JP4927452B2 - センシング回路及びこれを有する表示装置 - Google Patents
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Description
タッチパネルを有する表示装置は、キーボード及びマウスのように表示装置に接続されて動作する別途の入力装置を必要としないので使用が増大しつつある傾向である。
本発明の他の目的は前記センシング回路を有する表示装置を提供することにある。
第1基板、前記第1基板と向き合い所定電圧の提供を受ける所定電極を有する第2基板及び前記第1基板と第2基板との間に介在された絶縁層を有するパネルに加えられる外部圧力を感知するセンシング回路において、
前記第1基板上に設けられ前記絶縁層を間に置き前記所定電極と向き合ってセンシングキャパシタを形成するセンシング電極と、
前記第1基板上に設けられた第1TFT、第2TFT及び第3TFTと、を含み、
前記第1TFTは、前記センシング電極に電気的に接続され、第1電源電圧及び第1スイッチング信号に基づいて前記センシングキャパシタを充電するように動作し、
前記第2TFTは、第2スイッチング信号に基づいて第2電源電圧による電流を出力するように動作し、
前記第3TFTは、前記センシング電極に電気的に接続され、前記外部圧力による前記センシングキャパシタのキャパシタンス変化に対応するように前記電流を調節して前記外部圧力によるセンシング信号を生成することを特徴とするセンシング回路を提供する。
このようなセンシング回路及びそれを有する表示装置によると、表示パネル内に設けられたセンシングアレイによって外部圧力による位置情報を生成するタッチパネル機能を有する表示装置を具現することができる。
図1は本発明の第1実施例による表示装置の平面図であり、図2は図1に示された表示パネルの表示領域と周辺領域を具体的に示した図面であり、図3は図1に示されたA部分を示した断面図である。
図1〜図3に示すように、本発明の第1実施例による表示装置100はアレイ基板200、対向基板300及び液晶層400からなる表示パネル500を含む。この際、表示パネル500はタッチパネル機能を有する。
画素アレイ220は表示領域(DA)に対応して第1基板210上にマトリックス形態に形成される。画素アレイ220は複数のゲートライン(GL1〜GLn)、複数のデータライン(DL1〜DLm)及び複数の画素薄膜トランジスタ(以下、TFT)(PT)を含む。
この際、ゲート電極が形成された第1基板210上にはゲート絶縁膜250が形成され、ソース電極及びドレイン電極が形成された第1基板210上には保護膜260が形成される。また、保護膜260上には所定形態にパターニングされた画素電極が形成される。
センシング電極(SE)は表示領域(DA)に対応して第1基板210上に形成される。センシング電極(SE)は画素TFT(PT)のソース電極及びドレイン電極形成の際同一工程で同一の物質で形成することができる。また、センシング電極(SE)は複数のデータライン(DL1〜DLm)と平行に延長される。
また、対向基板300は、カラーフィルタ層320の色画素の間にマトリックス形態に形成され、色画素の間で光が漏洩することを遮断するようにアレイ基板200の表示領域(DA)に対応するように形成された第1遮光パターン(図示せず)と、カラーフィルタ層320を外郭で取り囲むようにアレイ基板200の周辺領域(PA)に対応するように形成された第2遮光パターン(図示せず)と、をさらに含む。従って、センシングアレイ230の第1〜第3TFT(234、236、238)は第2遮光パターンに対応するように形成される。
それにより、共通電極330、液晶層400及び画素電極によって液晶キャパシタ(Clc)が画定される。また、共通電極330、液晶層400及びセンシング電極(SE)によってセンシングキャパシタ(Cs)が画定される。他にも、多様な寄生キャパシタが形成される。図3に示すように、センシング電極(SE)、ゲート絶縁膜250及び第nゲートライン(GLn)によって寄生キャパシタ(Cp)が画定される。この際、センシングキャパシタ(Cs)と寄生キャパシタ(Cp)は第1ノード(N1)を通じて互いに接続された形状を有する。
図4は外部圧力によるセンシングキャパシタのキャパシタンス変化を示した図面である。
図4に示すように、所定の使用者による外部圧力が表示パネル100に提供されるとセンシングキャパシタ(Cs)のキャパシタンスが変化する。即ち、外部圧力によってセンシングキャパシタ(Cs)の上部電極と下部電極との距離が減少することによりキャパシタンスが増加する。
(数式1)
C=εA/d
ここで、Cはキャパシタンス、εは誘電率、Aは電極面積、dは電極間隔を示す。
従って、外部圧力が提供されることでセンシングキャパシタ(Cs)の上部電極である共通電極330と下部電極であるセンシング電極(SE)と間の間隔が減少することによってセンシングキャパシタ(Cs)のキャパシタンスが増加する。
一方、表示装置100はゲート駆動回路600とデータ駆動回路700をさらに含む。ゲート駆動回路600は複数のゲートライン(GL1〜GLn)に電気的に接続され、複数のゲートライン(GL1〜GLn)にゲートライン信号を順に提供する。ゲート駆動回路600は薄膜工程を通じて画素アレイ220を形成するとき第1基板210上に共に形成される。
図5は図1に示されたセンシングアレイとオペアンプを示した図面であり、図6は図5に示されたセンシングアレイを動作させるためのタイミング信号を示す図面である。
オペアンプ800はセンシングアレイ230に接続されセンシング信号の入力を受け、センシング信号を増幅してセンシング電圧(Vs)を出力する。この際、オペアンプ800はデータ駆動回路700内に構成される。
ここで、共通電圧(Vcom)はハイ状態及びロー状態が交互に反復して提供される。第1スイッチング信号(S1)は共通電圧(Vcom)と同一の位相を有する。また、第1スイッチング信号(S1)は、共通電圧(Vcom)がハイ状態からロー状態に変換する時点よりも所定の時間(t)だけ前にロー状態に変換する。
以後、使用者が表示パネル500をタッチすると、液晶層400の厚さが変化し、その結果、第1ノードの電圧値が変化する。即ち、液晶層400の厚さが小さくなることによってセンシングキャパシタ(Cs)のキャパシタンスが増加する。この際、寄生キャパシタ(Cp)のキャパシタンスが変化しないので、第1ノード(N1)の電圧値が減少する。
従って、オペアンプ800は第1電流(i1)の入力を受け、第1電流(i1)を増幅することによるセンシング電圧(Vs)を出力する。この際、オペアンプ800から出力されるセンシング電圧(Vs)は、第1電流(i1)が増加するによって使用者が表示パネル500をタッチしていない初期に比べて相対的に増加された電圧レベルを有する。
また、制御部は、第1及び第2スイッチング信号(S1、S2)と、第1〜第3電源電圧(Vsensor、VDD、VSS)をセンシングアレイ230に提供する。
図7に示すように、(a)は共通電極330に提供される共通電圧(Vcom)を示し、(b)は第1ノード(N1)の電圧変化を示し、(c)は第2ノード(N2)の電圧変化を示す。(d)は表示パネル500がタッチされる以前のオペアンプ800の出力を示し、(e)は表示パネル500がタッチされることによるオペアンプ800の出力を示す。
前述では使用者が表示パネル500をタッチすることによって、初期に比べてセンシング電圧(Vs)の電圧レベルが増加する場合を例に挙げたが、これとは反対に、使用者が表示パネル500をタッチすることによって、初期に比べてセンシング電圧(Vs)の電圧レベルが減少することもあり得る。
ここで、第1〜第3に示された本発明の第1実施例と同一の構成には同一番号を付与し、それについての詳細な説明は省略する。
図8及び図9に示すように、本発明の第2実施例による表示装置100はアレイ基板200、対向基板300及び液晶層400からなる表示パネル500を含む。この際、表示パネル500はタッチパネル機能を有する。
センシングアレイ800はセンシング電極(SE)、第1TFT(804)、第2TFT(806)及び第3TFT(808)を含む。
本実施例においては、センシング電極(SE)が複数のデータライン(DL1〜DLm)に平行するように形成された場合を例に挙げたが、センシング電極(SE)は複数のゲートライン(GL1〜GLn)に平行するように形成される。この際、センシング電極(SE)は画素TFT(PT)のゲート電極形成の際同一工程で同一の物質で形成することができる。また、センシング電極(SE)は画素電極形成の際同一工程で同一の物質からなる。
図10に示すように、センシングアレイ800は使用者が表示パネル500をタッチすることでセンシングキャパシタ(Cs)のキャパシタンス変化に相応するセンシング信号を出力する。
センシングキャパシタ(Cs)は図3に示すように、共通電極330、液晶層400及びセンシング電極(SE)によってセンシングキャパシタ(Cs)が画定される。他にも、多様な寄生キャパシタが形成される。また、図3に示すように、センシング電極(SE)、ゲート絶縁膜250及び第nゲートライン(GLn)によって寄生キャパシタ(Cp)が画定される。この際、センシングキャパシタ(Cs)と寄生キャパシタ(Cp)は第1ノード(N1)を通じて互いに接続された形状を有する。
具体的に、使用者が表示パネル100をタッチする前の状態では、第1TFT804は第1スイッチング信号(S1)と第1電源電圧(Vsensor)に応答してターンオンする。また、共通電極330に共通電圧(Vcom)が提供されると、第1ノードN1の電位はセンシングキャパシタ(Cs)によって第1電源電圧に初期化される。
前述で共通電圧がハイ状態からロー状態に変化する以前に、第1スイッチング信号(S1)がロー状態になることによって第1ノード(N1)が第1電源電圧(Vsensor)にフローティングされる。
オペアンプ900から出力されたセンシング電圧(Vs)は、データ駆動回路700内の制御部に提供される。この際、オペアンプ900は制御部から提供されるリードアウト信号によってセンシング電圧(Vs)を出力する。リードアウト信号は第2スイッチング信号(S2)と同一の位相を有する。従って、センシング電圧(Vs)はリードアウト信号がハイ状態のとき制御部に出力される。
前述で第3TFT(808)によってオペアンプ900にキャパシタンスの変化による第1電流(i1)の可変量が入力されるので、オペアンプ900のサイズを減少させることができる。それにより、オペアンプ900による消費電力を減少させることができる。
ここで、図1ないし図3に示された本発明の第1実施例と同一の構成には同一の番号を付与しそれについての詳細な説明は省略する。
図11及び図12に示すように、本発明の第3実施例による表示装置100はアレイ基板200、対向基板300及び液晶層400からなる表示パネル500を含む。この際、表示パネル500はタッチパネル機能を有する。
センシングアレイ1000はセンシング電極(SE)、第1TFT1004、第2TFT1006及び第3TFT1008を含む。
図13に示すように、センシングアレイ1000は使用者が表示パネル500をタッチすることによってセンシングキャパシタ(Cs)のキャパシタンス変化に対応するセンシング信号を出力する。
センシングキャパシタ(Cs)は図3に示すように、共通電極330、液晶層400及びセンシング電極(SE)によってセンシングキャパシタ(Cs)が画定される。他にも、多様な寄生キャパシタが形成される。また、図3に示すように、センシング電極(SE)、ゲート絶縁膜250及び第nゲートライン(GLn)によって寄生キャパシタ(Cp)が画定される。この際、センシングキャパシタ(Cs)と寄生キャパシタ(Cp)は第1ノード(N1)を通じて互いに接続された形状を有する。
具体的に、使用者が表示パネル100をタッチする前の状態において、第1TFT(1004)は第1スイッチング信号(S1)と第1電源電圧(Vsensor)に応答してターンオンする。また、共通電極330に共通電圧(Vcom)が提供されると、第1ノード(N1)の電位はセンシングキャパシタ(Cs)によって第1電源電圧(Vsensor)に初期化される。
前述で共通電圧(Vcom)がハイ状態からロー状態に変化する以前に第1スイッチング信号(S1)がロー状態になることにより、第1ノード(N1)が第1電源電圧(Vsensor)にフローティングされる。
この際、第3TFT(1008)は第2スイッチング信号(S2)がハイ状態の時ターンオンし、第2ノード(N2)と第3ノード(N3)を接続する。これにより、第2TFT(1006)とオペアンプ1100が電気的に接続され、センシング電流(Vs)がオペアンプ(1100)に入力される。ここで、第2スイッチング信号(S2)がハイ状態の時、リードアウト信号もハイ状態であるので、オペアンプ1100でのセンシング電圧(Vs)がデータ駆動回路700に出力される。
前述では液晶表示装置を例として説明したが、本発明は他の表示装置にも適用されることができる。例えば、上部基板と下部基板を有し、1つの基板上に1電極が形成され、2つの基板の間に所定の絶縁層が形成された場合にも本発明が具現される。
従って、センシングアレイによって外部圧力による液晶層の厚さ変化に対応して、センシングキャパシタのキャパシタンスが変化することにより電流変化量を検出して、外部圧力が提供された位置情報を生成することで、外部入力信号が提供された位置情報を正確に検出することができる。これにより、タッチパネル機能を有する表示装置を具現することができる。
以上、本発明の実施例によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離脱することなく、本発明を修正または変更できる。
200 アレイ基板
210 第1基板
220 画素アレイ
230 センシングアレイ
300 対向基板
330 共通電極
400 液晶層
500 表示パネル
600 ゲート駆動回路
700 データ駆動回路
800 オペアンプ
Claims (10)
- 第1基板、前記第1基板と向き合い所定電圧の提供を受ける所定電極を有する第2基板及び前記第1基板と第2基板との間に介在された絶縁層を有するパネルに加えられる外部圧力を感知するセンシング回路において、
前記第1基板上に設けられ前記絶縁層を間に置き前記所定電極と向き合ってセンシングキャパシタを形成するセンシング電極と、
前記第1基板上に設けられた第1TFT、第2TFT及び第3TFTと、を含み、
前記第1TFTは、前記センシング電極に電気的に接続され、第1電源電圧及び第1スイッチング信号に基づいて前記センシングキャパシタを充電するように動作し、
前記第2TFTは、第2スイッチング信号に基づいて第2電源電圧による電流を出力するように動作し、
前記第3TFTは、前記センシング電極に電気的に接続され、前記外部圧力による前記センシングキャパシタのキャパシタンス変化に対応するように前記電流を調節して前記外部圧力によるセンシング信号を生成することを特徴とするセンシング回路。 - 前記第1スイッチング信号と前記第2スイッチング信号は互いに反転位相を有することを特徴とする請求項1に記載のセンシング回路。
- 前記第1TFTに第1電源電圧を提供する第1電源電圧ラインと、
前記第2TFTに第2電源電圧を提供する第2電源電圧ラインと、
前記第3TFTに第3電源電圧を提供する第3電源電圧ラインと、
前記第1TFTに前記第1スイッチング信号を提供する第1スイッチングラインと、
前記第2TFTに前記第2スイッチング信号を提供する第2スイッチングラインと、
をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のセンシング回路。 - 前記第1TFTは、
前記第1電源電圧が提供される第1電極と、
前記第1スイッチング信号が提供される第2電極と、
前記センシング電極に電気的に接続された第3電極と、
を含むことを特徴とする請求項3に記載のセンシング回路。 - 前記第2TFTは、
前記第2電源電圧が提供される第1電極と、
前記第2スイッチング信号が提供される第2電極と、
前記第3TFTと接続された第3電極と、
を含むことを特徴とする請求項3に記載のセンシング回路。 - 前記第3TFTは、
前記センシング電極に電気的に接続された第1電極と、
前記第3電源電圧が提供される第2電極と、
前記第2TFTと接続された第3電極と、
を含むことを特徴とする請求項3に記載のセンシング回路。 - 前記センシング信号を増幅するオペアンプをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のセンシング回路。
- アレイ基板、前記アレイ基板と向き合い共通電圧の提供を受ける共通電極を有する対向基板及び前記アレイ基板と前記対向基板との間に介在された液晶層からなる表示パネルと、
前記表示パネル内に設けられ、外部圧力による前記液晶層の厚さ変化によるセンシング信号を出力するセンシングアレイと、
前記センシング信号に基づいて前記外部圧力が提供された位置情報を生成する制御部と、
を含み、
前記センシングアレイは、
前記アレイ基板上に設けられ前記液晶層を間に置き前記共通電極と向き合ってセンシングキャパシタを形成するセンシング電極と、
前記第1基板上に設けられた第1TFT、第2TFT及び第3TFTと、を含み、
前記第1TFTは、前記センシング電極に電気的に接続され、第1電源電圧及び第1スイッチング信号に基づいて前記センシングキャパシタを充電するように動作し、
前記第2TFTは、第2スイッチング信号に基づいて第2電源電圧による電流を出力するように動作し、
前記第3TFTは、前記センシング電極に電気的に接続され、前記外部圧力による前記センシングキャパシタのキャパシタンス変化に対応するように前記電流を調節して前記センシング信号を生成することを特徴とする表示装置。 - 前記第1スイッチング信号と第2スイッチング信号は互いに反転位相を有することを特徴とする請求項8に記載の表示装置。
- 前記アレイ基板は、
表示領域と、前記表示領域に隣接した周辺領域とで区分される基板と、
前記表示領域に対応して前記基板上に設けられた画素アレイと、
を含み、
前記センシング電極は前記表示領域に形成され、
前記第1〜第3TFTは前記周辺領域に形成されることを特徴とする請求項8に記載の表示装置。
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