(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記ディスプレイ駆動期間の間、前記画素に入力映像のデータを書き込むためのデータ電圧とゲートパルスを前記信号配線に供給し、前記タッチセンサ駆動期間の間、前記信号配線に前記タッチ駆動信号と同じ位相の交流信号を供給する、ディスプレイ駆動回路を含む、請求項1に記載のタッチセンシング装置。
前記タッチセンサは、Txラインと、前記Txラインと直交するRxラインと、前記Txラインと前記Rxラインとの間に形成された相互容量を含む、相互容量型のタッチセンサであり、
前記タッチセンサ駆動期間の間、前記Rxラインに前記タッチ駆動信号と同じ位相の交流信号が供給される、請求項5に記載のタッチセンシング装置。
前記タッチ駆動信号は、第1電位から第2電位に上昇し、前記第2電位から前記第1電位に下降した後、前記第1電位から第3電位に下降し、前記第3電位から前記第1電位に上昇する、請求項11に記載のタッチセンシング装置。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。明細書全体にかけて同一の参照番号は実質的に同一の構成要素を意味する。以下、本発明に関する公知の機能や構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要に不明確にすると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。
【0020】
本発明の表示装置は、液晶表示装置(Liquid Crystal Display、LCD)、電界放出表示装置(Field Emission Display:FED))、プラズマディスプレイパネル(Plasma Display Panel:PDP)、有機発光ダイオード表示装置(OrganIC Light Emitting Display、OLED)、電気泳動表示装置(Electrophoresis Display、EPD)などの平板表示装置に実現することができる。以下の実施の形態において、平板表示素子の一例として液晶表示装置を中心に説明するが、これに限定されない。例えば、本発明の表示装置は、インセルタッチセンサ技術が適用可能ないずれの表示装置にも適用が可能である。
【0021】
本発明のタッチセンシング装置は、画素に共通電圧を供給する共通電極を分割して、画素アレイ内に複数のタッチセンサを内蔵する。本発明のタッチセンシング装置は、スイッチング素子を利用して、ディスプレイ駆動期間の間にタッチセンサを互いに短絡(short circuit)させ、センサが互いに接続された状態において、互いに接続されたセンサを介して画素に共通電圧(Vcom)を印加する。本発明のタッチセンシング装置は、タッチセンサ駆動期間の間スイッチング素子をターン・オフ(turn-off)させ、タッチセンサを分離した状態においてタッチセンサにタッチ駆動信号を印加する。タッチセンサ期間の間に、画素に接続された寄生容量の影響を最小限にするための信号配線にタッチ駆動信号と同位相の交流信号が供給されることができる。
【0022】
共通電圧は、以下の実施の形態においては、液晶表示装置の画素に印加される共通電圧を例示したが、これに限定されない。例えば、共通電圧は、有機発光ダイオード表示装置の画素に共通に印加される高電位/低電位電源電圧(VDD/VSS)など、平板表示装置の画素に共通に供給される電圧と解釈されるべきである。
【0023】
本発明のタッチセンサは、インセルタッチセンサにおいて実現可能な静電容量(capacitance)型のタッチセンサを意味する。このようなタッチセンサは、自己静電容量(Self capacitance)型または相互静電容量(Mutual capacitance)型に分けることができる。
【0024】
指が自己容量型のタッチセンサに接触するとき、静電容量が生成される。センシング回路は、タッチ駆動信号が印加される自己容量型のタッチセンサにおいて、接触物体により変わる静電容量(または電荷)の変化を測定して、タッチ位置とタッチ面積を感知することができる。
【0025】
相互静電容量型は、タッチ駆動信号が印加されるTxラインと、誘電体層(または絶縁層)を挟んでTxラインと交差するRxラインとの間に形成される相互容量を、タッチセンサにおいて使用する。Txラインには、タッチ駆動信号が印加される。センシング回路は、接触物体により変わるタッチセンサの静電容量(または電荷)の変化量をRxラインを介して受信して、タッチ位置とタッチ面積を感知することが出来る。相互静電容量型は、自己静電容量型に比べて、マルチタッチ入力をさらに正確に判断することができる。
【0026】
図4は、本発明の表示装置を概略的に示すブロック図である。
【0027】
図4を参照すると、本発明の表示装置は、タッチセンシング装置を含む。タッチセンシング装置は、表示パネル100に内蔵されたタッチセンサを利用して、タッチ入力を感知する。タッチセンサは、
図5、
図6のような自己容量センサ型や、
図12〜
図15のような相互容量センサ型で実現することができる。
【0028】
液晶表示装置において、表示パネル100の二枚の基板の間には液晶層が形成される。液晶層の液晶分子は、画素電極に印加されるデータ電圧と、共通電極に印加される共通電圧(Vcom)の電位差で発生する電界により駆動される。表示パネル100の画素アレイは、データライン(S1〜Sm、mは2以上の正の整数)とゲートライン(G1〜Gn、nは2以上の正の整数)で定義された画素、画素に接続された共通電極から分割されたタッチセンサ、タッチセンサに接続されたセンサライン(L1〜Li)、及びセンサライン(L1〜Li、iは0より大きく、mより小さい正の整数)に接続されたスイッチ素子(
図4において、省略)などを含む。
【0029】
センサライン(L1〜Li)の長さは、画素アレイ(または画面)内において互いに同一である。
例えば、
図5のように複数のタッチセンサは、カラムラインに沿って形成する第1タッチセンサ乃至第4タッチセンサ(C1〜C4)を含む。第2タッチセンサ(C2)は、第1タッチセンサ(C1)の下に配置されてある。第1センサライン(L1)は、第1タッチセンサ(C1)に接続され、第2センサライン(L2)は、第2タッチセンサ(C2)に接続される。第2センサライン(L2)の長さは、画素アレイ内で第1センサライン(L1)の長さと同じである。共通電圧(Vcom)は、ディスプレイ駆動期間(Td)の間にセンサライン(L1〜Li)の両端を介してタッチセンサに供給される。第1センサライン(L1)の一端は、第1タッチセンサ(C1)と後述する第1給電部とに接続される。第1センサライン(L1)の他端は、第1タッチセンサ(C1)と後述する第2給電部とに接続される。第2センサライン(L2)の一端は、第2タッチセンサ(C2)と第1給電部とに接続される。第2センサライン(L2)の他端は、第2タッチセンサ(C2)と第2給電部とに接続される。第1センサライン(L1)において、第1タッチセンサ(C1)と第1給電部との間の長さは、第2センサライン(L2)において、第2タッチセンサと第1給電部との間の長さより長い。その反面、第1センサライン(L1)において第1タッチセンサ(C1)と第2給電部との間の長さは、第2センサライン(L2)において第2タッチセンサ(C2)と第2給電部との間の長さより短い。共通電圧(Vcom)は、画素の基準信号として表現され得る。
【0030】
画素の各々は、データライン(S1〜Sm)とゲートライン(G1〜Gn)との交差部に形成された画素TFT(Thin Film Transistor、
図11のT3)、画素TFT(T3)を介してデータ電圧の供給を受ける画素電極、共通電圧(Vcom)が印加される共通電極、画素電極に接続され、液晶セルの電圧を維持させるためのストレージキャパシタ(Storage Capacitor、Cst)などを含む。共通電極は、タッチセンサ駆動期間の間、複数のタッチセンサに分割される。
【0031】
表示パネル100の上部基板には、ブラックマトリックス、カラーフィルタなどが形成されることができる。表示パネル100の下部基板は、COT(Color filter On TFT)構造として実現することができる。この場合に、カラーフィルタは、表示パネル100の下部基板に形成することができる。表示パネル100の上部基板と下部基板とには、それぞれ偏光板が付着され、液晶と接する内面に液晶のプレチルト角を設定するための配向膜が形成される。表示パネル100の上部基板と下部基板との間には、液晶層のセル・ギャップ(Cell gap)を維持するためのカラムスペーサーが形成される。
【0032】
表示パネル100の背面下には、バックライトユニットが配置されることができる。バックライトユニットは、エッジ型(edge type)または直下型(Direct type)バックライトユニットで実現され、表示パネル100に光を照射する。表示パネル100は、TN(Twisted Nematic)モード、VA(Vertical Alignment)モード、IPS(In Plane Switching)モード、FFS(Fringe Field Switching)モードなどの公知のいずれの液晶モードでも実現することができる。有機発光ダイオード表示装置のような自発光表示装置においては、バックライトユニットは必要ない。
【0033】
本発明による表示装置において、画素に入力映像のデータを書き込むディスプレイ駆動回路(12、14、20)は、タッチセンサを駆動するセンシング回路30、および電源を発生させる電源部50をさらに含む。
【0034】
ディスプレイ駆動回路(12、14、20)とセンシング回路30は、同期信号(Tsync)に応答して、互いに同期される。ディスプレイ駆動期間(Td)とタッチセンサ駆動期間(Tt)は、
図2のように時分割される。
【0035】
ディスプレイ駆動回路(12、14、20)は、ディスプレイ駆動期間(
図2、Td)の間、画素にデータを書き込む。画素は、タッチセンサ駆動期間(
図2、Tt)の間は画素TFT(T3)がオフ状態であるため、ディスプレイ駆動期間(Td)で充填したデータ電圧を保持(hold)する。ディスプレイ駆動回路は、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間に、タッチセンサと画素とに接続された信号配線(S1〜Sm、G1〜Gn)との間の寄生容量を最小化するために、センサライン(L1〜Li)を介してタッチセンサに印加されるタッチ駆動信号(Tdrv)のような位相の交流信号を信号配線(S1〜Sm、G1〜Gn)に供給することができる。画素に接続された信号配線は、画素にデータを書き込むための信号配線として、データ電圧を画素に供給するためのデータライン(S1〜Sm)と、データが書き込まれた画素を選択するためのゲートパルス(またはスキャンパルス)が供給されるゲートライン(G1〜Gm)とを含む。
【0036】
ディスプレイ駆動回路(12、14、20)は、データ駆動回路12と、ゲート駆動回路14と、タイミングコントローラ20とを含む。データ駆動回路12は、ディスプレイ駆動期間(Td)の間にタイミングコントローラ20から受信される入力映像のデジタルビデオデータ(RGB)をアナログ正極性/負極性のガンマ補償電圧に変換して、データ電圧を出力する。データ駆動回路12から出力されたデータ電圧は、データライン(S1〜Sm)に供給される。データ駆動回路12は、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間に、タッチセンサに印加されるタッチ駆動信号(Tdrv)のような位相の交流信号をデータライン(S1〜Sm)に印加して、タッチセンサとデータラインとの間の寄生容量を最小化する。これは、寄生容量の両端の電圧が同時に変化して、その電圧差が小さいほど、寄生容量に充電される電荷量が小さくなるからである。一方、タッチセンサの一端がセンサに接続され、他端がグランド(GND)に接続されるので、タッチセンサは、タッチ駆動信号(Tdrv)が印加されるとき電荷を充電する。
【0037】
ゲート駆動回路14は、ディスプレイ駆動期間(Td)の間、データ電圧に同期されるゲートパルス(またはスキャンパルス)をゲートライン(G1〜Gn)に順次供給し、データ電圧を書き込む表示パネル100のラインを選択する。ゲートパルスは、ゲートハイ電圧(VGH)とゲートロー電圧(VGL)との間でスイングする。ゲートパルスは、ゲートライン(G1〜Gn)を介して、画素TFT(T3)のゲートに印加される。ゲートハイ電圧(VGL)は、画素TFTのしきい値電圧より高い電圧に設定され、画素TFT(T3)をターンオン(turn-on)させる。ゲートロー電圧(VGL)は、画素TFT(T3)のしきい値電圧より低い電圧である。ゲート駆動回路14は、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間に、タッチセンサに印加されるタッチ駆動信号(Tdrv)のような位相の交流信号をゲートライン(G1〜Gn)に印加して、タッチセンサとゲートラインとの間の寄生容量を最小化する。タッチセンサ駆動期間(Tt)の間にゲートライン(G1〜Gn)に印加される交流信号の電圧は、画素に書き込まれたデータが変わらないように、
図12及び
図13のようにゲートハイ電圧(VGH)より低く、画素TFT(T3)のしきい値電圧より低くしなければならない。
【0038】
タイミングコントローラ20は、ホストシステム40から入力される垂直同期信号(Vsync)、水平同期信号(Hsync)、データイネーブル信号(Data Enable、DE)、メインクロック(MCLK)などのタイミング信号の入力を受け、データ駆動回路12とゲート駆動回路14との動作タイミングを同期させる。スキャンタイミング制御信号は、ゲートスタートパルス(Gate Start Pulse、GSP)、ゲートシフトクロック(Gate Shift Clock、GSC)、ゲート出力イネーブル信号(Gate Output Enable、GOE)などを含む。データタイミング制御信号は、ソースサンプリングクロック(Source Sampling Clock、SSC)、極性制御信号(Polarity、POL)、ソース出力イネーブル信号(Source Output Enable、SOE)などを含む。
【0039】
ホストシステム40は、テレビシステム、セットトップボックス、ナビゲーションシステム、DVDプレーヤー、ブルーレイプレーヤー、パーソナルコンピュータ(PC)、ホームシアターシステム、携帯電話システム(Phone system)のいずれかで実現することができる。ホストシステム40は、スケーラー(scaler)を内蔵したSoC(System on chip)を含み、入力映像のデジタルビデオデータを表示パネル100の解像度に適したフォーマットに変換する。ホストシステム40は、入力映像のデジタルビデオデータ(RGB)と共にタイミング信号(Vsync、Hsync、DE、MCLK)をタイミングコントローラ20に伝送する。また、ホストシステム40は、センシング回路30から入力されるタッチ入力の座標情報(XY)と連携したアプリケーションを実行する。
【0040】
タイミングコントローラ20、またはホストシステム40は、ディスプレイ駆動回路(12、14、20)とセンシング回路30を同期させるための同期信号(Tsync)を発生させることができる。
【0041】
共通電圧(Vcom)は、ディスプレイ駆動期間(Td)の間にタッチセンサを介して画素に印加される。タッチセンサは、ディスプレイ駆動期間(Td)の間に、
図5のようなスイッチング素子(T1)、給電ライン(D1)、給電制御ライン(D2)、及びセンサライン(L1〜L4)を介して互いに短絡(short circuit)される。このように、タッチセンサが短絡された状態で、共通電圧(Vcom)がセンサライン(L1〜L4)の両方向から同時に供給される。
【0042】
センシング回路30は、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間にタッチセンサの容量変化を所定のしきい値と比較して、しきい値より大きい容量の変化をタッチ入力と判断してタッチ入力の位置や面積を感知する。センシング回路30は、タッチ入力の座標情報(XY)を計算して、ホスト・システム40に伝送する。
【0043】
データ駆動回路12とセンシング回路30は、
図5と
図11のように一つのIC(Integrated Circuit)内に集積され、COG(Chip on glass)工程において表示パネルの基板上に接着されることができる。
【0044】
電源部50は、ディスプレイ駆動期間(Td)の間に、センサライン(L1〜Li)の一端に共通電圧(Vcom)を供給する。電源部50は、共通電圧(Vcom)のダブルフィード(double feeding)のために、
図5のような給電ライン(D1)と、給電制御ライン(D2)とに必要な電圧を発生する。電源部50は、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間に、タッチ駆動信号(Tdrv)のような位相の交流信号を発生する。
【0045】
図5及び
図6は、本発明の実施の形態に係る自己容量型のタッチセンサを例示した図である。
図5及び
図6において、図面符号’11’は、画素の画素電極であり、’101’は、表示パネル100の基板である。そして、図面符号’102 ’は、入力映像が表示される画素アレイを示す。表示パネル100において、画素アレイ102の外の部分は非表示領域であるベゼル(Bezel)である。
【0046】
図5及び
図6を参照すると、共通電極(COM)は、複数のセンサ(C1〜C4)に分けられる。センサライン(L1〜L4)は、タッチセンサ(C1〜C4)に1対1で接続される。自己容量型のタッチセンサの各々は、一つのセンサに接続された静電容量を含む。
【0047】
センサ(C1〜C4)のそれぞれは、画素より大きいサイズにパターニングされ、複数の画素に接続される。センサ(C1〜C4)のそれぞれは、透明導電性材料、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)で形成することができる。センサライン(L1〜L4)は、低抵抗の金属、例えば、Cu、AlNd、Mo、Ti等の金属で形成することができる。センサ(C1〜C4)は、ディスプレイ駆動期間(Td)の間に、互いに接続された状態で画素に共通電圧(Vcom)を供給する共通電極である。そして、センサ(C1〜C4)は、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間に、互いに分離される。したがって、自己容量型のタッチセンサは、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間に、互いに分離されて独立して駆動される。
【0048】
本発明の表示装置は、ディスプレイ駆動期間(Td)の間にセンサ(C1〜C4)を接続し、そのセンサ(C1〜C4)に共通電圧(Vcom)を供給するためのダブル給電手段(double feeding means)を含む。ダブル給電手段は、センサライン(L1〜L4)の両端に共通電圧を印加し、センサ(C1〜C4)に印加される共通電圧の遅延を減らすことで、画素の共通電圧を画面全体で均一にする。
【0049】
ダブル給電手段は、ディスプレイ駆動期間(Td)の間にセンサライン(L1〜L4)の一端に共通電圧(Vcom)を印加する第1給電部と、ディスプレイ駆動期間(Td)の間に給電ラインD1を経由して、センサライン(L1〜L4)を互いに接続し、センサライン(L1〜L4)の他端に共通電圧(Vcom)を供給する第2給電部とを含む。タッチセンサは、ディスプレイ駆動期間(Td)の間に給電ラインD1を介して、センサライン(L1〜L4)と接続されるので、互いに短絡される。
【0050】
第1給電部はタッチセンサ駆動期間(Tt)の間に、タッチ駆動信号をセンサライン(L1〜L4)を介してタッチセンサに供給する。第2給電部はタッチセンサ駆動期間(Tt)の間にセンサラインを分離して、タッチセンサの各々が独立して駆動されるようにする。
【0051】
第1給電部及び第2給電部は、センサライン(L1〜L4)を挟んで互いに反対側に位置する。第1給電部は、
図5にセンサライン(L1〜L4)の下端に接続されたICであり得、第2給電部は、センサライン(L1〜L4)の上端に接続できるが、これに限定されない。例えば、センサライン(L1〜L4)が横方向に沿って形成されると、第1給電部及び第2給電部は、そのセンサのライン(L1〜L4)を間に置いて表示パネル100の左側と右側とに配置することができる。
【0052】
第2給電部は、センサライン(L1〜L4)にそれぞれ接続されたTFT(T1)と、TFT(T1)に接続された給電ラインD1及び給電制御ライン(D2)とを含む。TFT(T1)は、画素TFT(T3)のような構造とサイズで画素TFT(T3)と同時に形成される。TFT(T1)は、給電制御ライン(D2)に接続されたゲート、給電ライン(D1)に接続されたドレイン、及びセンサラインに接続されたソースを有する。従って、TFT(T1)は、給電制御ライン(D2)の電圧に応答して給電ライン(D1)とセンサラインとを選択的に接続する。
【0053】
給電ライン(D1)と、給電制御ライン(D2)とは、画素アレイ102の外のベゼル領域に沿って形成される低抵抗の金属配線である。電源部50は、ディスプレイ駆動期間(Td)の間に給電ライン(D1)に共通電圧(Vcom)を供給し、給電制御ライン(D2)を介してゲートハイ電圧(VGH)を供給してTFT(T1)をターン・オン(turn-on)させる。従って、TFT(T1)は、ディスプレイ駆動期間(Td)の間に給電制御ライン(D2)を介して印加されるゲートハイ電圧(VGH)に応答して、給電ライン(D1)からの共通電圧(Vcom)をセンサライン(L1〜L4)に供給する。
【0054】
TFT(T1)は、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間、オフ状態を維持する。TFTのゲートとドレインには、センサライン(L1〜L4)との寄生容量を最小化するために、タッチ駆動信号(Tdrv)のような位相の交流信号が印加されることができる。タッチセンサ駆動期間(Tt)の間に、給電ライン(D1)と、給電制御ライン(D2)は、
図7〜
図9に示すように制御することができる。これについては、
図7〜
図9を結びつけて後述することにする。
【0055】
給電ライン(D1)と、給電制御ライン(D2)は、フレキシブルプリント回路(Flexible Printed Circuit、FPC)を介して電源部50に接続することができる。
【0056】
図7〜
図9は、本発明の表示装置に印加される画素駆動信号とタッチ駆動信号を示す波形図である。
図7〜
図9において、「Ten」は、給電制御ライン(D2)の電圧であり、「Vcom_FPC」は、給電ライン(D1)の電圧である。
【0057】
図7を参照すると、ディスプレイ駆動期間(Td)とタッチセンサ駆動期間(Tt)は、時分割される。
【0058】
ディスプレイ駆動期間(Td)の間、入力映像のデータが画素に書き込まれる。ディスプレイ駆動期間(Td)の間、データライン(S1、S2)に入力映像のデータ電圧が供給され、そのデータ電圧に同期されるゲートパルスが、スキャンライン(G1、G2)に順次印加される。共通電圧(Vcom)は、ディスプレイ駆動期間(Td)の間、センサライン(L1〜L4)の両端を介して互に接続されたセンサ(C1〜C4)に供給される。ディスプレイ駆動期間(Td)の間、給電制御ライン(D2)にTFT(T1)のしきい値電圧より高いゲートハイ電圧(VGH)が供給され、給電ライン(D1)に共通電圧(Vcom)が供給される。従って、共通電圧(Vcom)は、ICとTFT(T1)を介して、センサライン(L1〜L4)の両端に供給される。共通電圧(Vcom)がセンサライン(L1〜L4)の両端を介してセンサ(C1〜C4)に印加されると、センサ(C1〜C4)の電圧降下を防止することができるので、大画面上で画素に印加される共通電圧(Vcom)を均一にして画質を向上させることができる。
【0059】
画素に充電されたデータ電圧は、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間で維持される。これは、画素TFT(T3)と第2給電部のTFT(T1)とがタッチセンサ駆動期間(Tt)の間、オフ状態を維持するからである。
【0060】
電源部50は、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間にセンサ(C1〜C4)に供給されるタッチ駆動信号(Tdrv)の電圧を発生させる。電源部50の出力端子は、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間に給電ラインD1と給電制御ライン(D2)とに分離される。従って、給電ライン(D1)と、給電制御ライン(D2)とは、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間に電圧が印加されないハイインピーダンス(High impedence、Hi−Z)状態を維持することができる。 TFT(T1)は、給電ライン(D1)と、給電制御ライン(D2)とがハイインピーダンス(Hi−Z)を維持するため、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間、オフ状態を維持する。
【0061】
電源部50は、センサライン(L1〜L4)と画素に接続された信号ライン(S1、S2、G1、G2)との間の寄生容量を最小化するために、タッチ駆動信号(Tdrv)のような位相の交流信号をタッチセンサ駆動期間(Tt)の間に発生させる。寄生容量を最小化するために、交流信号の電圧は、タッチ駆動信号(Tdrv)と同じに設定することができる。
【0062】
図8を参照すると、ディスプレイ駆動期間(Td)の間の画素駆動方法とタッチセンサの駆動方法は、
図7の実施の形態と実質的に同じなので、それに対する詳細な説明を省略する。
【0063】
画素に充電されたデータ電圧は、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間に維持される。これは、画素TFT(T3)と第2給電部のTFT(T1)とがタッチセンサ駆動期間(Tt)の間、オフ状態を維持するからである。給電ライン(D1)は、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間、ハイインピーダンス状態を維持する。給電制御ライン(D2)の電圧は、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間にTFT(T1)のしきい値電圧よりも低いゲートロー電圧(VGL)を維持する。
【0064】
電源部50は、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間にセンサ(C1〜C4)に供給されるタッチ駆動信号(Tdrv)の電圧を発生させる。電源部50は、センサライン(L1〜L4)と画素に接続された信号ライン(S1、S2、G1、G2)間の寄生容量を最小化するために、タッチ駆動信号(Tdrv)のような位相の交流信号をタッチセンサ駆動期間(Tt)の間に発生させる。寄生容量を最小化するために、交流信号の電圧は、タッチ駆動信号(Tdrv)と同じに設定することができる。
【0065】
図9を参照すると、ディスプレイ駆動期間(Td)の間の画素駆動方法とタッチセンサ駆動方法は、
図7の実施の形態と実質的に同じなので、それに対する詳細な説明を省略する。
【0066】
画素に充電されたデータ電圧は、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間で維持される。これは、画素TFT(T3)と第2給電部のTFT(T1)がタッチセンサ駆動期間(Tt)の間、オフ状態を維持するからである。
【0067】
タッチセンサ駆動期間(Tt)の間の画素信号配線(S1〜S2、G1〜G2)とセンサライン(L1〜L4)とに印加される交流信号及びタッチ駆動信号(Tdrv)の電圧は、画素に書き込まれたデータが変わらないようにゲートハイ電圧(VGH)より低く、画素TFT(T3)のしきい値電圧より低くなければならない。
【0068】
電源部50は、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間にセンサ(C1〜C4)に供給されるタッチ駆動信号(Tdrv)の電圧を発生させる。電源部50は、センサライン(L1〜L4)と画素に接続された信号ライン(S1、S2、G1、G2)との間の寄生容量と、センサライン(L1〜L4)と給電ライン(D1)との間の寄生容量と、センサライン(L1〜L4)と給電制御ライン(D2)との間の寄生容量を最小化するために、タッチ駆動信号(Tdrv)のような位相の交流信号を発生する。寄生容量を最小化するために、交流信号の電圧は、タッチ駆動信号(Tdrv)と同じに設定することができる。このような交流信号は、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間にセンサライン(L1〜L4)、画素に接続された信号ライン(S1、S2、G1、G2)、給電ライン(D1)、及び給電制御ライン(D2)に供給される。タッチ駆動信号(Tdrv)と、そのタッチ駆動信号(Tdrv)の同位相で発生される交流信号は、TFT(T1)のしきい値電圧より小さい。従って、TFT(T1)は、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間オフ状態を維持する。
【0069】
図10は、タッチ駆動信号(Tdrv)の様々な例を示す波形図である。
【0070】
タッチ駆動信号(Tdrv)は、表示パネルの大きさ、解像度、RC遅延などを考慮して、さまざまな波形と電圧を有することができる。例えば、RC遅延が大きい場合、電圧降下を考慮して、タッチ駆動信号(Tdrv)の電圧を高く設定することが望ましい。
図10で、M1〜M3(M1> M2> M3> M4)は、タッチ駆動信号(Tdrv)の電圧である。
図10の(A)と(B)の波形は第1電位から第2電位に上昇し、第2電位から第1電位に下降した後、 第1電位から第3電位に下降し、第3電位から第1電位に上昇する。タッチ駆動信号(Tdrv)は、
図10の(C)のようなマルチステップ波形を有することができる。M1は、早い時間内にタッチセンサの電荷を充電させるための電位であり、M3は、タッチセンサの残留電荷を急速に放電するための電位である。
図10の(C)の波形は第1電位から第2電位に上昇し、第2電位から第3電位に下降した後、第3電位から第1電位に下降する。続いて
図10の(C)の波形は第1電位から第4電位に下降し、第4電位から第5電位に上昇した後、第5電位から第1電位に上昇する。
図10の(C)の波形において、第3電位は第1電位より高く、第2電位より低い。そして第5電位は、第4電位より高く、第1電位より低い。
図10の(C)のようなタッチ駆動信号(Tdrv)は、米国特許出願14/079、798(2013.11.14)で提案されたマルチステップ(multi step)の波形を有することができる。タッチ駆動信号(Tdrv)と同位相で発生される交流信号も、
図10のような様々な波形を有することができる。交流信号は、
図7〜
図9、
図12及び
図13のように、タッチ駆動信号(Tdrv)と同じ位相、同じ電圧と同じ波形を有することができる。
【0071】
図11は、本発明の実施の形態に係る表示装置の駆動回路を詳細に示す回路図である。
図12及び
図13は、
図11のような駆動回路から出力される画素駆動信号とタッチ駆動信号を示す波形図である。
図11において、「Clc」は液晶セルであり、「T3」は、画素TFTである。
【0072】
図11〜
図13を参照すると、電源部50は、共通電圧(Vcom1、Vcom2)、ロジック電源電圧(Vcc)、ゲートハイ電圧(VGH1、VGH2)、ゲートロー電圧(VGL1、VGL2)、交流信号電圧(M1〜M4)などを発生させる。ロジック電源電圧(Vcc)は、ゲート駆動回路14とICの駆動電源である。
【0073】
第1共通電圧(Vcom1)は、IC内の第1給電部(31、32)を介して、センサライン(L1〜L4)の一端に印加される。第2共通電圧(Vcom2)は、第2給電部(D1、D2、T1)を介して、センサライン(L1〜L4)の他端に印加される。第2給電部(D1、D2、T1)に接続された負荷が第1給電部(31、32)に接続された負荷よりさらに大きい場合に、第2共通電圧(Vcom2)を第1共通電圧(Vcom1)よりもさらに大きく設定することが望ましい。負荷の差が小さい場合は、第1共通電圧(Vcom1)と第2共通電圧(Vcom2)は同じ電位に設定することができる。
【0074】
第1ゲートハイ電圧(VGH1)と第1ゲートロー電圧(VGL1)とは、ゲート駆動回路14を介してゲートライン(G1、G2)に供給される。液晶セル(Clc)のキックバック(kickback)の電圧は、液晶セルの寄生容量に起因して発生し、フリッカ(flcker)をもたらす。
図12に示すように、ゲートパルスのフォーリングエッジから第1ゲートハイ電圧(VGH1)を予め設定された変調電位(Vm)に下げると、キックバック電圧を下げることができるので、フリッカを改善することができる。
【0075】
ゲート駆動回路14は、ディスプレイ駆動期間(Td)の間に第1ゲートハイ電圧(VGH1)と第1ゲートロー電圧(VGL1)の間でスイングするゲートパルスを、ゲートライン(G1、G2)に供給する。ゲート駆動回路14は、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間にタッチ駆動信号(Tdrv)に同期して、交流信号をゲートライン(G1、G2)に供給する。交流信号はタッチ駆動信号(Tdrv)と、それと同期される同位相の交流信号の電圧である。
【0076】
ゲート駆動回路14は、シフトレジスタ(shift register)を使用して、出力波形を順にシフト(shift)する。シフトレジスタは、ゲートスタートパルス(GSP)とゲートシフトクロック(GSC)に応答して、ゲートパルスを出力し、その出力をシフトする。電源部50から出力される交流信号は、ゲートシフトクロック(GSC)としてシフトレジスタに入力される。
【0077】
第2ゲートハイ電圧(VGH2)と第2ゲートロー電圧(VGL2)は、給電制御ライン(D2)に供給される。第2給電部(D1、D2、T1)に接続された負荷がゲート駆動回路14に接続された負荷より大きい場合に、第2ゲートハイ電圧(VGH2)を第1ゲートハイ電圧(VGH1)よりさらに大きく設定することが望ましい。また、第2給電部(D1、D2、T1)に接続された負荷がゲート駆動回路14に接続された負荷より大きい場合に、第2ゲートロー電圧(VGL2)を第1ゲートロー電圧(VGL1)よりさらに低く設定することが望ましい。負荷の差が小さい場合は、第1ゲートハイ電圧(VGH1)と第2ゲートハイ電圧(VGH2)は同じ電位に設定することができ、また、第1ゲートロー電圧(VGL1)と第2ゲートロー電圧(VGL2)とは同じ電位で設定することができる。
【0078】
電源部50は、第1電源部(50A)と第2電源部(50B)とに分かれることができる。第1電源部(50A)は、ICとゲート駆動回路14の駆動に必要な電圧を供給する。第2電源部(50B)は、第2給電部62の駆動に必要な電圧を供給する。
【0079】
第1電源部(50A)は、複数のマルチプレクサ(Multiplexer)(51〜54)を含む。第1マルチプレクサ51は、第1選択信号に応答して、第1ゲートロー電圧(VGL1)と、第2マルチプレクサ52から出力される交流信号電圧(M1〜M4)を選択して、ゲート駆動回路14に供給する。第2マルチプレクサ52は、第2選択信号に応答して、あらかじめ設定された交流信号の波形に合わせて交流信号電圧(M1〜M4)を選択して出力する。第1ゲートハイ電圧(VGH1)は、ゲート駆動回路14に直接供給される。
【0080】
第3マルチプレクサ53は、第3選択信号に応答して、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間に第1給電部(31、32)の第2マルチプレクサ32に交流信号電圧(M1〜M4)を供給する。第4マルチプレクサ54は、第4選択信号に応答して、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間のデータライン(S1、S2)に接続されたマルチプレクサ13に交流信号電圧(M1〜M4)を供給する。
【0081】
ICは、データ駆動回路12と、センシング回路30と、第1給電部(31、32)と、マルチプレクサ13などを含む。
【0082】
第1給電部(31、32)の第1マルチプレクサ31は、センサライン(L1〜L4)に接続された出力端と、第2マルチプレクサ32とセンシング回路30とに接続された入力端を含む。
第1マルチプレクサ31は、第5選択信号に応答して、ディスプレイ駆動期間(Td)の間に第2マルチプレクサ32を介して入力される第1共通電圧(Vcom1)をセンサライン(L1〜L4)に供給する。第1マルチプレクサ31は、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間に第2マルチプレクサ32を介して入力される交流信号電圧(M1〜M4)をセンサライン(L1〜L4)に供給し、センサライン(L1〜L4)をセンシング回路30に接続する。センシング回路30は、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間にセンサーライン(L1〜L4)の信号の変化をカウントした結果に基づいて、容量変化を感知する。
【0083】
第2マルチプレクサ32は、第1マルチプレクサ31に接続された出力端と、第1電源部50Aに接続された入力端とを含む。第2マルチプレクサ32は、第6選択信号に応答して、ディスプレイ駆動期間(Td)の間に第1共通電圧(Vcom1)を第1マルチプレクサ31に供給した後、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間に交流信号電圧(M1〜M4)を第1マルチプレクサ31に供給する。
【0084】
マルチプレクサ13は、データライン(S1、S2)に接続された出力端と、データ駆動回路12と、第1電圧源50Aに接続された入力端とを含む。マルチプレクサ13は、第7選択信号に応答して、ディスプレイ駆動期間(Td)の間に、入力映像のデータ電圧をデータラインの(S1、S2)に供給した後、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間交流信号電圧(M1〜M4)をデータライン(S1、S2)に供給する。
【0085】
第2電源部(50B)は、第1乃至第4のマルチプレクサ(55〜58)を含む。
【0086】
第1マルチプレクサ55は、給電制御ライン(D2)に接続された出力端と、第2マルチプレクサ57に接続された入力端とを含む。第1マルチプレクサ55は、第8選択信号に応答して、ディスプレイ駆動期間(Td)の間に第2ゲートハイ電圧(VGH2)を給電制御ライン(D2)に供給する。第1マルチプレクサ55は、
図7〜
図9に示す駆動方法を実現するために、第8選択信号に応答して、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間にハイインピーダンス端子(Hi−Z)と第2マルチプレクサ57の出力端とのいずれか1つを給電制御ライン(D2)に接続するか、第2ゲートロー電圧(VGL2)を給電制御ライン(D2)に供給する。
【0087】
第2マルチプレクサ57は、第1マルチプレクサ55に接続された出力端と、交流信号電圧(M1〜M4)が供給される入力端とを含む。第2マルチプレクサ57は、第9選択信号に応答して、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間に交流信号電圧(M1〜M4)を供給する。
【0088】
第3マルチプレクサ56は、給電ライン(D1)に接続された出力端と、第4マルチプレクサ58に接続された入力端とを含む。第3マルチプレクサ56は、第10選択信号に応答して、ディスプレイ駆動期間(Td)の間に第2共通電斡(Vcom2)を給電ライン(D1)に供給する。第3マルチプレクサ56は、
図7〜
図9に示す駆動方法を実現するために、第10選択信号に応答して、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間にハイインピーダンス端子(Hi−Z)と第4マルチプレクサ58の出力端とのいずれか1つを給電制御ライン(D2)に接続する。
【0089】
第4マルチプレクサ58は、第3マルチプレクサ56に接続された出力端と、交流信号電圧(M1〜M4)が供給される入力端とを含む。第4マルチプレクサ57は、第11選択信号に応答して、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間に交流信号電圧(M1〜M4)を供給する。
【0090】
タイミングコントローラ20またはセンシング回路30のMCU(Micro Controller Unit、MCU)は、マルチプレクサ(51〜58、13、31、32)を制御するための選択信号を発生させることができる。
【0091】
図14は、本発明の実施の形態に係る相互容量タイプのタッチセンサを示す等価回路図である。
図15乃至
図17は、
図14のようなタッチセンサにダブル給電手段を接続した例を示す図である。
【0092】
図14乃至
図17を参照すると、タッチセンサの相互容量(Cm)は、Txライン(Tx1〜Tx6)とRxライン(Rx1〜R7)との間に形成される。Txライン(Tx1〜Tx6)は、Rxライン(Rx1〜R7)と直交する。
【0093】
Txライン(Tx1〜Tx6)とRxライン(Rx1〜R7)は、共通電圧(Vcom)が供給される共通電極(COM)から分割される。Txライン(Tx1〜Tx6)それぞれは、横方向(x軸方向)に沿って、隣接するセンサを接続する方法で形成される。Rxライン(Rx1〜R7)は、Txライン(Tx1〜Tx6)と直交するように縦方向(y軸方向)に沿って長く形成される。横方向に沿って隣接するTxラインのセンサは、
図15及び
図17に示すように、画素アレイ102外のベゼル領域に形成されたルーティングライン(Routing lines)104を介して接続されたり、又は、
図16に示すように画素アレイ102内でブリッジパターン(bridge pattern)103を介して接続されることができる。ブリッジパターンは、絶縁層を貫通してRxライン(Rx1〜R7)を挟んで分離されたTxラインのセンサを接続する。
【0094】
タッチセンサ駆動期間(Tt)の間、画素に接続された信号配線(S1、S2、G1、G2)と、Rxライン(Rx)とにタッチ駆動信号(Tdrv)のような位相の交流信号が印加されることにより、タッチセンサの寄生容量を最小化することができる。また、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間に、給電ライン(D1)と、給電制御ライン(D2)とにもタッチ駆動信号(Tdrv)のような位相の交流信号が印加されることができる。
【0095】
相互容量に電荷が充電されるためには、TxラインとRxラインとの間に電位差が必要なので、Rxラインに印加される交流信号は、タッチ駆動信号(Tdrv)に比べて同位相であり、電圧がさらに低い信号でなければならない。従って、
図18に示すように、タッチ駆動信号(Tdrv)の電圧(Vtx)は、画素の信号配線(DL、GL)とRxラインに印加される交流信号の電圧(Vac1、Vac2)より高くなければならない。
【0096】
タッチセンサ駆動期間(Tt)の間の画素の信号配線(S1〜S2、G1〜G2)、センサーライン(L1〜L4)とRxラインに印加される交流信号、及びタッチ駆動信号(Tdrv)の電圧(Vtx、Vac1、Vac2)は、画素に書き込まれたデータが変わらないようにゲートハイ電圧(VGH)より低く、且つ画素TFT(T3)のしきい値電圧より低くなければならない。
【0097】
ダブル給電手段は、ディスプレイ駆動期間(Td)の間Txライン(Tx1〜Tx6)とRxライン(Rx1〜R7)の両端に共通電圧(Vcom)を供給した後、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間Txライン(Tx1〜Tx6)にタッチ駆動信号(Tdrv)を供給する。センシング回路30は、タッチ駆動信号(Tdrv)に同期してRxライン(Rx1〜Rx7)を介して受信された電荷の変化量を測定し、その電荷の変化量を予め設定されたしきい値と比較し、しきい値よりも大きい電荷の変化量をタッチ入力と判断して座標を計算する。
【0098】
電源部50は、共通電圧(Vcom)のダブルフィーディングのために給電ライン(D1)と、給電制御ライン(D2)とに必要な電圧を発生させる。電源部50は、ゲートハイ電圧(VGH)、ゲートロー電圧(VGL)、ガンマ基準電圧、駆動回路(20、12、14、30)の駆動のためのロジック電源電圧(Vcc)などの電源を生成する。アナログ正極性/負極性のガンマ補償電圧は、ガンマ基準電圧から分圧になる。電源部50は、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間にタッチ駆動信号(Tdrv)のような位相の交流信号電圧を発生させる。
【0099】
ダブル給電手段は、センサライン(L1〜L4)の一端に共通電圧(Vcom)を印加する第1給電部61と、給電ライン(D1)を経由してセンサライン(L1〜L4)を互いに接続し、センサーライン(L1〜L4)の他端に共通電圧(Vcom)を供給する第2給電部62とを含む。TxラインとRxラインとは、ディスプレイの駆動期間(Td)の間に給電ライン(D1)を介して、センサライン(L1〜L4)が接続されるので、互いに短絡される。
【0100】
第1給電部61は、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間にタッチ駆動信号(Tdrv)をセンサライン(L1〜L4)を介してTxラインに供給する。第2給電部62はタッチセンサ駆動期間(Tt)の間にセンサラインを分離してTxラインとRxラインを分離する。
【0101】
第1給電部61及び第2給電部62は、センサライン(L1〜L4)を挟んで互いに反対側に位置する。センサライン(L1〜L4)は、Txラインのセンサに接続される。第2給電部62は、センサライン(L1〜L4)にそれぞれ接続されたTFT(T1)、Rxラインに接続されたTFT(T2)、TFT(T1、T2)に接続された給電ライン(D1)、及び給電制御ライン(D2、D2a、D2b)を含む。
【0102】
TFT(T1、T2)は、画素TFT(T3)のような構造とサイズを有し、画素TFT(T3)と同時に形成される。第1TFT(T1)は、給電制御ライン(D2、D2b)に接続されたゲート、給電ライン(D1)に接続されたドレイン、およびセンサラインに接続されたソースを有する。従って、TFT(T1)は、給電制御ライン(D2、D2b)の電圧に応答して、給電ライン(D1)とセンサラインとを選択的に接続する。
【0103】
第2TFT(T2)は、給電制御ライン(D2、D2a)に接続されたゲート、給電ライン(D1)に接続されたドレイン、およびRxラインに接続されたソースを有する。したがって、第2TFT(T2)は、給電制御ライン(D2、D2a)の電圧に応答して、給電ライン(D1)とRxラインとを選択的に接続する。
図17のようにTxラインに接続された負荷とRxラインに接続された負荷との違いを考慮して、第1TFT(T1)と第2TFT(T2)を別に制御して給電時間や給電電圧を異なるように制御することができる。
【0104】
TFT(T1、T2)は、タッチセンサ駆動期間(Tt)の間、オフ状態を維持する。TFT(T1、T2)のゲートとドレインには、センサライン(L1〜L4)との寄生容量を最小化するために、給電ライン(D1)と、給電制御ライン(D2、D2a、D2b)とを介して、タッチ駆動信号(Tdrv)のような位相の交流信号が印加されることができる。
【0105】
前述したように、本発明は、インセルタッチ技術を表示装置に実装して、画素に共通電圧を供給するための共通電極を分割して複数のタッチセンサを形成し、センサに接続されたセンサラインを介して共通電圧とタッチ駆動信号とをタッチセンサに供給する。本発明は、ディスプレイ駆動期間の間センサラインを接続し、タッチセンサを互いに短絡させた状態においてのセンサラインの両端に共通電圧を供給し、タッチセンサ駆動期間の間センサラインを分離する。その結果、本発明のタッチセンシング装置は、インセルタッチセンサを含む表示装置において、画素に印加される共通電圧を均一にすることができる。
【0106】
本発明は、タッチセンサ駆動期間の間タッチセンサに接続された寄生容量を最小化するために、画素に接続された信号配線にタッチ駆動信号と同じ位相の交流信号を供給する。したがって、本発明のタッチセンシング装置は、タッチセンサの寄生容量を最小化することができる。
【0107】
本発明の表示装置は、インセルタッチセンサと接続された画素の共通電圧を均一にして、タッチセンサの寄生容量を最小化することで、インセルタッチセンサが搭載された表示装置の大画面化を可能にし、よってタッチスクリーンの解像度を向上させることができる。