KR101809917B1

KR101809917B1 - 구동 회로, 터치 디스플레이 장치 및 그 구동방법

Info

Publication number: KR101809917B1
Application number: KR1020160011723A
Authority: KR
Inventors: 김성철; 김주한
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2016-01-29
Filing date: 2016-01-29
Publication date: 2017-12-21
Anticipated expiration: 2036-01-29
Also published as: KR20170091230A; CN107025008A; TWI649683B; EP3200052B1; EP3200052A1; CN107025008B; US20170220183A1; TW201737039A; US10120490B2; TWI621977B; TW201816574A

Abstract

본 실시예들은, 터치 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 사용자의 터치 발생 시, 터치 위치를 감지하는 것뿐만 아니라, 사용자가 터치 시 화면을 누르는 터치 포스(Touch Force)를 효율적으로 감지할 수 있는 구동 회로, 터치 디스플레이 장치 및 그 구동방법에 관한 것이다. 이러한 본 실시예들에 의하면, 터치 위치를 감지하는 기존 터치 기술로는 제공해주지 못했던 다양한 기능들을 제공해줄 수 있다.

Description

구동 회로, 터치 디스플레이 장치 및 그 구동방법{DRIVING CIRCUIT, TOUCH DISPLAY DEVICE, AND METHOD FOR DRIVING THE TOUCH DISPLAY DEVICE}

본 실시예들은 구동 회로, 터치 디스플레이 장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.

정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하기 위한 디스플레이 장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 액정 디스플레이 장치, 플라즈마 디스플레이 장치, 유기발광 디스플레이 장치 등의 다양한 타입의 디스플레이 장치가 활용되고 있다.

또한, 디스플레이 장치들 중에서, 스마트 폰, 태블릿 등과 같은 모바일 디바이스와, 스마트 텔레비전 등의 중대형 디바이스 등은 사용자 편의와 디바이스 특성 등에 따라 터치 방식의 입력 처리를 제공하고 있다.

이러한 터치 입력 처리가 가능한 디스플레이 장치는 더 많은 다양한 기능을 제공할 수 있도록 발전되고 있으며, 사용자 요구 또한 더욱 다양해지고 있다.

하지만, 현재 적용되고 있는 터치 입력 처리는, 사용자의 터치 위치 (터치 좌표)만을 센싱하고 센싱된 터치 위치에서의 관련 입력 처리를 수행하는 방식으로서, 다양한 종류의 많은 기능들을 다양한 형태로 제공하고 다양한 사용자 요구를 충족시켜 주어야 하는 현재 상황에는 한계가 있는 실정이다.

본 실시예들의 목적은, 다양한 기능을 다양한 형태로 제공하기 위하여, 사용자의 터치 발생 시, 터치 위치를 감지하는 것뿐만 아니라, 사용자가 터치 시 화면을 누르는 터치 포스(Touch Force)를 효율적으로 감지할 수 있는 구동 회로, 터치 디스플레이 장치 및 그 구동방법을 제공하는 데 있다.

본 실시예들의 다른 목적은, 디스플레이 패널에 내장된 한 종류의 전극들을 디스플레이(영상 출력), 터치 센싱 및 포스 센싱을 위한 3가지 구동에 모두 이용할 수 있게 해주는 구동 회로, 터치 디스플레이 장치 및 그 구동방법을 제공하는 데 있다.

본 실시예들의 또 다른 목적은, 디스플레이 패널에 내장된 한 종류의 전극들을 디스플레이(영상 출력), 터치 센싱 및 포스 센싱을 위한 3가지 구동에 모두 이용함에 있어서, 디스플레이(영상 출력), 터치 센싱 및 포스 센싱을 위한 3가지 구동이 혼란 없이 진행될 수 있도록 해주는 구동 회로, 터치 디스플레이 장치 및 그 구동방법을 제공하는 데 있다.

일 측면에서, 본 실시예들은, 디스플레이 패널에 내장된 다수의 제1 전극과, 디스플레이 패널의 외부에 위치하는 제2 전극과, 각 터치 구동 구간에 다수의 제1 전극 중 적어도 하나에 터치 구동 신호를 인가하고, 포스 구동 구간에 다수의 제1 전극의 전체 또는 일부에 제1 포스 구동 신호를 인가하고 제2 전극에 제2 포스 구동 신호를 인가하는 구동 회로를 포함하는 터치 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

다른 측면에서, 본 실시예들은, 디스플레이 구동 구간에 디스플레이 패널을 구동하는 단계와, 터치 구동 구간에 디스플레이 패널에 내장된 다수의 제1 전극 중 적어도 하나를 순차적으로 구동하여, 터치 유무 또는 터치 위치를 감지하는 단계와, 포스 구동 구간에 다수의 제1 전극의 전체 또는 일부를 구동하고, 터치 포스에 따라 다수의 제1 전극과의 갭 변화가 발생되는 제2 전극을 구동하여, 터치 포스를 감지하는 단계를 포함하는 터치 디스플레이 장치의 구동 방법을 제공할 수 있다.

또 다른 측면에서, 본 실시예들은, 터치 구동 신호 및 제1 포스 구동 신호를 생성하여 출력하는 신호 생성 회로와, 터치 구동 구간에 터치 구동 신호를 입력 받아 다수의 제1 전극 중 적어도 하나에 터치 구동 신호를 순차적으로 인가하고, 포스 구동 구간에 제1 포스 구동 신호를 입력 받아 다수의 제1 전극의 전체 또는 일부에 제1 포스 구동 신호를 인가하는 제1 전극 구동 회로와, 포스 구동 구간에 제2 포스 구동 신호를 디스플레이 패널의 외부에 위치한 제2 전극에 인가해주기 위한 제2 전극 구동 회로를 포함하는 구동 회로를 제공할 수 있다.

또 다른 측면에서, 본 실시예들은, 터치 구동 구간에 다수의 제1 전극 중 적어도 하나에 터치 구동 신호를 순차적으로 인가하는 터치 구동 회로와, 포스 구동 구간에 다수의 제1 전극의 전체 또는 일부에 제1 포스 구동 신호를 인가하는 포스 구동 회로를 포함하는 구동 회로를 제공할 수 있다.

이상에서 설명한 본 실시예들에 의하면, 다양한 기능을 다양한 형태로 제공하기 위하여, 사용자의 터치 발생 시, 터치 위치를 감지하는 것뿐만 아니라, 사용자가 터치 시 화면을 누르는 터치 포스(Touch Force)를 효율적으로 감지할 수 있다.

본 실시예들에 의하면, 디스플레이 패널에 내장된 한 종류의 전극들을 디스플레이(영상 출력), 터치 센싱 및 포스 센싱을 위한 3가지 구동에 모두 이용할 수 있게 줌으로써, 3가지 구동에 필요한 전극 개수를 줄여줄 수 있다.

본 실시예들에 의하면, 디스플레이 패널에 내장된 한 종류의 전극들을 디스플레이(영상 출력), 터치 센싱 및 포스 센싱을 위한 3가지 구동에 모두 이용함에 있어서, 3가지 구동이 혼란 없이 진행될 수 있도록 해줄 수 있다.

도 1은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 3가지 구동 동작을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 터치 센싱 방식을 간략하게 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 도 5b는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 포스 센싱 방식을 간략하게 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 실시예들에 따른 터치 센싱을 위한 터치 구동 신호를 나타낸 도면이다.
도 7a 내지 도 7h는 본 실시예들에 따른 포스 센싱을 위한 제1 포스 구동 신호 및 제2 포스 구동 신호를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 구동 회로의 예시도이다.
도 9는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서, 소프트 터치에 따른 수신 신호 세기와 포스 터치에 따른 수신 신호 세기를 나타낸 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서 소프트 터치에 따른 수신 신호와 포스 터치에 따른 신호 세기 분포를 나타낸 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 포스 센싱 구조를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 12a 및 도 12b는 본 실시예들에 따른 포스 센싱 구조를 갖는 터치 디스플레이 장치의 단면도와, 포스 터치가 발생하여 갭의 크기가 변하는 상황을 나타낸 도면이다.
도 13a 및 도 13b는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 구동 회로를 나타낸 도면이다.
도 14a 및 도 14b는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 신호 공급 구조를 나타낸 도면이다.
도 15는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 3가지 구동 구간과, 각 구동 구간 별로 제1 전극과 제2 전극에 인가되는 신호를 나타낸 도면이다.
도 16a 내지 도 16c는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 3가지 구동 구간의 제1 할당 방식을 나타낸 도면이다.
도 17a 내지 도 17e는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 3가지 구동 구간의 제2 할당 방식을 나타낸 도면이다.
도 18a 및 도 18b는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 로드 프리 구동을 나타낸 도면이다.
도 19는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 구동 회로에서, 제1 전극 구동 회로 내 스위치부 및 신호 검출부를 나타낸 도면이다.
도 20은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 구동 회로에서, 제1 전극 구동 회로 내 스위치부 및 신호 검출부의 구현 예시도이다.
도 21a 내지 도 21c는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 터치 센싱 및 포스 센싱을 위한 신호 검출 처리를 나타낸 도면이다.
도 22는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 효율적인 포스 센싱을 위한 제1 전극 그룹화의 예시도이다.
도 23은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서 둘 이상의 분할 전극으로 이루어진 제2 전극을 나타낸 도면이다.
도 24는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서, 제2 전극에 대한 부분 구동 방식을 나타낸 도면이다.
도 25a 및 도 25b는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치에서, 제2 전극에 대한 부분 구동의 예시도이다.
도 26은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 구동 방법에 대한 흐름도이다.
도 27 내지 도 30은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 디스플레이 구동 집적회로의 예시도들이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)는, 영상 표시를 위한 디스플레이 기능뿐만 아니라, 손가락, 펜 등의 포인터에 의해 터치 발생 시 터치 유무 및/또는 터치 위치(터치 좌표)를 감지하는 "터치 센싱 기능"과, 터치 시 사용자에 의해 가해지는 힘(압력)에 해당하는 터치 포스(Touch Force)를 감지하는 "포스 센싱 기능"을 제공할 수 있다.

본 명세서에서 언급되는 "터치(Touch)"는 사용자가 손가락, 펜 등의 포인터로 디스플레이 패널(110)에 접촉하는 액션(Action)을 의미한다.

이러한 터치는, 디스플레이 패널(110)을 누르는 힘(압력)이 없거나 일정 수준 이하인 터치인 "소프트 터치(Soft Touch)"와, 디스플레이 패널(110)을 누르는 힘(압력)이 있거나 일정 수준을 초과하는 터치인 "포스 터치(Force Touch)"로 나눌 수 있다.

터치 디스플레이 장치(100)는, 소프트 터치 발생 시, 터치 센싱 기능을 통해 터치 유무 및/또는 터치 위치(터치 좌표)를 감지할 수 있다.

터치 디스플레이 장치(100)는, 포스 터치 발생 시, 포스 센싱 기능을 통해 사용자에 의해 가해지는 힘(압력)을 터치 포스(Touch Force)를 감지할 수 있다.

한편, 터치 센싱을 위해서, 포인터는 손가락, 펜 등과 같이, 도전체 물질을 포함하거나 도전체 물질로 된 포인터이어야 한다. 이에 비해, 포스 센싱을 위한 포인터는 도전체 물질뿐만 부도체 물질로 된 포인터일 수도 있으며, 힘만 가할 수 있는 것이면 그 무엇이든 가능하다.

도 1을 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)는, 다수의 제1 전극(E1), 적어도 하나의 제2 전극(E2) 및 구동 회로(120) 등을 포함할 수 있다.

다수의 제1 전극(E1)은, 터치의 발생 여부와 터치의 좌표를 얻기 위하여 필요한 "터치 센서(Touch Sensor)"로서, 디스플레이 패널(110)과는 별도의 터치스크린 패널(Touch Screen Panel)에 배치될 수도 있지만, 디스플레이 패널(110)에 내장되어 배치될 수도 있다.

이와 같이, 다수의 제1 전극(E1)이 디스플레이 패널(110)에 내장되어 배치되는 경우, 디스플레이 패널(110)은 터치 센서 역할을 하는 다수의 제1 전극(E1)을 내장하는 "터치스크린 내장형 디스플레이 패널"이라고 할 수 있다.

이러한 디스플레이 패널(110)에 내장되는 터치스크린은 인-셀(In-cell) 또는 온-셀(On-Cell) 타입의 터치스크린 패널일 수 있다.

제2 전극(E2)는 터치 포스(Touch Force)를 센싱하기 위해 추가된 전극으로서, 디스플레이 패널(110)의 외부(예: 하부, 상부, 측면 등)에 위치할 수 있다.

터치 포스를 센싱하기 위하여, 제2 전극(E2)을 구동할 뿐만 아니라 다수의 제1 전극(E1)의 전체 또는 일부도 구동한다.

따라서, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서, 디스플레이 패널(110)에 내장된 다수의 제1 전극(E1)과 디스플레이 패널(110)의 외부에 위치하는 제2 전극(E2)을 합하여 "포스 센서(Force Sensor)"라고 할 수 있다.

도 2는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 3가지 구동 동작을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)는 디스플레이 기능을 위한 디스플레이 구동 동작과, 터치 센싱 기능을 위한 터치 구동 동작과, 포스 센싱 기능을 위한 포스 구동 동작을 수행한다.

본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)는, 미리 정의된 디스플레이 구동 구간에, 디스플레이 패널(110)에서의 데이터 라인, 게이트 라인 등을 구동하여 디스플레이 구동을 수행한다.

이에 따라, 디스플레이 패널(110)에서, 데이터 라인 및 게이트 라인에 의해 정의된 각 서브픽셀의 계조가 제어되어 원하는 영상이 표시되는 디스플레이 기능이 제공될 수 있다.

도 3은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 터치 센싱 방식을 간략하게 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 터치 디스플레이 장치(100)는, 미리 정의된 터치 구동 구간에, 다수의 제1 전극(E1)에 터치 구동 신호(TDS)를 순차적으로 인가하여 다수의 제1 전극(E1)을 순차적으로 구동하는 터치 구동을 수행한다.

이에 따라, 터치 디스플레이 장치(100)는 각 제1 전극(E1)에서 수신되는 수신 신호를 토대로, 각 제1 전극(E1)과 손가락 등의 포인터 간의 캐패시턴스(C1)의 형성 유무에 따른 각 제1 전극(E1)에서의 캐패시턴스 변화를 파악하여 터치 유무 및/또는 터치 위치를 감지할 수 있다.

터치 센싱을 가능하게 하는 포인터는, 패널 접촉 부분이 도체이어야 하며, 일 예로, 손가락, 패널 접촉 부분이 도체로 된 펜 등일 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서, 패널 접촉 부분이 도체인 포인터에 의해 포스 터치가 발생한 경우, 포스 센싱 방식을 설명하기 위한 도면이고, 도 5a 및 도 5b는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서, 패널 접촉 부분이 부도체인 포인터에 의해 포스 터치가 발생한 경우, 포스 센싱 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 4a, 도 4b, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 터치 디스플레이 장치(100)는 다수의 제1 전극(E1)의 전체 또는 일부에 제1 포스 구동 신호(FDS1)를 인가하고, 이와 동시에, 제2 전극(E2)에 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 인가하여 포스 구동을 수행한다.

포스 센싱을 가능하게 하는 포인터는, 패널 접촉 부분이 도체이어도 되고, 패널 접촉 부분이 부도체이어도 된다.

패널 접촉 부분이 도체인 포인터는, 일 예로, 손가락, 패널 접촉 부분이 도체로 된 펜일 수 있다. 패널 접촉 부분이 부도체인 포인터는, 일 예로, 장갑을 낀 손가락, 패널 접촉 부분이 부도체로 된 펜일 수 있다.

도 4a, 도 4b, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 터치 포스의 유무 또는 터치 포스의 크기 등을 감지하는 포스 센싱을 위해서는, 터치 포스에 따라 크기 변화가 가능한 갭(G)이 다수의 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에 적어도 하나 존재해야만 한다.

이러한 갭(G)은, 다수의 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에 존재하기만 하면 되고, 그 위치는 주변 구조에 따라 다양하게 정해질 수 있다.

또한, 이러한 갭(G)은, 일 예로, 에어 갭(Air Gap)일 수도 있고, 유전체 갭일 수도 있다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 포스 구동에 따라, 다수의 제1 전극(E1)의 전체 또는 일부에 제1 포스 구동 신호(FDS1)가 인가되고, 이와 동시에, 제2 전극(E2)에 제2 포스 구동 신호(FDS2)가 인가되면, 제1 포스 구동 신호(FDS1)가 인가된 제1 전극(E1)과 패널 접촉 부분이 도체인 포인터 사이에 제1 캐패시턴스(C1)가 형성되고, 제1 포스 구동 신호(FDS1)가 인가된 제1 전극(E1)과 제2 포스 구동 신호(FDS2)가 인가된 제2 전극(E2) 사이에 제2 캐패시턴스(C2)가 형성된다.

터치 포스에 따라, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에 갭(G)의 크기가 변한다. 이에 따라, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 제2 캐패시턴스(C2)도 변하게 된다.

터치 디스플레이 장치(100)는, 각 제1 전극(E1)에서 수신되는 수신 신호를 토대로, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 제2 캐패시턴스(C2)의 크기 변화를 파악하여 터치 포스의 유무 또는 터치 포스의 크기 등을 감지하는 포스 센싱을 수행할 수 있다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 포스 구동에 따라, 다수의 제1 전극(E1)의 전체 또는 일부에 제1 포스 구동 신호(FDS1)가 인가되고, 이와 동시에, 제2 전극(E2)에 제2 포스 구동 신호(FDS2)가 인가되면, 제1 포스 구동 신호(FDS1)가 인가된 제1 전극(E1)과 패널 접촉 부분이 부도체인 포인터 사이에 제1 캐패시턴스(C1)가 형성되지 않지만, 제1 포스 구동 신호(FDS1)가 인가된 제1 전극(E1)과 제2 포스 구동 신호(FDS2)가 인가된 제2 전극(E2) 사이에는 제2 캐패시턴스(C2)가 형성된다.

전술한 바와 같이, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에 갭(G)을 구조적으로 만들어줌으로써, 터치 포스에 따라 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 제2 캐패시턴스(C2)를 변화시켜, 이 변화를 토대로, 캐패시턴스 기반의 포스 센싱을 할 수 있다.

도 6은 본 실시예들에 따른 터치 센싱을 위한 터치 구동 신호(TDS)를 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 터치 구동 구간에서, 제1 전극(E1)에 인가되는 터치 구동 신호(TDS)는, DC 전압의 신호일 수도 있고, 펄스 형태의 신호일 수 있다.

따라서, 터치 구동 효율성 및 터치 센싱 정확도를 고려하여, 다양한 형태의 터치 구동 신호(TDS)를 이용할 수 있다.

도 7a 내지 도 7h는 본 실시예들에 따른 포스 센싱을 위한 제1 포스 구동 신호(FDS1) 및 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 나타낸 도면이다.

포스 센싱을 위해서는, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에 일정 전위차를 만들어주면 된다.

이를 위해, 도 7a 내지 도 7h에서 도시된 바와 같이, 포스 구동 구간에, 제1 전극(E1)에 인가되는 제1 포스 구동 신호(FDS1)와 제2 전극(E2)에 인가되는 제2 포스 구동 신호(FDS2)에 대하여 다양한 조합이 가능하다.

도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 제1 포스 구동 신호(FDS1)와 제2 포스 구동 신호(FDS2)가 펄스 형태의 신호일 수 있다.

여기서, 제1 포스 구동 신호(FDS1)는 V1 전압에 해당하는 진폭을 갖는 펄스 신호일 수 있고, 제2 포스 구동 신호(FDS2)는 V2 전압에 해당하는 진폭을 갖는 펄스 신호일 수 있다. V1과 V2는 동일할 수도 있고 다를 수도 있다. 제1 포스 구동 신호(FDS1)와 제2 포스 구동 신호(FDS2)가 펄스 형태이고 역위상 관계인 경우, V1과 V2는 동일할 수도 있다.

또는, 도 7c 및 도 7d에 도시된 바와 같이, 제1 포스 구동 신호(FDS1)가 펄스 형태의 신호이고 제2 포스 구동 신호(FDS2)가 제2 DC 전압을 갖는 신호일 수 있다.

여기서, 제1 포스 구동 신호(FDS1)는 V1 전압에 해당하는 진폭을 갖는 펄스 신호일 수 있다. 제2 포스 구동 신호(FDS2)는 그라운드 전압에 해당하는 제2 DC 전압을 갖는 신호이거나, V2 전압의 제2 기준전압(Vref2)에 해당하는 제2 DC 전압을 갖는 신호일 수 있다.

또는, 도 7e 및 도 7f에 도시된 바와 같이, 제1 포스 구동 신호(FDS1)가 제1 DC 전압을 갖는 신호이고 제2 포스 구동 신호(FDS2)가 펄스 형태의 신호일 수 있다.

여기서, 제1 포스 구동 신호(FDS1)는 그라운드 전압에 해당하는 제1 DC 전압을 갖는 신호이거나, V1 전압의 제1 기준전압(Vref1)에 해당하는 제1 DC 전압을 갖는 신호일 수 있다. 제2 포스 구동 신호(FDS2)는 V2 전압에 해당하는 진폭을 갖는 펄스 신호일 수 있다.

또는, 도 7g 및 도 7h에 도시된 바와 같이, 제1 포스 구동 신호(FDS1)가 제1 DC 전압을 갖는 신호이고 제2 포스 구동 신호(FDS2)가 제2 DC 전압을 갖는 신호일 수 있다.

여기서, 제1 포스 구동 신호(FDS1)는 그라운드 전압에 해당하는 제1 DC 전압을 갖는 신호이거나, V1 전압의 제1 기준전압(Vref1)에 해당하는 제1 DC 전압을 갖는 신호일 수 있다. 제2 포스 구동 신호(FDS2)는 그라운드 전압에 해당하는 제2 DC 전압을 갖는 신호이거나, V2 전압의 제2 기준전압(Vref2)에 해당하는 제2 DC 전압을 갖는 신호일 수 있다.

위에서 언급된 제1 DC 전압은 그라운드 전압(GND)이 아닌 제1 기준전압(Vref1) 또는 그라운드 전압(GND)이고, 제2 DC 전압은 그라운드 전압(GND)이 아닌 제2 기준전압(Vref2) 또는 그라운드 전압(GDN)이며, 제1 기준전압(Vref1)과 제2 기준전압(Vref2)은 동일한 전압 또는 다른 전압일 수 있다.

전술한 바와 같이, 제1 포스 구동 신호(FDS1) 및 제2 포스 구동 신호(FDS2)에 대한 다양한 조합 중 어느 하나를 이용하여 효율적인 포스 구동을 제공할 수 있다.

위에서 언급한 다양한 조합 중에서, 포스 구동 구간(F)에서, 제1 포스 구동 신호(FDS1)와 제2 포스 구동 신호(FDS2)가 펄스 형태의 신호인 경우, 도 7a에 도시된 바와 같이, 제1 포스 구동 신호(FDS1)와 제2 포스 구동 신호(FDS2)는 위상이 서로 동일한 정위상 관계일 수도 있다. 또는, 도 7b에 도시된 바와 같이, 제1 포스 구동 신호(FDS1)와 제2 포스 구동 신호(FDS2)는 180도 위상 차이를 갖는 역위상 관계에 있을 수도 있다.

전술한 바와 같이, 신호 생성 구성, 포스 구동 및 센싱 구성을 고려하여, 펄스 신호 형태의 제1 포스 구동 신호(FDS1)와 제2 포스 구동 신호(FDS2) 간의 위상 관계(정위상 관계, 역위상 관계)를 적절히 선택하여 이용함으로써, 신호 생성 구성, 포스 구동 및 센싱의 효율성을 높여줄 수 있다.

도 7a에 도시된 바와 같이, 포스 구동 구간(F)에서 제1 포스 구동 신호(FDS1)와 제2 포스 구동 신호(FDS2)가 정위상 관계에 있는 펄스 형태의 신호인 경우, 제2 포스 구동 신호(FDS2)는, 제1 포스 구동 신호(FDS1)와 동일한 위상을 갖고, 제1 포스 구동 신호(FDS1)보다 큰 진폭을 갖는 신호일 수 있다.

이와 같이, 펄스 신호 형태의 제1 포스 구동 신호(FDS1)와 제2 포스 구동 신호(FDS2)가 정위상 관계에 있을 때, 제2 포스 구동 신호(FDS2)의 진폭(V2)을 제1 포스 구동 신호(FDS1)의 진폭(V1)보다 크게 함으로써, 제1 전극(E1)을 통해 수신된 수신 신호를 토대로 포스 센싱을 할 때, 해당 터치가 포스 터치인지 소프트 터치인지를 정확하게 구분하여, 터치 포스의 유무 및 그 크기를 정확하게 감지할 수 있다.

도 7g 및 도 7h에 도시된 바와 같이, 포스 구동 구간(F)에서 제1 포스 구동 신호(FDS1)가 제1 DC 전압을 갖는 신호이고 제2 포스 구동 신호(FDS2)가 제2 DC 전압을 갖는 신호인 경우, 제1 DC 전압과 제2 DC 전압은 다른 전압일 수 있다.

예를 들어, 도 7g에서와 같이, 제1 DC 전압은 그라운드 전압(GND)이고, 제2 DC 전압은 제2 기준전압(Vref2)일 수 있다. 또는 도 7h에서와 같이, 제1 DC 전압은 제1 기준전압(Vref1)이고, 제2 DC 전압은 그라운드 전압(GND)일 수 있다.

또한, 제1 DC 전압은 제1 기준전압(Vref1)이고, 제2 DC 전압은 제1 기준전압(Vref1)과 다른 제2 기준전압(Vref2)일 수도 있다.

전술한 바와 같이, 제1 포스 구동 신호(FDS1)가 제1 DC 전압을 갖는 신호이고 제2 포스 구동 신호(FDS2)가 제2 DC 전압을 갖는 신호일 때, 제1 DC 전압과 제2 DC 전압을 다르게 함으로써, DC 전압 형태의 제1 포스 구동 신호(FDS1)와 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 이용하여 포스 구동을 간단하게 수행하더라도, 포스 센싱을 가능하게 해줄 수 있다.

도 8은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 구동 회로(120)의 예시도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 구동 회로(120)는, 2개의 스위치(SW1, SW10)의 온-오프 제어를 통해, 도 7a 내지 도 7h에 도시된 신호 파형 등 중 하나의 제1 포스 구동 신호(FDS1)를 제1 전극(E1)에 공급하는 제1 포스 구동 신호 공급부(810)와, 2개의 스위치(SW2, SW20)의 온-오프 제어를 통해 도 7a 내지 도 7h에 도시된 신호 파형 등 중 하나의 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 제2 전극(E2)에 공급하는 제2 포스 구동 신호 공급부(820)와, 연산증폭기(OP-AMP), 캐패시터(C), 저항(R) 등으로 구성되어 입력에 대한 적분값을 출력하는 적분기(830)와, 적분기(830)의 출력값을 디지털 값으로 변환해주는 아날로그 디지털 컨버터(ADC)와, 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력된 디지털 값을 토대로 터치 좌표 산출 및 터치 포스 인식 등을 수행하는 프로세서(840) 등을 포함할 수 있다.

여기서, 아날로그 디지털 컨버터(ADC) 및 프로세서(840) 등 중 적어도 하나는 구동 회로(120)의 외부에 있을 수도 있다.

도 8에 도시된 구동 회로(120)의 회로 구성은, 설명의 편의를 위한 예시일 뿐, 다양한 형태로 구현될 수 있을 것이다.

도 8을 참조하면, 구동 회로(120)는, 포스 구동 시, 다수의 제1 전극(E1)의 전체 또는 일부로 제1 포스 구동 신호(FDS1)를 인가하고, 제2 전극(E2)로 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 인가하며, 각 제1 전극(E1) 또는 각 제1 전극 그룹으로부터 수신되는 신호(적분기(830)의 입력)를 토대로, 해당 제1 전극(E1) 또는 제1 전극 그룹과 제2 전극(E2) 사이의 갭(G)의 크기 변화에 따른 충전량(또는 전압)을 센싱하여 해당 제1 전극(E1) 또는 제1 전극 그룹과 제2 전극(E2) 사이의 제2 캐패시턴스(C2)의 변화를 파악하여 터치의 터치 포스의 유무 또는 터치 포스의 크기 등을 감지할 수 있다.

도 8을 참조하면, 각 제1 전극(E1) 또는 각 제1 전극 그룹으로부터 수신되는 신호(적분기(830)의 입력)는 포인터와 제1 전극(E1) 사이의 캐패시터(C1)에 충전되는 전하량(Q1)과, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 캐패시터(C2)에 충전되는 전하량(Q2)이 합해진 합산 전하량(Q1+Q2)에 해당한다.

이러한 합산 전하량(Q1+Q2)은 적분기(830) 내부의 캐패시터(C)에 충전되어 센싱 전압값(Vsen)으로 적분기(830)에서 출력된다.

이에 따라, 아날로그 디지털 컨버터(ADC)는 센싱 전압값(Vsen)을 디지털 값으로 변환한다.

프로세서(840)는 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에 출력된 디지털 값을 터치 포스의 유무 또는 크기를 감지할 수 있다.

한편, 터치 포스가 발생한 것으로 인식되면, 터치 포스에 대응되어 미리 정해진 애플리케이션 또는 기능이 실행될 수 있다.

또는, 터치 포스의 크기가 인식되면, 터치 포스의 크기에 대응되어 미리 정해진 애플리케이션 또는 기능이 실행될 수도 있다.

아래에서는, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)가 소프트 터치와 포스 터치를 구분할 수 있도록 포스 구동을 수행함에 따라, 소프트 터치와 포스 터치 시 구분되어 발생하는 수신 신호의 특성을 설명한다.

도 9는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서, 소프트 터치에 따른 수신 신호 세기와 포스 터치에 따른 수신 신호 세기를 나타낸 도면이고, 도 10a 및 도 10b는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서 소프트 터치에 따른 수신 신호와 포스 터치에 따른 신호 세기 분포를 나타낸 도면이다.

단, 도 9, 도 10a 및 도 10b는, 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 제1 포스 구동 신호(FDS1)와 제2 포스 구동 신호(FDS2)가 펄스 형태의 신호인 경우를 가정한 것이다.

도 9를 참조하면, 제1 전극(E1)에서 수신되는 수신 신호의 신호 세기(Intensity)는 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값으로 확인할 수 있다.

도 9를 참조하면, 누르는 힘이 없거나 일정 수준 이하인 소프트 터치(Soft Touch)가 발생한 경우에 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값은, 터치가 전혀 없는 경우에(베이스라인) 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값을 기준으로 양(+)의 방향의 값을 갖는다.

도 9를 참조하면, 제2 포스 구동 신호(FDS2)와 제1 포스 구동 신호(FDS1)가 정위상의 관계에 있는 경우, 누르는 힘이 있거나 일정 수준을 초과하는 포스 터치(Force Touch)가 발생한 경우에 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값은, 터치가 전혀 없는 경우에(베이스라인) 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값을 기준으로 음(-)의 방향의 값을 갖는다.

도 9를 참조하면, 제2 포스 구동 신호(FDS2)와 제1 포스 구동 신호(FDS1)가 역위상의 관계에 있는 경우, 누르는 힘이 있거나 일정 수준을 초과하는 포스 터치(Force Touch)가 발생한 경우에 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값은, 터치가 전혀 없는 경우에(베이스라인) 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값을 기준으로 양(+)의 방향의 값을 갖고, 누르는 힘이 없거나 일정 수준 이하인 소프트 터치(Soft Touch)가 발생한 경우에 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값보다 큰 값을 갖는다.

도 10a에 도시된 바와 같이, 소프트 터치(Soft Touch)가 발생하면, 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값의 크기(신호 세기)는, 베이스라인을 기준으로, 전체적으로, z축의 양(+)의 방향으로 신호 세기가 커지는 분포를 갖는다.

또한, 도 10a에 도시된 바와 같이, 소프트 터치가 발생한 경우의 신호 세기 분포를 보면, 화면 전 영역 중 소프트 터치가 발생한 지점에서 큰 신호 세기가 집중적으로 분포할 수 있다.

한편, 도 10b에 도시된 바와 같이, 제2 전극(E2)가 디스플레이 패널(110)의 외부에서 통 판 형태로 되어 있다고 가정할 때, 포스 터치(Force Touch)가 발생하면, 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값의 크기(신호 세기)는, 베이스라인을 기준으로, 전체적으로, z축의 음(-)의 방향으로 신호 세기가 커지는 분포를 갖는다.

또한, 도 10b에 도시된 바와 같이, 포스 터치가 발생한 경우, 화면 중앙 지점에서 신호 세기가 음(-)의 방향으로 가장 크지만 화면 외곽에서 중앙 지점으로 가면서 신호 세기가 서서히 커지는 분포를 갖는다.

한편, 포스 터치가 강해질 수록, 다수의 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 갭(G)의 크기 변화가 커지고, 이에 따라, 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값은, 터치가 전혀 없는 경우에(베이스라인) 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값을 기준으로, z축의 음(-)의 방향으로 더욱 큰 값을 갖는다. 즉, 포스 터치의 세기가 증가할수록, 신호 세기(Intensity)가 커진다.

도 11a 및 도 11b는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 포스 센싱 구조를 간략하게 나타낸 도면이다.

도 11a를 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)는 디스플레이 패널(110)에 내장되어 배치된 다수의 제1 전극(E1)과 디스플레이 패널(110)의 외부(예: 하부)에 위치한 제2 전극(E2) 등을 포함한다.

그리고, 포스 센싱이 가능하도록, 포스 터치에 따라 크기 변화가 가능한 갭(G)이 다수의 제1 전극(E1)와 제2 전극(E2) 사이에 마련되어야 한다.

이에, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)는, 다수의 제1 전극(E1)와 제2 전극(E2) 사이에 갭(G)을 만들어주고 터치 포스에 따라 갭(G)의 크기 변화도 가능하게 해주는 갭 구조 유닛(1000)을 포함할 수 있다.

이러한 갭 구조 유닛(1000)에 의해 포스 센싱이 가능해질 수 있다.

이러한 갭 구조 유닛(1000)은, 디스플레이 패널(110)의 테두리 형상과 대응되는 형상(예: 액자 형)을 가질 수 있다.

이러한 갭 구조 유닛(1000)은, 새로운 구조물일 수도 있고, 가이드 패널 등의 기존 구조물을 활용할 수도 있다.

본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)는, 액정 디스플레이 장치, 유기 발광 디스플레이 장치 등의 다양한 타입의 디스플레이 장치일 수 있다.

아래에서는, 설명의 편의를 위해, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)가 액정 표시 장치인 것으로 가정한다.

도 11b를 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서, 디스플레이 패널(110)은 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor) 등이 배치된 제1 기판(1110)과 컬러필터(CF: Color Filter) 등이 배치된 제2 기판(1120)으로 구성될 수 있다.

그리고, 제1 기판(1110)의 테두리 부분(넌-액티브 영역)에는 구동 칩(1130)이 실장되거나 본딩되거나 연결될 수 있다.

여기서, 구동 칩(1130)은 데이터 구동 회로를 구현된 칩이거나, 구동 회로(120) 내 제1 전극 구동 회로(1310)을 포함하여 구현된 칩이거나, 데이터 구동 회로와 제1 전극 구동 회로(1310)를 포함하여 구현된 칩일 수 있으며, 경우에 따라서, 구동 회로(120)를 포함하여 구현된 칩일 수도 있다.

도 11b를 참조하면, 디스플레이 패널(110)의 하부에는 하부 구조물(1100)이 위치할 수 있다.

이러한 하부 구조물(1100)의 하부 또는 내부 또는 측면 등에 갭 구조 유닛(1000)이 위치할 수 있다.

전극(E2)는, 갭 구조 유닛(1000)의 하부 등에 포함될 수 있다.

제2 전극(E2)은, 디스플레이 패널(110)의 하부 구조물(1100)의 하부 또는 내부 등에 위치할 수 있다.

전술한 바와 같이, 제2 전극(E2)의 위치 또는 갭 구조 유닛(1000)의 위치 등을 다양하게 설계함으로써, 디스플레이 패널(110) 및 디스플레이 장치의 설계 구조에 적합하게 포스 센서 구조를 설계할 수 있다.

도 12a는 본 실시예들에 따른 포스 센싱 구조를 갖는 터치 디스플레이 장치(100)의 단면도이고, 도 12b는 포스 터치가 발생하여 갭(G)의 크기가 변하는 상황을 나타낸 도면이다.

도 12a를 참조하면, 디스플레이 패널(110)은 제1 편광판(1210), 제1 기판(1110), 다수의 제1 전극(E1), 제2 기판(1120) 및 제2 편광판(1220) 등을 포함한다.

디스플레이 패널(110) 상에는 본딩층(1230)과 상부 커버(1240)가 위치한다.

디스플레이 패널(110)의 하부에는 하부 구조물(1100)이 위치한다.

하부 구조물(1100)은, 디스플레이 장치에 이미 있는 구조물이거나 제2 전극(E2)를 위해 별도로 마련된 구조물일 수도 있다.

예를 들어, 하부 구조물(1100)은, 일 예로, 액정 디스플레이 장치의 백 라이트 유닛(Back Light Unit), 후면 커버 등일 수 있다.

이뿐만 아니라, 하부 구조물(1100)은, 제1 전극(E1)와 제2 전극(E2) 사이에 캐패시터를 형성할 수 있도록 해주는 구조물이면 그 무엇이든 가능하다.

도 12a를 참조하면, 일 예로, 갭 구조 유닛(1000)은, 액자 형상을 가지며, 디스플레이 패널(110)의 배면의 테두리와 제2 전극(E2)의 테두리 사이에 위치할 수 있다.

그리고, 갭 구조 유닛(1000)에 의해, 디스플레이 패널(110)의 배면(즉, 제1 편광판(1210)의 배면)과 제2 전극(E2) 사이에 형성된 공간에 백 라이트 유닛 등의 하부 구조물(1100)이 위치할 수 있다.

디스플레이 패널(110)의 배면(즉, 제1 편광판(1210)의 배면)과 하부 구조물(1000) 사이에 에어 갭 또는 유전체 갭 등의 갭(G)이 존재할 수 있다.

도 12b를 참조하면, 포스 터치(Force Touch)가 발생하는 경우, 상부 커버(1240), 디스플레이 패널(110) 등이 아래로 미세하게 휘게 된다.

이에 따라, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에 존재하는 에어 갭 또는 유전체 갭 등의 갭(G)의 크기가 변할 수 있다.

포스 터치의 발생 전의 갭(G)은 G1이고, 포스 터치의 발생 후의 갭(G)은 G2라고 할 때, 터치 포스에 의해, G2는 G1보다 작아진다.

이와 같이, 포스 터치의 발생 전후로 갭(G)이 G1에서 G2로 줄어들게 됨에 따라, 제2 캐패시턴스(C2)가 변하게 되어 포스 터치를 인식할 수 있게 된다.

도 13a 및 도 13b는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 구동 회로(120)를 나타낸 도면이다.

도 13a 및 도 13b를 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 구동 회로(120)는, 터치 센싱 기능 및 포스 센싱 기능을 모두 제고할 수 있는 회로이다.

구동 회로(120)는 신호 생성 회로(1300), 제1 전극 구동 회로(1310), 제2 전극 구동 회로(1320) 및 감지 프로세서(1330) 등을 포함할 수 있다.

신호 생성 회로(1300)는, 터치 구동 신호(TDS) 및 제1 포스 구동 신호(FDS1)를 생성하여 출력할 수 있다.

도 13a 및 도 13b는 신호 생성 회로(1300)의 제2 포스 구동 신호(FDS2)의 생성 여부에 따른 2가지 구동 회로(120)를 나타낸 도면들이다.

즉, 도 13a는 신호 생성 회로(1300)가 터치 구동 신호(TDS) 및 제1 포스 구동 신호(FDS1)뿐만 아니라 제2 포스 구동 신호(FDS2)도 생성하여 출력하는 구동 회로(120)를 나타낸 도면이고, 도 13b은 신호 생성 회로(1300)가 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 생성하지 않고, 터치 구동 신호(TDS) 및 제1 포스 구동 신호(FDS1)를 생성하여 출력하는 구동 회로(120)를 나타낸 도면이다.

제1 전극 구동 회로(1310)는 터치 구동 구간(T)에, 신호 생성 회로(1300)로부터 터치 구동 신호(TDS)를 입력 받아 다수의 제1 전극(E1) 중 적어도 하나에 터치 구동 신호(TDS)를 순차적으로 인가하고, 포스 구동 구간(F)에 신호 생성 회로(1300)로부터 제1 포스 구동 신호(FDS1)를 입력 받아 다수의 제1 전극(E1)의 전체 또는 일부에 제1 포스 구동 신호(FDS1)를 인가한다.

이러한 제1 전극 구동 회로(1310)는, 도 8의 적분기(830), 아날로그 컨버터(ADC) 등을 포함할 수 있다.

제2 전극 구동 회로(1320)는 포스 구동 구간(F)에 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 디스플레이 패널(110)의 외부에 위치한 제2 전극(E2)에 인가할 수 있다.

전술한 구동 회로(120)를 이용하면, 터치 유무 및/또는 터치 위치를 감지하는 터치 센싱은 물론, 터치 포스의 유무 및/또는 터치 포스의 크기를 감지하는 포스 센싱도 제공해줄 수 있다.

도 13a를 참조하면, 신호 생성 회로(1300)는 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 더 생성하여 출력할 수 있다. 이에 따라, 제2 전극 구동 회로(1320)는 신호 생성 회로(1300)에서 생성되어 출력된 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 제2 전극(E2)에 전달해줄 수 있다.

전술한 바와 같이, 신호 생성 회로(1300)가 제1 포스 구동 신호(FDS2)뿐만 아니라 제2 포스 구동 신호(FDS1)를 생성하여 출력함에 따라, 제1 포스 구동 신호(FDS1)와는 다른 형태의 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 이용하여 포스 구동을 하기가 용이해질 수 있다.

도 13b를 참조하면, 신호 생성 회로(1300)는 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 생성하지 않기 때문에, 구동 회로(120)는, 신호 생성 회로(1300)에서 생성된 제1 포스 구동 신호(FDS1)의 진폭 및 위상 등 중 적어도 하나를 변환하여 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 생성하는 신호 변환기(1340)를 더 포함할 수 있다.

이에 따르면, 신호 생성 회로(1300)는 제1 포스 구동 신호(FDS1)만을 생성해도 되기 때문에 신호 생성 부담을 줄여줄 수 있고, 효과적인 포스 구동 및 포스 센싱을 위하여 제1 포스 구동 신호(FDS1)에 맞는 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 생성할 수 있는 이점이 있다.

이러한 신호 변환기(1340)는, 일 예로, 신호 전압 레벨을 조절하는 레벨 쉬프터(Level Shifter)를 포함할 수도 있고, 신호 위상을 제어하는 위상 제어기를 포함할 수도 있으며, DC 신호를 AC 신호(펄스 신호)로 변환하는 DA 컨버터 또는 AC 신호(펄스 신호)를 DC 신호로 변환하는 AD 컨버터를 포함할 수 있다. 또한, 이러한 신호 변환기(1340)는 제2 전극 구동 회로(1320)으로도 볼 수 있으며, 제2 전극 구동 회로(1320)에 포함되는 것으로 볼 수도 있다.

감지 프로세서(1330)는, 터치 구동 구간(T)에서 제1 전극 구동 회로(1310)를 통해 각 제1 전극(E1)으로부터 터치 센싱 신호를 수신하여 터치 유무 또는 터치 위치를 감지할 수 있다.

또한, 감지 프로세서(1330)는, 포스 구동 구간(F)에서 제1 전극 구동 회로(1310)를 통해 적어도 하나의 제1 전극(E1)으로부터 포스 센싱 신호를 수신하여 터치 포스를 감지할 수 있다.

이러한 감지 프로세서(1330)는 도 8의 프로세서(840)와 대응되는 구성일 수 있으며, 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU: Micro Controller Unit)일 수 있다.

전술한 바와 같이, 감지 프로세서(1330)는, 제1 전극(E1)에서의 수신 신호를 제1 전극 구동 회로(1310)를 통해서 수신하여 터치 센싱 뿐만 포스 센싱도 수행함으로써, 동일한 처리 방식으로 2가지 종류의 센싱이 효율적으로 수행할 수 있다.

한편, 신호 생성 회로(1300)는 파워 집적회로로 구현될 수 있다.

신호 생성 회로(1300) 및 제1 전극 구동 회로(1310)는 하나의 집적회로에 포함되어 구현될 수 있다. 경우에 따라서, 신호 생성 회로(1300), 제1 전극 구동 회로(1310) 및 감지 프로세서(1330)는 하나의 집적회로에 포함되어 구현될 수도 있다.

도 14a 및 도 14b는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 신호 공급 구조를 나타낸 도면이다.

도 14a 및 도 14b는 하부 구조물(1100)이 백라이트 유닛(1400)이고, 디스플레이 패널(110)로 신호 전달을 위한 제1 인쇄회로(1420)와, 백라이트 유닛(1400) 내 백라이트 드라이버로 신호 전달을 위한 제2 인쇄회로(1430) 등을 포함하는 경우에 대한 터치 디스플레이 장치(100)를 도시한 도면이다.

도 14a는 도 13a에 대한 구현 예시도이고, 도 14b는 도 13b에 대한 구현 예시도이다.

도 14a 및 도 14b를 참조하면, 제2 전극 구동 회로(1320)는, 제2 포스 구동 신호 전달 구성으로서, 신호 생성 회로(1300)와 제2 전극(E2)을 전기적으로 연결해주는 적어도 하나의 인쇄회로(1420, 1430)를 포함할 수 있다.

즉, 디스플레이 구동을 위해 필요한 적어도 하나의 인쇄회로(1420, 1430)를 포스 구동을 위한 신호 전달 용도로서 활용할 수 있다.

이에 따르면, 포스 구동을 위한 제2 포스 구동 신호(FDS2)의 전달 용도로서, 적어도 하나의 인쇄회로(1420, 1430)를 제2 전극 구동 회로(1320)로 그대로 활용함으로써, 별도의 회로 구성을 할 필요가 없고, 가요성 소재의 적어도 하나의 인쇄회로(1420, 1430)를 이용하면 컴팩트 하게 신호 전달 구조를 만들어줄 수 있다.

더 구체으로 그리고 예시적으로 설명하면, 도 14a 및 도 14b를 참조하면, 신호 생성 회로(1300)에서 출력된 제1 포스 구동 신호(FDS1)를 입력 받는 제1 인쇄회로(1420)는, 디스플레이 패널(110)의 외곽부에 연결되어, 구동 칩(1130)과 전기적으로 연결될 수 있다.

제1 인쇄회로(1420)과 제2 인쇄회로(1430)는 핀 접촉 방식으로 서로 연결될 수 있다.

제2 인쇄회로(1430)에는 제1 인쇄회로(1420)와 연결되는 단자부(PA)가 존재한다.

이러한 제2 가요성 인쇄회로(1430)의 단자부(PA)에는, 백 라이트 유닛(1400)의 구동을 위한 신호를 입력 받기 위한 핀 이외에, 제1 인쇄회로(1420)로부터 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 입력 받기 위한 터치 포스 센싱 구동 핀(1431)이 추가적으로 존재할 수 있다.

이러한 터치 포스 센싱 구동 핀(1431)을 통해, 제2 포스 구동 신호(FDS2)가 제1 인쇄회로(1420)에서 제2 인쇄회로(1430)로 전달될 수 있다.

전술한 바와 같이, 포스 센싱을 위하여 제2 전극(E2)의 구동에 필요한 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 제1 인쇄회로(1420)에서 제2 인쇄회로(1430)로 전달하기 위하여, 제1 인쇄회로(1420)와 제2 인쇄회로(1430)가 전용의 터치 포스 센싱 구동 핀(1431)을 통해 핀 접촉 방식으로 연결됨으로써, 제1 인쇄회로(1420)와 제2 인쇄회로(1430) 간의 연결을 쉽게 해줄 수 있고, 신호 전달도 정확하게 이루어질 수 있다.

제2 인쇄회로(1430)와 제2 전극(E2)은 접촉 단자를 통해 직접 연결될 수도 있고, 와이어, 도전성 테이프, 도전 패턴 전극 등의 각종 연결 매체(1440)를 통해 전기적으로 연결될 수도 있다.

아래에서는, 터치 디스플레이 장치(100)의 3가지 구동(디스플레이 구동, 터치 구동, 포스 구동)에 대한 타이밍에 대하여 설명한다.

도 15는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 3가지 구동 구간과, 각 구동 구간 별로 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2)에 인가되는 신호를 나타낸 도면이다.

도 15를 참조하면, 디스플레이 구동 구간(D), 터치 구동 구간(T) 및 포스 구동 구간(F)은 시간적으로 시분할 되어 있을 수 있다.

디스플레이 구동 구간(D)에, 구동 회로(120)는, 다수의 제1 전극(E1) 모두로 디스플레이 구동 전압(예: 공통 전압(Vcom))을 공급할 수 있다.

각 터치 구동 구간(T)에, 구동 회로(120)는, 다수의 제1 전극(E1) 중 적어도 하나에 터치 구동 신호(TDS)를 인가할 수 있다.

포스 구동 구간(F)에, 구동 회로(120)는, 다수의 제1 전극(E1)의 전체 또는 일부에 제1 포스 구동 신호(FDS1)를 인가하고, 제2 전극(E2)에 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 인가할 수 있다.

제1 전극(E1)이 디스플레이 구동, 터치 구동 및 포스 구동에 모두 이용되더라도, 디스플레이 구동 구간(D), 터치 구동 구간(T) 및 포스 구동 구간(F)을 시분할 하여 할당함으로써, 3가지 구동(디스플레이 구동, 터치 구동 및 포스 구동)을 정확하고 혼란 없이 수행할 수 있다.

아래에서는, 프레임 구간을 기준으로, 디스플레이 구동 구간(D), 터치 구동 구간(T) 및 포스 구동 구간(F)의 할당 방식에 대한 예시들을 설명한다.

도 16a 내지 도 16c는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 3가지 구동 구간의 제1 할당 방식을 나타낸 도면이고, 도 17a 내지 도 17e는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 3가지 구동 구간의 제2 할당 방식을 나타낸 도면이다.

도 16a 내지 도 16c를 참조하면, 제1 할당 방식은, 하나의 프레임 구간에 1개의 디스플레이 구동 구간(D)과 1개의 터치 구동 구간(T)이 할당되고, 하나 또는 둘 이상의 프레임 구간마다 1개의 포스 구동 구간(F)이 할당되는 방식이다.

도 16a를 참조하면, 제1 할당 방식에 따르면, 여러 프레임 구간 중 적어도 하나의 프레임 구간에는, 1개의 디스플레이 구동 구간(D), 1개의 터치 구동 구간(T) 및 1개의 포스 구동 구간(F)이 시분할되어 존재한다.

도 16b를 참조하면, 1개의 디스플레이 구동 구간(D), 1개의 터치 구동 구간(T) 및 1개의 포스 구동 구간(F)은, 타이밍 컨트롤러(Timing Controller) 등일 수 있는 컨트롤러(미도시)에서 구동 회로(120)로 제공되는 동기 신호(SYNC)에 의해 제어될 수 있다.

즉, 구동 회로(120)는 컨트롤러(미도시)로부터 수신된 동기 신호(SYNC)에 따라 디스플레이 구동, 터치 구동 및 포스 구동을 시분할로 나누어 진행할 수 있다.

도 16b를 참조하면, 동기 신호(SYNC)에서, 하이 레벨 구간(또는 로우 레벨 구간)은 디스플레이 구동 구간(D)에 대응되고, 로우 레벨 구간(또는 하이 레벨 구간)은 터치 구동 구간(T)에 대응될 수 있다.

동기 신호(SYNC)에서, 로우 레벨 구간(또는 하이 레벨 구간)이 터치 구동 구간(T)으로서 정의된 시간이 경과한 이후, 포스 구동 구간(F)이 진행될 수 있다.

도 16b에 따르면, 하나의 동기 신호(SYNC)를 이용하여, 디스플레이 구동 구간(D), 터치 구동 구간(T) 및 포스 구동 구간(F)을 정의하였다.

이와는 다르게, 제1 동기 신호를 이용하여, 디스플레이 구동 구간(D)과 터치 구동 구간(T)를 정의하고, 제2 동기 신호를 이용하여, 포스 구동 신호(F)를 정의할 수도 있다(도 17c 참조).

한편, 도 16c에 도시된 바와 같이, 포스 센싱 구간(F)이 매 프레임 구간마다 존재하지 않고, 둘 이상의 프레임 구간마다 존재할 수도 있다.

또한, 도 16a 내지 도 16c에서는, 디스플레이 구동 구간(D), 터치 구동 구간(T) 및 포스 구동 구간(F)의 순서는 다양하게 설계될 수 있다.

또한, 도 16a 내지 도 16c에서는, 한 프레임 구간 내에, 1개의 디스플레이 구동 구간(D), 1개의 터치 구동 구간(T) 및 2개 이상의 포스 구동 구간(F)이 존재할 수도 있다.

예를 들어, 디스플레이 구동 구간(D), 포스 구동 구간(F) 및 터치 구동 구간(T)으로 설계될 수도 있다.

도 17a 내지 도 17e를 참조하면, 제2 할당 방식은, 한 프레임 구간에 둘 이상의 디스플레이 구간(D)과 둘 이상의 터치 구동 구간(T)이 할당되고, 하나 또는 둘 이상의 프레임 구간마다 1개의 포스 구동 구간(F)이 할당되는 방식이다.

도 17a를 참조하면, 여러 개의 프레임 구간 중 적어도 하나의 프레임 구간에는, n(2 이상의 자연수)개 이상의 터치 구동 구간(T1, T2, … , Tn, …)과 m(1 이상의 자연수)개의 포스 구동 구간(F1, …, Fm)이 시간적으로 분리되어 존재할 수 있다.

도 17b를 참조하면, 일 예로, 한 프레임 구간 내 n+m개의 디스플레이 구동 구간(D1, D2, … , Dn, Dn+1, … , Dn+m), n개 이상의 터치 구동 구간(T1, T2, … , Tn, …) 및 m개의 포스 구동 구간(F1, … , Fm)은, 동기 신호(SYNC)에 의해 제어될 수 있다.

도 17c를 참조하면, 한 프레임 구간 내 n+m개의 디스플레이 구동 구간(D1, D2, … , Dn, Dn+1, … , Dn+m)과 n개 이상의 터치 구동 구간(T1, T2, … , Tn, …)은 제1 동기 신호(SYNC1)에 의해 제어되고, m개의 포스 구동 구간(F1, … , Fm)은 제2 동기 신호(SYNC2)에 의해 제어될 수 있다.

도 17d는 한 프레임 구간에 2개의 디스플레이 구동 구간(D1, D2)과 2개의 터치 구동 구간(T1, T2)이 교번하여 존재하고, 끝 부분에 1개의 포스 구동 구간(F)이 존재하는 경우를 나타낸 도면이다.

여기서, 포스 구동 구간(F)은 2개의 디스플레이 구동 구간(D1, D2)과 2개의 터치 구동 구간(T1, T2)의 사이에 어디든 위치할 수 있다(예를 들어, "D1, T1, D2, T2, F", "D1, T1, D2, F, T2", "D1, T1, F, D2, T2"등).

도 17e는 한 프레임 구간에 3개의 디스플레이 구동 구간(D1, D2, D3)과 2개의 터치 구동 구간(T1, T2)이 교번하여 존재하고, 끝 부분에 1개의 포스 구동 구간(F)이 존재하는 경우를 나타낸 도면이다.

여기서, 포스 구동 구간(F)은 3개의 디스플레이 구동 구간(D1, D2, D3)과 2개의 터치 구동 구간(T1, T2)의 사이에 어디든 위치할 수 있다(예를 들어, "D1, T1, D2, T2, D3, F", "D1, T1, D2, T2, F, D3", "D1, T1, D2, F, T2, D3", "D1, T1, F, D2, T2, D3"등).

도 16a 내지 도 16c, 도 17a 내지 도 17e를 참조하면, 하나의 프레임 구간은 적어도 하나의 디스플레이 구동 구간(D)을 포함할 수 있다. 그리고, 터치 구동 구간(T)은 적어도 하나의 프레임 구간마다 하나 또는 둘 이상 존재할 수 있다. 즉, 디스플레이 구동 구간(D)은 매 프레임 구간마다 존재할 수 있다. 그리고, 터치 구동 구간(T)은, 도면들에서와 같이, 매 프레임 구간마다 하나 또는 둘 이상 존재할 수도 있지만, 매 프레임 구간마다 존재하지 않고, 2개 또는 그 이상의 프레임 구간마다 하나 또는 둘 이상이 존재할 수도 있다.

도 16a 내지 도 16c, 도 17a 내지 도 17e를 참조하면, 포스 구동 구간(F)은 적어도 하나의 프레임 구간마다 하나 또는 둘 이상 존재할 수 있다.

한편, 터치 구동을 위한 구동 주파수와 포스 구동을 위한 구동 주파수는, 디스플레이 구동을 위한 구동 주파수보다 낮을 수 있다.

또 한편, 터치 디스플레이 장치(100)는, 외부 입력(사용자 입력, 데이터 입력 등)이 있는 경우 액티브 모드(Active Mode)로 동작하고, 외부 입력이 없는 경우에는 아이들 모드(Idle Mode, "Sleep Mode"라고도 함)로 동작할 수 있다.

터치 디스플레이 장치(100)는, 아이들 모드로 동작하는 경우, 소비 전력 저감을 위하여, 디스플레이 구동, 터치 구동 및 포스 구동 각각을 위한 구동 주파수를 액티브 모드에서의 구동 주파수보다 낮게 설정할 수 있다.

전술한 바와 같이, 디스플레이 구동 구간(D), 터치 구동 구간(T) 및 포스 구동 구간(F)을 시분할 하되, 디스플레이 성능, 터치 센싱 성능 및 포스 센싱 성능을 종합적으로 판단하여, 디스플레이 구동 구간(D), 터치 구동 구간(T) 및 포스 구동 구간(F)에 대한 다양한 방식 중 하나를 선택하여 최적의 구동 방식을 설계할 수 있다.

한편, 터치 구동 구간(T)에, 제1 전극(E1)에 터치 구동 신호(TDS)에 인가될 때, 제1 전극(E1)과 주변 전극 사이에 기생 캐패시턴스가 형성될 수 있다.

예를 들어, 제1 전극(E1)과 데이터 라인 사이에 기생 캐패시턴스가 형성될 수도 있고, 제1 전극(E1)과 게이트 라인 사이에 기생 캐패시턴스가 형성될 수도 있고, 제1 전극(E1)과 다른 제1 전극(E1) 사이에 기생 캐패시턴스가 형성될 수도 있다. 또한, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에도 기생 캐패시턴스가 형성될 수 있다.

제1 전극(E1)와 포인터 사이의 캐패시턴스 변화에 기초하여 터치를 센싱하는 방식의 경우, 전술한 바와 같이, 제1 전극(E1)과 주변 전극 사이에 기생 캐패시턴스가 형성되면, 터치 센싱의 정확도가 크게 떨어질 수 있다.

이에, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)는 로드 프리 구동(Load Free Driving)을 수행할 수 있다.

여기서, 로드 프리 구동(Load Free Driving)는, 제1 전극(E1)과 주변 전극 사이에 기생 캐패시턴스가 형성되는 것을 방지해주기 위하여 제1 전극(E1)의 주변 전극을 구동하는 기술이다.

도 18a 및 도 18b는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 로드 프리 구동을 나타낸 도면이다.

도 18a 및 도 18b를 참조하면, 구동 회로(120)는, 터치 구동 구간(T)에, 다수의 제1 전극(E1) 중 적어도 하나에 터치 구동 신호(TDS)를 순차적으로 인가할 때, 터치 구동 신호(TDS)를 제2 전극(E2)에 인가하거나, 터치 구동 신호(TDS)와 동위상의 로드 프리 구동 신호(LFDS)를 제2 전극(E2)에 인가할 수 있다.

로드 프리 구동 신호(LFDS)는, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2)에 동시에 인가되는 터치 구동 신호(TDS)일 수 있다.

또는, 로드 프리 구동 신호(LFDS)는, 터치 구동 신호(TDS)과 동일한 위상으로 생성된 별도의 신호일 수도 있다. 이 경우, 로드 프리 구동 신호(LFDS)와 터치 구동 신호(TDS)는 동일한 전압을 가질 수 있으며 동일한 진폭을 가질 수 있다.

따라서, 전술한 바와 같이, 터치 구동 구간(T)에, 제1 전극(E1)에 터치 구동 신호(TDS)에 인가될 때, 터치 구동 신호(TDS) 또는 터치 구동 신호(TDS)와 동위상의 로드 프리 구동 신호(LFDS)를 제2 전극(E2)에 인가하게 되면, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에 기생 캐패시턴스가 형성되는 것을 방지해줄 수 있다. 이에 따라, 터치 센싱의 정확도를 높여줄 수 있다.

전술한 바와 마찬가지로, 터치 구동 구간(T)에, 제1 전극(E1)에 터치 구동 신호(TDS)에 인가될 때, 터치 구동 신호(TDS) 또는 터치 구동 신호(TDS)와 동위상의 로드 프리 구동 신호(LFDS)를 모든 데이터 라인 또는 주변 데이터 라인에 인가해줄 수 있다.

터치 구동 구간(T)에, 제1 전극(E1)에 터치 구동 신호(TDS)에 인가될 때, 터치 구동 신호(TDS) 또는 터치 구동 신호(TDS)와 동위상의 로드 프리 구동 신호(LFDS)를 모든 게이트 라인 또는 주변 게이트 라인에 인가해줄 수 있다.

터치 구동 구간(T)에, 제1 전극(E1)에 터치 구동 신호(TDS)에 인가될 때, 터치 구동 신호(TDS) 또는 터치 구동 신호(TDS)와 동위상의 로드 프리 구동 신호(LFDS)를 모든 제1 전극(E1) 또는 주변 제1 전극(E1)에 인가해줄 수 있다.

도 19는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 구동 회로(120)에서, 제1 전극 구동 회로(1310) 내 스위치부(1910) 및 신호 검출부(1920)를 나타낸 도면이고, 도 20은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 구동 회로(120)에서, 제1 전극 구동 회로(1310) 내 스위치부(1910) 및 신호 검출부(1920)의 구현 예시도이다.

도 19를 참조하면, 3가지의 구동 구간(D, T, F)에 따라 각 제1 전극(E1)에 디스플레이 구동 전압(예: Vcom), 터치 구동 신호(TDS) 및 제1 포스 구동 신호(FDS1)를 선택적으로 공급해주기 위하여, 제1 전극 구동 회로(1310)는 다수의 제1 전극(E1) 각각에 연결된 신호 라인(SL) 중 하나를 디스플레이 구동 전압(예: Vcom), 터치 구동 신호(TDS) 및 제1 포스 구동 신호(FDS1) 중 하나가 공급될 신호 라인(SL)으로서 선택하는 스위치부(1910)와, 스위치부(1910)와 연결된 제1 전극(E1)을 통해 신호를 검출하는 신호 검출부(1920)를 포함할 수 있다.

스위치부(1910)는 하나 이상의 멀티플렉서를 포함할 수 있다.

신호 검출부(1920)는 하나 이상의 아날로그 프런트 엔드(AFE: Analog Front End)를 포함할 수 있다.

도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이, 24개의 제1 전극(E1; S11, S12, S13, S14, S21, S22, S23, S24, … , S61, S62, S63, S64)이 6행 4열로 배열된 경우, 구동 효율성을 고려하여, 일 예로, 스위치부(1910)는 4개의 멀티플렉서(MUX1, MUX2, MUX3, MUX4)로 구현되고, 신호 검출부(1920)는 4개의 아날로그 프런트 엔드(AFE1, AFE2, AFE3, AFE4)로 구현될 수 있다.

도 21a 내지 도 21c는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 터치 센싱 및 포스 센싱을 위한 신호 검출 처리를 나타낸 도면이다.

도 21a를 참조하면, 터치 구동 시, t1 타이밍에, 터치 구동 신호(TDS)가, 4개의 멀티플렉서(MUX1, MUX2, MUX3, MUX4)를 통해, 1행에 배열된 4개의 제1 전극(S11, S12, S13, S14)에 동시에 인가되고, 4개의 아날로그 프런트 엔드(AFE1, AFE2, AFE3, AFE4)는 1행에 배열된 4개의 제1 전극(S11, S12, S13, S14)을 통해 수신 신호를 검출한다.

이와 마찬가지로, t2 타이밍에, 터치 구동 신호(TDS)가, 4개의 멀티플렉서(MUX1, MUX2, MUX3, MUX4)를 통해, 2행에 배열된 4개의 제1 전극(S21, S22, S23, S24)에 동시에 인가되고, 4개의 아날로그 프런트 엔드(AFE1, AFE2, AFE3, AFE4)는 2행에 배열된 4개의 제1 전극(S21, S22, S23, S24)을 통해 수신 신호를 검출한다.

이러한 방식으로, t3 타이밍에, 3행에 배열된 4개의 제1 전극(S31, S32, S33, S33)에 대한 터치 구동과 신호 검출이 되고, t4 타이밍에, 4행에 배열된 4개의 제1 전극(S41, S42, S43, S43)에 대한 터치 구동과 신호 검출이 되고, t5 타이밍에, 5행에 배열된 4개의 제1 전극(S51, S52, S53, S53)에 대한 터치 구동과 신호 검출이 되고, t6 타이밍에, 6행에 배열된 4개의 제1 전극(S61, S62, S63, S63)에 대한 터치 구동과 신호 검출이 된다.

전술한 방식에 따라 검출된 모든 수신 신호를 토대로 터치 센싱이 이루어질 수 있다.

도 21b를 참조하면, 포스 구동 구간에, t1 타이밍에, 제1 포스 구동 신호(FDS1)가, 4개의 멀티플렉서(MUX1, MUX2, MUX3, MUX4)를 통해, 1행에 배열된 4개의 제1 전극(S11, S12, S13, S14)에 동시에 인가되고, 4개의 아날로그 프런트 엔드(AFE1, AFE2, AFE3, AFE4)는 1행에 배열된 4개의 제1 전극(S11, S12, S13, S14)을 통해 수신 신호(포스 데이터)를 검출한다.

이와 마찬가지로, t2 타이밍에, 제1 포스 구동 신호(FDS1)가, 4개의 멀티플렉서(MUX1, MUX2, MUX3, MUX4)를 통해, 2행에 배열된 4개의 제1 전극(S21, S22, S23, S24)에 동시에 인가되고, 4개의 아날로그 프런트 엔드(AFE1, AFE2, AFE3, AFE4)는 2행에 배열된 4개의 제1 전극(S21, S22, S23, S24)을 통해 수신 신호를 검출한다.

이러한 방식으로, t3 타이밍에, 3행에 배열된 4개의 제1 전극(S31, S32, S33, S33)에 대한 포스 구동과 신호 검출이 되고, t4 타이밍에, 4행에 배열된 4개의 제1 전극(S41, S42, S43, S43)에 대한 포스 구동과 신호 검출이 되고, t5 타이밍에, 5행에 배열된 4개의 제1 전극(S51, S52, S53, S53)에 대한 포스 구동과 신호 검출이 되고, t6 타이밍에, 6행에 배열된 4개의 제1 전극(S61, S62, S63, S63)에 대한 포스 구동과 신호 검출이 된다.

전술한 바와 같이, t1~t6 타이밍 동안의 포스 구동에 따라 검출된 모든 수신 신호를 토대로 포스 센싱이 이루어질 수 있다.

즉, 구동 회로(120)는, 포스 구동 구간(F)에, 각 제1 전극(E1)으로부터 수신되는 수신 신호를 토대로, 각 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 캐패시턴스 변화를 파악하여 터치 포스를 센싱할 수 있다.

전술한 바에 따르면, 각 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 간에 형성되는 캐패시턴스(C2)의 변화를 모두 파악함으로써, 세밀한 포스 센싱을 수행할 수 있다.

도 21c를 참조하면, 포스 구동 및 센싱 효율을 위해, 제1 전극 그룹화에 따라, 6행 4열로 배열된 24개의 제1 전극(E1; S11, S12, S13, S14, S21, S22, S23, S24, … , S61, S62, S63, S64)은, 일 예로, 열 단위로 그룹화될 수 있다. 이 경우, 24개의 제1 전극(E1; S11, S12, S13, S14, S21, S22, S23, S24, … , S61, S62, S63, S64)은 4개의 제1 전극 그룹(G1, G2, G3, G4)으로 그룹화될 수 있다.

이에 따르면, 1열의 제1 전극 그룹(G1)에 포함된 6개의 제1 전극(S11, S21, … , S61)에 연결된 6개의 신호 라인(SL)은, 제1 멀티플렉서(MUX1)에 의해 모두 전기적으로 연결된다.

따라서, 포스 구동 구간(F)에, 1열의 제1 전극 그룹(G1)에 포함된 6개의 제1 전극(S11, S21, … , S61)에 제1 포스 구동 신호(FDS1)가 동시에 인가된다.

이와 마찬가지로, 2열의 제1 전극 그룹(G2)에 포함된 6개의 제1 전극(S12, S22, … , S62)에 제1 포스 구동 신호(FDS1)가 동시에 인가된다. 3열의 제1 전극 그룹(G3)에 포함된 6개의 제1 전극(S13, S23, … , S63)에 제1 포스 구동 신호(FDS1)가 동시에 인가된다. 4열의 제1 전극 그룹(G4)에 포함된 6개의 제1 전극(S14, S24, … , S64)에 제1 포스 구동 신호(FDS1)가 동시에 인가된다.

이에 따르면, 24개의 제1 전극(E1; S11, S12, S13, S14, S21, S22, S23, S24, … , S61, S62, S63, S64)으로 제1 포스 구동 신호(FDS1)가 동시에 인가될 수 있다.

따라서, 도 21b에 비해, 포스 구동 시간이 대략 1/6로 줄어들 수 있다.

한편, 열 그룹화(Column Grouping)에 따라, 1열의 제1 전극 그룹(G1)에 포함된 6개의 제1 전극(S11, S21, … , S61)에 연결된 6개의 신호 라인(SL)은, 제1 멀티플렉서(MUX1)에 의해 모두 전기적으로 연결된다.

이에, 제1 아날로그 프런트 엔드(AFE1)는, 1열에 배열된 6개의 제1 전극(S11, S21, … , S61)을 포함하는 해당 제1 전극 그룹(G1)으로부터 수신되는 하나의 수신 신호를 검출할 수 있다.

이러한 방식으로, 제2 아날로그 프런트 엔드(AFE2)는, 2열에 배열된 6개의 제1 전극(S12, S22, … , S62)을 포함하는 해당 제1 전극 그룹(G2)으로부터 수신되는 하나의 수신 신호를 검출할 수 있다. 제3 아날로그 프런트 엔드(AFE3)는, 3열에 배열된 6개의 제1 전극(S13, S23, … , S63)을 포함하는 해당 제1 전극 그룹(G3)으로부터 수신되는 하나의 수신 신호를 검출할 수 있다. 제4 아날로그 프런트 엔드(AFE4)는, 4열에 배열된 6개의 제1 전극(S14, S24, … , S64)을 포함하는 해당 제1 전극 그룹(G4)으로부터 수신되는 하나의 수신 신호를 검출할 수 있다.

4개의 아날로그 프런트 엔드(AFE1, AFE2, AFE3, AFE4)를 통한 신호 검출은 동시에 이루어질 수 있다. 따라서, 신호 검출 시간이 도 21b에 비해, 대략 1/6로 줄어들 수 있다.

신호 검출 이후, 구동 회로(120)는, 포스 구동 구간(F)에, 각 제1 전극 그룹(G1, G2, G3, G4)으로부터 수신되는 하나의 수신 신호를 토대로, 각 제1 전극 그룹(G1, G2, G3, G4)과 제2 전극(E2) 사이의 캐패시턴스 변화를 파악하여 터치 포스를 센싱할 수 있다.

도 22는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 효율적인 포스 센싱을 위한 제1 전극 그룹화의 예시도이다.

도 22는, 도 21c와 같은 제1 전극 그룹화의 경우를 예시적으로 나타낸 도면이다.

도 22를 참조하면, 제1 전극 그룹화는, 일 예로, 동일한 열(Column) 방향으로 배열된 제1 전극들을 하나의 제1 전극 그룹으로 그룹화하는 열 그룹화, 동일한 행(Row) 방향으로 배열된 제1 전극들을 하나의 제1 전극 그룹으로 그룹화하는 행 그룹화, 인접한 제1 전극들을 블록 형태로 하나의 제1 전극 그룹으로 그룹화하는 블록 그룹화 등 중 하나일 수 있다.

이러한 제1 전극 그룹화에 따르면, 구동 회로(120)는, 포스 구동 구간(F)에, 둘 이상의 제1 전극(E1)을 포함하는 각 제1 전극 그룹으로부터 수신되는 신호를 토대로, 각 제1 전극 그룹과 제2 전극(E2) 사이의 캐패시턴스 변화를 파악하여 터치 포스를 센싱할 수 있다.

터치 센싱에 비해 포스 센싱의 정밀도가 그리 높지 않아도 되는 경우, 전술한 제1 전극 그룹화를 통해, 포스 센싱 시간을 상당히 단축시킬 수 있는 이점이 있다.

도 23은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서 둘 이상의 분할 전극(F11, F12, F13, … , F64)으로 이루어진 제2 전극(E2)을 나타낸 도면이다.

도 23을 참조하면, 포스 센서 중 하나로서 제2 포스 구동 신호(FDS2)가 인가되는 제2 전극(E2)은, 하나의 판 전극 형태일 수도 있고, 둘 이상의 분할 전극(F11, F12, F13, … , F64)으로 이루어진 형태일 수도 있다.

전술한 바와 같이, 둘 이상의 분할 전극(F11, F12, F13, … , F64)으로 이루어진 분할 전극 타입의 제2 전극(E2)을 활용하면, 포스 구동 영역 및 포스 센싱 영역을 제어할 수 있고, 터치 포스의 발생 위치를 감지하거나, 터치 포스의 크기를 위치별로 감지할 수 있다.

제2 전극(E2)의 분할 개수, 즉, 분할 전극의 개수는, 제1 전극(E1)의 개수보다 적을 수도 있고, 동일하거나 많을 수도 있다.

이러한 분할 전극의 개수는 포스 구동 효율, 포스 센싱 정밀도 등을 고려하여 정해질 수 있다.

단, 아래에서는, 설명의 편의를 위하여, 제2 전극(E2)의 분할 개수, 즉, 분할 전극 개수가 24개인 경우를 가정한다.

이에 따르면, 24개의 제1 전극(E1; S11, S12, S13, S14, S21, S22, S23, S24, … , S61, S62, S63, S64)은 제2 전극(E2)을 이루는 24개의 분할 전극(F11, F12, F13, F14, F21, F22, F23, F24, … , F61, F62, F63, F64)과 그 위치가 서로 대응된다.

도 24는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서, 분할 전극 타입의 제2 전극(E2)에 대한 부분 구동 방식을 나타낸 도면이고, 도 25a 및 도 25b는 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)에서, 제2 전극(E2)에 대한 부분 구동의 예시도이다.

도 24를 참조하면, 제2 전극(E2)이 분할 전극 타입인 경우, 포스 구동 및 포스 센싱 등을 위한 소비 전력을 절감하고 처리 시간을 단축시키기 위하여, 제2 전극 부분 구동을 수행할 수 있다.

도 24, 도 25a 및 도 25b를 참조하여 예를 들어 설명하면, 앞서 언급한 바와 같이, 24개의 제1 전극(E1; S11, S12, S13, S14, S21, S22, S23, S24, … , S61, S62, S63, S64)이 6행 4열로 배치된 경우에, 터치 구동 구간(T)에서 터치 위치가 감지되었고, 감지된 터치 위치가 24개의 제1 전극(E1; S11, S12, S13, S14, S21, S22, S23, S24, … , S61, S62, S63, S64) 중 S53에 대응되는 경우를 가정할 때, 포스 구동 및 포스 센싱 등을 위한 소비 전력을 절감하고 처리 시간을 단축시키기 위하여, 제2 전극(E2)을 이루는 24개의 분할 전극(F11, F12, F13, F14, F21, F22, F23, F24, … , F61, F62, F63, F64)에 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 인가하는 것이 아니라, 터치 위치에 대응되는 분할 전극(F53)으로만 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 인가하는 부분 구동을 수행할 수 있다.

이러한 포스 구동 시, 24개의 제1 전극(E1; S11, S12, S13, S14, S21, S22, S23, S24, … , S61, S62, S63, S64) 중에서, 터치 위치에 대응되는 제1 전극(S53)으로만 제1 포스 구동 신호(FDS1)를 인가할 수 있다.

전술한 부분적인 포스 구동 하에서, 포스 센싱 정밀도를 보다 높이기 위하여, 확대된 부분 포스 구동을 수행할 수 있다.

도 24, 도 25a 및 도 25b를 참조하여 예를 들면, 터치 위치에 대응되는 분할 전극(F53)뿐만 그 주변의 분할 전극(F42, F43, F44, F52, F54, F62, F63, F64)으로도 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 인가하는 확대된 부분 구동을 수행할 수 있다.

또한, 24개의 제1 전극(E1; S11, S12, S13, S14, S21, S22, S23, S24, … , S61, S62, S63, S64) 중에서, 터치 위치에 대응되는 제1 전극(S53)뿐만 아니라 그 주변의 제1 전극(S42, S43, S44, S52, S54, S62, S63, S64)으로도 제1 포스 구동 신호(FDS1)를 인가하는 확대된 부분 구동을 수행할 수 있다.

아래에서는, 이상에서 설명한 포스 부분 구동에 대하여, 간략하게 다시 설명한다.

구동 회로(120)는, 포스 구동 구간(F)에, 제2 전극(E2)을 이루는 둘 이상의 분할 전극(예: F11, F12, F13, … , F64) 중 터치 구동 구간(T)에서 기 감지된 터치 위치에 대응되는 특정 분할 전극(예: F53)에 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 인가할 수 있다.

이러한 제2 전극(E2)에 대한 분할 구동을 통해 포스 구동 및 포스 센싱을 위한 소비 전력을 줄일 수 있고, 처리 시간도 단축시켜줄 수 있다.

이러한 포스 구동 구간(F)에서 제2 전극(E2)에 대한 분할 구동 시, 구동 회로(120)는, 특정 분할 전극(예: F53)에 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 인가할 때, 다수의 제1 전극(E1)의 전체에 제1 포스 구동 신호(FDS1)를 인가할 수도 있고, 소비 전력 및 처리 시간을 더욱 줄이기 위하여, 다수의 제1 전극(E1) 중 특정 분할 전극(예: F53)과 대응되는 제1 전극(예: S53), 즉 터치 위치에 대응되는 제1 전극(예: S53)에 제1 포스 구동 신호(FDS1)를 인가할 수 있다.

포스 구동 구간(F)에 전술한 제2 전극(E2)에 대한 분할 구동과 함께, 제1 전극(E1)에 대한 분할 구동을 통해, 포스 구동 및 포스 센싱을 위한 소비 전력을 더욱 줄일 수 있고, 처리 시간도 더욱 단축시켜줄 수 있다.

한편, 제2 전극(E2)에 대한 분할 구동을 통한 포스 부분 구동 시, 포스 센싱 정밀도가 약간 낮아질 수 있는 단점이 있으며, 이를 보완하기 위하여, 구동 회로(120)는, 포스 구동 구간(F)에, 특정 분할 전극(예: F53)과 그 특전 분할 전극(F53)의 주변 분할 전극(예: F42, F43, F44, F52, F54, F62, F63, F64)에 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 인가할 수 있다.

이때, 구동 회로(120)는, 다수의 제1 전극(E1)의 전체에 제1 포스 구동 신호(FDS1)를 인가하거나, 다수의 제1 전극(E1) 중 특정 분할 전극(예: F53)과 그 주변 분할 전극(예: F42, F43, F44, F52, F54, F62, F63, F64)에 대응되는 제1 전극(S53과, S42, S43, S44, S52, S54, S62, S63, S64)들에 제1 포스 구동 신호(FDS1)를 인가할 수도 있다.

전술한 바와 같이, 제2 전극(E2)을 이루는 둘 이상의 분할 전극 중에서 터치 위치에 대응되는 특정 분할 전극뿐만 아니라 그 주변 분할 전극도 함께 구동하는 확대된 포스 부분 구동을 통해, 소비 전력 및 처리 시간을 줄여주면서도 포스 센싱 정확도도 원하는 수준으로 보장해줄 수 있다.

이상에서 설명한 포스 부분 구동은, 제2 전극(E2)이 분할 전극 타입으로 구현된 경우, 제2 전극(E2)에 대하여, 공간적인 부분 구동에 해당한다.

이와는 다르게, 제2 전극(E)이 분할 전극 타입이 아니라 하나의 판 전극 형태인 경우, 소비 전력 저감을 위해 시간적인 포스 부분 구동을 제공할 수 있다.

이러한 시간적인 포스 부분 구동을 위해, 구동 회로(120)는, 포스 구동 구간(F)에, 다수의 제1 전극(E1) 중 터치 구동 구간(T)에서 기 감지된 터치 위치에 대응되는 특정 제1 전극(E1)에 제1 포스 구동 신호(FDS1)를 인가하고, 이 시점에, 즉, 특정 제1 전극(E1)에 제1 포스 구동 신호(FDS1)를 인가할 때, 제2 전극(E2)에 제2 포스 구동 신호(FDS2)를 인가하여, 제2 전극(E2)에 대한 시간적인 부분 구동을 수행할 수 있다.

제2 전극(E2)이 하나의 판 전극 형태이더라도, 전술한 시간적인 포스 부분 구동 통해, 제2 전극(E2)을 구동하는데 필요한 소비 전력과 포스 센싱을 위한 처리 시간을 줄여줄 수 있다.

아래에서는, 이상에서 설명한 터치 디스플레이 장치(100)에 대한 구동 방법을 도 26을 참조하여 간단하게 설명한다.

도 26은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 구동 방법에 대한 흐름도이다.

도 26을 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 구동 방법은, 디스플레이 구동 구간(D)에 디스플레이 패널(110)을 구동하는 단계(S2610)와, 터치 구동 구간(T)에 디스플레이 패널(110)에 내장된 다수의 제1 전극(E1) 중 적어도 하나를 순차적으로 구동하여, 터치 유무 또는 터치 위치를 감지하는 단계(S2620)와, 포스 구동 구간(F)에 다수의 제1 전극(E1)의 전체 또는 일부를 구동하고, 터치 포스에 따라 다수의 제1 전극(E1)과의 갭(G) 변화가 발생되는 제2 전극(E2)을 구동하여, 터치 포스를 감지하는 단계(S2630) 등을 포함한다.

디스플레이 구동 구간(D)에 디스플레이 패널(110)에 내장된 다수의 제1 전극(E1)에 디스플레이 구동 전압(예: Vcom)을 인가할 수 있다.

한 프레임 구간은 시분할 된 적어도 하나의 디스플레이 구동 구간(D)과 적어도 하나의 터치 구동 구간(T)을 포함할 수 있다.

포스 구동 구간(F)은 적어도 하나의 프레임 구간마다 하나 또는 둘 이상 존재할 수 있다.

전술한 구동 방법을 이용하면, 제1 전극(E1)이 디스플레이 구동 구간(D), 터치 구동 및 포스 구동에 모두 이용되더라도, 디스플레이 구동 구간(D), 터치 구동 구간(T) 및 포스 구동 구간(F)을 시분할 하여 할당함으로써, 3가지 구동(디스플레이 구동, 터치 구동 및 포스 구동)을 정확하고 혼란 없이 수행할 수 있다.

도 27 내지 도 30은 본 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 디스플레이 구동 집적회로(2700, 2800, 2900, 3000)의 예시도들이다.

도 27을 참조하면, 디스플레이 구동 집적회로(2700)는 제1 전극(E1)에 대한 구동 집적회로일 수 있다.

이러한 디스플레이 구동 집적회로(2700)는, 디스플레이 구동 구간(D)에 디스플레이 패널(110)에 내장된 다수의 제1 전극(E1)에 디스플레이 구동 전압(예: 공통 전압(Vcom))을 공급하는 디스플레이 구동 회로(2710)와, 터치 구동 구간(T)에 다수의 제1 전극(E1) 중 적어도 하나에 터치 구동 신호(TDS)를 순차적으로 인가하는 터치 구동 회로(2720)와, 포스 구동 구간(F)에 상기 다수의 제1 전극(E1)의 전체 또는 일부에 제1 포스 구동 신호(FDS1)를 인가하는 포스 구동 회로(2730) 등을 포함할 수 있다.

도 27에 도시된 디스플레이 구동 집적회로(2700)는 도 13a 및 도 13b에서의 제1 전극 구동 회로(1310)를 집적회로로 구현한 것일 수 있다.

전술한 디스플레이 구동 집적회(2700)를 이용하면, 다수의 제1 전극(E1)dl 3가지 구동(디스플레이 구동, 터치 구동, 포스 구동)에 모두 이용되는 공용 전극이더라도, 각 구동에 맞게 다수의 제1 전극(E1)을 효율적으로 구동할 수 있다.

도 28을 참조하면, 디스플레이 구동 집적회로(2800)는 제1 전극 구동 회로(1310)와 함께, 디스플레이 패널(110)에 배치된 다수의 데이터 라인(DL)에 데이터 전압을 공급하여 다수의 데이터 라인(DL)을 구동하는 데이터 구동 회로(2810)를 더 포함하여 집적회로로 구현된 것일 수 있다.

도 29를 참조하면, 디스플레이 구동 집적회로(2900)는 제1 전극 구동 회로(1310) 및 데이터 구동 회로(2810)와 함께, 신호 생성 회로(1300)를 더 포함하여 집적회로로 구현된 것일 수 있다.

도 30을 참조하면, 디스플레이 구동 집적회로(3000)는 제1 전극 구동 회로(1310), 데이터 구동 회로(2810) 및 신호 생성 회로(1300)와 함께, 감지 프로세서(1330를 더 포함하여 집적회로로 구현된 것일 수 있다.

터치 디스플레이 장치(100)의 사이즈, 디스플레이 패널(110)의 크기 및 해상도, 터치 디스플레이 장치(100)의 구동 회로부에 대한 공간 및 설계 등을 고려하여, 도 27 내지 도 30에서 예시된 디스플레이 구동 집적회로들(2700, 2800, 2900, 3000) 등 중 하나를 이용할 수 있다.

이상에서 설명한 본 실시예들에 의하면, 다양한 기능을 다양한 형태로 제공하기 위하여, 사용자의 터치 발생 시, 터치 위치를 감지하는 것뿐만 아니라, 사용자가 터치 시 화면을 누르는 터치 포스(Touch Force)를 감지할 수 있다.

본 실시예들에 의하면, 디스플레이 패널(110)에 내장된 한 종류의 전극들(E1)을 디스플레이(영상 출력), 터치 센싱 및 포스 센싱을 위한 3가지 구동에 모두 이용할 수 있게 줌으로써, 3가지 구동에 필요한 전극 개수를 줄여줄 수 있다.

본 실시예들에 의하면, 디스플레이 패널(110)에 내장된 한 종류의 전극들(E1)을 디스플레이(영상 출력), 터치 센싱 및 포스 센싱을 위한 3가지 구동에 모두 이용함에 있어서, 3가지 구동이 혼란 없이 진행될 수 있도록 해줄 수 있다.

이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 터치 디스플레이 장치
110: 디스플레이 패널
120: 구동 회로
E1: 제1 전극
E2: 제2 전극

Claims

디스플레이 패널에 내장된 다수의 제1 전극들;
상기 디스플레이 패널의 하부에 존재하는 갭에 의해 상기 다수의 제1 전극들과 이격되고, 상기 디스플레이 패널의 하부에 위치하는 제2 전극; 및
디스플레이 모드 구간에 상기 다수의 제1 전극들 중 적어도 하나의 제1 전극에 공통전압을 인가하고, 각 터치 구동 구간에 상기 다수의 제1 전극들 중 적어도 하나의 제1 전극에 터치 구동 신호를 인가하여 제1 전극으로부터 터치 센싱 신호를 수신하여 상기 디스플레이 패널 상에서의 터치 유무 또는 터치 위치를 감지하고, 포스 구동 구간에 상기 다수의 제1 전극들의 전체 또는 일부에 제1 포스 구동 신호를 인가하고 상기 제2 전극에 제2 포스 구동 신호를 인가하여 제1 전극으로부터 포스 센싱 신호를 수신하여 상기 디스플레이 패널 상에 가해진 터치 포스를 감지하는 구동 회로를 포함하는 터치 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,
한 프레임 구간은 적어도 하나의 디스플레이 구동 구간을 포함하고,
상기 터치 구동 구간은 적어도 하나의 프레임 구간마다 하나 또는 둘 이상 존재하고,
상기 포스 구동 구간은 적어도 하나의 프레임 구간마다 하나 또는 둘 이상 존재하며,
상기 터치 구동 구간과 상기 포스 구동 구간은 시간적으로 분리된 터치 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 터치 구동 구간에서, 상기 터치 구동 신호는 DC 전압의 신호이거나 펄스 형태의 신호인 터치 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 구동 회로는,
상기 터치 구동 구간에, 상기 다수의 제1 전극 중 적어도 하나에 터치 구동 신호를 순차적으로 인가할 때,
상기 터치 구동 신호를 상기 제2 전극에 인가하거나, 상기 터치 구동 신호와 동위상의 로드 프리 구동 신호를 상기 제2 전극에 인가하는 터치 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 포스 구동 구간에서,
상기 제1 포스 구동 신호와 상기 제2 포스 구동 신호가 펄스 형태의 신호이거나,
상기 제1 포스 구동 신호가 제1 DC 전압을 갖는 신호이고 상기 제2 포스 구동 신호가 제2 DC 전압을 갖는 신호이거나,
상기 제1 포스 구동 신호가 펄스 형태의 신호이고 상기 제2 포스 구동 신호가 제2 DC 전압을 갖는 신호이거나,
상기 제1 포스 구동 신호가 제1 DC 전압을 갖는 신호이고 상기 제2 포스 구동 신호가 펄스 형태의 신호인 터치 디스플레이 장치.
제5항에 있어서,
상기 포스 구동 구간에서, 상기 제1 포스 구동 신호와 상기 제2 포스 구동 신호가 펄스 형태의 신호인 경우,
상기 제1 포스 구동 신호와 상기 제2 포스 구동 신호는, 정위상 관계 또는 역위상 관계에 있는 터치 디스플레이 장치.
제6항에 있어서,
상기 포스 구동 구간에서 상기 제1 포스 구동 신호와 상기 제2 포스 구동 신호가 정위상 관계에 있는 펄스 형태의 신호인 경우, 상기 제2 포스 구동 신호는,
상기 제1 포스 구동 신호와 동일한 위상을 갖고, 상기 제1 포스 구동 신호보다 큰 진폭을 갖는 터치 디스플레이 장치.
제5항에 있어서,
상기 제1 DC 전압은 제1 기준전압 또는 그라운드 전압이고, 상기 제2 DC 전압은 제2 기준전압 또는 그라운드 전압이며,
상기 제1 기준전압과 상기 제2 기준전압은 동일한 전압 또는 다른 전압인 터치 디스플레이 장치.
제5항에 있어서,
상기 포스 구동 구간에서 상기 제1 포스 구동 신호가 제1 DC 전압을 갖는 신호이고 상기 제2 포스 구동 신호가 제2 DC 전압을 갖는 신호인 경우,
상기 제1 DC 전압과 상기 제2 DC 전압은 다른 전압인 터치 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 다수의 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에는,
상기 터치 포스에 따라 크기 변화가 가능한 갭(Gap)이 적어도 하나 존재하는 터치 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 구동 회로는,
상기 포스 구동 구간에, 상기 각 제1 전극으로부터 수신되는 신호를 토대로, 상기 각 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 캐패시턴스 변화를 파악하여 상기 터치 포스를 센싱하는 터치 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 구동 회로는,
상기 포스 구동 구간에, 둘 이상의 제1 전극을 포함하는 각 제1 전극 그룹으로부터 수신되는 신호를 토대로, 상기 각 제1 전극 그룹과 상기 제2 전극 사이의 캐패시턴스 변화를 파악하여 상기 터치 포스를 센싱하는 터치 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 전극은 둘 이상의 분할 전극으로 이루어져 있는 터치 디스플레이 장치.
제13항에 있어서,
상기 구동 회로는,
상기 포스 구동 구간에, 상기 둘 이상의 분할 전극 중 상기 터치 구동 구간에서 기 감지된 터치 위치에 대응되는 특정 분할 전극에 제2 포스 구동 신호를 인가하는 터치 디스플레이 장치.
제14항에 있어서,
상기 구동 회로는,
상기 포스 구동 구간에,
상기 특정 분할 전극에 제2 포스 구동 신호를 인가할 때,
상기 다수의 제1 전극의 전체에 상기 제1 포스 구동 신호를 인가하거나,
상기 다수의 제1 전극 중 상기 특정 분할 전극과 대응되는 제1 전극에 상기 제1 포스 구동 신호를 인가하는 터치 디스플레이 장치.
제14항에 있어서,
상기 구동 회로는,
상기 포스 구동 구간에,
상기 특정 분할 전극과 상기 특정 분할 전극의 주변 분할 전극에 제2 포스 구동 신호를 인가하고,
상기 다수의 제1 전극의 전체에 상기 제1 포스 구동 신호를 인가하거나,
상기 다수의 제1 전극 중 상기 특정 분할 전극과 상기 주변 분할 전극에 대응되는 제1 전극들에 상기 제1 포스 구동 신호를 인가하는 터치 디스플레이 장치.
터치 디스플레이 장치의 구동 방법에 있어서,
디스플레이 구동 구간에 디스플레이 패널에 내장된 다수의 제1 전극들 중 적어도 하나의 제1 전극에 공통전압을 인가하는 단계;
터치 구동 구간에, 상기 다수의 제1 전극들 중 적어도 하나의 제1 전극에 터치 구동 신호를 인가하여 제1 전극을 통해 상기 디스플레이 패널 상에서의 터치 유무 또는 터치 위치를 감지하는 단계; 및
포스 구동 구간에, 상기 다수의 제1 전극들의 전체 또는 일부에 제1 포스 구동 신호를 인가하고 상기 디스플레이 패널의 하부에 존재하는 갭에 의해 상기 다수의 제1 전극들과 이격되고 상기 디스플레이 패널의 하부에 위치하는 제2 전극에 제2 포스 구동 신호를 인가하여 제1 전극을 통해 상기 디스플레이 패널 상에 가해진 터치 포스를 감지하는 단계를 포함하는 터치 디스플레이 장치의 구동 방법.
터치 구동 신호 및 제1 포스 구동 신호를 생성하여 출력하는 신호 생성 회로;
디스플레이 구동 구간에 디스플레이 패널에 내장된 다수의 제1 전극들 중 적어도 하나의 제1 전극에 공통전압을 인가하고, 터치 구동 구간에, 상기 터치 구동 신호를 입력 받아 상기 다수의 제1 전극들 중 적어도 하나의 제1 전극에 상기 터치 구동 신호를 순차적으로 인가하고, 포스 구동 구간에 상기 제1 포스 구동 신호를 입력 받아 상기 다수의 제1 전극들의 전체 또는 일부에 상기 제1 포스 구동 신호를 인가하는 제1 전극 구동 회로;
상기 포스 구동 구간에, 제2 포스 구동 신호를 상기 디스플레이 패널의 하부에 존재하는 갭에 의해 상기 다수의 제1 전극들과 이격되고 상기 디스플레이 패널의 하부에 위치한 제2 전극에 인가해주기 위한 제2 전극 구동 회로; 및
상기 터치 구동 구간에서 제1 전극을 통해 상기 디스플레이 패널 상에서의 터치 유무 또는 터치 위치를 감지하고, 상기 포스 구동 구간에서 제1 전극을 통해 상기 디스플레이 패널 상에 가해진 터치 포스를 감지하는 감지 프로세서를 포함하는 구동 회로.
제18항에 있어서,
상기 제2 전극 구동 회로는,
상기 신호 생성 회로와 상기 제2 전극을 전기적으로 연결해주는 적어도 하나의 인쇄회로를 포함하는 구동 회로.
제18항에 있어서,
상기 신호 생성 회로는 상기 제2 포스 구동 신호를 더 생성하여 출력하고,
상기 제2 전극 구동 회로는 상기 신호 생성 회로에서 생성된 상기 제2 포스 구동 신호를 상기 제2 전극에 전달해주는 구동 회로.
제18항에 있어서,
상기 신호 생성 회로에서 생성된 상기 제1 포스 구동 신호를 변환하여 상기 제2 포스 구동 신호를 생성하는 신호 변환기를 더 포함하는 구동 회로.
제18항에 있어서,
상기 감지 프로세서는,
상기 터치 구동 구간에서 상기 제1 전극 구동 회로를 통해 각 제1 전극으로부터 터치 센싱 신호를 수신하여 터치 유무 또는 터치 위치를 감지하고, 상기 포스 구동 구간에서 상기 제1 전극 구동 회로를 통해 적어도 하나의 제1 전극으로부터 포스 센싱 신호를 수신하여 상기 터치 포스를 감지하는 구동 회로.
터치 구동 구간에 디스플레이 패널에 내장된 다수의 제1 전극들 중 적어도 하나의제1 전극에 터치 구동 신호를 순차적으로 인가하는 터치 구동부; 및
포스 구동 구간에 상기 다수의 제1 전극들의 전체 또는 일부에 제1 포스 구동 신호를 인가하는 포스 구동부를 포함하고,
상기 포스 구동 구간에서, 상기 다수의 제1 전극들의 전체 또는 일부에 상기 제1 포스 구동 신호가 인가될 때, 상기 디스플레이 패널의 하부에 위치하는 갭에 의해 상기 다수의 제1 전극들과 이격되며 상기 디스플레이 패널의 하부에 위치한 제2 전극에 제2 포스 구동 신호가 인가되며,
상기 터치 구동부는,
상기 터치 구동 구간에서 제1 전극으로부터 상기 디스플레이 패널 상에서의 터치 유무 또는 터치 위치를 감지하기 위한 터치 센싱 신호를 수신하고,
상기 포스 구동부는,
상기 포스 구동 구간에서 제1 전극으로부터 상기 디스플레이 패널 상에 가해진 터치 포스를 감지하기 위한 포스 센싱 신호를 수신하는 구동 회로.