KR101022118B1 - 광 감지회로 및 그 구동방법과 이를 구비한 터치 스크린 패널 - Google Patents

광 감지회로 및 그 구동방법과 이를 구비한 터치 스크린 패널 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광 감지회로를 구현함에 있어 전원선 및 신호선의 개수를 최소화하여 수광 소자의 수광 영역을 최대화함으로써 광 변화 정도를 보다 정확하게 감지할 수 있도록 하는 광 감지회로 및 그 구동방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 의한 광 감지회로는, 제 1전원과 연결된 수광 소자와; 상기 수광 소자 및 제 2전원 사이에 연결된 캐패시터와; 게이트 전극이 상기 캐패시터의 제 1전극에 연결되고, 선택 신호선 및 제 2트랜지스터의 제 1전극 사이에 연결된 제 1트랜지스터와; 게이트 전극이 상기 선택 신호선에 연결되고, 제 1트랜지스터의 제 2전극 및 출력 신호선 사이에 연결된 제 2트랜지스터와; 게이트 전극이 초기화 전원과 연결되고, 상기 제 2전원과 출력 신호선 사이에 연결된 제 3트랜지스터가 포함됨을 특징으로 한다.

Description

광 감지회로 및 그 구동방법과 이를 구비한 터치 스크린 패널{light sensor circuit and driving method thereof and Touch Screen Panel having the same}
본 발명은 광 감지회로 및 그 구동방법과 이를 감지셀로 활용하는 광 감지방식 터치 스크린 패널에 관한 것이다.
일반적으로 평판표시장치는 유기전계 발광 표시장치, 액정표시장치, 플라즈마 표시장치 및 전계방출 표시장치 등을 의미한다.
이러한 평판표시장치는 두께가 얇고 무게가 가벼울 뿐만 아니라 소비 전력도 점차 작아지고 있어, 기존의 CRT(Cathode Ray Tube)로 된 표시 장치를 급속하게 대체하고 있으며, 특히 상기 평판표시장치 중 유기전계 발광 표시장치나 액정표시장치는 소형 크기로 용이하게 제조할 수 있고, 더욱이 배터리로 장시간 이용할 수 있어서 휴대용 전자기기의 표시 장치로 많이 채택되고 있다.
또한, 최근 들어 상기 평판표시장치의 화면에 나타난 지시 내용을 사람의 손 또는 물체로 선택하여 사용자의 명령을 입력할 수 있도록 하는 터치 스크린 패널의 사용이 보편화되고 있다.
상기 터치 스크린 패널은 평판표시장치의 전면(front face)에 구비되어 사람 의 손 또는 물체에 직접 접촉된 접촉위치를 전기적 신호로 변환하는 역할을 하며, 이에 따라 접촉위치에서 선택된 지시 내용이 입력신호로 받아들여 진다.
이와 같은 터치 스크린 패널은 키보드 및 마우스와 같이 평판표시장치에 연결되어 동작하는 별도의 입력장치를 대체할 수 있기 때문에 그 이용범위가 점차 확장되고 있는 추세이다.
이와 같은 터치 스크린 패널을 구현하는 방식으로는 저항막 방식, 정전용량 방식 및 광 감지방식 등이 알려져 있다.
상기 저항막 방식은 두 개의 기판 사이의 투명 도전막이 접촉되어 동작하는 방식으로 손쉽게 구현이 가능하지만, 기계적 및 환경적 신뢰성이 떨어지는 단점이 있다.
또한, 상기 정전용량 방식은 센서전극과 손가락 사이에 정전용량 변화에 따라 흐르는 미세한 전류를 감지하여 위치를 판별하는 방식으로 노이즈 신호에 취약한 단점이 있다.
이에 광 감지방식은 원리적으로 터치 인식을 위한 필름(Film) 등을 사용하지 않기 때문에 투과율이 높으며, 표시장치에서 투과율과 휘도의 유지는 품질의 중요한 인자가 되므로, 이는 고품질의 디스플레이 구성에 적합하다.
단, 이와 같은 광 감지방식 터치 스크린 패널을 구현하기 위해서는 보다 정확한 광 감지가 필수적으로 요청되는 바, 이를 구현하는 광 감지회로의 필요성이 점차 대두되고 있다.
본 발명은 광 감지회로를 구현함에 있어 전원선 및 신호선의 개수를 최소화하여 수광 소자의 수광 영역을 최대화함으로써 광 변화 정도를 보다 정확하게 감지할 수 있도록 하는 광 감지회로 및 그 구동방법을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 각 감지셀에 구비되는 수광 소자의 수광영역을 최대화하여 터치스크린 패널의 감도를 향상시키는 광 감지회로를 구비한 터치 스크린 패널을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 의한 광 감지회로는, 제 1전원과 연결된 수광 소자와; 상기 수광 소자 및 제 2전원 사이에 연결된 캐패시터와; 게이트 전극이 상기 캐패시터의 제 1전극에 연결되고, 선택 신호선 및 제 2트랜지스터의 제 1전극 사이에 연결된 제 1트랜지스터와; 게이트 전극이 상기 선택 신호선에 연결되고, 제 1트랜지스터의 제 2전극 및 출력 신호선 사이에 연결된 제 2트랜지스터와; 게이트 전극이 초기화 전원과 연결되고, 상기 제 2전원과 출력 신호선 사이에 연결된 제 3트랜지스터가 포함됨을 특징으로 한다.
여기서, 상기 수광 소자는, 캐소드가 상기 캐패시터의 제 1전극과 연결되고, 애노드가 상기 제 1전원에 연결되는 PIN 다이오드, PN 다이오드, 포토 커플러 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 캐패시터는, 제 1전극이 상기 수광 소자의 캐소드 및 제 1트랜지 스터의 게이트 전극에 연결되고, 제 2전극이 상기 제 2전원에 연결된다.
또한, 상기 제 2트랜지스터는, 제 1전극(소스전극)이 제 1트랜지스터의 제 2전극에 연결되고, 제 2전극(드레인 전극)은 출력단이 형성된 상기 출력 신호선에 연결되며, N타입으로 구현된다.
또한, 상기 제 3트랜지스터는, 제 1전극(소스전극)이 상기 제 2전원에 연결되고, 제 2전극(드레인 전극)은 출력단이 형성된 상기 출력 신호선에 연결되며, N타입으로 구현되며, 상기 제 2전원은 로우 레벨의 전압 또는 접지 전압을 제공한다.
또한, 상기 제 1트랜지스터는, 제 1전극(드레인 전극)이 상기 선택 신호선에 연결되고, 제 2전극(소스 전극)이 상기 제 2트랜지스터의 제 1전극과 연결되며, N타입으로 구현되거나, 또는 제 1전극(소스 전극)이 상기 선택 신호선에 연결되고, 제 2전극(드레인 전극)이 상기 제 2트랜지스터의 제 1전극과 연결되며, P타입으로 구현됨을 된다.
또한, 상기 선택 신호선으로 인가되는 선택 신호는 상기 제 2트랜지스터의 턴 온을 제어하는 신호로 사용됨과 동시에 상기 제 1트랜지스터의 제 1전극으로 인가되는 전원 전압으로 사용된다.
또한, 상기 제 1전원은 하이 레벨의 전압 및 로우 레벨의 전압이 번갈아 인가되며, 상기 하이 레벨의 전압이 인가되면 상기 수광 소자는 순 방향 바이어스 상태가 되고, 로우 레벨의 전압이 인가되면 상기 수광 소자는 역 방향 바이어스 상태가 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 광 감지회로의 구동방법은, 3개의 구간(t1, t2, t3)으로 나뉜 프레임 주기로 동작하며, 제 1구간(t1) 동안 하이 레벨의 제 1전원이 수광 소자의 애노드 전극에 인가되어 이에 대응되는 전압이 캐패시터에 저장되고, 제 1트랜지스터의 게이트 전극이 상기 전압으로 초기화되는 제 1단계와; 제 2구간(t2) 동안 상기 제 1전원이 로우 레벨로 인가되며, 상기 수광 소자에 입사되는 광의 정도에 따라 발생되는 광 누설 전류에 의해 상기 게이트 전극에 인가된 전압(캐패시터에 충전된 전압)이 소정 전압으로 방전되는 제 2단계와; 제 3구간(t3) 동안 선택 신호선으로 하이 레벨의 선택신호가 인가되어 제 1 및 제 2트랜지스터가 턴 온되며, 이에 상기 광 감지에 의해 변동되는 전압값이 최종 출력되는 제 3단계가 포함됨을 특징으로 한다.
이 때, 상기 제 3구간(t3)에서 출력된 최종 전압값은 다음 프레임의 제 1구간(t1) 동안 유지되어 상기 최종 전압값에 대한 샘플링 과정이 수행되는 단계가 더 포함되며, 한 프레임의 구간 중 제 2구간(t2)을 가장 길게 구현함을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2구간(t2)의 특정 구간에서 제 3트랜지스터의 게이트 전극에 하이 레벨의 초기화 전원이 인가되며, 이에 제 3트랜지스터가 턴 온되어 출력단의 전압이 제 2전원으로 초기화되는 단계가 더 포함된다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 터치 스크린 패널은, 제 1방향으로 배열된 복수의 선택 신호선과; 상기 제 1방향과 교차하는 제 2방향으로 배열된 복수의 출력 신호선과; 상기 교차하는 선택 신호선 및 출력 신호선 사이의 각 영역에 구비되 며, 상기 선택 신호선 및 출력 신호선에 연결된 각각의 감지셀이 포함되며,
상기 감지셀은, 제 1전원과 연결된 수광 소자와; 상기 수광 소자 및 제 2전원 사이에 연결된 캐패시터와; 게이트 전극이 상기 캐패시터의 제 1전극에 연결되고, 상기 선택 신호선 및 제 2트랜지스터의 제 1전극 사이에 연결된 제 1트랜지스터와; 게이트 전극이 상기 선택 신호선에 연결되고, 제 1트랜지스터의 제 2전극 및 출력 신호선 사이에 연결된 제 2트랜지스터와; 게이트 전극이 초기화 전원과 연결되고, 상기 제 2전원과 상기 출력 신호선 사이에 연결된 제 3트랜지스터가 포함됨을 특징으로 한다.
이 때, 상기 제 1트랜지스터는, 제 1전극(드레인 전극)이 상기 선택 신호선에 연결되고, 제 2전극(소스 전극)이 상기 제 2트랜지스터의 제 1전극과 연결되며, N타입으로 구현되거나, 또는 제 1전극(소스 전극)이 상기 선택 신호선에 연결되고, 제 2전극(드레인 전극)이 상기 제 2트랜지스터의 제 1전극과 연결되며, P타입으로 구현됨을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 광 감지회로를 구현함에 있어 전원선 및 신호선의 개수를 최소화하여 수광 소자의 수광 영역을 최대화함으로써 광 변화 정도를 보다 정확하게 감지하는 장점이 있다.
또한, 각 감지셀에 구비되는 수광 소자의 수광영역을 최대화하여 터치스크린 패널의 감도를 향상시키는 장점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 광 감지회로의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 광 감지회로는, 수광 소자(PD), 캐패시터(C), 제 1트랜지스터(T1), 제 2트랜지스터(T2), 제 3트랜지스터(T3)가 포함되어 구성된다.
상기 수광 소자(PD)는 제 1전원과 캐패시터(C)의 제 1전극 사이에 연결되고, 광의 변화에 반응하여 상기 광 변화에 대응되는 전류를 흘려 보냄으로써 상기 캐패시터가 소정 전압으로 방전되도록 한다.
즉, 상기 수광 소자(PD)의 캐소드는 상기 캐패시터(C)의 제 1전극과 연결되고, 애노드가 제 1전원에 연결되며, 이는 PIN 다이오드, PN 다이오드, 포토 커플러 및 그 등가물 중 선택된 어느 하나일 수 있으나, 여기서 그 수광 소자(PD)의 종류나 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 캐패시터(C)는 제 1전극이 수광 소자(PD)의 캐소드 및 제 1트랜지스터(T1)의 게이트 전극에 연결되고, 제 2전극이 제 2전원에 연결되며, 상기 제 1트랜지스터(T1)의 게이트 전극에 인가되는 전압을 저장하는 역할을 한다.
이 때, 상기 제 2전원은 로우 레벨의 전압을 제공하는 것으로, 접지 전압(GND)로 구현될 수 있다.
상기 제 1트랜지스터(T1)는 게이트 전극 및 제 1, 2전극으로 이루어지며, 상 기 게이트 전극은 상기 수광 소자(PD)의 캐소드 및 캐패시터(C)의 제 1전극에 연결되고, 제 1, 2전극은 각각 선택 신호선과 제 2트랜지스터(T2)의 제 1전극에 연결된다.
본 발명의 실시예의 경우 상기 제 1트랜지스터(T1)는 source follower 방식으로 동작하는 것으로, 상기 선택 신호선과 연결되는 제 1전극이 드레인 전극이 되고, 상기 제 2트랜지스터의 제 1전극과 연결되는 제 2전극이 소스 전극이 되며, 도시된 바와 같이 이는 N 타입으로 구현된다.
상기 제 2트랜지스터(T2)는 게이트 전극 및 제 1, 2전극으로 이루어지며, 상기 게이트 전극은 상기 선택 신호선과 연결되고, 제 1전극은 제 1트랜지스터의 제 2전극에 연결되고, 제 2전극은 출력 신호선 및 출력단(Sout)에 연결된다.
본 발명의 실시예의 경우 상기 제 2트랜지스터(T2)는 스위칭 소자로서의 역할을 수행하며, 도시된 바와 같이 이는 N 타입으로 구현된다.
상기 제 3트랜지스터(T3)는 게이트 전극 및 제 1, 2전극으로 이루어지며, 상기 게이트 전극은 초기화 전원과 연결되고, 제 1전극은 상기 제 2전원에 연결되고, 제 2전극은 출력 신호선 및 출력단(Sout)에 연결된다.
본 발명의 실시예의 경우 상기 제 3트랜지스터(T3)는 스위칭 소자로서의 역할을 수행하며, 도시된 바와 같이 이는 N 타입으로 구현된다.
여기서, 상기 제 1 내지 제 3트랜지스터(T1, T2, T3)는 폴리 실리콘 박막 트랜지스터, 아모퍼스 실리콘 박막 트랜지스터, 유기 박막 트랜지스터 및 그 등가물 중 선택된 어느 하나일 수 있으나, 본 발명에 상기 트랜지스터(T1)의 종류나 재질 을 한정하는 것은 아니다.
도 2는 도 1에 도시된 광 감지회로의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이며, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 광 감지회로의 동작을 설명하면 다음과 같다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 광 감지회로는 3개의 구간(t1, t2, t3)으로 나뉜 프레임 주기로 동작한다.
여기서, 제 1구간(t1)에서는 제 1트랜지스터(T1)의 게이트 전압이 초기화되고, 제 2구간(t2)에서는 수광 소자(PD)에 의한 광 변화에 대한 감지가 수행되며, 제 3구간(t3)에서는 상기 광 감지에 의해 변동되는 전압값이 출력단을 통해 출력된다.
또한, 상기 제 3구간(t3)에서 출력된 최종 전압값은 다음 프레임(K프레임)의 제 1구간(t1) 동안 유지되어 상기 최종 전압값에 대한 샘플링 과정이 수행된다. 즉, 상기 이전 프레임(K-1 프레임)의 제 2구간(t2) 동안 감지된 광 변화에 의해 이에 대응되어 변동된 전압값이 출력단을 통해 아날로그 디지털 변환기(ADC)(미도시)로 전달되며, 이는 디지털 값으로 변환된다.
이 때, 상기 각 구간(t1, t2, t3)에는 위와 같은 동작을 수행하기 위해 각각 제 1전원, 초기화 전원, 선택신호가 상기 광 감지회로에 인가된다.
또한, 본 발명의 실시예의 경우 상기 한 프레임의 구간 중 제 2구간(t2)을 가장 길게 구현함으로써, 광 감지 효율을 향상시키도록 한다.
먼저 제 1구간(t1)에서의 동작을 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이 제 1구 간(t1)에서는 제 1전원이 하이 레벨(V1)로 수광 소자(PD)의 애노드 전극에 인가된다. 이와 같이 하이 레벨의 제 1전원이 인가되면 상기 수광 소자(PD)는 순 방향 바이어스(forward bias) 상태로 동작하게 되어 상기 수광 소자의 캐소드 전극에 연결된 제 1트랜지스터(T1)의 게이트 전극에는 V1 - Vf.PD(수광 소자의 순방향 문턱전압)가 인가되며, 상기 수광 소자(PD)의 캐소드 전극 및 제 2전원(일 예로 GND) 사이에 구비된 캐패시터(C)에는 상기 전압이 충전된다.
즉, 상기 하이 레벨의 제 1전원은 수광 소자(PD)의 애노드 전극에 연결된 제 1트랜지스터(T1)의 게이트 전극을 초기화하는 역할을 수행하며, 도 2에 도시된 바와 같이 제 1구간(t1) 동안 상기 제 1트랜지스터(T1)의 게이트 전극 전압은 점차적으로 증가하여 상기 제 1구간(t1)의 후반부에는 상기 V1 - Vf.PD가 인가된다.
단, 선택 신호선으로 인가되는 선택신호는 상기 제 1구간(t1)에서 로우 레벨로 인가되므로 N 타입의 제 2트랜지스터(T2)는 상기 제 1구간(t1) 동안 턴 오프 상태에 있다.
이후 상기 제 1전원이 로우 레벨로 인가되는 상기 제 2구간(t2)에서는 상기 수광 소자(PD)가 역 방향 바이어스 상태로 동작하게 된다.
이에 따라 상기 수광 소자(PD)에 입사되는 광의 정도에 따라 발생되는 광 누설 전류에 의해 상기 게이트 전극에 인가된 전압(캐패시터에 충전된 전압)은 상기 광 누설 전류에 대응되는 정도로 방전하게 된다.
즉, 상기 캐패시터(C)는 상기 수광 소자(PD)를 통하여 상기 수광 소자에 입 사되는 광의 정도에 비례하여 방전되며, 이에 따라 상기 캐패시터(C)로부터 상기 수광 소자를 통과하여 로우 레벨의 제 1전원으로 일정한 전류가 흐른다. 이러한 수광 소자를 통한 전류의 양은 입사되는 광이 밝으면 상대적으로 크고 어두우면 상대적으로 작다.
이 때, 광 누설 전류에 대응되어 방전되는 전압을 ΔV라고 할 경우 상기 도 2에 도시된 바와 같이 제 2구간(t2) 동안 상기 제 1트랜지스터(T1)의 게이트 전극 전압(캐패시터에 저장된 전압)은 점차적으로 감소하여 상기 제 2구간(t2)의 후반부에는 V1 - Vf.PD - ΔV의 전압이 인가된다.
또한, 상기 제 2구간(t2)의 특정 구간에서는 도시된 바와 같이 제 3트랜지스터(T3)의 게이트 전극에 하이 레벨의 초기화 전원이 인가되며, 이에 따라 N 타입의 제 3트랜지스터(T3)가 턴 온되어 출력단(Sout)의 전압은 제 2전원 즉, 접지전원으로 초기화된다. 이는 상기 제 3트랜지스터(T3)의 턴 온에 의해 제 3트랜지스터의 제 1전극에 연결된 제 2전원과 제 2전극에 연결된 출력단 사이 전류 통로가 형성됨에 의해 구현된다.
단, 상기 하이 레벨의 초기화 전원이 인가되는 시점은 상기 제 2구간(t2) 중 소정의 구간이면 가능하나, 본 발명의 실시예의 경우 도시된 바와 같이 제 2구간(t2)의 후반 구간에 인가됨을 그 예로 설명한다.
이와 같이 출력단(Sout)의 전압이 초기화된 이후에는 선택 신호선으로 하이 레벨의 선택신호가 인가되며(제 3구간(t3)), 이에 따라 상기 하이 레벨(V2)의 선택 신호를 게이트 전극으로 인가 받은 N타입의 제 2트랜지스터(T2)는 턴 온된다.
또한, 제 1트랜지스터(T1)는 앞서 언급한 바와 같이 source follower 방식으로 동작하는 것으로, 상기 하이 레벨의 선택 신호가 인가되는 선택 신호선과 연결되는 제 1전극이 드레인 전극이 되고, 상기 제 2트랜지스터(T2)의 제 1전극과 연결되는 제 2전극이 소스 전극이 되며, N 타입으로 구현된다.
이에 상기 제 2트랜지스터(T2)의 턴 온에 의해 상기 제 1트랜지스터(T1)의 소스 전극은 제 2트랜지스터(T2)를 거쳐 출력단(Sout)이 형성된 출력 신호선과 연결되며, 앞서 설명한 바와 같이 상기 출력단의 전압은 접지전원으로 초기화된 상태에 있다.
즉, 상기 제 1트랜지스터(T1)의 게이트 전극에 인가된 전압 즉, V1 - Vf.PD - ΔV이 소스 전극의 전압(접지전압)보다 높으므로 턴 온된다.
이 때, 상기 제 1트랜지스터(T1)는 source follower 방식으로 동작하므로 상기 소스 전극의 전압은 상기 게이트 전극의 전압 만큼 즉, V1 - Vf.PD - ΔV - VT1.th(제 1트랜지스터의 문턱전압)만큼 점차적으로 상승되며, 소스 전극의 전압이 V1 - Vf.PD - ΔV - VT1.th에 이르면 제 1트랜지스터(T1)는 턴 오프된다.
이에 따라 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제 1트랜지스터(T1)의 소스 전극과 연결된 출력단(Sout)의 전압은 접지전원에서 V1 - Vf.PD - ΔV - VT1.th까지 점차적으로 상승하게 되는 것이다.
이후, 하이 레벨의 선택신호가 로우 레벨로 바뀌게 되면 즉, 현재 프레임(K 프레임)의 제 1구간(t1)이 되면, 제 2트랜지스터가 턴 오프됨에 따라 상기 제 1트랜지스터의 소스 전극과 출력단(Sout)의 연결은 끊어지게 되고, 결과적으로 이전 프레임(K-1 프레임)의 제 3구간(t3) 동안 점차적으로 상승된 출력단의 전압은 V1 - Vf.PD - ΔV - VT1.th로 유지된다.
즉, 상기 제 3구간(t3)에서 출력된 최종 전압값(V1 - Vf.PD -ΔV - VT1.th)은 현재 프레임(K 프레임)의 제 1구간(t1) 동안 유지되어 상기 최종 전압값에 대한 샘플링 과정이 수행된다. 즉, 상기 이전 프레임(K-1 프레임)의 제 2구간(t2) 동안 감지된 광 변화에 의해 이에 대응되어 변동된 전압값이 출력단을 통해 아날로그 디지털 변환기(ADC)(미도시)로 전달되며, 이는 디지털 값으로 변환된다.
여기서, 상기 수광 소자(PD)에 입사되는 광이 작은 경우에는 상기 캐패시터(C)는 작게 방전되므로 상기 ΔV는 작아진다. 따라서, 상기 출력단(Sout)을 통해 출력되는 최종 전압값의 크기는 상대적으로 크다.
반면에 상기 수광 소자(PD)에 입사되는 광이 큰 경우에는 상기 캐패시터(C)는 크게 방전되므로 상기 ΔV는 커진다. 따라서, 상기 출력단(Sout)을 통해 출력되는 최종 전압값의 크기는 상대적으로 작다.
즉, 본 발명의 실시예에 의한 광 감지회로에 의할 경우 수광 소자(PD)에 입사되는 광의 정도에 따라 출력단에서 출력되는 최종 전압값이 변경됨으로 이를 통해 광 감지를 수행할 수 있게 되는 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 선택 신호선으로 인가되는 선택 신호가 제 2트랜지스터(T2)의 턴 온을 제어하는 신호로 사용됨과 동시에 제 1트랜지스터(T1)의 제 1전극으로 인가되는 전원 전압으로 사용됨으로써, 광 감지회로에 구비되어야 하는 전원선을 줄일 수 있으며, 이를 통해 수광 소자의 수광 영역을 최대화함으로써 광 변화 정도를 보다 정확하게 감지할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 광 감지회로의 구성을 나타내는 회로도이고, 도 4는 도 3에 도시된 광 감지회로의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 의한 광 감지회로의 회로 구성 및 동작 타이밍도는 도 1, 2에 도시된 본 발명의 실시예와 유사하다.
따라서, 도 1, 2에 도시된 실시예와 동일한 구성요소 및 동작에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예는 제 1트랜지스터(T1')가 P타입으로 구현되는 점 외에는 도 1에 도시된 실시예와 그 구성이 동일하다.
즉, 도 3에 도시된 실시예의 경우 상기 제 1트랜지스터(T1')는 current source 방식으로 동작하는 것으로, 상기 선택 신호선과 연결되는 제 1전극이 소스 전극이 되고, 상기 제 2트랜지스터(T2)의 제 1전극과 연결되는 제 2전극이 드레인 전극이 되며, 도시된 바와 같이 이는 P 타입으로 구현된다.
이와 같이 제 1트랜지스터(T1')가 바뀜에 따라 도 4에 도시된 바와 같이 광 감지회로의 동작도 일부 바뀌게 되는데, 이는 도 4의 제 3구간(t3)에 대한 동작 설명을 통해 확인된다. 단, 제 1구간(t1) 및 제 2구간(t2)에서의 동작은 도 2에서 설명한 실시예의 동작과 동일하다.
즉, 출력단(Sout)의 전압이 초기화된 이후 상기 선택 신호선으로 하이 레벨(V2)의 선택신호가 인가되면(제 3구간(t3)), N타입의 상기 제 2트랜지스터(T2)는 턴 온된다.
또한, 제 1트랜지스터(T1')는 P타입으로서 소스 전극에 인가되는 전압(V2)이 게이트 전극에 인가되는 전압(V1 - Vf.PD - ΔV)보다 높으므로, 상기 제 1트랜지스터(T1')도 턴 온된다.
이 때, 상기 선택 신호의 하이 레벨 전압값(V2)은 제 1전원의 하이 레벨 전압값(V1)보다 크거나 같음을 특징으로 한다.
이에 상기 제 2트랜지스터(T2)의 턴 온에 의해 상기 제 1트랜지스터(T1)의 드레인 전극은 제 2트랜지스터(T2)를 거쳐 출력단이 형성된 출력 신호선과 연결된다.
따라서, 상기 제 1 및 제 2트랜지스터의 턴 온에 의해 제 1트랜지스터(T1)의 소스 전극으로부터 제 1트랜지스터의 드레인 전극 및 제 2트랜지스터(T2)를 거쳐 출력 신호선에 형성된 출력단(Sout)까지 전류 통로가 형성되며, 이에 따라 상기 제 1트랜지스터(T1')의 소스-게이트 간 전압에 대응되는 전류가 상기 출력단(Sout)으로 흐르게 된다.
따라서, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 전류가 흐르게 됨에 따라 상기 출력단에서의 최종 전압값은 점차적으로 높아진다.
여기서, 상기 출력단(Sout)으로 흐르는 전류는 소스-게이트 간 전압에 대응한 크기를 갖게 되는데, 상기 수광 소자(PD)에 입사되는 광이 작은 경우에는 상기 캐패시터(C)가 작게 방전되므로 상기 -V는 작아 상기 소스-게이트 간 전압이 상대적으로 작으며, 상기 출력단(Sout)으로 흐르는 전류의 크기 또한 상대적으로 작다. 즉, 이에 따라 상기 출력단(Sout)을 통해 출력되는 최종 전압값의 크기는 상대적으로 작다.
반면에 상기 수광 소자(PD)에 입사되는 광이 큰 경우에는 상기 캐패시터(C)는 크게 방전되므로 상기 ΔV는 크게 되어 상기 소스-게이트 간 전압이 상대적으로 크고, 이에 상기 출력단(Sout)으로 흐르는 전류의 크기 또한 상대적으로 크다. 따라서, 상기 출력단(Sout)을 통해 출력되는 최종 전압값의 크기는 상대적으로 크다.
이후, 상기 제 3구간(t3)에서 출력된 최종 전압값은 현재 프레임(K 프레임)의 제 1구간(t1) 동안 유지되어 상기 최종 전압값에 대한 샘플링 과정이 수행된다. 즉, 상기 이전 프레임(K-1 프레임)의 제 2구간(t2) 동안 감지된 광 변화에 의해 이에 대응되어 변동된 전압값이 출력단(Sout)을 통해 아날로그 디지털 변환기(ADC)(미도시)로 전달되며, 이는 디지털 값으로 변환된다.
이와 같이 도 3 및 도 4에 의한 실시예는 도 1 및 도 2에 의한 실시예와 비교할 때, 동작 원리는 유사하나 수광 소자(PD)에 입사되는 광에 비례하여 출력단에서 출력되는 최종 전압값이 변한다는 점에서 그 차이가 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 의한 터치 스크린 패널의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 터치 스크린 패널은 제 1방향으로 n개의 선택 신호선이 배열되고, 상기 제 1방향과 교차하는 제 2방향으로 m개의 출력 신호선이 배열되며, 상기 교차하는 신호선 사이의 각 영역에 상기 선택 신호선 및 출력 신호선과 연결되는 각각의 감지셀이 포함되어 구성된다.
이에 상기 감지셀은, 제 1전원과 연결된 수광 소자(PD)와; 상기 수광 소자 및 제 2전원 사이에 연결된 캐패시터(C)와; 게이트 전극이 상기 캐패시터의 제 1전극에 연결되고, 상기 선택 신호선 및 제 2트랜지스터(T2)의 제 1전극 사이에 연결된 제 1트랜지스터(T1, T1')와; 게이트 전극이 상기 선택 신호선에 연결되고, 제 1트랜지스터의 제 2전극 및 출력 신호선 사이에 연결된 제 2트랜지스터(T2)와; 게이트 전극이 초기화 전원과 연결되고, 상기 제 2전원과 상기 출력 신호선 사이에 연결된 제 3트랜지스터(T3)가 포함되어 구성된다.
단, 상기 제 1트랜지스터(T1, T1')는, 제 1전극(드레인 전극)이 상기 선택 신호선에 연결되고, 제 2전극(소스 전극)이 상기 제 2트랜지스터의 제 1전극과 연결되며, N타입으로 구현되거나(도 5a), 또는 제 1전극(소스 전극)이 상기 선택 신호선에 연결되고, 제 2전극(드레인 전극)이 상기 제 2트랜지스터의 제 1전극과 연결되며, P타입으로 구현됨(도 5b)을 특징으로 한다.
여기서, 도 5a의 실시예에 의한 상기 감지셀은 도 1에 도시된 광 감지회로로 구현되고, 도 5b의 실시예에 의한 감지셀은 도 3에 도시된 감지셀로 구현되며, 이에 따른 각 감지셀에서의 광 감지 동작은 도 1, 2 및 도 3, 4를 통해 이미 설명하였으므로 구체적인 동작에 대한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예에 의한 터치 스크린 패널은 n개의 선택 신호선과 이와 교차되는 m개의 출력 신호선에 의해 각각 구획되는 매트릭스 형태의 각 감지영역에 감지셀로서 상기 광 감지회로가 형성된다.
사용자가 손가락 등으로 상기 감지셀이 매트릭스 형태로 배열된 패널을 터치하면 상기 터치된 영역에 위치한 감지셀에 입사되는 광의 세기가 변하게 되고, 상기 광의 변화에 의해 상기 감지셀로부터 출력되는 전압값을 검출하여 그 위치를 파악할 수 있게 된다.
다시 말하면, 사용자가 패널의 특정 영역을 터치하면 상기 터치된 영역에 위치한 감지셀은 터치되지 않은 영역에 위치한 감지셀과는 상이한 전압을 출력하게 되므로, 이를 통해 상기 터치된 위치가 정확히 파악된다.
이 때, 상기 n개의 선택 신호선에 인가되는 하이 레벨의 선택신호는 제 1선택 신호선부터 제 n선택 신호선까지 한 프레임의 기간 동안 순차적으로 인가되며, 이에 상기 감지셀을 구성하는 광 감지회로에 인가되는 하이 레벨의 제 1전원 및 초기화 전원도 이와 마찬가지로 각각 한 프레임 기간 동안 상기 선택신호에 대응하여 순차적으로 인가된다.
따라서, 본 발명의 실시예에 의한 터치 스크린 패널은 한 프레임 주기 단위로 터치되는 위치를 파악할 수 있다.
또한, 상기 터치 스크린 패널은 일반적으로 평판표시장치의 패널 전면에 부착되며, 최근 들어서는 터치 스크린 패널과 평판표시패널이 일체형으로 구현되는 구조에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이에 본 발명의 실시예에 의한 터치 스크린 패널의 경우 상기 복수의 선택신호선에는 한 프레임 기간 동안 순차적으로 선택신호가 인가되는 바, 이는 평판표시 패널의 주사선 및 주사신호에 대응된다.
즉, 상기 터치 스크린 패널을 구동하는 한 프레임의 주기와 평판표시 패널을 구동하는 한 프레임의 주기가 동일할 경우 상기 터치 스크린 패널에 인가되는 선택신호와 평판표시패널에 인가되는 주사신호를 같이 사용할 수 있게 된다.
일 예로 터치 스크린 패널 및 평판표시패널이 120Hz로 구동될 경우라면, 한 프레임의 주기가 동일하므로 상기 한 프레임 기간 동안 순차적으로 인가되는 선택신호 및 주사신호는 동일하게 인가가 가능하게 되며, 이에 따라 상기 선택신호선을 주사선과 연결하여 사용이 가능하므로, 보다 간편하게 터치 스크린 패널 일체형 평판표시패널을 구현할 수 있게 되는 것이다.
본 발명은 상기 언급된 바람직한 실시 예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 청구의 범위에 속함은 자명하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 광 감지회로의 구성을 나타내는 회로도.
도 2는 도 1에 도시된 광 감지회로의 동작을 설명하기 위한 타이밍도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 광 감지회로의 구성을 나타내는 회로도.
도 4는 도 3에 도시된 광 감지회로의 동작을 설명하기 위한 타이밍도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 의한 터치 스크린 패널의 구성을 나타내는 회로도.

Claims (21)

  1. 제 1전원과 연결된 수광 소자와;
    상기 수광 소자 및 제 2전원 사이에 연결된 캐패시터와;
    게이트 전극이 상기 캐패시터의 제 1전극에 연결되고, 선택 신호선 및 제 2트랜지스터의 제 1전극 사이에 연결된 제 1트랜지스터와;
    게이트 전극이 상기 선택 신호선에 연결되고, 제 1트랜지스터의 제 2전극 및 출력 신호선 사이에 연결된 제 2트랜지스터와;
    게이트 전극이 초기화 전원과 연결되고, 상기 제 2전원과 출력 신호선 사이에 연결된 제 3트랜지스터가 포함됨을 특징으로 하는 광 감지회로.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수광 소자는, 캐소드가 상기 캐패시터의 제 1전극과 연결되고, 애노드가 상기 제 1전원에 연결되는 PIN 다이오드, PN 다이오드, 포토 커플러 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광 감지회로.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 캐패시터는, 제 1전극이 상기 수광 소자의 캐소드 및 제 1트랜지스터의 게이트 전극에 연결되고, 제 2전극이 상기 제 2전원에 연결됨을 특징으로 하는 광 감지회로.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2트랜지스터는, 제 1전극(소스전극)이 제 1트랜지스터의 제 2전극에 연결되고, 제 2전극(드레인 전극)은 출력단이 형성된 상기 출력 신호선에 연결되며, N타입으로 구현됨을 특징으로 하는 광 감지회로.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 3트랜지스터는, 제 1전극(소스전극)이 상기 제 2전원에 연결되고, 제 2전극(드레인 전극)은 출력단이 형성된 상기 출력 신호선에 연결되며, N타입으로 구현됨을 특징으로 하는 광 감지회로.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2전원은 로우 레벨의 전압 또는 접지 전압을 제공함을 특징으로 하는 광 감지회로.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1트랜지스터는, 제 1전극(드레인 전극)이 상기 선택 신호선에 연결되고, 제 2전극(소스 전극)이 상기 제 2트랜지스터의 제 1전극과 연결되며, N타입으로 구현됨을 특징으로 하는 광 감지회로.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1트랜지스터는, 제 1전극(소스 전극)이 상기 선택 신호선에 연결되고, 제 2전극(드레인 전극)이 상기 제 2트랜지스터의 제 1전극과 연결되며, P타입으로 구현됨을 특징으로 하는 광 감지회로.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 선택 신호선으로 인가되는 선택 신호는 상기 제 2트랜지스터의 턴 온을 제어하는 신호로 사용됨과 동시에 상기 제 1트랜지스터의 제 1전극으로 인가되는 전원 전압으로 사용됨을 특징으로 하는 광 감지회로.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1전원은 하이 레벨의 전압 및 로우 레벨의 전압이 번갈아 인가되며, 상기 하이 레벨의 전압이 인가되면 상기 수광 소자는 순 방향 바이어스 상태가 되고, 로우 레벨의 전압이 인가되면 상기 수광 소자는 역 방향 바이어스 상태가 됨을 특징으로 하는 광 감지회로.
  11. 3개의 구간(t1, t2, t3)으로 나뉜 프레임 주기로 동작하는 제 1항에 기재된 광 감지회로의 구동방법에 있어서,
    제 1구간(t1) 동안 하이 레벨의 제 1전원이 수광 소자의 애노드 전극에 인가되어 이에 대응되는 전압이 캐패시터에 저장되고, 제 1트랜지스터의 게이트 전극이 상기 전압으로 초기화되는 제 1단계와;
    제 2구간(t2) 동안 상기 제 1전원이 로우 레벨로 인가되며, 상기 수광 소자에 입사되는 광의 정도에 따라 발생되는 광 누설 전류에 의해 상기 게이트 전극에 인가된 전압(캐패시터에 충전된 전압)이 소정 전압으로 방전되는 제 2단계와;
    제 3구간(t3) 동안 선택 신호선으로 하이 레벨의 선택신호가 인가되어 제 1 및 제 2트랜지스터가 턴 온되며, 이에 상기 광 감지에 의해 변동되는 전압값이 최종 출력되는 제 3단계가 포함됨을 특징으로 하는 광 감지회로의 구동방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제 3구간(t3)에서 출력된 최종 전압값은 다음 프레임의 제 1구간(t1) 동안 유지되어 상기 최종 전압값에 대한 샘플링 과정이 수행되는 단계가 더 포함됨을 특징으로 하는 광 감지회로의 구동방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    한 프레임의 구간 중 제 2구간(t2)을 가장 길게 구현함을 특징으로 하는 광 감지회로의 구동방법.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 제 2구간(t2)의 특정 구간에서 제 3트랜지스터의 게이트 전극에 하이 레벨의 초기화 전원이 인가되며, 이에 제 3트랜지스터가 턴 온되어 출력단의 전압 이 제 2전원으로 초기화되는 단계가 더 포함됨을 특징으로 하는 광 감지회로의 구동방법.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 선택 신호선으로 인가되는 하이 레벨의 선택 신호는 상기 제 2트랜지스터의 턴 온을 제어하는 신호로 사용됨과 동시에 상기 제 1트랜지스터의 제 1전극으로 인가되는 전원 전압으로 사용됨을 특징으로 하는 광 감지회로의 구동방법.
  16. 제 1방향으로 배열된 복수의 선택 신호선과;
    상기 제 1방향과 교차하는 제 2방향으로 배열된 복수의 출력 신호선과;
    상기 교차하는 선택 신호선 및 출력 신호선 사이의 각 영역에 구비되며, 상기 선택 신호선 및 출력 신호선에 연결된 각각의 감지셀이 포함되며,
    상기 감지셀은,
    제 1전원과 연결된 수광 소자와;
    상기 수광 소자 및 제 2전원 사이에 연결된 캐패시터와;
    게이트 전극이 상기 캐패시터의 제 1전극에 연결되고, 상기 선택 신호선 및 제 2트랜지스터의 제 1전극 사이에 연결된 제 1트랜지스터와;
    게이트 전극이 상기 선택 신호선에 연결되고, 제 1트랜지스터의 제 2전극 및 출력 신호선 사이에 연결된 제 2트랜지스터와;
    게이트 전극이 초기화 전원과 연결되고, 상기 제 2전원과 상기 출력 신호선 사이에 연결된 제 3트랜지스터가 포함됨을 특징으로 하는 터치 스크린 패널.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 수광 소자는, 캐소드가 상기 캐패시터의 제 1전극과 연결되고, 애노드가 상기 제 1전원에 연결되는 PIN 다이오드, PN 다이오드, 포토 커플러 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 터치 스크린 패널.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 제 1트랜지스터는, 제 1전극(드레인 전극)이 상기 선택 신호선에 연결되고, 제 2전극(소스 전극)이 상기 제 2트랜지스터의 제 1전극과 연결되며, N타입으로 구현됨을 특징으로 하는 터치 스크린 패널.
  19. 제 16항에 있어서,
    상기 제 1트랜지스터는, 제 1전극(소스 전극)이 상기 선택 신호선에 연결되고, 제 2전극(드레인 전극)이 상기 제 2트랜지스터의 제 1전극과 연결되며, P타입으로 구현됨을 특징으로 하는 터치 스크린 패널.
  20. 제 16항에 있어서,
    상기 선택 신호선으로 인가되는 선택 신호는 상기 제 2트랜지스터의 턴 온을 제어하는 신호로 사용됨과 동시에 상기 제 1트랜지스터의 제 1전극으로 인가되는 전원 전압으로 사용됨을 특징으로 하는 터치 스크린 패널.
  21. 제 16항에 있어서,
    상기 제 1전원은 하이 레벨의 전압 및 로우 레벨의 전압이 번갈아 인가되며, 상기 하이 레벨의 전압이 인가되면 상기 수광 소자는 순 방향 바이어스 상태가 되고, 로우 레벨의 전압이 인가되면 상기 수광 소자는 역 방향 바이어스 상태가 됨을 특징으로 하는 터치 스크린 패널.
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