Integrated Circuit)로 집적화되거나, 타이밍 컨트롤러(18)가 데이터 드라이버(12) 내에 내장되어 하나의 IC로 집적화될 수 있다. 터치 컨트롤러(30) 및 타이밍 컨트롤러(18)도 각각의 IC로 집적화되거나, 터치 컨트롤러(30)가 타이밍 컨트롤러(18)에 내장되어 하나의 IC로 집적화될 수 있다.

표시 패널(10)은 다수의 화소들이 배열된 화소 매트릭스를 포함한다. 화소 매트릭스는 포인터 또는 커서를 포함하는 그래픽 사용자 인터페이스(Grapic User Interface; GUI) 및 기타 영상을 표시한다. 표시 패널(10)로는 액정 표시 패널(이하, 액정 패널), 플라즈마 디스플레이 패널, 유기 발광 다이오드 표시 패널과 같은 평판 표시 패널이 주로 이용될 수 있다. 이하에서는 액정 패널을 예로 들어 설명하기로 한다.

표시 패널(10)로 액정 패널이 이용되는 경우, 표시 패널(10)은 컬러 필터 어레이가 형성된 컬러 필터 기판과, 박막 트랜지스터 어레이가 형성된 박막 트랜지스터 기판과, 컬러 필터 기판 및 박막 트랜지스터 기판 사이의 액정층과, 컬러 필터 기판 및 박막 트랜지스터 기판의 외측면에 각각 부착된 편광판을 구비한다. 표시 패널(10)은 다수의 화소들이 배열된 화소 매트릭스를 통해 영상을 표시한다. 각 화소는 데이터 신호에 따른 액정 배열의 가변으로 광투과율을 조절하는 적색, 녹색, 청색 서브화소의 조합으로 원하는 색을 구현하고, 휘도 향상을 위하여 백색 서브화소를 추가로 포함하기도 한다. 각 서브화소는 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)과 접속된 박막 트랜지스터(TFT), 박막 트랜지스터(TFT)와 병렬 접속된 액정 커패시터(Clc) 및 스토리지 커패시터(Cst)를 구비한다. 액정 커패시터(Clc)는 박막 트랜지스터(TFT)를 통해 화소 전극에 공급된 데이터 신호와, 공통 전극에 공급된 공통 전압(Vcom)과의 차전압을 충전하고 충전된 전압에 따라 액정을 구동하여 광투과율을 조절한다. 스토리지 커패시터(Cst)는 액정 커패시터(Clc)에 충전된 전압을 안정적으로 유지시킨다. 액정층은 TN(Twisted Nematic) 모드 또는 VA(Vertical Alignment) 모드와 같이 수직 전계에 의해 구동되거나, IPS(In-Plane Switching) 모드 또는 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같이 수평 전계에 의해 구동된다.

데이터 드라이버(12)는 타이밍 컨트롤러(18)로부터의 데이터 제어 신호에 응답하여 타이밍 컨트롤러(18)로부터의 영상 데이터를 표시 패널(10)의 다수의 데이터 라인(DL)에 공급한다. 데이터 드라이버(12)는 타이밍 컨트롤러(18)로부터 입력되는 디지털 데이터를 감마 전압을 이용하여 정극성/부극성 아날로그 데이터 신호로 변환하여 각 게이트 라인(GL)이 구동될 때마다 데이터 신호를 데이터 라인(DL)으로 공급한다. 데이터 드라이버(12)는 적어도 하나의 데이터 IC로 구성되어 TCP, COF, FPC 등과 같은 회로 필름에 실장되어 표시 패널(10)에 TAB(Tape Automatic Bonding) 방식으로 부착되거나, COG(Chip On Glass) 방식으로 표시 패널(10) 상에 실장될 수 있다.

게이트 드라이버(14)는 타이밍 컨트롤러(18)로부터의 게이트 제어 신호에 응답하여 표시 패널(10)의 박막 트랜지스터 어레이에 형성된 다수의 게이트 라인(GL)을 순차 구동한다. 게이트 드라이버(14)는 각 게이트 라인(GL)의 해당 스캔 기간마다 게이트 온 전압의 스캔 펄스를 공급하고, 다른 게이트 라인(GL)이 구동되는 나머지 기간에는 게이트 오프 전압을 공급한다. 게이트 드라이버(14)는 적어도 하나의 게이트 IC로 구성되고 TCP(Tape Carrier Package), COF(Chip On Film), FPC(Flexible Print Circuit) 등과 같은 회로 필름에 실장되어 표시 패널(10)에 TAB(Tape Automatic Bonding) 방식으로 부착되거나, COG(Chip On Glass) 방식으로 표시 패널(10) 상에 실장될 수 있다. 이와 달리, 게이트 드라이버(14)는 GIP(Gate In Panel) 방식으로 표시 패널(10)에 내에 내장되어 화소 어레이와 함께 박막 트랜지스터 기판 상에 형성될 수 있다.

타이밍 컨트롤러(18)는 호스트 컴퓨터(50)로부터 입력된 영상 데이터를 신호 처리하여 데이터 드라이버(12)로 공급한다. 예를 들면, 타이밍 컨트롤러(18)는 액정의 응답 속도를 향상시키기 위하여 인접 프레임간의 데이터 차에 따라 오버슈트(Overshoot) 값 또는 언더슈트(Undershoot) 값을 부가하는 오버 드라이빙 구동으로 데이터를 보정하여 출력할 수 있다. 또한, 타이밍 컨트롤러(18)는 호스트 컴퓨터(50)로부터 입력된 다수의 동기 신호, 즉 수직 동기 신호, 수평 동기 신호, 데이터 이네이블 신호, 도트 클럭 중 적어도 2개를 이용하여 데이터 드라이버(12)의 구동 타이밍을 제어하는 데이터 제어 신호와, 게이트 드라이버(14)의 구동 타이밍을 제어하는 게이트 제어 신호를 생성한다. 타이밍 컨트롤러(18)는 생성된 데이터 제어 신호 및 게이트 제어 신호를 데이터 드라이버(12) 및 게이트 드라이버(14)로 각각 출력한다. 데이터 제어 신호는 데이터 신호의 래치를 제어하는 소스 스타트 펄스 및 소스 샘플링 클럭과, 데이터 신호의 극성을 제어하는 극성 제어 신호와, 데이터 신호의 출력 기간을 제어하는 소스 출력 이네이블 신호 등을 포함한다. 게이트 제어 신호는 게이트 신호의 스캐닝을 제어하는 게이트 스타트 펄스 및 게이트 쉬프트 클럭과, 게이트 신호의 출력 기간을 제어하는 게이트 출력 이네이블 신호 등을 포함한다. 타이밍 컨트롤러(18)는 동기 신호(수직 동기 신호, 수평 동기 신호 등)을 터치 컨트롤러(30)로 공급하여 액정 패널(10)의 구동 타이밍과 터치 센서(20)의 구동 타이밍이 연동하도록 터치 컨트롤러(30)의 구동 타이밍을 제어할 수 있다.

터치 센서(20)는 사용자 터치를 센싱하여 사용자가 표시 패널(10)에 표시된 GUI와 대화할 수 있게 한다. 터치 센서(20)는 인체나 스타일러스와 같은 도전체가 터치하거나 근접해질 때 소량의 전하가 터치점으로 이동하여 발생되는 커패시턴스의 변화를 리드아웃 신호를 통해 나타내는 커패시티브 타입의 터치 센서를 주로 이용한다. 터치 센서(20)는 표시 패널(10) 상에 부착되거나, 표시 패널(10)의 화소 매트릭스 내에 내장될 수 있다.

특히, 터치 센서(20)는 최외곽 리드아웃 채널과 인접하도록 베젤 영역에 형성되고, 최외곽 리드아웃 채널과 동일 위상의 신호가 공급되는 더미 라운팅 라인을 추가로 구비함으로써 최외곽 리드아웃 채널과, 인접한 리드아웃 채널들 사이의 기생 커패시턴스의 편차를 최소화하여 최외곽 리드아웃 채널의 노이즈 성분을 최소화할 수 있다. 또한, 베젤 영역에서 더미 라운팅 라인의 외측에는 외부로부터의 정전기 유입을 방지하기 위한 그라운드 라운팅 라인이 추가로 더 형성된다. 이에 따라, 베젤 영역에서 그라운드 라우팅 라인과 최외곽 리드아웃 채널 사이에 더미 라우팅 라인이 형성됨으로써 그라운드 라우링 라인으로 인한 최외곽 리드아웃 채널의 기생 커패시턴스 편차를 최소화할 수 있다.

터치 컨트롤러(30)는 터치 센서(20)의 스캔 라인에 순차적으로 구동 펄스를 공급하고, 터치 센서(20)의 리드아웃 라인으로부터 출력되는 리드아웃 신호를 이용하여 터치 노드별로(터치 채널별로) 터치 여부를 나타내는 로우 데이터를 취득하고, 그 로우 데이터를 이용하여 터치 영역을 검출하고, 검출된 터치 영역의 좌표를 산출하여 호스트 컴퓨터(50)로 공급한다.

특히, 터치 컨트롤러(30)는 터치 센서(20)의 최외곽 리드아웃 채널로부터 입력된 리드아웃 신호를 버퍼링하여 상기 최외곽 리드아웃 채널과 인접한 더미 라운팅 라인으로 공급함으로써 최외곽 리드아웃 채널의 기생 커패시턴스 편차를 감소시킨다.

호스트 컴퓨터(50)는 영상 데이터 및 다수의 동기 신호를 타이밍 컨트롤러(18)로 공급하고, 터치 컨트롤러(30)로부터 입력된 터치 포인트 좌표를 분석하여 사용자의 터치 동작에 대응하는 명령을 수행한다.

도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 커패시턴스 터치 센싱 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2에 나타낸 커패시턴스 터치 센싱 장치는 터치 센서(20)와 터치 컨트롤러(30)를 구비한다.

커패시턴스 타입의 터치 센서(20)는 제1 방향(수평 방향, X축 방향)으로 배열된 다수의 제1 센싱 전극들(SE1)이 전기적으로 접속되어 구성된 다수의 스캔 채널(TX1~TXn)과, 상기 제2 방향(수직 방향, Y축 방향)으로 배열된 다수의 제2 센싱 전극들(SE2)이 전기적으로 접속되어 구성된 다수의 리드아웃 채널(RL1~RLm)을 구비한다. 제1 및 제2 센싱 전극(SE1, SE2) 각각은 주로 마름모형으로 형성되나, 삼각형, 사각형, 다각형, 원형, 타원형 등과 같은 다른 여러가지 모양으로 형성될 수 있다. 제1 방향으로 배열된 제1 센싱 전극들(SE1)은 브릿지 전극(BE)을 통해 전기적으로 접속된다. 제2 방향으로 배열된 제2 센싱 전극들(SE2)은 서로 연결된 구조로 형성된다. 또한, 제2 센싱 전극들(SE2)은 제2 센싱 전극들(SE2)과 중첩되게 형성된 리드아웃 라우팅 라인(Readout Routing Line; RRL)을 통해서도 전기적으로 접속된다. 다시 말하여, 다수의 리드아웃 채널(RL1~RLm)은 각각은 해당 채널의 제2 센싱 전극들(SE2)과 중첩되면서 접속된 리드아웃 라우팅 라인(RRL)을 포함한다.

터치 센서(20)는 상기 제1 및 제2 센싱 전극들(SE1, SE2)이 배열되어 터치를 센싱할 수 있는 센싱 영역과, 그 센싱 영역을 둘러싸는 외곽부의 베젤 영역(비센싱 영역)을 포함한다. 베젤 영역에는 상기 다수의 스캔 채널(TX1~TXn)과 리드아웃 채널(RX1~RXm)을 각각 터치 컨트롤러(30)와 접속시키기 위한 다양한 라우팅 라인들과 패드가 형성된다.

예들 들면, 베젤 영역에는 다수의 스캔 채널(TX1~TXn)을 터치 컨트롤러(30)의 제1 패드들과 각각 전기적으로 접속시키기 위한 스캔 라우팅 라인들(미도시)과 제1 패드들(미도시)이 형성된다. 또한, 베젤 영역에는 다수의 리드아웃 채널(RX1~RXm)을 터치 컨트롤러(30)의 제2 패드들과 각각 전기적으로 접속시키기 위한 제2 패드들(RP)이 형성되고, 다수의 리드아웃 채널(RX1~RXm) 각각으로부터 리드아웃 라우팅 라인(RRL)이 베젤 영역을 경유하도록 연장되어 제2 패드들(RP)과 각각 전기적으로 접속된다.

또한, 베젤 영역에는 외부로부터의 정전기를 차단하기 위한 그라운드 라우팅 라인(GRL)이 센싱 영역을 둘러싸는 폐루프 또는 오픈루프 형태로 형성되고, 그라운드 라우팅 라인(GRL)을 그라운드와 접속시키기 위한 그라운드 패드(GP)가 형성된다.

특히, 배젤 영역에서 그라운드 라우팅 라인(GRL)과 최외곽의 리드아웃 채널(RX1, RXm) 사이 각각에는 더미 라우팅 라인(DRL)과, 더미 라우팅 라인(DRL)을 타이밍 컨트롤러(30)와 접속시키기 위한 더미 패드(DP)가 형성된다. 더미 라우팅 라인(DRL)은 그라운드 라우팅 라인(GRL)과 최외곽의 리드아웃 채널(RX1, RXm) 사이에서 그라운드 라우팅 라인(GRL) 및 최외곽 리드아웃 라우팅 라인(RRL)과 나란하게 형성되어 더미 패드(DP)와 접속된다.

더미 라우팅 라인(DRL)에는 인접한 최외곽 리드아웃 채널(RX1, RXm)로부터의 리드아웃 신호가 터치 컨트롤러(30)를 통해 버퍼링되어 공급됨으로써 도 3에 나타낸 바와 같이 인접한 최외곽의 리드아웃 채널(RX1, RXm)의 리드아웃 신호와 동일 위상을 갖는 신호가 공급된다. 도 3을 참조하면, 최외곽 리드아웃 채널(RX1)과 인접한 더미 라우팅 라인(DRL)에는 최외곽 리드아웃 채널(RX1) 상의 리드아웃 신호와 동일 위상의 신호가 공급됨을 알 수 있다. 다만, 더미 라우팅 라인(DRL)에 공급되는 신호는 더미 라우팅 라인(DRL)에 존재하는 기생 커패시턴스 및 기생 저항에 의해 최외곽 리드아웃 채널(RX1) 상의 리드아웃 신호보다 진폭이 감소될 수 있다.

이에 따라, 더미 라우팅 라인(DRL)에 의해 최외곽 리드아웃 채널(RX1, RXm)의 기생 커패시턴스와 다른 리드아웃 채널(RX2, RXm-1 등)의 기생 커패시턴스 사이의 편차가 최소화됨으로써, 기생 커패시턴스 편차로 인한 최외곽 리드아웃 채널(RX1, RXm)의 노이즈를 감소시킬 수 있다.

또한, 더미 라우팅 라인(DRL)에 의해 최외곽 리드아웃 채널(RX1, RXm)의 노이즈가 감소됨으로써, 노이즈 감소를 위한 그라운드 라우팅 라인(GRL)과 최외곽 리드아웃 채널(RX1, RXm) 사이의 간격보다 감소시킬 수 있다.

터치 컨트롤러(30)에 의한 다수의 스캔 채널(TX1~TXn)의 순차적인 구동에 의해 제1 및 제2 센싱 전극(SE1, SE2)은 프린지 전계(Fringe Field)에 의한 커패시턴스를 형성하고, 터치 센서(20)를 터치하거나 터치 센서(20)에 근접하는 전도성 터치 물체와의 커패시터를 형성하여 커패시턴스를 변화시키고 커패시턴스 변화를 나타내는 리드아웃 신호를 다수의 리드아웃 채널(RL1~RLm)을 통해 터치 컨트롤러(30)로 출력한다.

터치 컨트롤러(30)는 터치 센서(20)의 스캔 채널(TX1~TXn)을 순차적인 구동시킨다. 이에 따라, 터치 센서(20)에서 제1 및 제2 센싱 전극(SE1, SE2)은 프린지 전계(Fringe Field)에 의한 커패시턴스를 형성하고, 터치 센서(20)를 터치하거나 터치 센서(20)에 근접하는 전도성 터치 물체와의 커패시터를 형성하여 커패시턴스를 변화시키고 커패시턴스 변화를 나타내는 리드아웃 신호를 다수의 리드아웃 채널(RL1~RLm)을 통해 터치 컨트롤러(30)로 출력한다.

터치 컨트롤러(30)는 터치 센서(20)의 스캔 채널(TX1~TXn)이 구동될 때 리드아웃 채널(RX1~RXm)의 리드아웃 신호를 센싱한다. 터치 컨트롤러(30)는 인접한 2개 채널의 리드아웃 신호를 비교하여 터치가 발생한 리드아웃 채널을 센싱한다. 예를 들면, 터치 컨트롤러(30)는 인접한 2개 채널의 리드아웃 신호를 입력하여 차동 증폭하는 각 차동 증폭기(AMP)를 이용하여 인접한 2개의 리드아웃 채널의 리드아웃 신호를 서로 비교함으로써, 커패시턴스 가변에 따라 가변된 리드아웃 신호를 센싱할 수 있다.

또한, 터치 컨트롤러(30)는 센싱된 신호를 디지털 데이터로 변환하여 로우 데이터로 출력하고, 로우 데이터를 미리 설정된 기준치와 비교하여 터치 여부를 판단하여 터치 영역을 검출하고, 검출된 터치 영역에 대한 터치 좌표를 검출하여 호스트 컴퓨터(50)로 공급한다.

또한, 터치 컨트롤러(30)는 최외곽 리드아웃 채널(RX1, RXm)로부터 출력되는 최외곽 리드아웃 신호를 버퍼(BF)를 통해 버퍼링하여 더미 라우팅 라인(DRL)으로 공급한다. 버퍼(BF)는 최외곽 리드아웃 신호를 포지티브 입력 단자(+)로 입력하고, 네거티브 입력 단자(-)는 버퍼(BF)의 출력 라인과 접속된 구조를 가짐으로써, 입력된 최외곽 리드아웃 신호를 버퍼링하여 더미 라우팅 라인(DRL)으로 공급한다. 더미 라우팅 라인(DRL)에 접속되는 버퍼(BF)의 출력 라인에는 그라운드와의 사이에 기생 커패시터(C)가 접속되고 기생 저항(R) 성분도 존재한다.

도 4a 내지 도 4c는 종래와 본 발명의 터치 센싱 장치에서의 베젤 영역의 폭을 비교하여 나타낸 도면이다.

도 4a를 참조하면, 종래의 터치 센싱 장치에 있어서, 베젤 영역(BA)의 그라운드 라우팅 라인(GRL)과 센싱 영역(SA)의 최외곽 리드아웃 채널(RX1), 즉 최외곽 리드아웃 라우팅 라인(RRL)과의 간격을 30㎛로 설정하는 경우, 최외곽 리드아웃 라우팅 라인(RRL)과 그라운드 라우팅 라인(GRL) 사이의 기생 커패시턴스가 증가하여 최외곽 리드아웃 채널(RX1)의 노이즈 성분이 증가하는 문제점이 있다.

도 4b를 참조하면, 베젤 영역(BA)의 그라운드 라우팅 라인(GRL)과 센싱 영역(SA)의 최외곽 리드아웃 라우팅 라인(RRL)과의 간격을 700㎛로 증가시켜 설정하는 경우, 기생 커패시턴스의 감소에 의해 최외곽 리드아웃 채널(RX1)의 노이즈 성분이 감소하였으나 베젤 영역의 폭이 증가하는 문제점이 있다.

도 4c를 참조하면, 베젤 영역(BA)의 그라운드 라우팅 라인(GRL)과 센싱 영역(SA)의 최외곽 리드아웃 라우팅 라인(RRL) 사이에 더미 라우팅 라인(DRL)을 추가하고, 최외곽 리드아웃 라우팅 라인(RRL) 및 더미 라우팅 라인(DRL) 사이의 간격과, 더미 라우팅 라인(DRL) 및 그라운드 라우팅 라인(GRL) 사이의 간격을 각각 30㎛로 설정한 경우, 최외곽 리드아웃 채널(RX1)과 동위상의 신호가 공급되는 더미 라우팅 라인(DRL)에 의해 최외곽 리드아웃 채널(RX1)과 다른 리드아웃 채널과의 기생 커패시턴스 편차가 최소화됨으로써 최외곽 리드아웃 채널(RX1)의 노이즈 성분이 감소된다. 이에 따라, 그라운드 라우팅 라인(GRL)의 간격을 도 4b와 같이 증가시키지 않으면서도, 더미 라우팅 라인(DRL)과 그라운드 라우팅 라인(GRL)의 간격을 다른 라우팅 라인간의 간격과 동일하게 30㎛로 설정할 수 있으므로, 도 4b보다 베젤 영역(BA)의 폭을 감소시킬 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 종래와 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 장치에서 센싱된 리드아웃 채널에 대한 로우 데이터를 비교하여 나타낸 도면이다.

도 5a를 참조하면, 도 4a에 나타낸 종래의 터치 센싱 장치를 이용하여 리드아웃 채널별로 출력되는 리드아웃 신호를 이용하여 로우 데이터를 측정한 결과, 그라운드 라우팅 라인(GRL)과 인접한 최외곽 리드아웃 채널에서의 노이즈 성분으로 인하여 로우 데이터의 베이스 레벨이 다른 리드아웃 채널의 베이스 레벨과 비교하여 약 1000 레벨 정도가 하강하거나 상승함을 알 수 있다. 이로 인하여, 종래의 터치 센싱 장치에서는 최외곽 리드아웃 채널에서의 터치 센싱력이 저하된다.

도 5b를 참조하면, 도 4c에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 장치를 이용하여 리드아웃 채널별로 로우 데이터를 측정한 결과, 더미 라우팅 라인(DRL)에 의해 최외곽 리드아웃 채널에서의 노이즈 성분으로 감소함으로써, 최외곽 리드아웃 채널의 베이스 레벨이 다른 리드아웃 채널의 베이스 레벨과 유사해졌음을 알 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 터치 센싱 장치에서는 최외곽 리드아웃 채널에서의 터치 센싱력이 향상된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 터치 센싱 장치 및 그 구동 방법은 최외곽 리드아웃 채널과 그라운드 라우팅 라인 사이에 최외곽 리드아웃 채널과 접속되어 최외곽 리드아웃 채널과 동일 위상의 신호가 공급되는 더미 라우팅 라인을 추가로 구비함으로써 그라운드 라우팅 라인으로 인한 최외곽 리드아웃 채널의 기생 커패시턴스 편차와 그로 인한 노이즈 성분을 효과적으로 감소시킬 수 있다.

이에 따라, 본 발명에 따른 터치 센싱 장치 및 그 구동 방법은 최외곽 리드아웃 채널과 그라운드 라우팅 라인 사이의 간격을 증가시켜서 노이즈를 감소시키는 종래보다 그라운드 라우팅 라인과 최외곽 리드아웃 채널 사이의 간격을 감소시킬 수 있으므로 외곽 베젤 영역의 폭을 감소시켜서 네로우 베젤(narrow bezel)을 실현할 수 있다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

10: 표시 패널 12: 데이터 드라이버
14: 게이트 드라이버 16: 패널 구동부
18: 타이밍 컨트롤러 20: 터치 센서
30: 터치 컨트롤러 50: 호스트 컴퓨터
SE1: 제1 센싱 전극 SE2: 제2 센싱 전극
BE: 브릿지 전극 TX1~TXn: 스캔 채널
RX1~RXm: 리드아웃 채널 RRL: 리드아웃 라우팅 라인
DRL: 더미 라우팅 라인 GRL: 그라운드 라우팅 라인
GP: 그라운드 패드 DP: 더미 패드
RP: 리드아웃 패드 BF: 버퍼
AMP: 차동 증폭기

Claims

터치 센서와,
상기 터치 센서를 구동함과 아울러 상기 터치 센서의 리드아웃 신호로부터 터치 여부를 센싱하는 터치 컨트롤러를 구비하고,
상기 터치 센서는
센싱 영역에서 제1 방향으로 배열된 다수의 제1 센싱 전극들로 구성된 다수의 스캔 채널과;
상기 센싱 영역에서 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배열된 다수의 제2 센싱 전극들로 구성된 다수의 리드아웃 채널과;
상기 센싱 영역을 둘러싸는 베젤 영역에서, 상기 센싱 영역을 둘러싸도록 배치된 그라운드 라우팅 라인과;
상기 베젤 영역 중 상기 그라운드 라우팅 라인의 제1 라인부가 배치되는 제1 베젤 영역에서, 상기 그라운드 라우팅 라인의 제1 라인부와, 상기 센싱 영역의 다수의 리드아웃 채널 중 제1 최외곽 리드아웃 채널 사이에, 상기 그라운드 라우팅 라인의 제1 라인부 및 상기 제1 최외곽 리드아웃 채널을 따라 상기 제2 방향으로 배치되고, 상기 제1 최외곽 리드아웃 채널과 동일 위상을 갖는 제1 신호가 공급되는 제1 더미 라우팅 라인과;
상기 베젤 영역 중 제1 베젤 영역과 상기 센싱 영역을 사이에 두고 마주하며 상기 그라운드 라우팅 라인의 제2 라인부가 배치되는 제2 베젤 영역에서, 상기 그라운드 라우팅 라인의 제2 라인부와, 상기 센싱 영역의 다수의 리드아웃 채널 중 제2 최외곽 리드아웃 채널 사이에, 상기 그라운드 라우팅 라인의 제2 라인부 및 상기 제2 최외곽 리드아웃 채널을 따라 상기 제2 방향으로 배치되고, 상기 제1 베젤 영역의 제1 더미 라우팅 라인과 상기 센싱 영역을 사이에 두고 나란하며, 상기 제2 최외곽 리드아웃 채널과 동일 위상을 갖고, 상기 제1 신호와 독립적인 제2 신호가 공급되는 제2 더미 라우팅 라인을 포함하는 터치 센싱 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 베젤 영역은 상기 센싱 영역을 사이에 두고 상기 제2 방향으로 마주하며 상기 제1 및 제2 베젤 영역과 연결되는 제3 및 제4 베젤 영역을 더 포함하고,
상기 그라운드 라우팅 라인의 제1 라인부는 상기 제1 베젤 영역으로부터 상기 제3 베젤 영역으로 연장되어 상기 제3 베젤 영역의 패드 영역에 배치된 제1 그라운드 패드와 접속되고,
상기 그라운드 라우팅 라인의 제2 라인부는 상기 제2 베젤 영역으로부터 상기 제3 베젤 영역으로 연장되어 상기 제3 베젤 영역의 패드 영역에 배치된 제2 그라운드 패드와 접속되며,
상기 그라운드 라우팅 라인의 제1 및 제2 라인부는 상기 제4 베젤 영역에 배치된 제3 라인부를 통해 접속되는 터치 센싱 장치.
청구항 2에 있어서
상기 제3 베젤 영역의 패드 영역에서 상기 제1 및 제2 그라운드 패드 사이에 배치된 다수의 리드아웃 패드와;
상기 패드 영역에서 상기 제1 그라운드 패드와 상기 다수의 리드아웃 패드 중 제1 최외곽 리드아웃 패드 사이에 배치된 제1 더미 패드와;
상기 패드 영역에서 상기 제2 그라운드 패드와 상기 다수의 리드아웃 패드 중 제2 최외곽 리드아웃 패드 사이에 배치된 제2 더미 패드와;
상기 다수의 리드아웃 채널로부터 상기 제3 베젤 영역을 경유하여 연장되어 상기 다수의 리드아웃 패드와 채널별로 접속되는 다수의 리드아웃 라우팅 라인을 더 포함하고;
상기 제1 및 제2 더미 라우팅 라인은 상기 제3 베젤 영역을 경유하여 연장되어 상기 제1 및 제2 더미 패드와 각각 접속되는 터치 센싱 장치.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 청구항에 있어서
상기 터치 컨트롤러는
상기 제1 최외곽 리드아웃 채널로부터 공급받은 제1 리드아웃 신호를 이용하여 상기 제1 리드아웃 신호와 동위상이고 상기 제1 리드아웃 신호보다 진폭이 감소된 상기 제1 신호를 상기 제1 더미 라우팅 라인에 공급하고,
상기 제2 최외곽 리드아웃 채널로부터 공급받은 제2 리드아웃 신호를 이용하여 상기 제2 리드아웃 신호와 동위상이고 상기 제2 리드아웃 신호보다 진폭이 감소된 상기 제2 신호를 상기 제2 더미 라우팅 라인에 공급하는 터치 센싱 장치.
청구항 1 내지 청구항3 중 어느 한 청구항에 있어서,
상기 터치 컨트롤러는
상기 제1 최외곽 리드아웃 채널로부터 공급받은 제1 리드아웃 신호를 버퍼링하여 상기 제1 더미 라우팅 라인에 상기 제1 신호로 공급하는 제1 버퍼와,
상기 제2 최외곽 리드아웃 채널로부터 공급받은 제2 리드아웃 신호를 버퍼링하여 상기 제2 더미 라우팅 라인에 상기 제2 신호로 공급하는 제2 버퍼를 포함하는 터치 센싱 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 제1 및 제2 버퍼 각각은
상기 제1 및 제2 최외곽 리드아웃 채널 중 해당 최외곽 리드아웃 채널과 접속된 제1 입력 단자와, 상기 제1 및 제2 더미 라우팅 라인 중 해당 더미 라우팅 라인과 접속된 출력 단자와, 자신의 출력 단자와 접속된 제2 입력 단자를 갖는 터치 센싱 장치.
센싱 영역에서 제1 방향으로 배열된 다수의 제1 센싱 전극들로 구성된 다수의 스캔 채널 및 상기 센싱 영역에서 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배열된 다수의 제2 센싱 전극들로 구성된 다수의 리드아웃 채널과, 상기 센싱 영역을 둘러싸는 베젤 영역에 상기 센싱 영역을 둘러싸도록 형성된 그라운드 라우팅 라인을 구비하는 터치 센싱 장치의 구동 방법에 있어서,
상기 베젤 영역 중 상기 그라운드 라우팅 라인의 제1 라인부가 배치되는 제1 베젤 영역에서, 상기 그라운드 라우팅 라인의 제1 라인부와, 상기 센싱 영역의 다수의 리드아웃 채널 중 제1 최외곽 리드아웃 채널 사이에, 상기 그라운드 라우팅 라인의 제1 라인부 및 상기 제1 최외곽 리드아웃 채널을 따라 상기 제2 방향으로 배치된 제1 더미 라우팅 라인에, 상기 제1 최외곽 리드아웃 채널과 동일 위상을 갖는 제1 신호를 공급하고,
상기 베젤 영역 중 제1 베젤 영역과 상기 센싱 영역을 사이에 두고 마주하며 상기 그라운드 라우팅 라인의 제2 라인부가 배치되는 제2 베젤 영역에서, 상기 그라운드 라우팅 라인의 제2 라인부와, 상기 센싱 영역의 다수의 리드아웃 채널 중 제2 최외곽 리드아웃 채널 사이에, 상기 그라운드 라우팅 라인의 제2 라인부 및 상기 제2 최외곽 리드아웃 채널을 따라 상기 제2 방향으로 배치되며, 상기 제1 베젤 영역의 제1 더미 라우팅 라인과 상기 센싱 영역을 사이에 두고 나란한 제2 더미 라우팅 라인에, 상기 제2 최외곽 리드아웃 채널과 동일 위상을 갖고 상기 제1 신호와 독립적인 제2 신호를 공급하는 터치 센싱 장치의 구동 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 제1 더미 라우팅 라인에 공급되는 상기 제1 신호는 상기 제1 더미 라우팅 라인과 인접한 상기 제1 최외곽 리드아웃 채널로부터 출력되는 제1 리드아웃 신호를 버퍼링하여 공급하는 신호이고,
상기 제2 더미 라우팅 라인에 공급되는 상기 제2 신호는 상기 제2 더미 라우팅 라인과 인접한 상기 제2 최외곽 리드아웃 채널로부터 출력되는 제2 리드아웃 신호를 버퍼링하여 공급하는 신호인 터치 센싱 장치의 구동 방법.