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KR102656423B1 - 터치센싱시스템 및 이를 포함한 표시장치 - Google Patents

터치센싱시스템 및 이를 포함한 표시장치 Download PDF

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KR102656423B1
KR102656423B1 KR1020160184249A KR20160184249A KR102656423B1 KR 102656423 B1 KR102656423 B1 KR 102656423B1 KR 1020160184249 A KR1020160184249 A KR 1020160184249A KR 20160184249 A KR20160184249 A KR 20160184249A KR 102656423 B1 KR102656423 B1 KR 102656423B1
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KR
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driving
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electrode
touch
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경규원
장정우
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명에서는, 상호용량 검출을 위한 펄스파의 제1구동신호와 CRCL 임피던스 검출을 위한 스윕 주파수의 제2구동신호 각각이 시분할되어 인가되는 제1,2구동전극이나 제1,2구동신호가 시분할되어 인가되는 구동전극과, 제1구동신호와 제2구동신호 각각에 대한 센싱신호를 센싱하는 센싱전극을 사용하여 터치스크린부를 구성할 수 있다.
이에 따라, 상호용량 검출을 통해 사용자 터치 위치를 판별하고, RCL이나 CRCL 임피던스 검출을 통해 사용자를 식별할 수 있게 된다.
따라서, 종래에 사용자 터치 위치 판별 및 사용자 식별 각각을 위한 2개의 터치패널을 사용할 필요가 없게 되어, 터치센싱시스템의 부품 비용과 두께를 감소시킬 수 있게 되고, 이에 따라 터치센싱시스템이 적용되는 표시장치의 비용과 두께를 감소시킬 수 있게 된다.
또한, 임피던스 검출시 RCL이나 CRCL 직렬 회로로 구성된 넓은 게인 범위를 갖는 밴드패스필터가 구현되므로, 사용자 식별력이 향상될 수 있게 된다.

Description

터치센싱시스템 및 이를 포함한 표시장치{Touch sensing system and display device including the same}
본 발명은 터치센싱시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 사용자 터치 위치 검출 및 사용자 식별을 구현하는 터치센싱시스템의 두께 및 비용을 저감하고 사용자 식별의 검출력을 향상시킬 수 있는 터치센싱시스템 및 이를 포함한 표시장치에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하기 위한 표시장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 근래에는 액정표시장치(LCD : liquid crystal display device), 플라즈마표시장치(PDP : plasma display panel), 유기발광소자(OLED : organic light emitting diode)와 같은 여러가지 평판표시장치(flat display device)가 활용되고 있다.
한편, 사용자 입력 수단으로서 터치패널이 표시장치에 적용되어 사용자 터치를 감지하게 된다.
최근에는, UI(user interface)/UX(user experience)를 구현하기 위해 사용자 터치 위치와 함께 사용자 식별을 가능하게 하는 터치센싱시스템이 제안된 바 있다. 이와 같은 종래의 터치센싱시스템은, 사용자 터치 위치를 검출하기 위한 적외선형 터치패널과 사용자 식별 즉 사용자 ID 검출을 위한 상호용량형 터치패널을 구비하게 된다.
이때, 적외선형 터치패널은 적외선 조사 장치에서 발생된 적외선을 감지하여 사용자 터치 위치를 검출하게 된다.
그리고, 상호용량형 터치패널은 패널 전체에 각각 형성되어 단일 캐패시터를 구현하는 구동전극과 센싱전극으로 구성되고 이 캐패시터는 외부에 구성된 저항 및 인덕터와 연결되어 RLC 밴드컷필터(band cut filter)를 구현하게 되며, 사용자 터치시 이 RLC 밴드컷필터의 임피던스를 측정하여 사용자를 식별하게 된다.
그런데, 이와 같은 종래의 터치센싱시스템은 적외선형 터치패널 및 상호용량형 터치패널을 모두 구비하여야 하므로, 터치센싱시스템의 두께 및 비용이 증가하고 이를 적용한 표시장치의 두께 및 비용이 증가하는 문제가 있다.
또한, 종래의 터치센싱시스템은 RLC 밴드컷필터를 사용하여 사용자 식별을 수행하게 되는데, RLC 밴드컷필터는 그 특성상 임피던스 측정에 대한 게인 범위(gain range or dynamic range)가 협소하여 검출력이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 사용자 터치 위치 검출 및 사용자 식별을 구현하는 터치센싱시스템의 두께 및 비용을 저감하고 사용자 식별의 검출력을 향상시킬 수 있는 방안을 제공하는 것에 과제가 있다.
전술한 바와 같은 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 다수의 제1구동전극과, 다수의 제2구동전극과, 다수의 센싱전극을 포함하는 터치스크린부와, 제1센싱구간 동안 상기 제1구동전극에 펄스파의 제1구동신호를 출력하는 제1구동회로와, 제2센싱구간 동안 상기 제2구동전극에 스윕 주파수의 제2구동신호를 출력하는 제2구동회로와, 상기 제1센싱구간 동안 상기 센싱전극에서 감지된 제1센싱신호를 검출하는 제1검출회로와, 상기 제2센싱구간 동안 상기 센싱전극에서 감지된 제2센싱신호를 검출하는 제2검출회로와, 상기 제2센싱구간 동안 상기 센싱전극과 상기 제2검출회로 사이에 접속된 인덕터를 포함하는 터치센싱시스템을 제공한다.
여기서, 상기 제2구동전극은 이를 덮는 보호막에 형성된 노출홀을 통해 외부로 노출될 수 있다.
상기 제1구동회로는 수평주기 단위로 상기 다수의 제1구동전극에 상기 제1구동신호를 순차적으로 출력하며, 상기 수평주기 내에 상기 제1센싱구간과 제2센싱구간이 시분할되어 설정될 수 있다.
상기 제1구동전극과 센싱전극은 표시패널의 어레이기판에 구성되고, 상기 제1,2센싱구간 이외의 영상 표시구간 동안 공통전압을 인가받을 수 있다.
상기 제1구동전극은 제1방향을 따라 연장되고, 상기 센싱전극은 상기 제1방향과 교차하는 제2방향을 따라 연장되며, 상기 제2구동전극은 상기 센싱전극과 중첩하며 상기 제1방향이나 제2방향으로 연장될 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은 다수의 구동전극과, 다수의 센싱전극을 포함하는 터치스크린부와, 제1센싱구간 동안 상기 구동전극에 펄스파의 제1구동신호를 출력하고, 제2센싱구간 동안 상기 구동전극에 스윕 주파수의 제2구동신호를 출력하는 구동회로와, 상기 제1센싱구간 동안 상기 센싱전극에서 감지된 제1센싱신호를 검출하는 제1검출회로와, 상기 제2센싱구간 동안 상기 센싱전극에서 감지된 제2센싱신호를 검출하는 제2검출회로와, 상기 제2센싱구간 동안 상기 센싱전극과 상기 제2검출회로 사이에 접속된 인덕터를 포함하는 터치센싱시스템을 제공한다.
상기 구동회로는 수평주기 단위로 상기 다수의 구동전극에 상기 제1구동신호를 순차적으로 출력하며, 상기 수평주기 내에 상기 제1센싱구간과 제2센싱구간이 시분할되어 설정될 수 있다.
상기 구동전극과 센싱전극은 표시패널의 어레이기판에 구성되고, 상기 제1,2센싱구간 이외의 영상 표시구간 동안 공통전압을 인가받을 수 있다.
상기 구동전극은 제1방향을 따라 연장되고, 상기 센싱전극은 상기 제1방향과 교차하는 제2방향을 따라 연장될 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 표시패널과, 상기 표시패널의 표시영역에 대응하여 배치된 다수의 제1구동전극과, 다수의 제2구동전극과, 다수의 센싱전극을 포함하는 터치스크린부와, 제1센싱구간 동안 상기 제1구동전극에 펄스파의 제1구동신호를 출력하는 제1구동회로와, 제2센싱구간 동안 상기 제2구동전극에 스윕 주파수의 제2구동신호를 출력하는 제2구동회로와, 상기 제1센싱구간 동안 상기 센싱전극에서 감지된 제1센싱신호를 검출하는 제1검출회로와, 상기 제2센싱구간 동안 상기 센싱전극에서 감지된 제2센싱신호를 검출하는 제2검출회로와, 상기 제2센싱구간 동안 상기 센싱전극과 상기 제2검출회로 사이에 접속된 인덕터를 포함하는 표시장치를 제공한다.
여기서, 상기 제1구동전극과 센싱전극은 표시패널의 어레이기판에 구성되고, 상기 제1,2센싱구간 이외의 영상 표시구간 동안 공통전압을 인가받을 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 표시패널과, 상기 표시패널의 표시영역에 대응하여 배치된 다수의 구동전극과, 다수의 센싱전극을 포함하는 터치스크린부와, 제1센싱구간 동안 상기 구동전극에 펄스파의 제1구동신호를 출력하고, 제2센싱구간 동안 상기 구동전극에 스윕 주파수의 제2구동신호를 출력하는 구동회로와, 상기 제1센싱구간 동안 상기 센싱전극에서 감지된 제1센싱신호를 검출하는 제1검출회로와, 상기 제2센싱구간 동안 상기 센싱전극에서 감지된 제2센싱신호를 검출하는 제2검출회로와, 상기 제2센싱구간 동안 상기 센싱전극과 상기 제2검출회로 사이에 접속된 인덕터를 포함하는 표시장치를 제공한다.
여기서, 상기 구동전극과 센싱전극은 표시패널의 어레이기판에 구성되고, 상기 제1,2센싱구간 이외의 영상 표시구간 동안 공통전압을 인가받을 수 있다.
본 발명에서는, 상호용량 검출을 위한 펄스파의 제1구동신호와 CRCL 임피던스 검출을 위한 스윕 주파수의 제2구동신호 각각이 시분할되어 인가되는 제1,2구동전극이나 제1,2구동신호가 시분할되어 인가되는 구동전극과, 제1구동신호와 제2구동신호 각각에 대한 센싱신호를 센싱하는 센싱전극을 사용하여 터치스크린부를 구성할 수 있다.
이에 따라, 상호용량 검출을 통해 사용자 터치 위치를 판별하고, RCL이나 CRCL 임피던스 검출을 통해 사용자를 식별할 수 있게 된다.
따라서, 종래에 사용자 터치 위치 판별 및 사용자 식별 각각을 위한 2개의 터치패널을 사용할 필요가 없게 되어, 터치센싱시스템의 부품 비용과 두께를 감소시킬 수 있게 되고, 이에 따라 터치센싱시스템이 적용되는 표시장치의 비용과 두께를 감소시킬 수 있게 된다.
또한, 임피던스 검출시 RCL이나 CRCL 직렬 회로로 구성된 넓은 게인 범위를 갖는 밴드패스필터가 구현되므로, 사용자 식별력이 향상될 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 터치센싱시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 도 1의 절단선 II-II를 따라 절단한 단면도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 터치센싱시스템에서 사용자 터치에 따라 RCL 직렬 회로가 구현된 경우를 도시한 등가회로도.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 터치센싱시스템의 구동신호와 센싱신호의 일예를 개략적으로 도시한 타이밍도.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 표시패널과 터치패널을 구비한 표시장치의 일예를 개략적으로 도시한 단면도.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 터치스크린부의 제1구동전극과 센싱전극이 표시패널 내에 인셀 구조로 형성된 경우의 제1,2구동신호와 센싱신호를 개략적으로 도시한 타이밍도.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 임피던스 측정에 의한 사용자 식별을 설명하는 도면.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 터치센싱시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 9는 도 8의 절단선 IX-IX를 따라 절단한 단면도.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 터치센싱시스템에서 사용자 터치에 따라 CRCL 직렬 회로가 구현된 경우를 도시한 등가회로도.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 터치센싱시스템의 구동신호와 센싱신호의 일예를 개략적으로 도시한 타이밍도.
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 표시패널을 구비한 표시장치의 일예를 개략적으로 도시한 단면도.
도 13은 본 발명의 제2실시예에 따른 터치스크린부의 구동전극과 센싱전극이 표시패널 내에 인셀 구조로 형성된 경우의 제1,2구동신호와 센싱신호를 개략적으로 도시한 타이밍도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
<제1실시예>
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 터치센싱시스템을 개략적으로 도시한 평면도이다. 도 2는 도 1의 절단선 II-II를 따라 절단한 단면도로서, 터치스크린부를 터치패널로 형성한 경우의 일예를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 터치센싱시스템(100)은 표시장치에 적용되어 사용자 터치 위치 검출 및 사용자 식별을 수행할 수 있는 터치센싱시스템(100)으로서, 이는 사용자 터치를 감지하기 위한 구동전극(DE1,DE2) 및 센싱전극(SE)이 배치된 터치스크린부(110)와, 터치스크린부(110)의 전극들을 구동하기 위한 구동회로부를 포함할 수 있다. 여기서, 구동회로부는 제1구동회로(120)와, 제2구동회로(130)와, 리드아웃회로(140)를 포함할 수 있다.
터치스크린부(110)는 표시장치의 표시패널의 표시영역에 대응하도록 배치되어 표시패널의 표시면에 대한 사용자의 터치를 감지하게 된다. 이와 같은 터치스크린부(110)는 표시패널과는 별개의 터치패널로 제조되어 표시패널에 부착되도록 형성될 수 있다.
이와 같은 터치스크린부(110)에 대해, 도 1 및 2를 함께 참조하여 살펴보면, 제1방향(예를 들어, 행방향 또는 X방향)을 따라 평행하게 연장된 다수의 제1구동전극(DE1)과, 제1방향과 교차하는 제2방향(예를 들어, 열방향 또는 Y방향)을 따라 평행하게 연장된 다수의 센싱전극(SE)을 포함할 수 있다. 그리고, 제2방향을 따라 평행하게 연장되며 센싱전극(SE)과 중첩하는 다수의 제2구동전극(DE2)을 포함할 수 있다. 한편, 제2구동전극(DE)은 센싱전극(SE)과 중첩하며 제1방향을 따라 연장되도록 배치될 수도 있다.
여기서, 본 실시예에서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 기판(111) 상에 제1구동전극(DE)과 센싱전극(SE)이 형성되고, 제1구동전극(DE1)과 센싱전극(SE) 상에는 절연물질로 이루어진 유전체막(112)이 실질적으로 전면에 형성되고, 유전체막(112) 상에는 제2구동전극(DE2)이 형성된 경우를 예로 든다. 그리고, 제2구동전극(DE2) 상에는 절연물질로 이루어진 보호막(113)이 형성된다. 이와 같은 경우에, 제1구동전극(DE1)과 센싱전극(SE)은 동일층에 형성되는데, 이들 중 하나로서 예를 들어 제1구동전극(SE)은 브릿지 패턴을 사용하여 해당 연장 방향을 따라 전체가 연결되도록 구성될 수 있다.
물론, 위와 다른 여러 배치 구조가 적용될 수도 있는데, 일예로 제1구동전극(DE1)과 센싱전극(SE)이 유전체막을 사이에 두고 서로 다른 층에 배치되도록 구성될 수도 있다. 또한, 기판 하면에 제1구동전극(DE1)과 센싱전극(SE) 중 적어도 하나가 배치될 수도 있다.
또한, 기판(111)은 유리나 폴리머 재질로 형성될 수 있으며, 단단한 특성이나 유연한 특성을 가질 수 있다.
제1구동전극(DE1)은 사용자 터치에 따른 센싱전극(SE) 과의 상호용량 변화를 감지하여 터치 위치를 검출하기 위한 제1구동신호(DS1)로서 예를 들어 펄스파 형태의 펄스파 구동신호(DS1)가 인가될 수 있다.
이 제1구동전극(DE1) 각각은, 예를 들면, 제1방향을 따라 배열되어 서로 전기적으로 연결된 다수의 제1구동전극패턴(PD1)으로 구성될 수 있다.
이와 같은 제1구동전극(DE1)과 교차하여 이와 상호용량을 형성하는 센싱전극(SE) 각각은 제2방향을 따라 배열되어 서로 전기적으로 연결된 다수의 센싱전극패턴(PS)으로 구성될 수 있다.
제2구동전극(DE2)은 사용자 터치에 따른 임피던스 변화를 감지하여 터치 사용자를 식별 즉 사용자 ID를 검출하기 위한 제2구동신호(DS2)로서 예를 들어 스윕 주파수(sweep frequency) 형태의 스윕 주파수 구동신호(DS2)가 인가될 수 있다. 여기서, 스윕 주파수 구동신호(DS2)는, 특정 주파수 대역(일예로, 10Hz~10MHz)의 신호가 혼합된 대역 주파수 구동신호에 해당된다.
제2구동전극(DE1) 각각은 센싱전극(SE) 각각에 대응하여 중첩되도록 형성될 수 있으며, 사용자 터치시 사용자와 직접적으로 접촉되도록 외부에 노출되어 형성된다. 이에 따라, 사용자 터치시에는, 제2구동전극(DE2)과 센싱전극(SE) 사이에 실질적으로 사용자의 저항(Ru)과, 사용자와 센싱전극(SE) 간의 캐패시터(Cu)가 발생되어 RC 직렬 연결 회로가 발생될 수 있게 된다.
이때, 제2구동전극(DE2)과 센싱전극(SE)은 이들 간에 직접 발생하는 상호용량을 최소화하기 위해 가능한 최소한의 중첩 면적을 갖도록 센싱전극(SE)보다 작은 크기로 제2구동전극(DE2)을 형성하는 것이 바람직하다. 이처럼, 제2구동전극(DE2)과 센싱전극(SE) 간의 용량을 최소화 함으로써, 제2구동전극(DE2) 구동시의 RCL 임피던스에 대한 제2구동전극(DE2)과 센싱전극(SE) 간의 용량의 영향을 최소화할 수 있게 되어, 임피던스 변화에 따른 사용자 식별의 검출도를 향상시킬 수 있다.
더욱이, 제2구동전극(DE2)과 제1구동전극(DE1)은 이들 간에 발생하는 상호용량을 최소화하기 위해 실질적으로 비중첩되도록 형성되는 것이 바람직하다.
이 제2구동전극(DE2)은 각각은, 예를 들면 제2방향을 따라 배열되어 서로 전기적으로 연결된 다수의 제2구동전극패턴(PD2)으로 구성될 수 있다. 한편, 이와 다른 예로서, 제2구동전극(DE2)은 제1방향을 따라 배열되도록 형성될 수도 있다.
이때, 제2구동전극(DE2)은 사용자와 직접 접촉을 위해 부분적으로 노출되도록 형성될 수 있는데, 예를 들면 제2구동전극패턴(PD2) 각각의 일부가 노출되도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 2를 참조하면, 제2구동전극패턴(PD2)을 덮는 보호막(113)에 제2구동전극패턴(PD2)의 일부를 노출하는 노출홀(He)을 형성하여, 사용자가 제2구동전극패턴(PD2)에 직접 접촉할 수 있다.
제1구동회로(120)는 제1구동신호(DS1)를 해당 제1구동전극(DE1)에 출력하는 구동회로로서, 예를 들면 매 프레임 마다 다수의 제1구동전극(DE1)에 특정 주기 단위 예를 들어 터치스크린부(110)의 수평주기 단위로 순차적으로 펄스파의 제1구동신호(DS1)를 인가하도록 동작할 수 있다. 이때, 수평주기 단위는 1 수평주기 단위로 설정될 수도 있지만, 다수의 수평주기 단위로 설정될 수도 있다.
이와 같은 제1구동회로(120)는, 예를 들면, 펄스파 신호를 생성하는 제1전류원(IS1)과, 제1구동전극(DE1) 각각에 접속되어 입력된 펄스파 신호를 출력 타이밍에 따라 스위칭하여 제1구동신호(DS1)를 해당 제1구동전극(DE1)에 출력하는 다수의 제1스위치(SW1)를 포함할 수 있다.
제2구동회로(130)는 제2구동신호(DS2)를 해당 제2구동전극(DE2)에 출력하는 구동회로로서, 예를 들면 매 프레임 마다 다수의 제2구동전극(DE2)에 수평주기 단위로 순차적으로 또는 동시에 스윕 주파수의 제2구동신호(DS2)를 인가하도록 동작할 수 있다. 이때, 수평주기 단위는 1 수평주기 단위로 설정될 수도 있지만, 다수의 수평주기 단위로 설정될 수도 있다.
이와 같은 제2구동회로(130)는, 예를 들면, 스윕 주파수 신호를 생성하는 제2전류원(IS2)과, 제2구동전극(DE2) 각각에 접속되어 입력된 스윕 주파수 신호를 출력 타이밍에 따라 스위칭하여 제2구동신호(DS2)를 해당 제2구동전극(DE2)에 출력하는 다수의 제2스위치(SW2)를 포함할 수 있다.
여기서, 제2구동전극(DE2)은 임피던스 즉 RCL 임피던스 변화에 따른 사용자 검출 즉 사용자 식별을 위해 동작하는 구동전극(DE2)으로서, 사용자 터치 위치를 검출하기 위한 제1구동전극(DE1)과는 다른 기능을 수행하게 된다. 이러한바, 다수의 제2구동전극(DE2)에는 제2구동신호(DS2)가 수평주기 단위로 순차적으로 인가될 필요는 없으므로, 제2구동전극(DE2)은 수평주기 단위로 순차 선택되어 해당 제2구동신호(DS2)가 인가되거나, 전체 제2구동전극(DE2)이 수평주기 단위로 함께 선택되어 제2구동신호(DS2)가 일괄적으로 인가될 수도 있다.
리드아웃회로(140)는 센싱전극(SE)에 연결되어, 센싱구간 동안 센싱전극(SE)을 통해 출력된 아날로그 센싱신호(SS)를 검출하게 된다.
이와 같은 리드아웃회로(140)는 제1채널선택회로(141)와 제2채널선택회로(142)와 제1검출회로(150)와 제2검출회로(160)와 인덕터(L)와 AD(analog-to-digital)회로(170)을 포함할 수 있다.
제1채널선택회로(141)는 다수의 센싱전극(SE) 각각에 연결된 다수의 입력채널을 구비하며, 다수의 입력채널을 순차적으로 선택하여 출력하도록 구성된다. 즉, 다수의 센싱전극(SE)을 순차적으로 선택하여 해당 센싱신호(SS)를 순차적으로 출력하게 된다. 이와 같은 제1채널선택회로(141)는 멀티플렉서(multiplexer)로 구성될 수 있다.
제2채널선택회로(142)는 제1채널선택회로(141)에서 출력된 센싱신호(SS)에 대해, 센싱신호(SS)가 제1구동신호(DS1)에 따라 발생된 센싱신호인 제1센싱신호(SS1)인 경우에 이를 제1출력채널을 통해 제1검출회로(150)에 출력하게 되며, 센싱신호(SS)가 제2구동신호(DS2)에 따라 발생된 센싱신호인 제2센싱신호(SS2)인 경우에 이를 제2출력채널을 통해 제2검출회로(160)에 출력하게 된다. 이와 같은 제1채널선택회로(141)는 디멀티플렉서(demultiplexer)로 구성될 수 있다.
이와 관련하여, 각 수평주기 내에 제1구동신호(DS1)가 인가되는 제1센싱구간 동안에는 상호용량을 센싱하는 제1센싱신호(SS1)가 발생하게 된다. 이 제1센싱구간 동안 입력된 제1센싱신호들(SS1)은 제1채널선택회로(141)를 통해 순차적으로 선택되어 제2채널선택회로(142)로 출력되고, 이 제1센싱구간 동안 제2채널선택회로(142)는 제1센싱신호(SS1)를 제1검출회로(150)에 전달하게 된다.
한편, 각 수평주기 내에 제2구동신호(DS2)가 인가되는 제2센싱구간 동안에는 임피던스 보다 상세하게는 RC 임피던스를 센싱하는 제2센싱신호(SS2)가 발생하게 된다. 이 제2센싱구간 동안 입력된 제2센싱신호들(SS2)은 제1채널선택회로(141)를 통해 순차적으로 선택되어 제2채널선택회로(142)로 출력되고, 이 제2센싱구간 동안 제2채널선택회로(142)는 제2센싱신호(SS2)를 제2검출회로(160)에 전달하게 된다.
제1검출회로(150)는 제1센싱신호(SS1)를 검출하여 상호용량을 측정하는 구성으로서, 이는 샘플/홀드회로(151)와 로우패스필터(low pass filter)(152)를 포함할 수 있다.
샘플/홀드회로(151)는 입력된 제1센싱신호(SS1)를 샘플/홀드하여 전압 신호로 출력할 수 있다. 그리고, 로우패스필터(152)는 샘플/홀드회로(151)에서 출력된 신호에 대해 고주파 노이즈를 제거하여 출력하게 된다.
이처럼, 제1검출회로(150)는 제1센싱신호(SS1)를 입력받아 상호용량을 검출할 수 있게 되며, 이에 따라 상호용량 변화에 따른 사용자 터치 위치를 판별할 수 있게 된다.
제2검출회로(160)는 제2센싱신호(SS2)를 검출하여 임피던스 변화 즉 RCL 임피던스 변화를 측정하는 구성으로서, 이는 트랜스임피던스 증폭기(transimpedance amplifier)(161)와 로그 증폭기(log amplifier)(162)를 포함할 수 있다.
여기서, 트랜스임피던스 증폭기(161)는 입력된 제2센싱신호(SS2)를 증폭하여 전압 신호로 출력할 수 있다. 그리고, 로그 증폭기(162)는 입력된 신호의 진폭 성분 즉 포락선(envelope)을 검출하여 출력할 수 있다.
이때, 인덕터(L)는 제2검출회로(160)와 제2채널선택회로(142) 사이에 연결되어, 제2센싱신호(SS2)가 입력되는 제2센싱구간 동안 센싱전극(SE)과 전기적으로 직렬 접속된다. 이에 따라, 도 3에 도시한 바와 같이, 사용자 터치시에 발생되는 사용자 저항(Ru)과, 사용자와 센싱전극(SE) 간의 사용자 캐패시터(Cu)는 인덕터(L)와 직렬연결되어, RCL 직렬 회로가 구현된다.
이에 따라, RCL 직렬 회로의 RCL 임피던스는 제2센싱신호(SS2)에 반영되어 제2검출회로(160)에 입력되므로, 제2검출회로(160)는 RCL 임피던스를 검출할 수 있게 되며, 이에 따라 임피던스 변화에 따른 사용자 ID를 판별할 수 있게 된다.
또한, 사용자 식별을 구현함에 있어 RCL 직렬 회로인 RCL 밴드패스필터를 사용하게 되는데, RCL 밴드패스필터는 그 특성상 종래의 RLC 밴드컷필터에 비해 넓은 게인 범위를 갖게 된다. 따라서, 종래에 비해 사용자 식별력 즉 검출력이 향상될 수 있게 된다.
한편, 제1,2검출회로(150,160) 각각을 통해 검출된 아날로그 검출신호는 AD회로(170)에 입력되어 디지털신호로 변환되어 출력될 수 있다.
이하, 도 4를 함께 참조하여, 본 실시예에 따른 터치센싱시스템의 구동방법에 대해 설명한다. 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 터치센싱시스템의 구동신호와 센싱신호의 일예를 개략적으로 도시한 타이밍도이다.
도 4를 함께 참조하여 살펴보면, 매 프레임 동안 수평주기(H) 단위로 상호용량 센싱과 RCL 임피던스 센싱이 시분할되어 수행된다. 이때, 센싱이 수행되는 수평주기 단위는 도시한 바와 같이 1 수평주기 단위로 설정될 수도 있지만, 다수의 수평주기 단위로 설정될 수도 있다.
각 수평주기(H)의 전반 구간(A) 중 적어도 일부는 제1센싱구간(SP1)에 해당되어 제1구동신호(DS1)가 해당 수평주기(H)에서 선택된 제1구동전극(DE1)에 인가될 수 있고, 후반 구간(B) 중 적어도 일부는 제2센싱구간(SP2)에 해당되어 제2구동신호(DS2)가 해당 수평주기(H)에서 선택된 제2구동전극(DE2)(또는 전체 제2구동전극(DE2))에 인가될 수 있다. 물론, 제1구동신호(DS1)가 인가되는 센싱구간(SP1)과 제2구동신호(DS2)가 인가되는 센싱구간(SP2)의 순서는 반대가 될 수 있다.
제1센싱구간(SP1)에는 인가된 제1구동신호(DS1)에 대한 제1센싱신호(SS1) 즉 상호용량 센싱신호가 발생되고, 이는 해당 제1검출회로(150)에 입력되어 검출된다.
이에 따라, 사용자 터치에 따른 상호용량이 측정되어 사용자 터치 위치를 검출할 수 있게 된다.
그리고, 제2센싱구간(SP2)에는 인가된 제2구동신호(DS2)에 대한 제2센싱신호(SS2) 즉 RC 임피던스 센싱신호가 발생되고 인덕터(L)가 센싱전극(SE)에 전기적으로 접속되어 RCL 직렬 연결이 구현되며, 이 RCL 직렬 연결에 따른 RCL 임피던스 센싱신호가 제2검출회로(160)에 입력되어 검출된다.
이에 따라, 사용자 터치에 따른 임피던스가 측정되어 사용자 식별을 할 수 있게 된다.
한편, 본 실시예에 따른 제1구동전극(DE1)과 센싱전극(SE)은 표시패널 내부에 배치되도록 형성될 수도 있다. 이와 관련하여 도 5를 참조할 수 있다. 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 표시패널과 터치패널을 구비한 표시장치의 일예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 표시패널(200)로는 일예로 어레이기판(210)과 이에 대향하는 대향기판으로서 컬러필터기판(220)이 액정층(230)을 사이에 두고 합착된 액정패널이 사용될 수 있다. 여기서, 어레이기판(210)에는 다수의 행라인과 열라인을 따라 매트릭스 형태로 배치된 화소가 형성되며, 각 화소에는 해당 데이터신호가 입력되는 화소전극이 형성된다.
그리고, 표시패널(200)의 대향기판(220) 상에는 터치패널(115)이 부착되어 있다.
이때, 터치스크린부(110)의 제1구동전극(DE1)과 센싱전극(SE)은 표시패널(200)의 어레이기판(210)에 형성될 수 있다. 더욱이, 제1구동전극(DE1)과 센싱전극(SE)은, 화소전극과 대향하여 액정을 구동하는 공통전극의 기능을 겸비하도록 구성될 수 있다.
한편, 터치패널(115)에는 제2구동전극(DE2)이 형성될 수 있다.
이처럼, 제1구동전극(DE1) 및 센싱전극(SE)은 인셀 구조로 형성되어 공통전압이 인가되는 공통전극으로 기능할 수 있는데, 이 경우에는 매 프레임 마다 영상의 표시와 함께 상호용량 센싱과 임피던스 센싱이 시분할되어 수행될 수 있다.
이와 관련하여 도 6을 함께 참조할 수 있는데, 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 터치스크린부의 제1구동전극과 센싱전극이 표시패널 내에 인셀 구조로 형성된 경우의 제1,2구동신호와 센싱신호를 개략적으로 도시한 타이밍도이다.
도 6을 참조하면, 매 프레임 동안 각 수평주기(H)에서는 상호용량 센싱 구간인 제1센싱구간(SP1)과 임피던스 센싱 구간인 제2센싱구간(SP2)과 표시패널(200)의 영상 표시구간인 표시구간(DP)이 시분할되어 설정될 수 있다.
예를 들면, 수평주기(H)의 전반 구간(A)에는 제1센싱구간(SP1)과 표시구간 즉 제1표시구간(DP1)이 순서대로 구분되어 설정될 수 있고, 수평주기(H)의 후반 구간(B)에는 제2센싱구간(SP2)과 표시구간 즉 제2표시구간(DP)이 순서대로 구분되어 설정될 수 있다. 여기서, 제1센싱구간(SP1)과 제2센싱구간(SP2)은 그 위치가 반대가 되도록 설정될 수 있다.
이와 같은 경우에, 각 수평주기(H)에서 제1센싱구간(SP1) 동안 제1구동전극(DE1)에 제1구동신호(DS1)가 인가되고 이에 대한 제1센싱신호(SS1)가 검출된다. 그 후의 제1표시구간(DP1) 동안 표시패널(200)의 해당 행라인들의 화소들에 데이터신호가 기입되어 영상 표시가 수행된다. 그 후의 제2센싱구간(SP2) 동안 제2구동전극(DE2)에 제2구동신호(DS2)가 인가되고 이에 대한 제2센싱신호(SS2)가 검출된다. 그 후의 제2표시구간(DP2) 동안 표시패널(200)의 해당 행라인들의 화소들에 데이터신호가 기입되어 영상 표시가 수행된다.
이때, 제1구동전극(DE1)에는 해당 제1구동신호(DS1)가 인가되는 제1센싱구간(SP1)을 제외한 표시구간(DP) 및 제2센싱구간(SP2) 동안에는 공통전압이 인가되도록 구성될 수 있다. 그리고, 센싱전극(SE)에는 해당 센싱신호(SS1,SS2)가 발생되는 제1,2센싱구간(SP1,SP2)을 제외한 표시구간(DP) 동안에는 공통전압(Vcom)이 인가되도록 구성될 수 있다. 물론, 센싱 동작이 수행되는 해당 수평주기(H) 이외의 프레임 시간 동안에도 제1구동전극(DE1)과 센싱전극(SE)에는 공통전압(Vcom)이 인가되도록 구성될 수 있다. 즉, 프레임을 기준으로 할 때, 제1,2센싱구간(SP1,SP2)을 제외한 시간 동안은 표시구간에 해당되어, 이 표시구간 동안 제1구동전극(DE1)과 센싱전극(SE)에는 공통전압(Vcom)이 인가되도록 구성될 수 있다.
이처럼, 인셀 구조의 제1구동전극(DE1)과 센싱전극(SE)을 사용하는 경우에는, 해당 센싱구간을 제외한 시간 동안에는 공통전압(Vcom)이 인가되어 이들 전극들은 공통전극으로 기능할 수 있게 된다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 임피던스 측정에 의한 사용자 식별을 설명하는 도면으로서, 주파수 대비 임피던스를 측정한 그래프를 도시하고 있다.
도 7을 참조하면, 대략 1.4E+06의 공진 주파수에서 서로 다른 임피던스들(1㏀,5㏀,10㏀,50㏀)에 대한 피크값들이 상이하게 나타남을 확인할 수 있다. 이러한바, 사용자에 따라 저항은 상이하여 서로 다른 RCL 임피던스를 갖게 되므로, 임피던스를 측정하게 되면 사용자를 효과적으로 식별할 수 있게 된다.
전술한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 상호용량 검출을 위한 펄스파의 제1구동신호가 인가되는 제1구동전극과, RCL 임피던스 검출을 위한 스윕 주파수의 제2구동신호가 인가되는 제2구동전극과, 제1구동신호와 제2구동신호 각각에 대한 센싱신호를 센싱하는 센싱전극을 사용하여 터치스크린부를 구성할 수 있다.
이에 따라, 상호용량 검출을 통해 사용자 터치 위치를 판별하고, RCL 임피던스 검출을 통해 사용자를 식별할 수 있게 된다.
따라서, 종래에 사용자 터치 위치 판별 및 사용자 식별 각각을 위한 2개의 터치패널을 구비할 필요가 없게 되어, 터치센싱시스템의 부품 비용과 두께를 감소시킬 수 있게 되고, 이에 따라 터치센싱시스템이 적용되는 표시장치의 비용과 두께를 감소시킬 수 있게 된다.
또한, RCL 임피던스 검출시 RCL 직렬 회로로 구성된 넓은 게인 범위를 갖는 RCL 밴드패스필터가 구현되므로, 사용자 식별력이 향상될 수 있게 된다.
<제2실시예>
전술한 실시예는 사용자 터치시 RCL 직렬 회로를 구현하여 이의 임피던스 측정을 통해 사용자 식별을 구현하는 터치센싱시스템에 대한 것이다.
한편, 본 제2실시예에서는 사용자 터치시 CRCL 직렬 회로를 구현하여 이의 임피던스 측정을 통해 사용자 식별을 구현하는 터치센싱시스템에 대한 것으로서, 이에 대해 상세하게 설명한다.
한편, 설명의 편의를 위해, 제1실시예와 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 구체적인 설명을 생략할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 터치센싱시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 9는 도 8의 절단선 IX-IX를 따라 절단한 단면도로서, 터치스크린부를 터치패널로 형성한 경우의 일예를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 터치센싱시스템(100)은 사용자 터치를 감지하기 위한 구동전극(DE) 및 센싱전극(SE)이 배치된 터치스크린부(110)와, 터치스크린부(110)의 전극들을 구동하기 위한 구동회로부를 포함할 수 있다. 여기서, 구동회로부는 구동회로(125)와, 리드아웃회로(140)를 포함할 수 있다.
터치스크린부(110)는 표시장치의 표시패널의 표시영역에 대응하도록 배치되어 표시패널의 표시면에 대한 사용자의 터치를 감지하게 된다. 이와 같은 터치스크린부(110)는 표시패널과는 별개의 터치패널로 제조되어 표시패널에 부착되도록 형성될 수 있다.
이와 같은 터치스크린부(110)에 대해, 도 8 및 9를 함께 참조하여 살펴보면, 제1방향(예를 들어, 행방향 또는 X방향)을 따라 평행하게 연장된 다수의 구동전극(DE)과, 제1방향과 교차하는 제2방향(예를 들어, 열방향 또는 Y방향)을 따라 평행하게 연장된 다수의 센싱전극(SE)을 포함할 수 있다.
여기서, 본 실시예에서는, 도 9에 도시한 바와 같이, 기판(111) 상에 구동전극(DE)과 센싱전극(SE)이 형성되고, 구동전극(DE)과 센싱전극(SE) 상에는 절연물질로 이루어진 보호막(또는 유전체막)(113)이 실질적으로 전면에 형성된 경우를 예로 든다.
물론, 이와 다른 배치 구조가 적용될 수도 있는데, 일예로 구동전극(DE)과 센싱전극(SE)이 유전체막을 사이에 두고 서로 다른 층에 배치되도록 구성될 수도 있다. 또한, 기판(111) 하면에 구동전극(DE)과 센싱전극(SE) 중 적어도 하나를 배치할 수도 있다.
또한, 기판(111)은 유리나 폴리머 등의 재질로 형성될 수 있으며, 단단한 특성이나 유연한 특성을 가질 수 있다.
이처럼, 제2실시예의 터치스크린부(110)는, 제1실시예와 비교하여, 제1실시예의 제2구동전극(DE2)을 삭제하며 대신에 제1실시예의 제1,2구동전극(DE1,DE2)의 기능을 혼합한 구동전극(DE)을 사용하는 것에 특징이 있다.
이에 따라, 구동전극(DE)은 상호용량 변화를 감지하기 위한 펄스파의 제1구동신호(DS1)와 사용자 터치에 따른 임피던스 변화를 감지하기 위한 스윕 주파수의 제2구동신호(DS2)가 선택적으로 인가될 수 있다.
이와 관련하여, 구동전극(DE)과 센싱전극(SE) 간에는 상호용량이 발생하며 사용자 터치에 따라 이 상호용량이 변화하게 된다. 또한, 사용자 터치시, 구동전극(DE)과 사용자 간의 캐패시터(Cu1)와, 사용자의 저항(Ru), 사용자와 센싱전극(SE) 간의 캐패시터(Cu2)가 발생되어 CRC 직렬 연결 회로가 발생될 수 있다.
이에 따라, 펄스파의 제1구동신호(DS1)가 인가된 경우, 사용자 터치에 따른 구동전극(DE)과 센싱전극(SE) 간의 상호용량을 감지하게 된다. 그리고, 스윕 주파수의 제2구동신호(DS2)가 인가된 경우, 사용자 터치에 따른 구동전극(DE)과 센싱전극(SE) 사이의 CRC 직렬 회로 및 이와 직렬 연결된 검출회로(140)의 인덕터(L)로 구성된 CRCL 직렬 회로의 임피던스를 감지하게 된다.
이 구동전극(DE) 각각은, 예를 들면, 제1방향을 따라 배열되어 서로 전기적으로 연결된 다수의 구동전극패턴(PD)으로 구성될 수 있다.
이와 같은 구동전극(DE)과 교차하여 이와 상호용량이나 임피던스를 형성하는 센싱전극(SE) 각각은 제2방향을 따라 배열되어 서로 전기적으로 연결된 다수의 센싱전극패턴(PS)으로 구성될 수 있다.
구동회로(125)는 제1,2구동신호(DS1,DS2)를 각 구동전극(DE)에 시분할하여 출력하는 구동회로이다. 예를 들면, 구동회로(125)는 매 프레임 마다 다수의 구동전극(DE)에 수평주기 단위로 순차적으로 제1구동신호(DS1)를 인가할 수 있다. 그리고, 구동회로(125)는 다수의 구동전극(DE)에 수평주기 단위로 순차적으로 또는 동시에 제2구동신호(DS2)를 인가할 수 있다. 이때, 수평주기 단위는 1 수평주기 단위로 설정될 수도 있지만, 다수의 수평주기 단위로 설정될 수도 있다.
이와 같은 구동회로(125)는, 예를 들면, 펄스파 신호를 생성하는 제1전류원(IS1)과, 스윕 주파수 신호를 생성하는 제2전류원(IS2)과, 구동전극(DE) 각각에 접속되어 입력된 펄스파 신호와 스윕 주파수 신호를 출력 타이밍에 따라 선택적으로 스위칭하여 제1구동신호(DS1)나 제2구동신호(DS2)를 해당 구동전극(DE)에 출력하는 다수의 선택스위치(SWS)를 포함할 수 있다.
여기서, 구동전극(DE)은 상호용량 변화에 따른 사용자 터치 위치 뿐만 아니라 임피던스 즉 CRCL 임피던스 변화에 따른 사용자 식별을 위해 동작할 수 있게 된다. 이러한바, 다수의 구동전극(DE)에는 제2구동신호(DS2)가 수평주기 단위로 순차적으로 인가될 필요는 없으므로, 구동전극(DE)은 수평주기 단위로 순차 선택되어 해당 제2구동신호(DS2)가 인가되거나, 전체 구동전극(DE2)이 수평주기 단위로 함께 선택되어 제2구동신호(DS2)가 일괄적으로 인가될 수도 있다.
리드아웃회로(140)는 센싱전극(SE)에 연결되어, 센싱구간 동안 센싱전극(SE)을 통해 출력된 아날로그 센싱신호(SS)를 검출하게 된다.
이와 같은 리드아웃회로(140)는 제1채널선택회로(141)와 제2채널선택회로(142)와 제1검출회로(150)와 제2검출회로(160)와 인덕터(L)와 AD회로(170)를 포함할 수 있다.
제1채널선택회로(141)는 다수의 센싱전극(SE) 각각에 연결된 다수의 입력채널을 구비하며, 다수의 입력채널을 순차적으로 선택하여 출력하도록 구성된다. 즉, 다수의 센싱전극(SE)을 순차적으로 선택하여 해당 센싱신호(SS)를 순차적으로 출력하게 된다.
제2채널선택회로(142)는 제1채널선택회로(141)에서 출력된 센싱신호(SS)에 대해, 센싱신호(SS)가 제1구동신호(DS1)에 따라 발생된 센싱신호인 제1센싱신호(SS1)인 경우에 이를 제1출력채널을 통해 제1검출회로(150)에 출력하게 되며, 센싱신호(SS)가 제2구동신호(DS2)에 따라 발생된 센싱신호인 제2센싱신호(SS2)인 경우에 이를 제2출력채널을 통해 제2검출회로(160)에 출력하게 된다.
이와 관련하여, 각 수평주기 내에 제1구동신호(DS1)가 인가되는 제1센싱구간 동안에는 상호용량 변화를 센싱하는 제1센싱신호(SS1)가 발생하게 된다. 이 제1센싱구간 동안 입력된 제1센싱신호들(SS1)은 제1채널선택회로(141)를 통해 순차적으로 선택되어 제2채널선택회로(142)로 출력되고, 이 제1센싱구간 동안 제2채널선택회로(142) 제1센싱신호(SS1)를 제1검출회로(150)에 전달하게 된다.
한편, 각 수평주기 내에 제2구동신호(DS2)가 인가되는 제2센싱구간 동안에는 임피던스 보다 상세하게는 CRC 임피던스를 센싱하는 제2센싱신호(SS2)가 발생하게 된다. 이 제2센싱구간 동안 입력된 제2센싱신호들(SS2)은 제1채널선택회로(141)를 통해 순차적으로 선택되어 제2채널선택회로(142)로 출력되고, 이 제2센싱구간 동안 제2채널선택회로(142)는 제2센싱신호(SS2)를 제2검출회로(160)에 전달하게 된다.
제1검출회로(150)는 제1센싱신호(SS1)를 검출하여 상호용량을 측정하는 구성으로서, 이는 샘플/홀드회로(151)와 로우패스필터(152)를 포함할 수 있다.
이처럼, 제1검출회로(150)는 제1센싱신호(SS1)를 입력받아 상호용량을 검출할 수 있게 되며, 이에 따라 상호용량 변화에 따른 사용자 터치 위치를 판별할 수 있게 된다.
제2검출회로(160)는 제2센싱신호(SS2)를 검출하여 임피던스 변화 즉 CRCL 임피던스 변화를 측정하는 구성으로서, 이는 트랜스임피던스 증폭기(161)와 로그 증폭기(162)를 포함할 수 있다.
이때, 인덕터(L)는 제2검출회로(160)와 제2채널선택회로(142) 사이에 연결되어, 제2센싱신호(SS2)가 입력되는 제2센싱구간 동안 센싱전극(SE)과 전기적으로 직렬 접속된다. 이에 따라, 도 10에 도시한 바와 같이, 사용자 터치시에 발생되는 구동전극(DE)과 사용자 간의 캐패시터(Cu1)와, 사용자 저항(Ru)과, 사용자와 센싱전극 간의 사용자 캐패시터(Cu2)는 인덕터(L)와 직렬연결되어, CRCL 직렬 회로가 구현된다.
따라서, CRCL 직렬 회로의 임피던스는 제2센싱신호(SS2)에 반영되어 제2검출회로(160)에 입력되므로, 제2검출회로(160)는 CRCL 임피던스를 검출할 수 있게 되며, 이에 따라 임피던스 변화에 따른 사용자 ID를 판별할 수 있게 된다.
또한, 사용자 식별을 구현함에 있어 CRCL 직렬 회로인 CRCL 밴드패스필터를 사용하게 되는데, 실질적으로 CRCL 밴드패스필터는 RCL 밴드패스필터에 해당된다. 이와 같은 CRCL 밴드패스필터는 그 특성상 종래의 RLC 밴드컷필터에 비해 넓은 게인 범위를 갖게 된다. 따라서, 종래에 비해 사용자 식별력 즉 검출력이 향상될 수 있게 된다.
한편, 제1,2검출회로(150,160) 각각을 통해 검출된 아날로그 검출신호는 AD회로에 입력되어 디지털 검출신호로 변화되어 출력될 수 있다.
이하, 도 11을 함께 참조하여, 본 실시예에 따른 터치센싱시스템의 구동방법에 대해 설명한다. 도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 터치센싱시스템의 구동신호와 센싱신호의 일예를 개략적으로 도시한 타이밍도이다.
도 11을 함께 참조하여 살펴보면, 매 프레임 동안 수평주기(H) 단위로 상호용량 센싱과 임피던스 센싱이 시분할되어 수행된다. 이때, 센싱이 수행되는 수평주기 단위는 도시한 바와 같이 1 수평주기 단위로 설정될 수도 있지만, 다수의 수평주기 단위로 설정될 수도 있다.
각 수평주기(H)의 전반 구간(A) 중 적어도 일부는 제1센싱구간(SP1)에 해당되어 제1구동신호(DS1)가 해당 수평주기(H)의 구동전극(DE)에 인가될 수 있고, 후반 구간(B) 중 적어도 일부는 제2센싱구간(SP2)에 해당되어 제2구동신호(DS2)가 해당 수평주기(H)의 구동전극(DE)(또는 전체 구동전극(DE2))에 인가될 수 있다. 물론, 제1구동신호(DS1)가 인가되는 센싱구간(SP1)과 제2구동신호가 인가되는 센싱구간(SP2)의 순서는 반대가 될 수 있다.
제1센싱구간(SP1)에는 인가된 제1구동신호(DS1)에 대한 제1센싱신호(SS1) 즉 상호용량 센싱신호가 발생되고, 이는 해당 제1검출회로(150)에 입력되어 검출된다.
이에 따라, 사용자 터치에 따른 상호용량이 측정되어, 사용자 터치 위치를 판별할 수 있게 된다.
그리고, 제2센싱구간(SP2)에는 인가된 제2구동신호(DS2)에 대한 제2센싱신호(SS2) 즉 CRC 임피던스 센싱신호가 발생되고 인덕터(R)가 센싱전극(SE)에 전기적으로 접속되어 CRCL 직렬 연결이 구현되며, 이 CRCL 직렬 연결에 따른 CRCL 임피던스 센싱신호가 제2검출회로(160)에 입력되어 검출된다.
이에 따라, 사용자 터치에 따른 임피던스가 측정되어, 사용자 식별을 할 수 있게 된다.
한편, 본 실시예에 따른 구동전극(DE)과 센싱전극(SE)은 표시패널 내부에 배치되도록 형성될 수도 있다. 이와 관련하여 도 12를 참조할 수 있다. 도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 표시패널을 구비한 표시장치의 일예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 12를 참조하면, 표시패널(200)로는 일예로 어레이기판(210)과 이에 대향하는 대향기판(220)으로서 컬러필터기판(220)이 액정층(230)을 사이에 두고 합착된 액정패널이 사용될 수 있다. 여기서, 어레이기판(210)에는 다수의 행라인과 열라인을 따라 매트릭스 형태로 배치된 화소가 형성되며, 각 화소에는 해당 데이터신호가 입력되는 화소전극이 형성된다.
이때, 터치스크린부(110)의 구동전극(DE)과 센싱전극(SE)은 표시패널(200)의 어레이기판(210)에 형성될 수 있다. 더욱이, 구동전극(DE)과 센싱전극(SE)은, 화소전극과 대향하여 액정을 구동하는 공통전극의 기능을 겸비하도록 구성될 수 있다.
이처럼, 구동전극(DE) 및 센싱전극(SE)은 인셀 구조로 형성되어 공통전압이 인가되는 공통전극으로 기능할 수 있는데, 이 경우에는 매 프레임 마다 영상의 표시와 함께 상호용량 센싱과 임피던스 센싱이 시분할되어 수행될 수 있다.
이와 관련하여 도 13을 함께 참조할 수 있는데, 도 13은 본 발명의 제2실시예에 따른 터치스크린부의 구동전극과 센싱전극이 표시패널 내에 인셀 구조로 형성된 경우의 제1,2구동신호와 센싱신호를 개략적으로 도시한 타이밍도이다.
도 13을 참조하면, 매 프레임 동안 각 수평주기(H)에서는 상호용량 센싱 구간인 제1센싱구간(SP1)과 임피던스 센싱 구간인 제2센싱구간(SP2)과 표시패널(200)의 영상 표시구간인 표시구간(DP)이 시분할되어 설정될 수 있다.
예를 들면, 수평주기(H)의 전반 구간(A)에는 제1센싱구간(SP1)과 표시구간 즉 제1표시구간(DP1)이 순서대로 구분되어 설정될 수 있고, 수평주기(H)의 후반 구간에는 제2센싱구간(SP2)과 표시구간 즉 제2표시구간(DP2)이 순서대로 구분되어 설정될 수 있다. 여기서, 제1센싱구간(SP1)과 제2센싱구간(SP2)은 그 위치가 반대가 되도록 설정될 수 있다.
이와 같은 경우에, 각 수평주기(H)에서 제1센싱구간(SP1) 동안 구동전극(DE)에 제1구동신호(DS1)가 인가되고 이에 대한 제1센싱신호(SS1)가 검출된다. 그 후의 제1표시구간(DP1) 동안 표시패널(200)의 해당 행라인들의 화소들에 데이터신호가 기입되어 영상 표시가 수행된다. 그 후의 제2센싱구간(SP2) 동안 구동전극(DE)에 제2구동신호(DS2)가 인가되고 이에 대한 제2센싱신호(SS2)가 검출된다. 그 후의 제2표시구간(DP2) 동안 표시패널(200)의 해당 행라인들의 화소들에 데이터신호가 기입되어 영상 표시가 수행된다.
이때, 구동전극(DE)과 센싱전극(SE)에는 제1,2센싱구간(SP1,SP2)을 제외한 제1,2표시구간(DP1,DP2)에 공통전압(Vcom)이 인가되도록 구성된다. 물론, 센싱 동작이 수행되는 해당 수평주기(H) 이외의 프레임 시간 동안에도 구동전극(DE)과 센싱전극(DE)에는 공통전압(Vcom)이 인가되도록 구성된다. 즉, 프레임을 기준으로 할때, 제1,2센싱구간(SP1,SP2)을 제외한 시간 동안은 표시구간에 해당되어, 이 표시구간 동안 구동전극(DE)과 센싱전극(SE)에는 공통전압(Vcom)이 인가되도록 구성된다.
이처럼, 인셀 구조의 구동전극(DE)과 센싱전극(SE)을 사용하는 경우에는, 해당 센싱구간을 제외한 시간 동안에는 공통전압(Vcom)이 인가되어 이들 전극들은 공통전극으로 기능할 수 있게 된다.
더욱이, 전술한 터치스크린부의 구조와 또 다른 예로서, 터치스크린부(110)는 온셀 구조로 표시패널(200)의 대향기판(220) 외면 상에 구성될 수 있는데, 예를 들면 대향기판(220) 제조시 구동전극(DE)과 센싱전극(SE)을 형성할 수 있다. 이때, 구동전극(DE)과 센싱전극(SE)이 형성된 대향기판(220)의 외면인 표시패널(200)의 표시면 상에는 편광판이 부착될 수 있다.
위와 같이, 인셀 구조나 온셀 구조로 터치스크린부(110)를 형성하게 되면, 터치스크린부(110)의 두께를 감소시킬 수 있는 장점을 갖게 된다.
전술한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 상호용량 검출을 위한 펄스파의 제1구동신호와 CRCL 임피던스 검출을 위한 스윕 주파수의 제2구동신호가 시분할되어 인가되는 구동전극과, 제1구동신호와 제2구동신호 각각에 대한 센싱신호를 센싱하는 센싱전극을 사용하여 터치스크린부를 구성할 수 있다.
이에 따라, 상호용량 검출을 통해 사용자 터치 위치를 판별하고, CRCL 임피던스 검출을 통해 사용자를 식별할 수 있게 된다.
따라서, 종래에 사용자 터치 위치 판별 및 사용자 식별 각각을 위한 2개의 터치패널을 사용할 필요가 없게 되어, 터치센싱시스템의 부품 비용과 두께를 감소시킬 수 있게 되고, 이에 따라 터치센싱시스템이 적용되는 표시장치의 비용과 두께를 감소시킬 수 있게 된다.
또한, CRCL 임피던스 검출시 CRCL 직렬 회로로 구성된 넓은 게인 범위를 갖는 밴드패스필터가 구현되므로, 사용자 식별력이 향상될 수 있게 된다.
전술한 본 발명의 실시예는 본 발명의 일예로서, 본 발명의 정신에 포함되는 범위 내에서 자유로운 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명은, 첨부된 특허청구범위 및 이와 등가되는 범위 내에서의 본 발명의 변형을 포함한다.
100: 터치센싱시스템 110: 터치스크린부
120: 제1구동회로 130: 제2구동회로
140: 리드아웃회로 141: 제1채널선택회로
142: 제2채널선택회로 150: 제1검출회로
151: 샘플/홀드회로 152: 로우패스필터
160: 제2검출회로 161: 트랜스임피던스 증폭기
162: 로그 증폭기 170: AD회로
DE1,DE2: 제1,2구동전극
SE: 센싱전극
PD1,PD2: 제1,2구동전극패턴
PS: 센싱전극패턴
DS1,DS2: 제1,2구동신호
SS,SS1,SS2: 센싱신호,제1센싱신호,제2센싱신호
IS1,IS2: 제1,2전류원
SW1,SW2: 제1,2스위치

Claims (19)

  1. 다수의 제1구동전극과, 다수의 제2구동전극과, 다수의 센싱전극을 포함하는 터치스크린부와;
    제1센싱구간 동안 상기 제1구동전극에 펄스파의 제1구동신호를 출력하는 제1구동회로와;
    제2센싱구간 동안 상기 제2구동전극에 스윕 주파수의 제2구동신호를 출력하는 제2구동회로와;
    상기 제1센싱구간 동안 상기 센싱전극에서 감지된 제1센싱신호를 검출하는 제1검출회로와;
    상기 제2센싱구간 동안 상기 센싱전극에서 감지된 제2센싱신호를 검출하는 제2검출회로와;
    상기 제2센싱구간 동안 상기 센싱전극과 상기 제2검출회로 사이에 접속된 인덕터
    를 포함하고,
    상기 다수의 제1구동전극과, 상기 다수의 제2구동전극과, 상기 다수의 센싱전극은 각각 상기 터치스크린부의 전체 영역에 배치되고,
    상기 제1검출회로는 상기 제1센싱신호에 의해 상호용량을 측정하여 사용자의 터치위치를 판별하고,
    상기 제2검출회로는 상기 제2센싱신호에 의해 RCL 임피던스를 측정하여 사용자 ID를 판별하는
    터치센싱시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2구동전극은 이를 덮는 보호막에 형성된 노출홀을 통해 외부로 노출되는
    터치센싱시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1구동회로는 수평주기 단위로 상기 다수의 제1구동전극에 상기 제1구동신호를 순차적으로 출력하며,
    상기 수평주기 내에 상기 제1센싱구간과 제2센싱구간이 시분할되어 설정된
    터치센싱시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1구동전극과 센싱전극은 표시패널의 어레이기판에 구성되고, 상기 제1,2센싱구간 이외의 영상 표시구간 동안 공통전압을 인가받는
    터치센싱시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1구동전극은 제1방향을 따라 연장되고, 상기 센싱전극은 상기 제1방향과 교차하는 제2방향을 따라 연장되며, 상기 제2구동전극은 상기 센싱전극과 중첩하며 상기 제1방향이나 제2방향으로 연장된
    터치센싱시스템.
  6. 다수의 구동전극과, 다수의 센싱전극을 포함하는 터치스크린부와;
    제1센싱구간 동안 상기 구동전극에 펄스파의 제1구동신호를 출력하고, 제2센싱구간 동안 상기 구동전극에 스윕 주파수의 제2구동신호를 출력하는 구동회로와;
    상기 제1센싱구간 동안 상기 센싱전극에서 감지된 제1센싱신호를 검출하는 제1검출회로와;
    상기 제2센싱구간 동안 상기 센싱전극에서 감지된 제2센싱신호를 검출하는 제2검출회로와;
    상기 제2센싱구간 동안 상기 센싱전극과 상기 제2검출회로 사이에 접속된 인덕터
    를 포함하고,
    상기 다수의 구동전극과, 상기 다수의 센싱전극은 각각 상기 터치스크린부의 전체 영역에 배치되고,
    상기 제1검출회로는 상기 제1센싱신호에 의해 상호용량을 측정하여 사용자의 터치위치를 판별하고,
    상기 제2검출회로는 상기 제2센싱신호에 의해 CRCL 임피던스를 측정하여 사용자 ID를 판별하는
    터치센싱시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 구동회로는 수평주기 단위로 상기 다수의 구동전극에 상기 제1구동신호를 순차적으로 출력하며,
    상기 수평주기 내에 상기 제1센싱구간과 제2센싱구간이 시분할되어 설정된
    터치센싱시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 구동전극과 센싱전극은 표시패널의 어레이기판에 구성되고, 상기 제1,2센싱구간 이외의 영상 표시구간 동안 공통전압을 인가받는
    터치센싱시스템.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 구동전극은 제1방향을 따라 연장되고, 상기 센싱전극은 상기 제1방향과 교차하는 제2방향을 따라 연장된
    터치센싱시스템.
  10. 표시패널과;
    상기 표시패널의 표시영역에 대응하여 배치된 다수의 제1구동전극과, 다수의 제2구동전극과, 다수의 센싱전극을 포함하는 터치스크린부와;
    제1센싱구간 동안 상기 제1구동전극에 펄스파의 제1구동신호를 출력하는 제1구동회로와;
    제2센싱구간 동안 상기 제2구동전극에 스윕 주파수의 제2구동신호를 출력하는 제2구동회로와;
    상기 제1센싱구간 동안 상기 센싱전극에서 감지된 제1센싱신호를 검출하는 제1검출회로와;
    상기 제2센싱구간 동안 상기 센싱전극에서 감지된 제2센싱신호를 검출하는 제2검출회로와;
    상기 제2센싱구간 동안 상기 센싱전극과 상기 제2검출회로 사이에 접속된 인덕터
    를 포함하고,
    상기 다수의 제1구동전극과, 상기 다수의 제2구동전극과, 상기 다수의 센싱전극은 각각 상기 터치스크린부의 전체 영역에 배치되고,
    상기 제1검출회로는 상기 제1센싱신호에 의해 상호용량을 측정하여 사용자의 터치위치를 판별하고,
    상기 제2검출회로는 상기 제2센싱신호에 의해 RCL 임피던스를 측정하여 사용자 ID를 판별하는
    표시장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1구동전극과 센싱전극은 표시패널의 어레이기판에 구성되고, 상기 제1,2센싱구간 이외의 영상 표시구간 동안 공통전압을 인가받는
    표시장치.
  12. 표시패널과;
    상기 표시패널의 표시영역에 대응하여 배치된 다수의 구동전극과, 다수의 센싱전극을 포함하는 터치스크린부와;
    제1센싱구간 동안 상기 구동전극에 펄스파의 제1구동신호를 출력하고, 제2센싱구간 동안 상기 구동전극에 스윕 주파수의 제2구동신호를 출력하는 구동회로와;
    상기 제1센싱구간 동안 상기 센싱전극에서 감지된 제1센싱신호를 검출하는 제1검출회로와;
    상기 제2센싱구간 동안 상기 센싱전극에서 감지된 제2센싱신호를 검출하는 제2검출회로와;
    상기 제2센싱구간 동안 상기 센싱전극과 상기 제2검출회로 사이에 접속된 인덕터
    를 포함하고,
    상기 다수의 구동전극과, 상기 다수의 센싱전극은 각각 상기 터치스크린부의 전체 영역에 배치되고,
    상기 제1검출회로는 상기 제1센싱신호에 의해 상호용량을 측정하여 사용자의 터치위치를 판별하고,
    상기 제2검출회로는 상기 제2센싱신호에 의해 CRCL 임피던스를 측정하여 사용자 ID를 판별하는
    표시장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 구동전극과 센싱전극은 표시패널의 어레이기판에 구성되고, 상기 제1,2센싱구간 이외의 영상 표시구간 동안 공통전압을 인가받는
    표시장치.
  14. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 다수의 센싱전극에 연결되는 다수의 입력채널을 포함하며, 상기 다수의 입력채널 중 하나를 선택하여 선택된 상기 입력채널의 상기 제1센싱신호 또는 상기 제2센싱신호를 출력하는 제1채널선택회로와;
    상기 제1채널선택회로에서 상기 제1센싱신호가 출력된 경우 이를 상기 상기 제1검출회로에 출력하고, 상기 제1채널선택회로에서 상기 제2센싱신호가 출력된 경우 이를 상기 제2검출회로에 출력하는 제2채널선택회로
    를 더 포함하는 터치센싱시스템.
  15. 제 10 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 다수의 센싱전극에 연결되는 다수의 입력채널을 포함하며, 상기 다수의 입력채널 중 하나를 선택하여 선택된 상기 입력채널의 상기 제1센싱신호 또는 상기 제2센싱신호를 출력하는 제1채널선택회로와;
    상기 제1채널선택회로에서 상기 제1센싱신호가 출력된 경우 이를 상기 상기 제1검출회로에 출력하고, 상기 제1채널선택회로에서 상기 제2센싱신호가 출력된 경우 이를 상기 제2검출회로에 출력하는 제2채널선택회로
    를 더 포함하는 표시장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 제2구동전극 각각은, 상기 제1센싱구간 동안 상기 제2구동회로와 전기적으로 연결되지 않는
    터치센싱시스템.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 다수의 제2구동전극 각각은, 상기 제1센싱구간 동안 상기 제2구동회로와 전기적으로 연결되지 않는
    표시장치.
  18. 제 6 항에 있어서,
    상기 구동회로는, 상기 제1센싱구간 동안 상기 제1구동신호가 상기 구동전극에 출력되고 상기 제2센싱구간 동안 상기 제2구동신호가 상기 구동전극에 출력되도록 스위칭되는 선택스위치를 포함하는
    터치센싱시스템.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 구동회로는, 상기 제1센싱구간 동안 상기 제1구동신호가 상기 구동전극에 출력되고 상기 제2센싱구간 동안 상기 제2구동신호가 상기 구동전극에 출력되도록 스위칭되는 선택스위치를 포함하는
    표시장치.
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