KR101163176B1

KR101163176B1 - 반도체 감지 장치, 이의 구동방법 및 이를 포함하는 표시 장치

Info

Publication number: KR101163176B1
Application number: KR1020100077548A
Authority: KR
Inventors: 정세진; 이성인; 김준봉
Original assignee: 주식회사 실리콘핸즈
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2010-08-11
Publication date: 2012-07-06
Also published as: KR20120015219A

Abstract

본 발명은 반도체 감지 장치, 이의 구동방법 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 터치 레퍼런스 전압을 충전하는 제1 커패시터, 제1 커패시터와 연결되며, 전원부에서 입력된 터치 레퍼런스 전압을 제1 커패시터에 충전시키는 제1 스위치 소자, 제1 커패시터와 제1 스위치 소자와 연결되며, 상기 제1 커패시터에 충전된 전압을 방전시키는 제2 스위치 소자를 구비하는 터치 센서 구동부 및 화상을 표시하는 표시 패널에 형성되며, 제2 스위치 소자와 연결된 제3 스위치 소자, 제3 스위치 소자와 연결되며 제1 커패시터에서 방전된 전압이 충전되는 제2 커패시터와 제3 스위치 소자와 연결되어 터치 감지시 제3 커패시터를 형성하는 터치 전극을 구비한 터치부를 포함하는 반도체 감지 장치, 이의 구동방법 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공할 수 있다.

Description

반도체 감지 장치, 이의 구동방법 및 이를 포함하는 표시 장치 {SEMICONDUCTOR SENSING DEVICE, DRIVING METHOD OF SENSING DEVICE AND DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}

본 발명은 반도체 감지 장치, 이의 구동방법 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.

최근, 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 전기적 정보신호를 시각적으로 표현하는 디스플레이(display)분야가 급속도로 발전해 오고 있다. 이에 부응하여 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 여러 가지 다양한 평판 표시장치(Flat Display Device)가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 빠르게 대체하고 있다.

이 같은 평판 표시장치의 구체적인 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display device: FED), 전기발광표시장치(Electro luminescence Display Device: ELD), 유기발광표시장치(Organic Light Emission Display Device; OLED) 등을 들 수 있는데, 이들은 공통적으로 화상을 구현하는 평판 표시 패널을 구비한다.

최근에 이동통신 단말기, 텔레비전, 컴퓨터 모니터, ATM 등에 사용되는 평판 표시 장치는 터치 센서를 이용하여 사용자의 편의성을 높이는 기술이 개발되고 있다.

종래의 터치 센서는 별도의 패널로 제조되어 평판형 표시 패널의 상부면에 부착하는 방식을 사용하고 있다. 이러한 경우에 터치 패널을 별도로 제조해야 하므로 제품의 가격이 상승하는 요인이 되고 있다.

이러한 문제점을 개선하기 위하여 터치 패널을 표시 패널에 내장하는 터치 패널 일체형 표시 패널이 개발되고 있으나, 저항막 방식 등을 사용하고 있어 터치 발생시 표시 패널의 화소 손상, 신호 라인 파손 등의 불량이 발생하는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하려는 과제는 정전 방식 터치부를 표시 패널에 내장한 반도체 감지 장치, 이의 구동방법 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하려는 과제는 멀티 터치 구현이 가능한 반도체 감지 장치, 이의 구동방법 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 터치 레퍼런스 전압을 충전하는 제1 커패시터, 상기 제1 커패시터와 연결되며, 전원부에서 입력된 터치 레퍼런스 전압을 제1 커패시터에 충전시키는 제1 스위치 소자, 상기 제1 커패시터와 상기 제1 스위치 소자와 연결되며, 상기 제1 커패시터에 충전된 전압을 방전시키는 제2 스위치 소자를 구비하는 터치 센서 구동부; 및 화상을 표시하는 표시 패널에 형성되며, 상기 제2 스위치 소자와 연결된 제3 스위치 소자, 상기 제3 스위치 소자와 연결되며 상기 제1 커패시터에서 방전된 전압이 충전되는 제2 커패시터와 상기 제3 스위치 소자와 연결되어 터치 감지시 제3 커패시터를 형성하는 터치 전극을 구비한 터치부를 포함하는 감지 장치를 제공할 수 있다.

상기 터치 센서 구동부는 상기 제1 커패시터에 충전된 전압의 전위를 측정하는 전위측정부를 더 포함할 수 있다.

상기 터치부는 상기 제3 스위치 소자의 게이트 전극에 연결된 스캔 라인; 및 상기 제2 스위치 소자와 상기 제3 스위치 소자와 연결된 센싱 라인을 더 포함하되, 상기 스캔 라인 및 상기 센싱 라인은 서로 교차하여 형성될 수 있다.

상기 터치 센서 구동부는 상기 스캔 라인과 각각 연결된 상기 제3 스위치 소자를 구동시키는 스캔 신호를 상기 스캔 라인에 순차적으로 전송할 수 있다.

상기 터치 센서 구동부는 상기 표시 패널에 1프레임의 화상을 표시하는 동안 상기 스캔 라인에 스캔 신호를 공급하며, 다음 프레임이 시작되면 상기 스캔 라인에 동시에 상기 스캔 신호를 공급하여 상기 제2 커패시터에 충전된 전압을 방전시킬 수 있다.

상기 감지 장치는 상기 제1 스위치 소자와 상기 제2 스위치 소자는 서로 교번하여 온/오프 될 수 있다.

상기 제1 스위치 소자는 턴온 시 상기 터치 레퍼런스 전압을 상기 제1 커패시터에 충전하고, 상기 제2 스위치 소자는 턴온시 상기 제1 커패시터에 충전된 전압을 방전하여 상기 제2 커패시터에 충전시켜, 상기 제1 커패시터에 충전된 전압과 상기 제2 커패시터에 충전된 전압을 동일하게 할 수 있다.

상기 감지 장치는 상기 터치 발생시 상기 제1 커패시터, 상기 제2 커패시터 및 상기 제3 커패시터에 충전된 전압이 동일하게 쉐어링될 수 있다.

상기 제3 스위치 소자는 박막 트랜지스터로 형성될 수 있다.

상기 터치 전극은 상기 표시 패널에 형성된 화소 전극과 중첩되게 형성되며, 상기 터치 전극과 중첩된 화소 전극은 복수개일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 제1 스위치 소자를 턴온시키는 제1 스위치 제어 신호를 전송하여 전원부에서 입력된 터치 레퍼런스 전압을 제1 커패시터에 충전시키는 단계; 제2 스위치 소자를 턴온시키는 제2 스위치 제어 신호를 전송하여 제1 커패시터에 충전된 전압을 방전시켜 터치부에 형성된 제 2 커패시터를 충전하는 단계; 터치 감지시 형성되는 제3 커패시터에 상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터에 충전된 전압을 방전시켜 상기 제1 내지 제3 커패시터에 충전된 전압을 동일하게 하는 단계; 및 상기 제1 커패시터에 충전된 전압의 전위를 측정하여 터치 위치를 계산하는 단계를 포함하는 감지 장치의 구동방법을 제공할 수 있다.

상기 감지 장치의 구동방법은 터치부에 형성된 복수의 스캔 라인과 각각 연결된 복수의 제3 스위치 소자에 순차적으로 스캔 신호를 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 감지 장치의 구동방법은 1프레임의 화상을 표시하는 동안 상기 복수의 스캔 라인에 순차적으로 상기 스캔 신호를 공급한 후, 다음 프레임이 시작되면 상기 복수의 스캔 라인에 동시에 상기 스캔 신호를 공급하여 상기 제2 커패시터에 충전된 전압을 방전시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 감지 장치의 구동방법은 상기 제1 스위치 제어 신호와 상기 제2 스위치 제어 신호는 서로 교번하도록 공급하여 상기 제1 스위치 소자가 턴온되면 상기 제2 스위치 소자는 턴오프되도록 할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 화상을 표시하는 표시 패널; 상기 표시 패널을 구동시키는 게이트 구동부와 데이터 구동부; 상기 데이터 구동부에 화소 전압을 공급하는 타이밍 컨트롤러; 상기 게이트 구동부 및 데이터 구동부에 전원을 공급하는 전원부; 및 상기 전원부에서 공급된 터치 레퍼런스 전압을 충전하는 제1 커패시터, 상기 제1 커패시터와 연결되며, 상기 전원부에서 입력된 터치 레퍼런스 전압을 제1 커패시터에 충전시키는 제1 스위치 소자, 상기 제1 커패시터와 상기 제1 스위치 소자와 연결되며, 상기 제1 커패시터에 충전된 전압을 방전시키는 제2 스위치 소자를 구비하는 터치 센서 구동부, 상기 표시 패널에 형성되며, 상기 제2 스위치 소자와 연결된 제3 스위치 소자, 상기 제3 스위치 소자와 연결되며 상기 제1 커패시터에서 방전된 전압이 충전되는 제2 커패시터와 상기 제3 스위치 소자와 연결되어 터치 감지시 제3 커패시터를 형성하는 터치 전극을 구비한 터치부가 형성된 감지 장치를 포함하는 표시 장치를 제공할 수 있다.

상기 타이밍 컨트롤러는 프레임 시작 신호를 상기 터치 센서 구동부에 제공할 수 있다.

상기 터치 센서 구동부는 상기 제1 커패시터에 충전된 전압을 측정하여 터치를 감지할 수 있다.

상기 표시 장치는 상기 표시 패널에 형성되며, 상기 제3 스위치 소자의 게이트 전극에 연결된 스캔 라인; 상기 터치 센서 구동부와 연결되며, 상기 표시 패널에 상기 스캔 라인과 교차하게 형성된 센싱 라인을 더 포함할 수 있다.

상기 표시 패널은 상기 게이트 구동부와 연결된 게이트 라인; 상기 데이터 구동부와 연결되고, 상기 게이트 라이과 교차하게 형성된 데이터 라인; 및 상기 게이트 라인 및 데이터 라인과 연결된 적어도 하나의 박막 트랜지스터를 포함할 수 있다.

상기 제3 스위치 소자는 상기 박막 트랜지스터와 동일한 공정에서 제조될 수 있다.

상기 표시 패널은 액정 표시 패널 또는 유기발광표시패널일 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 정전 방식 터치부를 표시 패널에 내장하여 표시 패널 제조 공정시 터치부를 동일 공정에서 형성하므로 제조 비용을 절감할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 의하면, 터치 센서가 액티브 매트릭스 방식으로 구현되어 다수의 터치를 동시가 감지하는 멀티 터치를 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 감지 장치가 내장된 표시 장치를 개략적으로 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 센서를 설명하기 위한 회로도.
도 3은 도 2에 도시된 터치부에 공급되는 스캔 신호 및 센싱 신호를 설명하기 위한 타이밍도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 센서의 터치부를 설명하기 위하여 도시한 도면.
도 5는 도 1에 도시된 표시 패널이 액정표시패널인 것을 설명하기 위한 개략적인 회로도.
도 6은 도 1에 도시된 표시 패널이 유기발광표시패널인 것을 설명하기 위한 개략적인 회로도.
도 7은 도 2에 도시된 제2 커패시터와 제3 커패시터를 설명하기 위한 개략적인 단면도.
도 8은 도 2에 도시된 제1 스위치 소자와 제2 스위치 소자에 공급되는 제어신호의 타이밍도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.

또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 감지 장치, 이의 구동방법 및 이를 포함하는 표시 장치에 관하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 감지 장치가 내장된 표시 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 1을 설명하기에 앞서, 본 발명의 실시 예에 따른 표시 장치는 표시 패널(50)이 액정표시패널이거나 유기발광표시패널일 수 있다. 이때, 터치부(100)는 표시 패널(50) 내부에 형성되어 별도의 부가 장치 또는 부가 패널이 없이 표시 패널에 일체형으로 형성된다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 감지 장치는 표시 패널에 내장되는 터치 센서를 예를 들어 설명하지만, 이에 한정되지 않는다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 센서 내장형 표시 장치는 전원부(10), 게이트 구동부(20), 데이터 구동부(30), 타이밍 컨트롤러(40), 표시 패널(50), 터치부(100) 및 터치 센서 구동부(200)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 전원부(10)는 게이트 온(Von), 게이트 오프(Voff) 전압을 생성하여 게이트 구동부(20)에 공급한다. 전원부(10)는 레퍼런스 감마 전압(VD)을 생성하여 데이터 구동부(30)에 공급한다. 전원부(10)는 표시 패널(50)이 유기발광표시패널일 경우에 구동전압을 생성하여 공급할 수 있다.

전원부(10)는 터치 레퍼런스 전압(Vref)을 생성하여 터치 센서 구동부(200) 또는 터치부(100)에 공급할 수 있다.

전원부(10)는 상기에서 설명한 전압 이외에 각각의 구동부들을 구동시키는 전압들을 생성하여 공급할 수 있다.

또한, 전원부(10)는 표시 패널(50)이 액정표시패널일 경우에 액정표시패널에 광을 공급하는 백라이트에 공급되는 전압을 생성하여 공급할 수 있다.

게이트 구동부(20)는 표시 패널(50)의 게이트 라인에 구동신호를 공급한다. 게이트 구동부(20)는 전원부(10)에서 공급된 게이트 온/오프 전압(Von/Voff)과 타이밍 컨트롤러(40)에서 공급된 게이트 제어신호를 이용하여 표시 패널(50)의 게이트 라인들에 게이트 온/오프 전압(Von/Voff)을 순차적으로 공급한다.

데이터 구동부(30)는 표시 패널(50)의 데이터 라인에 구동신호를 공급한다. 데이터 구동부(30)는 전원부(10)에서 공급된 감마 전압과 타이밍 컨트롤러(40)에서 공급되는 데이터 신호 및 데이터 제어신호를 이용하여 표시 패널(50)의 데이터 라이들에 데이터 전압을 공급한다.

타이밍 컨트롤러(40)는 게이트 제어신호 및 데이터 제어신호를 생성하여 게이트 구동부(20) 및 데이터 구동부(30)에 각각 공급한다. 타이밍 컨트롤러(40)는 외부로부터 입력된 적, 녹, 청의 화상 신호를 표시 패널(50)의 각 화소에 대응하는 화소 데이터 신호로 변환하여 데이터 구동부(30)에 공급한다.

표시 패널(50)은 화상을 표시한다. 표시 패널(50)은 액정표시패널 또는 유기발광표시패널일 수 있다. 표시 패널(50)은 복수의 화소를 구비할 수 있다. 각각의 화소는 게이트 라인 및 데이터 라인이 교차하여 형성되며, 각 화소별로 액정 또는 유기발광체가 형성될 수 있다. 표시 패널(50)에 대한 설명은 도 2 및 도 3을 참조하여 자세히 설명하기로 한다.

본 발명의 표시 장치에 따르면 터치부(100)와 터치부(100)에 구동신호를 공급하는 터치 센서 구동부(200)를 포함하는 터치 센서 장치를 포함할 수 있다.

터치 센서 구동부(200)는 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 스위치 소자(110), 제2 스위치 소자(120) 및 제1 커패시터(C1)를 포함할 수 있다. 또한, 터치 센서 구동부(200)는 제1 커패시터(C1)의 전위를 측정하는 전위측정 소자를 더 포함할 수 있다.

터치 센서 구동부(200)는 터치부(100)에 형성된 스캔 라인(SL)에 스캐닝 신호를 공급할 수 있다. 터치 센서 구동부(200)는 도 3에 도시된 바와 같이, 스캔 라인(SL)별로 순차적으로 턴온 신호를 공급하여 제3 스위치 소자(130)를 순차적으로 턴온시킬 수 있다.

터치 센서 구동부(200)는 한 프레임(Frame 1)동안 다수의 스캔 라인(SL)에 순차적으로 턴온 신호를 공급하여 각 스캔 라인들(SL)에 연결된 제3 스위치 소자(130)를 턴온시킨다.

이때, 터치 센서 구동부(200)는 1프래임 동작이 마무리되면 다음 동작을 위해 제2 커패시터(C2)에 충전된 전하를 방전시키기 위해 모든 스캔 라인(SL)에 턴온 신호를 전송한다.

터치부(100)는 표시 패널(50)에 일체형으로 형성될 수 있다. 특히, 터치부(100)는 표시 패널(50)의 표시 영역에 형성될 수 있다. 터치부(100)는 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 커패시터(C2) 스캔 라인(SL), 센싱 라인(CL), 제3 스위치 소자(130) 및 터치 전극(160)을 포함할 수 있다.

스캔 라인(SL)과 센싱 라인(CL)은 서로 교차되게 형성될 수 있다. 제3 스위치 소자(130)는 스캔 라인(SL)과 센싱 라인(CL)의 교차부마다 형성될 수 있으며, 표시 패널(50)의 어느 하나의 화소에 형성될 수 있다. 터치 전극(160)은 스캔 라인(SL)과 센싱 라인(CL)이 교차하여 마련된 영역에 제3 스위치 소자(130)와 연결되게 형성될 수 있다.

이때, 터치 전극(160)은 표시 패널(50)의 복수의 화소들과 중첩되게 형성될 수 있다. 하나의 터치 전극(160)은 표시 패널(50)의 해상도에 따라 달라질 수 있으나 수십 내지 수천개의 화소와 중첩되게 형성될 수 있다.

이하, 터치 센서의 상세한 구조 및 동작에 대한 설명은 후술하기로 한다.

본 발명의 실시 예에서는 게이트 구동부(20), 데이터 구동부(30) 및 터치 센서 구동부(200) 중 어느 하나는 표시 패널(50)에 집적될 수도 있다.

도 5는 본 발명의 표시 장치에 표시 패널이 액정표시패널인 것을 예들 들어 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 액티브 매트릭스 타입의 액정표시패널의 하나의 화소를 예를 들어 도시한 도면이다. 액정표시패널은 화소 데이터 신호를 감마기준전압을 기준으로 아날로그 데이터 전압으로 변환하여 데이터라인(DL)에 공급함과 동시에 스캔펄스를 게이트라인(GL)에 공급하여, 데이터전압을 액정셀(Clc)에 충전시킨다. 이를 위해, TFT의 게이트전극은 게이트라인(GL)에 접속되고, 소스전극은 데이터라인(DL)에 접속된다. 그리고 TFT의 드레인전극은 액정셀(Clc)의 화소전극과 스토리지 캐패시터(Cst)의 일측 전극에 접속된다. 액정셀(Clc)의 공통전극에는 공통전압(Vcom)이 공급된다. 스토리지 캐패시터(Cst)는 박막 트랜지스터(TFT)가 턴-온될 때 데이터라인(DL)으로부터 인가되는 데이터전압을 충전하여 액정셀(Clc)의 전압을 일정하게 유지하는 역할을 한다. 스캔펄스가 게이트라인(GL)에 인가되면 TFT는 턴-온(Turn-on)되어 소스전극과 드레인전극 사이의 채널을 형성하여 데이터라인(DL) 상의 전압을 액정셀(Clc)의 화소전극에 공급한다. 이때 액정셀(Clc)의 액정분자들은 화소전극과 공통전극 사이의 전계에 의하여 배열이 바뀌면서 입사광을 변조한다.

액정표시패널의 배면에 배치된 백라이트유닛으로부터 발생되는 백라이트를 이용하여 화상을 표시한다.

액정표시패널에는 도 1에 도시된 터치부(100)가 형성될 수 있다. 터치부(100)는 액정표시패널의 표시 영역에 형성될 수 있으며, 액정표시패널의 박막 트랜지스터 어레이 공정 시 동일공정에서 제조될 수 있다.

즉, 터치부(100)는 액정표시패널의 박막 트랜지스터(TFT)가 제조되는 동안 소정의 영역에 터치부의 제3 스위치 소자(130)가 동일 공정으로 형성될 수 있다. 이때, 제3 스위치 소자(130)는 모든 화소에 형성되지 않고 일부 화소에만 형성될 수 있다.

또한, 액정표시패널의 게이트 라인(GL)과 동일 평면 및 동일 공정에서 스캔 라인(SL)이 형성되고, 데이터 라인(DL)과 동일 평면 및 동일 공정으로 센싱 라인(CL)이 형성될 수 있다.

여기서, 터치 전극(160)은 화소 전극의 상부 또는 하부에 형성될 수 있다. 이때, 터치 전극(160)은 복수개의 화소 전극과 중첩되도록 형성될 수 있다. 즉, 터치 전극(160)과 터치 전극(160)과 연결된 제3 스위치 소자(130)는 복수의 액정셀(Clc) 당 하나가 형성될 수 있다. 터치 전극(160)은 화소 전극과 동일한 물질 즉, 투명 전극으로 형성될 수 있다.

터치 전극(160)은 외부의 터치 발생시 제3 커패시터(C3)를 형성할 수 있다.

도 6은 표시 패널이 유기발광표시패널인 것을 회로도를 예를 들어 설명한 도면이다.

도 6을 참조하면, 유기발광표시패널은 복수의 게이트 라인(GL), 데이터 라인(DL), 전류 공급 라인(PL), 제1 트랜지스터(TFT1), 제2 트랜지스터(TFT2), 스토리지 커패시터(Cst) 및 유기발광다이오드(LD)를 포함할 수 있다.

이때, 유기발광표시패널은 기판에 형성된 유기발광다이오드(LD), 유기 발광다이오드(LD)를 제어하는 제1 및 제2 트랜지스터(TFT1, TFT2), 제1 트랜지스터(TFT1)로 공급된 데이터 전압을 충전하는 스토리지 커패시터(Cst)를 포함한다.

게이트 라인(GL)은 도 1에 도시된 게이트 구동부(20)로부터 공급된 스캔신호를 화소셀에 공급한다. 특히, 게이트 라인(GL)은 화소셀에 포함된 제1 트랜지스터(TFT1)의 게이트 전극과 접속되어 제1 트랜지스터(TFT1)를 턴온시킨다.

데이터 라인(DL)은 게이트 라인(GL)과 교차되게 형성되어 도 1에 도시된 데이터 구동부(30)로부터 공급된 데이터 전압을 제1 트랜지스터(TFT1)에 공급한다.

제1 트랜지스터(TFT1)는 게이트 라인(GL)에 스캔 신호가 공급되면 터온 되어 데이터 라인(DL)으로부터 공급되는 데이터 전압을 공급한다. 스토리지 커패시터(Cst)는 공급된 데이터 전압을 충전한다. 여기서, 제1 트랜지스터(TFT1)가 턴오프 되면 스토리지 커패시터(Cst)에 충전된 데이터 전압은 제2 트랜지스터(TFT2)의 게이트 전극에 공급되어 제2 트랜지스터(TFT2)를 턴온시킨다. 제2 트랜지스터(TFT2)는 스토리지 커패시터(Cst)에 충전된 데이터 전압이 모두 방전될 때까지 턴온 되어 전류 공급 라인(PL)에서 공급되는 전원 신호를 유기발광다이오드(LD)에 공급한다. 이러한 제1 및 제2 트랜지스터(TFT1, TFT2)는 NMOS 또는 PMOS로 형성될 수 있다.

유기발광다이오드(LD)는 유기 발광 표시 패널(50)의 어느 하나의 기판 위에 금속 등의 불투명 도전 물질로 형성된 애노드 전극과, 애노드 전극과 대향되어 투명 도전 물질로 형성된 캐소드 전극 사이에 적, 녹, 청색의 발광 물질로 형성된 유기 발광체층을 포함한다. 유기 발광체층은 애노드 전극이 접하는 층에서부터 홀주입층, 홀수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층이 순차적으로 적층되어 형성된다. 이와 같이 형성된 유기발광다이오드(LD)는 캐소드 전극에서 전자주입층과 전자수송층을 통해 발광층으로 전자를 공급하고, 애노드 전극에서 홀주입층과 홀수송층을 통해 발광층으로 정공을 공급하여 발광층에서 전자와 정공의 재결합으로 인해 광을 발생시킨다. 이때, 애노드 전극은 제2 트랜지스터(TFT2)의 출력단에 연결되며, 캐소드 전극은 접지(VSS) 또는 애노드 전극에 공급되는 전압보다 낮은 전원신호(VSS)단에 공급된다. 여기서, 유기발광다이오드(LD)는 제1 트랜지스터(TFT1)에서 공급되는 데이터 전압에 따라 제2 트랜지스터(TFT2)의 게이트 전극과 소스 전극 사이의 전압 차에 의해 제2 트랜지스터(TFT2)에서 제어되는 전류(I)에 의해 구동된다.

여기서, 도 1에 도시된 터치부(100)는 유기발광표시패널의 표시 영역에 형성될 수 있다. 터치부(100)는 유기발광표시패널의 발광방향에 터치부(100)가 형성될 수 있다.

터치부(100)는 유기발광표시패널의 기판 제조 공정시 동일 기판에 동일한 공정으로 제조될 수 있다.

터치부(100)는 유기발광표시패널의 제1 및 제2 트랜지스터(TFT1, TFT2)가 제조되는 동안 소정의 영역에 터치부(100)의 제3 스위치 소자(130)가 동일 공정으로 형성될 수도 있다. 이때, 제3 스위치 소자(130)는 모든 화소에 형성되지 않고 일부 화소에만 형성될 수 있다.

또한, 유기발광표시패널의 게이트 라인(GL)과 동일 평면 및 동일 공정에서 스캔 라인(SL)이 형성되고, 데이터 라인(DL)과 동일 평면 및 동일 공정으로 센싱 라인(CL)이 형성될 수도 있다.

터치 전극(160)은 유기발광다이오드(LD)의 최상부면 또는 최하부면에 형성될 수 있다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 터치부(100)는 표시 패널(50)에 일체형으로 형성되어 터치 센서의 제조 시간 및 비용을 절감할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 터치 센서를 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 터치 센서는 서로 인접하여 연결된 제1 스위치 소자(110), 제2 스위치 소자(120)를 포함하며, 제1 스위치 소자(110) 및 제2 스위치 소자(120)와 연결된 제1 커패시터(C1)를 포함할 수 있다. 또한, 터치부(100)에 형성되며 스캔 라인(SL) 및 센싱 라인(CL)과 연결된 제3 스위치 소자(130), 제3 스위치 소자와 연결된 제2 커패시터(C2) 및 제3 스위치 소자(130)와 제2 커패시터(C2)와 연결된 터치 전극(160)을 포함할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제1 스위치 소자(110)의 소스 또는 드레인 전극과 제2 스위치 소자(120)의 소스 또는 드레인 전극과 연결된다.

제1 커패시터(C1)는 제1 스위치 소자(110)와 제2 스위치 소자(120)에 연결되며, 제1 스위치 소자(110)가 턴온되면 전원부로부터 입력된 터치 레퍼런스 전압(Vref)을 충전한다. 제1 커패시터(C1)는 제2 스위치 소자(120)가 턴온되면 충전된 전압을 방전한다.

제1 스위치 소자(110)와 제2 스위치 소자(120)는 CMOS 등의 반도체 소자일 수 있다.

제3 스위치 소자(130)는 상술한 바와 같이, 박막 트랜지스터로 제조되며 표시 패널에 형성된다.

제2 커패시터(C2)는 도 7에 도시된 바와 같이, 제3 스위치 소자(130)와 연결되는 금속 박막(170) 또는 금속선(170)과 표시 패널(50)의 게이트 라인, 데이터 라인, 스토리지 라인, 화소 전극 등의 금속과 절연체(180)를 사이에 두고 중첩되어 형성된다.

터치 전극(160)은 인체의 손 등을 통해 접촉되면 제3 커패시터(C3)를 형성할 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 8을 참조하며 본 발명의 실시 예에 따른 터치 센서의 구동방법에 대해 설명하기로 한다.

먼저, 스캔 라인(SL)에는 스캔 신호가 순차적으로 공급된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 1프레임 동안 각각의 스캔 라인(SL)에 순차적으로 스캔 신호가 공급되어 제3 스위치 소자(130)를 턴온 또는 턴오프 시킨다. 이때, 각 스캔 라인(SL)에 공급되는 스캔 신호에 의해 제3 스위치 소자(130)가 턴온 되는 동안 터치 센서 구동부(200)에서는 제1 스위치 소자(110)와 제2 스위치 소자(120)에 제1 스위치 제어 신호(IS1)와 제2 스위치 제어 신호(IS2)를 공급한다.

제1 스위치 소자(110)와 제2 스위치 소자(120)는 도 8에 도시된 바와 같이, 서로 교번하여 턴온과 턴오프가 반복되도록 제1 스위치 제어 신호(IS1)와 제2 스위치 제어 신호(IS2)가 공급된다. 이때 제1 스위치 제어 신호(IS1)와 제2 스위치 제어 신호(IS2)는 내부에서 생성되거나, 타이밍 컨트롤러(40)에서 입력된 프레임 시작 신호 등을 이용하여 생성될 수 있다.

예를 들면, 타이밍 컨트롤러(40)에서 프레임 시작을 알리는 신호가 터치 센서 구동부(200)에 입력되면, 터치 센서 구동부(200)는 제1 스위치 제어 신호(IS1)와 제2 스위치 제어 신호(IS2)를 제1 스위치 소자(110)와 제2 스위치 소자(120)에 전송한다.

제1 스위치 소자(110)가 제1 스위치 제어 신호(IS1)에 의해 턴온되면, 제2 스위치 소자(120)는 턴오프 된다. 이때, 제1 스위치 소자(110)가 턴온되면서 전원부(10)에서 입력된 터치 레퍼런스 전압(Vref)이 제1 커패시터(C1)에 충전된다. 이어서 제1 스위치 소자(110)가 턴오프되고 제2 스위치 소자(120)가 턴온되면, 제1 커패시터(C1)에 충전된 전압이 방전된다. 이때, 제1 커패시터(C1)에서 방전된 전압은 차지 세어링(charge sharing)에 의해 터치부(100)에 형성된 제2 커패시터(C2)에 충전될 수 있다.

제3 스위치 소자(130)가 스캔 구동신호(스캔 온/오프)에 의해 턴온 될 경우에 제1 커패시터(C1)에서 방전된 전압이 제2 커패시터(C2)에 충전되어 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)의 전위가 동일한 상태가 된다.

이때, 터치부(100)에 터치가 발생되면, 터치 전극(160)과 터치한 물체(예를 들면 손가락) 사이에 커패시터 즉 제3 커패시터(C3)가 형성된다. 이때, 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)는 충전된 전압이 방전되어 제3 커패시터(C3)에 일시적으로 충전되므로 제1 커패시터(C1)의 충전 전압이 낮아진다.

터치 센서 구동부(200)는 제1 커패시터(C1)의 충방전에 따른 전위를 측정하여 터치 여부를 판단한다.

예를 들면, 터치 레퍼런스 전압(Vref)이 4V로 공급되는 경우 제1 스위치 소자(110)가 턴온되면 제1 커패시터(C1)에 4V가 충전된다. 이어서, 제2 스위치 소자(120)가 턴온되면, 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)는 차지 쉐어링에 의해 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)는 각각 2V가 충전된다. 이때, 제3 스위치 소자(130)는 턴온된 상태로 가정한다.

이어서, 제1 스위치 소자(110)가 다시 턴온되고, 제2 스위치 소자(120)가 턴오프 되면, 제1 커패시터(C1)는 4V로 재충전된다. 제1 스위치 소자가 턴오프되고, 제2 스위치 소자(120)가 턴온되면 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)는 각각 3V로 충전된다. 상기와 같이, 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)는 터치가 감지되지 않았을 경우에 4V까지 충전될 수 있다.

이때, 터치 전극(160)에 터치가 감지되면, 제3 커패시터(C3)가 형성되어 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)는 제3 커패시터(C3)와 차지 쉐어링을 통해 등전위를 이루며, 제1 커패시터(C1)의 전위가 하강한다. 이때, 터치 센서 구동부(200)는 이러한 전위 감소량을 측정하여 터치가 발생된 위치를 계산한다.

제1 커패시터(C1)에서 측정되는 전압(Vn)은 수학식 1과 같이 계산될 수 있다.

[수학식 1]

Vn = (Vref - Vn-1)/(C1+C2+C3) + Vn-1

(여기서, Vn-1은 이전에 챠지 쉐어링된 값이고, Vref는 터치 레퍼런스 전압임.)

상기와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 터치 센서 구동방법은 터치 센서 구동부(200)에 형성된 제1 커패시터(C1)와 표시 패널(50)에 형성된 제2 커패시터(C2) 및 터치 전극(160)을 통해 터치 감지시 제1 커패시터(C1)의 전위를 측정하여 터치 지점을 감지할 수 있다.

이때, 터치 센서 구동부(200)는 스캔 라인(SL)들에 순차적으로 스캔 신호를 전송하여 액티브 매트릭스 타입으로 구동하여 여러 지점에서 터치가 발생되어도 이를 감지할 수 있는 멀티 터치 센서를 구현할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 전원부
20: 게이트 구동부
30: 데이터 구동부
40: 타이밍 컨트롤러
50: 표시 패널
100: 터치부
200: 터치 센서 구동부

Claims

터치 레퍼런스 전압을 충전하는 제1 커패시터, 상기 제1 커패시터와 연결되며, 전원부에서 입력된 터치 레퍼런스 전압을 제1 커패시터에 충전시키는 제1 스위치 소자, 상기 제1 커패시터와 상기 제1 스위치 소자와 연결되며, 상기 제1 커패시터에 충전된 전압을 방전시키는 제2 스위치 소자를 구비하는 터치 센서 구동부; 및
화상을 표시하는 표시 패널에 형성되며, 상기 제2 스위치 소자와 연결된 제3 스위치 소자, 상기 제3 스위치 소자와 연결되며 상기 제1 커패시터에서 방전된 전압이 충전되는 제2 커패시터와 상기 제3 스위치 소자와 연결되어 터치 감지시 제3 커패시터를 형성하는 터치 전극을 구비한 터치부를 포함하는 감지 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 터치 센서 구동부는
상기 제1 커패시터에 충전된 전압의 전위를 측정하는 전위측정부를 더 포함하는 감지 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 터치부는
상기 제3 스위치 소자의 게이트 전극에 연결된 스캔 라인; 및
상기 제2 스위치 소자와 상기 제3 스위치 소자와 연결된 센싱 라인을 더 포함하되,
상기 스캔 라인 및 상기 센싱 라인은 서로 교차하여 형성된 것을 특징으로 하는 감지 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 터치 센서 구동부는
상기 스캔 라인과 각각 연결된 상기 제3 스위치 소자를 구동시키는 스캔 신호를 상기 스캔 라인에 순차적으로 전송하는 것을 특징으로 하는 감지 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 터치 센서 구동부는
상기 표시 패널에 1프레임의 화상을 표시하는 동안 상기 스캔 라인에 스캔 신호를 공급하며,
다음 프레임이 시작되면 상기 스캔 라인에 동시에 상기 스캔 신호를 공급하여 상기 제2 커패시터에 충전된 전압을 방전시키는 것을 특징으로 하는 감지 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 스위치 소자와 상기 제2 스위치 소자는 서로 교번하여 온/오프 되는 것을 특징으로 하는 감지 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 스위치 소자는 턴온 시 상기 터치 레퍼런스 전압을 상기 제1 커패시터에 충전하고,
상기 제2 스위치 소자는 턴온시 상기 제1 커패시터에 충전된 전압을 방전하여 상기 제2 커패시터에 충전시켜, 상기 제1 커패시터에 충전된 전압과 상기 제2 커패시터에 충전된 전압을 동일하게 하는 것을 특징으로 하는 감지 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 터치 발생시 상기 제1 커패시터, 상기 제2 커패시터 및 상기 제3 커패시터에 충전된 전압이 동일하게 쉐어링 되는 것을 특징으로 하는 감지 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제3 스위치 소자는 박막 트랜지스터로 형성된 것을 특징으로 하는 감지 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 터치 전극은 상기 표시 패널에 형성된 화소 전극과 중첩되게 형성되며,
상기 터치 전극과 중첩된 화소 전극은 복수개인 것을 특징으로 하는 감지 장치.
제1 스위치 소자를 턴온시키는 제1 스위치 제어 신호를 전송하여 전원부에서 입력된 터치 레퍼런스 전압을 제1 커패시터에 충전시키는 단계;
제2 스위치 소자를 턴온시키는 제2 스위치 제어 신호를 전송하여 상기 제1 커패시터에 충전된 전압을 방전시켜 터치부에 형성된 제 2 커패시터를 충전하는 단계;
터치 감지시 형성되는 제3 커패시터에 상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터에 충전된 전압을 방전시켜 상기 제1 내지 제3 커패시터에 충전된 전압을 동일하게 하는 단계; 및
상기 제1 커패시터에 충전된 전압의 전위를 측정하여 터치 위치를 계산하는 단계를 포함하는 감지 장치의 구동방법.
제 11 항에 있어서,
터치부에 형성된 복수의 스캔 라인과 각각 연결된 복수의 제3 스위치 소자에 순차적으로 스캔 신호를 공급하는 단계를 더 포함하는 감지 장치의 구동방법.
제 12 항에 있어서,
1프레임의 화상을 표시하는 동안 상기 복수의 스캔 라인에 순차적으로 상기 스캔 신호를 공급한 후,
다음 프레임이 시작되면 상기 복수의 스캔 라인에 동시에 상기 스캔 신호를 공급하여 상기 제2 커패시터에 충전된 전압을 방전시키는 단계를 더 포함하는 감지 장치의 구동방법.
제 11 항에 있어서,
상기 제1 스위치 제어 신호와 상기 제2 스위치 제어 신호는 서로 교번하도록 공급하여 상기 제1 스위치 소자가 턴온되면 상기 제2 스위치 소자는 턴오프되도록 하는 것을 특징으로 하는 감지 장치의 구동방법.
화상을 표시하는 표시 패널;
상기 표시 패널을 구동시키는 게이트 구동부와 데이터 구동부;
상기 데이터 구동부에 화소 전압을 공급하는 타이밍 컨트롤러;
상기 게이트 구동부 및 데이터 구동부에 전원을 공급하는 전원부; 및
상기 전원부에서 공급된 터치 레퍼런스 전압을 충전하는 제1 커패시터, 상기 제1 커패시터와 연결되며, 상기 전원부에서 입력된 터치 레퍼런스 전압을 제1 커패시터에 충전시키는 제1 스위치 소자, 상기 제1 커패시터와 상기 제1 스위치 소자와 연결되며, 상기 제1 커패시터에 충전된 전압을 방전시키는 제2 스위치 소자를 구비하는 터치 센서 구동부, 상기 표시 패널에 형성되며, 상기 제2 스위치 소자와 연결된 제3 스위치 소자, 상기 제3 스위치 소자와 연결되며 상기 제1 커패시터에서 방전된 전압이 충전되는 제2 커패시터와 상기 제3 스위치 소자와 연결되어 터치 감지시 제3 커패시터를 형성하는 터치 전극을 구비한 터치부가 형성된 감지 장치를 포함하는 표시 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 타이밍 컨트롤러는 프레임 시작 신호를 상기 터치 센서 구동부에 제공하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 터치 센서 구동부는 상기 제1 커패시터에 충전된 전압을 측정하여 터치를 감지하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 표시 패널에 형성되며, 상기 제3 스위치 소자의 게이트 전극에 연결된 스캔 라인;
상기 터치 센서 구동부와 연결되며, 상기 표시 패널에 상기 스캔 라인과 교차하게 형성된 센싱 라인을 더 포함하는 표시 장치.
제 18 항에 있어서,
상기 표시 패널은
상기 게이트 구동부와 연결된 게이트 라인;
상기 데이터 구동부와 연결되고, 상기 게이트 라인과 교차하게 형성된 데이터 라인; 및
상기 게이트 라인 및 데이터 라인과 연결된 적어도 하나의 박막 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제 19 항에 있어서,
상기 제3 스위치 소자는 상기 박막 트랜지스터와 동일한 공정에서 제조되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 표시 패널은 액정 표시 패널 또는 유기발광표시패널인 것을 특징으로 하는 표시 장치.