JP2011014127A - 光センシング回路、これを備えるタッチパネル、及び光センシング回路の駆動方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】外部からの光を受光して電流を発生させ、カソード電極及びアノード電極を備えるフォトダイオードと、フォトダイオードで発生させた電流を増幅する駆動トランジスタと、駆動トランジスタに伝達される電圧レベルのデータ信号を保存するためのキャパシタと、現在のスキャン信号に応答して駆動トランジスタのしきい電圧を補償する第1スイッチングトランジスタと、現在のスキャン信号に応答して電圧レベルのデータ信号を伝達する第2スイッチングトランジスタと、を備えるフォトダイオード電流増幅のための光センシング回路。これにより、駆動トランジスタのしきい電圧の偏差を補償して光センシングを正確に行える。
【選択図】図3
Description
タッチパネルまたはタッチスクリーンは、前記ユーザーの不便さを解消できる新たな概念の入力装置である。タッチパネルとは、既存にマウスなどで行った命令信号の入力を、指先やペンなどでユーザーがディスプレイパネル上に直接接触することによって行える入力装置をいう。
一方、光センシング方式のタッチパネルは階調表現のための複数の画素回路と、それぞれの画素のタッチを感知するための複数の光センサー回路とを備えている。複数の光センサー回路には、それぞれのフォトダイオードの電流増幅のために薄膜トランジスタが使われる。電流増幅のための駆動用トランジスタのしきい電圧Vthが変わって光センサー回路ごとに出力値にバラツキが出て、タッチまたはタッチ位置を判断する精度が落ちるようになる。
望ましくは、前記第1スイッチングトランジスタは、ソース電極が前記駆動トランジスタのドレイン電極と、ドレイン電極が前記駆動トランジスタのゲート電極と連結されたPMOSトランジスタであり、前記現在のスキャン信号に応答して前記駆動トランジスタをダイオード連結させて、前記駆動トランジスタのしきい電圧を補償することを特徴とする。
望ましくは、前記光センシング回路は、発光信号に応答して、第1電源電圧を前記駆動トランジスタに伝達する第4スイッチングトランジスタをさらに備えることを特徴とする。
望ましくは、前記光センシング回路は、リセット信号に応答して、前記出力ラインの電圧を接地電圧にリセットさせる第6トランジスタをさらに備えることを特徴とする。
望ましくは、前記初期化電圧及び前記第1電源電圧は、表示のための複数のピクセルを駆動するピクセル駆動回路の初期化電圧及び電源電圧であることを特徴とする。
望ましくは、前記第4スイッチングトランジスタは、表示のための複数のピクセルを駆動するピクセル駆動回路に発光信号を伝達するピクセル発光駆動部に配されたことを特徴とする。
望ましくは、前記第1スイッチングトランジスタは、ソース電極が前記駆動トランジスタのドレイン電極と、ドレイン電極が前記駆動トランジスタのゲート電極と連結されたPMOSトランジスタであり、前記現在のスキャン信号に応答して前記駆動トランジスタをダイオード連結させて、前記駆動トランジスタのしきい電圧を補償することを特徴とする。
望ましくは、前記タッチパネルは、前記ピクセルを発光させる発光信号に応答して、前記ピクセル駆動回路の電源電圧を前記駆動トランジスタに伝達する第4スイッチングトランジスタをさらに備えることを特徴とする。
望ましくは、前記タッチパネルは、リセット信号に応答して、前記出力ラインの電圧を接地電圧にリセットさせる第6トランジスタをさらに備えることを特徴とする。
さらに他の技術的課題を解決するために、本発明のさらに他の実施形態による光センシング回路の駆動方法は、以前のスキャン信号によって、駆動トランジスタのゲート電極及びフォトダイオードのカソード電極の電圧を初期化させるステップと、現在のスキャン信号により駆動トランジスタをダイオード連結させ、前記駆動トランジスタに伝達される電圧レベルのデータ信号をキャパシタに保存するステップと、発光信号により前記駆動トランジスタのソース電極に電源電圧を印加し、前記フォトダイオードで発生した電流に相応する電圧レベルのデータ信号を前記キャパシタに保存するステップと、集光信号により前記フォトダイオードで発生した電流を増幅させて出力するステップと、を含む。
図1は、本発明の一実施形態によるフォトダイオード電流増幅のための光センシング回路を示す図面であり、図2は、図1に示した光センシング回路の動作を説明するためのタイミング図である。
図1を参照すれば、光センシング回路は、フォトダイオードD、駆動トランジスタTr_d、第1スイッチングトランジスタTr_s1、第2スイッチングトランジスタTr_s2及びキャパシタCstを備える。
フォトダイオードDは、一般的なダイオードとは異なって逆バイアス電圧がかかる。したがって、アノード電極の電位がカソード電極の電位より低くなければならない。フォトダイオードDに逆バイアス電圧がかかった状態で外部から光が入射されれば、光の輝度、逆バイアス電圧値、フォトダイオード面積によって電流ID1が発生する。しかし、フォトダイオードはタッチパネル内に内蔵されるため、そのサイズに制約があり、フォトダイオードに入射される光の輝度と逆バイアス電圧値にも制約がある。一般的に、タッチパネルの光センシングに利用されるフォトダイオードの電流値は、ほぼ数ないし数十pAほどである。したがって、フォトダイオードの電流値を増幅して使用せねばならない。
第2スイッチングトランジスタTr_s2のゲート電極には集光ラインInteg[n]が連結され、ドレイン電極にはデータ出力ラインD−outが連結され、光を受光して発生したフォトダイオード電流ID1を増幅させた電流ID2がデータ出力ラインを通じて出力される。
前記数式1から分かるように、光センシング回路の出力電流値ID2は、駆動トランジスタのしきい電圧Vthの影響を受ける。前述したように、電流増幅のための駆動トランジスタのしきい電圧Vthは、トランジスタごとに異なる。これは、薄膜トランジスタの製造工程変数によってしきい電圧が変わるので、あらゆるトランジスタのしきい電圧を統一するように製造することが不可能なためである。したがって、増幅回路ごとにしきい電圧の偏差が存在して、タッチまたは位置判断の正確性が落ちる。
図3を参照すれば、光センシング回路は、フォトダイオードD、駆動トランジスタTr_d、第1ないし第6スイッチングトランジスタTr_s1ないしTr_s6、キャパシタCstを備える。
駆動トランジスタTr_dのソース電極は、第2スイッチングトランジスタTr_s2のドレイン電極、キャパシタCstの一側端子、第4スイッチングトランジスタTr_s4のドレイン電極に連結される。
キャパシタCstの一側端子は駆動トランジスタTr_dのソース電極に連結され、これに電源電圧VDDが印加される。ここで、電源電圧VDDはピクセル駆動回路の電源電圧である。キャパシタCstの他側端子には駆動トランジスタTr_dのゲート電極が連結され、キャパシタCstにはゲート電極とソース電極との間の電圧Vgsが保存される。
前記数式2から分かるように、光センシング回路の出力電流値ID2は、駆動トランジスタのしきい電圧Vthに影響されない。したがって、駆動トランジスタのしきい電圧の偏差に関係なく、それぞれの光センシング回路で一定の出力データを得ることができるので、タッチまたは位置を正確に判断できる。
図5を参照すれば、駆動トランジスタのゲートとソースとの間の電圧Vgsによる出力電流Idsを示すグラフである。それぞれの動作点(Operation Point)を見れば、各地点での傾斜度に差があることが確認できる。再び図4を参照すれば、スキャン信号により駆動トランジスタTr_dがダイオード連結される時、電圧Vinitが印加される。この時、低い電圧値を印加すれば、最終的に出力する時にVgs値が大きくなるので、矢印方向の動作点で駆動する。したがって、小さなVgs変動に対してIds値変化が大きいので、光反応によるセンシング値の分解能を向上させることができる。
図6を参照すれば、図3に示した光センシング回路との差異点は、第2スイッチングトランジスタTr_s2と第4スイッチングトランジスタTr_s4とを、パネル600外部、すなわち、ピクセル発光駆動部610とピクセルスキャン駆動部620とに配したことである。したがって、図6に示した光センシング回路は、駆動トランジスタTr_dのしきい電圧Vthを補償するだけではなく、パネル内部の光センシング回路の面積を縮めることができ、フォトダイオードのサイズを確保できるという効果がある。以下、図3に示した光センシング回路との動作は同一であり、構造上の差異点を中心に説明する。
ここで、ピクセル駆動回路は、有機発光表示装置(OLED)のピクセル回路でありうる。有機発光表示回路の一実施形態として、第1トランジスタtr1、第2トランジスタtr2、キャパシタCst及びOLEDを含む2トランジスタ1キャパシタ形態のピクセル回路が適用される。前記ピクセル回路では、従来の有機発光表示装置の表示回路と同じ方式でデータを表示でき、その詳細な動作についての説明は省略する。また、ピクセル駆動回路は例示的なものであって、既知の多様な形態のピクセル駆動回路を使用することができる。
前記発明の詳細な説明と図面は、単に本発明の例示的なものであって、これは単に本発明を説明するための目的で使われたものであり、意味限定や特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するために使われたものではない。したがって、以上説明した内容を通じて当業者ならば、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で多様な変更及び修正が可能であるということを理解できるであろう。したがって、本発明の技術的保護範囲は、明細書の詳細な説明に記載された内容に限定されるものではなく、特許請求の範囲により定められねばならない。
Tr_d 駆動トランジスタ
Tr_s1 第1スイッチングトランジスタ
Tr_s2 第2スイッチングトランジスタ
Tr_s3 第3スイッチングトランジスタ
Tr_s4 第4スイッチングトランジスタ
Tr_s5 第5スイッチングトランジスタ
Tr_s6 第6スイッチングトランジスタ
Scan[n] スキャンライン
D−out[m] データ出力ライン
data[m] データライン
reset[n] 初期化ライン
Integ[n] 集光ライン
EM[n] 発光ライン
600 タッチパネル
610 ピクセル発光駆動部
620 ピクセルスキャン駆動部
Claims (20)
- 外部からの光を受光して電流を発生させ、カソード電極及びアノード電極を備えるフォトダイオードと、
前記フォトダイオードで発生させた電流を増幅する駆動トランジスタと、
前記駆動トランジスタに伝達される電圧レベルのデータ信号を保存するためのキャパシタと、
現在のスキャン信号に応答して前記駆動トランジスタのしきい電圧を補償する第1スイッチングトランジスタと、
前記現在のスキャン信号に応答して電圧レベルのデータ信号を伝達する第2スイッチングトランジスタと、を備えるフォトダイオード電流増幅のための光センシング回路。 - 前記駆動トランジスタは、
ゲート電極が前記キャパシタの一側端子に連結され、ソース電極が前記第2スイッチングトランジスタに連結され、ドレイン電極が前記第1スイッチングトランジスタに連結されたPMOSトランジスタであることを特徴とする請求項1に記載のフォトダイオード電流増幅のための光センシング回路。 - 前記第1スイッチングトランジスタは、
ソース電極が前記駆動トランジスタのドレイン電極と、ドレイン電極が前記駆動トランジスタのゲート電極と連結されたPMOSトランジスタであり、前記現在のスキャン信号に応答して前記駆動トランジスタをダイオード連結させて、前記駆動トランジスタのしきい電圧を補償することを特徴とする請求項2に記載のフォトダイオード電流増幅のための光センシング回路。 - 前記現在のスキャン信号の直前のスキャン信号に応答して、フォトダイオードのカソード電極の電圧と前記駆動トランジスタのゲート電極の電圧とを初期化させる初期化電圧を伝達する第3スイッチングトランジスタをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のフォトダイオード電流増幅のための光センシング回路。
- 現在の発光信号に応答して、第1電源電圧を前記駆動トランジスタに伝達する第4スイッチングトランジスタをさらに備えることを特徴とする請求項4に記載のフォトダイオード電流増幅のための光センシング回路。
- 集光信号に応答して、前記駆動用トランジスタを通じて増幅された電流を出力ラインを通じて伝達する第5スイッチングトランジスタをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のフォトダイオード電流増幅のための光センシング回路。
- リセット信号に応答して、前記出力ラインの電圧を接地電圧にリセットする第6トランジスタをさらに備えることを特徴とする請求項6に記載のフォトダイオード電流増幅のための光センシング回路。
- 前記現在のスキャン信号ラインと前記以前のスキャン信号ラインとは、
表示のためのピクセル駆動回路の現在のスキャン信号ラインと、以前のスキャン信号ラインとであることを特徴とする請求項1に記載のフォトダイオード電流増幅のための光センシング回路。 - 前記初期化電圧及び前記第1電源電圧は、
表示のための複数のピクセルを駆動するピクセル駆動回路の初期化電圧及び電源電圧であることを特徴とする請求項5に記載のフォトダイオード電流増幅のための光センシング回路。 - 前記第2スイッチングトランジスタは、
表示のための複数のピクセルを駆動するピクセル駆動回路にスキャン信号を伝達するピクセルスキャン駆動部に配されたことを特徴とする請求項1に記載のフォトダイオード電流増幅のための光センシング回路。 - 前記第4スイッチングトランジスタは、
表示のための複数のピクセルを駆動するピクセル駆動回路に発光信号を伝達するピクセル発光駆動部に配されたことを特徴とする請求項5に記載のフォトダイオード電流増幅のための光センシング回路。 - 表示のために複数のピクセルを駆動するピクセル駆動回路を備えるタッチパネルにおいて、
タッチを検出する光センシング回路を備え、
前記光センシング回路は、
外部からの光を受光して電流を発生させ、カソード電極及びアノード電極を備えるフォトダイオードと、
前記フォトダイオードで発生させた電流を増幅する駆動トランジスタと、
前記駆動トランジスタに伝達される電圧レベルのデータ信号を保存するためのキャパシタと、
前記ピクセルを選択する現在のスキャン信号に応答して前記駆動トランジスタをダイオード連結させて、前記駆動トランジスタのしきい電圧を補償する第1スイッチングトランジスタと、
前記現在のスキャン信号に応答して電圧レベルのデータ信号を伝達する第2スイッチングトランジスタと、を備えるタッチパネル。 - 前記駆動トランジスタは、
ゲート電極が前記キャパシタの一側端子に連結され、ソース電極が前記第2スイッチングトランジスタに連結され、ドレイン電極が前記第1スイッチングトランジスタに連結されたPMOSトランジスタであることを特徴とする請求項12に記載のタッチパネル。 - 前記第1スイッチングトランジスタは、
ソース電極が前記駆動トランジスタのドレイン電極と、ドレイン電極が前記駆動トランジスタのゲート電極と連結されたPMOSトランジスタであり、前記現在のスキャン信号に応答して前記駆動トランジスタをダイオード連結させて、前記駆動トランジスタのしきい電圧を補償することを特徴とする請求項12に記載のタッチパネル。 - 前記フォトダイオードのカソード電極の電圧と前記駆動トランジスタのゲート電極の電圧とを初期化するために、前記現在のスキャン信号の直前のスキャン信号に応答して前記ピクセル駆動回路の初期化電圧を伝達する第3スイッチングトランジスタをさらに備えることを特徴とする請求項12に記載のタッチパネル。
- 前記ピクセルを発光させる発光信号に応答して、前記ピクセル駆動回路の電源電圧を前記駆動トランジスタに伝達する第4スイッチングトランジスタをさらに備えることを特徴とする請求項12に記載のタッチパネル。
- 集光信号に応答して、前記駆動トランジスタを通じて増幅された電流を出力ラインを通じて伝達する第5スイッチングトランジスタをさらに備えることを特徴とする請求項12に記載のタッチパネル。
- リセット信号に応答して、前記出力ラインの電圧を接地電圧にリセットさせる第6トランジスタをさらに備えることを特徴とする請求項12に記載のタッチパネル。
- 以前のスキャン信号によって、駆動トランジスタのゲート電極及びフォトダイオードのカソード電極の電圧を初期化させるステップと、
現在のスキャン信号により駆動トランジスタをダイオード連結させ、前記駆動トランジスタに伝達される電圧レベルのデータ信号をキャパシタに保存するステップと、
発光信号により前記駆動トランジスタのソース電極に電源電圧を印加し、前記フォトダイオードで発生した電流に相応する電圧レベルのデータ信号を前記キャパシタに保存するステップと、
集光信号により前記フォトダイオードで発生した電流を増幅させて出力するステップと、を含む光センシング回路の駆動方法。 - 前記駆動トランジスタのしきい電圧の偏差を補償することを特徴とする請求項19に記載の光センシング回路の駆動方法。
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