KR101322015B1

KR101322015B1 - 액정표시장치

Info

Publication number: KR101322015B1
Application number: KR1020080059896A
Authority: KR
Inventors: 도미영; 추교혁; 김일호; 박신권; 박창근; 문수환; 이민경; 이득수; 김태환
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2008-06-24
Publication date: 2013-10-25
Also published as: US8432370B2; CN101614893B; US20120206411A1; US8427448B2; KR20100000409A; CN101614893A; US20120206412A1; US8355006B2; US20090315840A1

Abstract

본 발명은 터치 여부를 정확하게 감지할 수 있는 액정표시장치에 관한 것이다.

이 액정표시장치는 영상을 표시하는 화소어레이와 함께 수광양에 따라 터치위치를 감지하는 터치센서들이 형성된 액정표시패널; 상기 액정표시패널의 상부 기판상에 형성되고 그 일부가 기저전압원에 접속된 투명 도전막; 상기 투명도전막 상에 형성되는 편광판; 상기 편광판에 대한 터치 여부에 따른 상기 투명 도전막 표면의 전하량 변화에 기초하여 상기 터치센서들의 광센싱 동작에 필요한 구동전압을 단속적으로 발생하는 구동전압 공급회로; 및 상기 투명 도전막과 상기 구동전압 공급회로를 전기적으로 접속시키는 신호 전달부를 구비한다.

터치 센서, 감지, 전하량

Description

액정표시장치{Liquid Crystal Display Device}

본 발명은 터치 패널 인 셀(Touch Panel In Cell) 방식의 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 터치 여부를 정확하게 감지할 수 있도록 한 액정표시장치에 관한 것이다.

액정표시장치는 비디오 신호에 대응하여 액정층에 인가되는 전계를 통해 액정층의 광투과율을 제어함으로써 화상을 표시한다. 이러한 액정표시장치는 소형 및 박형화와 저 소비전력의 장점을 가지는 평판 표시장치로서, 노트북 PC와 같은 휴대용 컴퓨터, 사무 자동화 기기, 오디오/비디오 기기 등으로 이용되고 있다. 특히, 액정셀마다 스위칭소자가 형성된 액티브 매트릭스(Active Matrix) 타입의 액정표시장-치는 스위칭소자의 능동적인 제어가 가능하기 때문에 동영상 구현에 유리하다.

액티브 매트릭스 타입의 액정표시장치에 사용되는 스위칭소자로는 도 1과 같이 주로 박막트랜지스터(Thin Film Transistor; 이하 "TFT"라 한다)가 이용되고 있 다.

도 1을 참조하면, 액티브 매트릭스 타입의 액정표시장치는, 디지털 비디오 데이터를 감마기준전압을 기준으로 아날로그 데이터전압으로 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 접속되며, 그리고 TFT의 드레인전극은 액정셀(Clc)의 화소전극과 스토리지 캐패시터(Cst1)의 일측 전극에 접속된다. 액정셀(Clc)의 공통전극에는 공통전압(Vcom)이 공급된다. 스토리지 캐패시터(Cst1)는 TFT가 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 변조하게 된다.

한편, 액정표시장치는 수동 발광 소자로서, 액정표시패널의 배면에 배치된 백라이트유닛으로부터 발생되는 백라이트를 이용하여 화면의 휘도를 조절한다.

최근, 이러한 액정표시장치 상에 터치스크린 패널(Touch Screen Panel)을 부착하는 기술이 제안된 바 있다. 터치스크린 패널은 일반적으로 표시장치상에 부착되어 손가락 또는 펜과 같은 불투명 물체와 접촉되는 터치지점에서 전기적인 특성이 변하여 그 터치지점을 감지하는 유저 인터페이스를 말한다. 터치 스크린 패널 이 부착된 액정 표시 장치는 사용자의 손가락 또는 터치 펜(touch pen) 등이 화면에 접촉될 때, 그 접촉 위치 정보를 검출하고 검출된 정보에 기반하여 다양한 어플리 케이션(Application)을 구현할 수 있다.

그런데, 이러한 액정 표시 장치는 터치 스크린 패널로 인한 원가 상승, 터치 스크린 패널을 액정표시패널 위에 접착시키는 공정 추가로 인한 수율 감소, 액정표시패널의 휘도 저하 및 두께 증가라는 여러가지 문제점을 야기한다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 최근, 터치 스크린 패널 대신에, 도 2와 같은 센서 TFT를 포함하는 터치 센서 회로를 액정표시장치의 액정셀(Clc) 내부에 형성하는 터치 패널 인 셀 방식이 제안되고 있다. 터치 센서 회로는 외부로부터 입사되는 광량 변화에 따라 광전류(i)를 다르게 발생하는 센서 TFT, 광전류(i)에 의한 전하들을 저장하는 센서 커패시터(Cst2), 및 센서 커패시터(Cst2)에 저장된 전하들의 출력을 스위칭하는 스위치 TFT를 포함한다. 센서 TFT의 게이트전극에는 자신의 문턱전압 이하의 전압으로 설정된 바이어스 전압(Vbias)이 공급된다. 터치 센서 회로는, 백라이트보다 어두운 조도 환경(실내 환경)에서는 터치된 부분에 대응되는 센서 TFT의 광전류가 터치되지 않은 부분에 대응되는 센서 TFT의 광전류에 비해 큰 반면, 백라이트보다 밝은 조도 환경(실외 환경)에서는 터치된 부분에 대응되는 센서 TFT의 광전류가 터치되지 않은 부분에 대응되는 센서 TFT의 광전류에 비해 작은 것을 이용하여, 터치 또는 미 터치 된 부분에서의 광감지신호를 서로 다르게 발생한다. 액정표시장치는 이 터치 센서 회로의 광감지신호에 기반하여 사용자의 손가락 등의 접촉 위치정보를 알아낼 수 있게 된다.

그런데, 이러한 터치 패널 인 셀 방식의 액정표시장치는 센서 TFT들에 흐르는 상대적인 광전류 차이만을 가지고 터치 지점을 감지함으로 인해, 실질적인 터치 여부에 대한 정확한 감지가 불가능하다. 예컨대, 도 3a에 도시된 바와 같이, 외부의 강한 조도 환경에서는 손가락 등이 실제로 액정표시패널에 터치 되지 않고 근접되기만 해도, 실제로 터치된 경우인 도 3b와 같이 터치된 것으로 인식하게 되는 문제점이 있다. 이는 센싱의 정확도를 떨어뜨려 오동작을 일으키는 큰 요인이 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 터치 여부를 정확하게 감지하여 센싱의 정확도를 높이도록 한 액정표시장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치는 영상을 표시하는 화소어레이와 함께 수광양에 따라 터치위치를 감지하는 터치센서들이 형성된 액정표시패널; 상기 액정표시패널의 상부 기판상에 형성되고 그 일부가 기저전압원에 접속된 투명 도전막; 상기 투명도전막 상에 형성되는 편광판; 상기 편광판에 대한 터치 여부에 따른 상기 투명 도전막 표면의 전하량 변화에 기초하여 상기 터치센서들의 광센싱 동작에 필요한 구동전압을 단속적으로 발생하는 구동전압 공급회로; 및 상기 투명 도전막과 상기 구동전압 공급회로를 전기적으로 접 속시키는 신호 전달부를 구비한다.

상기 편광판에 대한 손가락 터치에 의해, 상기 편광판을 유전체로 하여 상기 손가락과 상기 투명 도전막 사이에 등가 커패시터가 형성되며, 상기 투명 도전막의 표면 전하량은 상기 등가 커패시터의 영향에 의해 터치 전에 비해 다른 값을 갖는 다.

이 액정표시장치는 상기 편광판은 도전층, 및 상기 도전층과 상기 상부 기판 사이에 형성된 유전층을 더 구비하고; 상기 편광판에 대한 손가락 터치에 의해, 상기 유전층을 유전체로 하여 상기 도전층과 상기 투명 도전막 사이에 등가 커패시터가 형성되며, 상기 투명 도전막의 표면 전하량은 상기 등가 커패시터의 영향에 의해 터치 전에 비해 다른 값을 갖는다.

상기 신호 전달부는, 상기 액정표시패널의 하부 기판상에 형성된 터치출력 패드; 상기 투명 도전막과 상기 터치출력 패드의 일측을 전기적으로 연결하는 도전성 테이프; 상기 구동전압 공급회로가 실장된 인쇄회로보드; 및 상기 터치출력 패드의 타측과 상기 인쇄회로보드를 전기적으로 연결하는 가요성 배선필름을 구비한다.

상기 신호 전달부는, 상기 구동전압 공급회로가 실장된 인쇄회로보드; 및 상기 투명 도전막과 상기 인쇄회로보드를 전기적으로 연결하는 가요성 배선필름을 구비한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치는 영상을 표시하는 화소어레이와 함께 수광양에 따라 터치위치를 감지하는 터치센서들이 형성된 액정표시패널; 상기 액정표시패널의 상부 기판상에 형성되고 기저전압원에 접속된 제1 투명 도전막; 상기 제1 투명도전막 상에 형성되는 편광판; 상기 편광판을 사이에 두고 상기 제1 투명 도전막과 대향하고 외부에 노출되도록 상기 편광판 상에 형성되는 제2 투명 도전막; 상기 제2 투명 도전막에 대한 터치 여부에 따른 상기 제2 투명 도전막 표면의 전하량 변화에 기초하여 상기 터치센서들의 광센싱 동작에 필요한 구동전압을 단속적으로 발생하는 구동전압 공급회로; 및 상기 제2 투명 도전막과 상기 구동전압 공급회로를 전기적으로 접속시키는 신호 전달부를 구비한다.

상기 제2 투명 도전막에 대한 손가락 터치에 의해, 상기 편광판을 유전체로 하여 상기 제1 및 제2 투명 도전막 사이에 등가 커패시터가 형성되며, 상기 제2 투명 도전막의 표면 전하량은 상기 등가 커패시터의 영향에 의해 터치 전에 비해 다른 값을 갖는다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정표시장치는 영상을 표시하는 화소어레이와 함께 수광양에 따라 터치위치를 감지하는 터치센서들이 형성된 액정표시패널; 상기 액정표시패널의 상부 기판 상에 형성되고 내부에 도전층을 가지는 편광판; 상기 편광판에 대한 터치 여부에 따른 상기 도전층 표면의 전하량 변화에 기초하여 상기 터치센서들의 광센싱 동작에 필요한 구동전압을 단속적으로 발생하는 구동전압 공급회로; 및 상기 편광판의 도전층과 상기 구동전압 공급회로를 전기적으로 접속시키는 신호 전달부를 구비한다.

상기 편광판에 대한 손가락 터치에 의해, 상기 편광판의 상기 도전층 상에 형성된 유전층을 유전체로 하여 상기 손가락과 상기 도전층 사이에 등가 커패시터 가 형성되며, 상기 도전층의 표면 전하량은 상기 등가 커패시터의 영향에 의해 터치 전에 비해 다른 값을 갖는다.

본 발명에 따른 액정표시장치는 터치 전후에 있어서의 투명 도전막(또는 편광판 내부의 도전층)의 표면 전하량 변화를 이용하여 액정표시패널에 대한 손가락의 터치 여부를 정확하게 감지하여 센싱의 정확도를 크게 높일 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도 4 내지 도 16을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 액정표시장치를 나타내는 블럭도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 액정표시장치는 다수의 게이트라인들(G0 내지 Gn)과 다수의 데이터라인들(D1 내지 Dm) 및 다수의 구동전압 공급라인들(VL1 내지 VLn)이 교차되고 그 교차부에 터치 센서 회로를 갖는 화소(P)들이 배치되는 액정표시패널(10)과, 데이터라인들(D1 내지 Dm)에 데이터전압을 공급하기 위한 데이터 구동회로(20)와, 게이트라인들(G1 내지 Gn)에 스캔펄스를 공급하기 위한 게이트 구동회로(30)와, 데이터 구동회로(20) 및 게이트 구동회로(30)의 구동 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 콘트롤러(40)와, 액정표시패널(10)에 대한 손가락의 터치 여부를 검출하여 터치여부 감지신호(TS)를 발생하는 터치여부 감지회로(50)와, 터치 여부 감지신호(TS)에 따라 화소(P)내의 터치 센서 회로의 구동에 필요한 구동전압의 레벨을 다르게 하여 구동전압 공급라인들(VL1 내지 VLn)에 공급하는 구동전압 공급회로(60)와, 액정표시패널(10)의 배면에 광을 조사하기 위한 백라이트 유닛(70)과, 액정표시패널(10)의 리드아웃(read-out) 라인들(ROL1 내지 ROLm)이 공통으로 접속된 리드아웃 집적회로(80)를 구비한다.

액정표시패널(10)은 컬러필터를 포함하는 상부기판과, 화소 회로 및 터치 센서 회로를 포함하는 화소(P)들이 형성되는 하부기판과, 상부기판과 하부기판 사이에 개재되는 액정층을 구비한다.

이 액정표시패널(10)의 하부기판 상에는 다수의 데이터라인들(D1 내지 Dm)과 다수의 게이트라인들(G0 내지 Gn)이 직교되고 또한, 게이트라인들(G0 내지 Gn)과 평행한 다수의 구동전압 공급라인들(VL1 내지 VLn), 게이트라인들(G0 내지 Gn)과 구동전압 공급라인들(VL1 내지 VLn)과 직교되는 다수의 리드아웃라인들(ROL1 내지 ROLm)이 형성된다. 데이터라인들(D1 내지 Dm)과 게이트라인들(G1 내지 Gn)의 교차부에는 도 14와 같은 화소 회로(P1)가 형성되고, 구동전압 공급라인들(VL1 내지 VLn)과 리드아웃라인들(ROL1 내지 ROLm)의 교차부에는 도 14와 같은 터치 센서 회로(P2)가 형성된다. 구동전압 공급라인들(VL1 내지 VLn) 각각은 터치 센서 회로(P2)에 구동전압을 공급하기 위한 제1 공급라인들(VL1a 내지 VLna)과, 터치 센서 회로(P2)에 바이어스 전압을 공급하기 위한 제2 공급라인들(VL1b 내지 VLnb)을 포함한다. 터치 센서 회로(P2)는 손가락의 터치 여부에 따라 광감지신호를 다르게 발생하고, 이 광감지신호를 리드아웃라인들(ROL1 내지 ROLm)을 통해 리드아웃 집적 회로(80)로 공급한다.

액정표시패널(10)의 상부기판 상에는 화소(P)들 간 경계부를 가려주기 위한 블랙 매트릭스가 형성된다. 액정층을 사이에 두고 화소전극과 대향하여 공통전압이 공급되는 공통전극은 TN(Twisted Nematc) 모드 및 VA(Vertical Alignment) 모드와 같은 수직 전계 모드에서는 상부기판에 형성되고, IPS(In Plane Switching) 모드와 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같은 수평 전계 모드에서는 하부기판 상에 형성된다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이 액정표시패널(10)의 상/하부기판 각각에는 선편광을 선택하기 위한 편광판(14,16)이 형성된다. 통상, 편광판(14,16)은 입사광을 편광시키는 고분자 편광 매질층인 PVA(polyvinyl alcohol)를 포함하여 다수의 유기물질층으로 이루어진다. 이러한 편광판의 유기물질층 전부 또는 일부는 손가락 터치시 일측 전극 역할을 하는 손가락과 타측 전극 역할을 하는 투명 도전막 사이에 위치하여 등가 커패시터의 유전체로서 기능한다. 투명 도전막의 표면 전하량은 손가락 터치에 의한 등가 커패시터의 형성 영향으로, 터치시/미터치시에 있어 차이를 보이게 된다. 터치시/미터치시에 있어서 서로 다른 값을 갖는 전하량 정보는 신호 전달부(18)를 경유하여 터치여부 감지회로(50)에 공급되어, 손가락의 터치 여부를 검출하는데 사용된다. 이와 같이, 터치 여부에 있어서 변화되는 표면 전하량 정보를 추출하기 위해 등가 커패시터를 형성하는 방법은 여러 가지가 있다.

등가 커패시터의 형성을 위한 일 예로서, 도 5와 같이 표시광이 투과되는 상부 편광판(14)과 액정표시패널(10)의 상부기판 사이에 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin-Oxide:ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc-Oxide:IZO)와 같은 투명 도전막(12)이 형성된다. 이 투명 도전막(12)은 터치시 손가락과 함께 등가 커패시터(C1)의 전극 역할을 하게 된다. 상부 편광판(14)은 등가 커패시터(C1)의 유전체 역할을 하는 것으로서, 입사광을 편광시키는 PVA층, PVA층을 보호하기 위한 TAC(Tri-acetyl-cellulose)층, 눈부심을 방지하기 위한 AG(Anti-Glaring)층 및 투명 도전막(12)에 접착시키기 위한 점착층 등 다수의 유기물질층을 포함한다. 한편, 도 5의 상부 편광판(14)은 도 6과 같이 도전성 편광판(24)으로 대체될 수 있다. 도 6의 도전성 편광판(24)은 도 5에 도시된 편광판(14)에 비해 점착층과 TAC층 사이에 도전층(AS)을 더 구비한다. 이 경우, 유전체 역할을 하는 점착층을 사이에 두고 도전층(AS)과 투명 도전막(12)이 전극 역할을 하는 등가 커패시터(C2)가 형성된다. 신호 전달부(18)는 투명 도전막(12)에 접속되어 터치 여부에 있어서 변화되는 투명 도전막(12)의 표면 전하량 정보(Q)를 터치여부 감지회로(50)에 공급한다. 이때, 투명 도전막(12)의 표면 전하량 정보(Q)에 포함되는 노이즈를 제거하기 위해, 투명 도전막(12)은 도 8과 같이 기저전압원(GND)에 접속된 그라운드 패턴(A1)과, 이 그라운드 패턴(A1) 사이에 형성된 센싱용 도전 패턴(A2)을 구비할 수 있다. 이렇게 투명 도전막(12)에 그라운드 패턴(A1)을 형성하면, 특히 공통 전극이 상부 기판상에 형성되는 수직 전계 모드에서 공통 전극에 의한 영향으로부터 초래되는 노이즈를 제거하여 센싱의 정확도를 크게 높일 수 있게 된다. 노이즈 제거를 위한 다른 방안으로는, 도 9와 같이 편광판(14)을 사이에 두고 기저전압원(GND)에 연결된 투명 도전막(12a)과 대향하고 외부에 노출되도록 편광판(14) 상에 형성 되는 상부 투명 도전막을 더 구비할 수 있다. 이 경우, 등가 커패시터(C4)는 편광판(14)을 유전체로 하여 투명 도전막들(12a,12b) 사이에 형성된다. 그리고, 신호 전달부(18)는 투명 도전막(12b)에 접속되어 터치 여부에 있어서 변화되는 투명 도전막(12b)의 표면 전하량 정보(Q)를 터치여부 감지회로(50)에 공급한다.

등가 커패시터의 형성을 위한 다른 예로서, 도 7과 같이 투명 도전막의 형성없이 도전성 상부 편광판(34)만을 이용할 수도 있다. 도전성 편광판(34)은 도 5에 도시된 편광판(14)에 비해 점착층과 TAC층 사이에 도전층(AS)을 더 구비한다. 이 경우, 유전체 역할을 하는 다수의 유기물질층(AG,TAC,PVA)을 사이에 두고 손가락과 도전층(AS)이 전극 역할을 하는 등가 커패시터(C3)가 형성된다. 신호 전달부(18)는 도전층(AS)에 접속되어 터치 여부에 있어서 변화되는 도전층(AS)의 표면 전하량 정보(Q)를 터치여부 감지회로(50)에 공급한다.

신호 전달부(18)는 도 10에 도시된 바와 같이 도전성 테이프(18a), 터치출력 패드(18b) 및 가요성 배선필름(18c)을 포함한다. 예컨대, 도전성 테이프(18a)는 도 5 및 도 6에서 투명 도전막(12)과 터치출력 패드(18b)의 일측을 전기적으로 연결하는 역할을 한다. 도시하지는 않았지만, 이 도전성 테이프(18a)는 도 7에서 도전층(AS)과 터치출력 패드(18b)의 일측을, 도 9에서 투명 도전막(12b)과 터치출력 패드(18b)의 일측을 전기적으로 연결하는 역할을 한다. 터치출력 패드(18b)는 액정표시패널(10)의 하부기판상에 라인 온 글래스 방식을 이용하여 형성된다. 이 터치출력 패드(18b)는 게이트 금속층 또는 소스-드레인 금속층을 포함하여 하부기판의 게이트패드 또는 데이터패드들과 함께 형성된다. 가요성 배선필름(18c)은 FPC(Flexible Printed Circuit : 이하 "FPC" 라 함)를 포함하여 터치출력 패드(18b)의 타측과 인쇄회로보드(Printed Circuit Board : 이하 "PCB" 라 함)를 전기적으로 연결한다. PCB에는 후술할 데이터 구동회로(20), 게이트 구동회로(30), 타이밍 콘트롤러(40), 터치여부 감지회로(50)와, 구동전압 공급회로(60)등이 실장된다.

한편, 신호 전달부(18)는 도 11에 도시된 바와 같이 FPC와는 별도로 투명 도전막(12)과 PCB를 전기적으로 직접 연결하는 가요성 배선필름(18)으로 구현될 수도 있다.

데이터 구동회로(20)는 타이밍 콘트롤러(40)로부터의 데이터 제어신호(DDC)에 응답하여 디지털 비디오 데이터(R,G,B)를 감마기준전압 발생부(미도시)로부터의 감마기준전압들(GMA)을 기반하여 아날로그 감마보상전압으로 변환하고, 그 아날로그 감마보상전압을 데이터전압으로써 액정표시패널(10)의 데이터라인들(D1 내지 Dm)에 공급한다.

게이트 구동회로(30)는 타이밍 콘트롤러(40)로부터의 게이트 제어신호(GDC)에 응답하여 스캔펄스를 발생하고 그 스캔펄스를 게이트라인들(G1 내지 Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터전압이 공급되는 액정표시패널(10)의 수평라인을 선택한다.

타이밍 콘트롤러(40)는 시스템(90)으로부터의 디지털 비디오 데이터(R,G,B)를 액정표시패널(10)에 맞게 재정렬하여 데이터 구동회로(20)에 공급한다. 그리고, 타이밍 콘트롤러(40)는 시스템(90)으로부터의 타이밍 제어신호들(Vsync, Hsync, DCLK, DE)을 이용하여 데이터 구동회로(20)를 제어하기 위한 데이터 제어신 호(DDC)와, 게이트 구동회로(30)를 제어하기 위한 게이트 제어신호(GDC)와, 리드아웃 집적회로(80)를 제어하기 위한 리드아웃 제어신호(RDC)를 생성한다.

터치여부 감지회로(50)는 표면 전하량 변화를 센싱하여 손가락의 터치 여부에 따른 터치여부 감지신호를 발생한다. 이를 위해, 터치여부 감지회로(50)는 도 12와 같이 전하량 센싱부(52), QV 변환부(54), AD 변환부(56), 및 터치여부 감지신호 생성부(58)를 구비한다.

전하량 센싱부(52)는 신호 전달부(18)와 접속되어 투명 도전막(12,12b) 또는 편광판의 도전층(AS)(이하 "투명 도전막(12)" 이라 함)의 표면 전하량(Q)을 센싱한다. 투명 도전막(12)의 표면 전하량(Q)은 상술한 바와 같이 손가락의 터치 여부에 따라 서로 다른 값을 갖는다. 예컨대, 투명 도전막(12)의 표면 전하량(Q)은 손가락 터치시에는 제1 전하량(Q1) 값을 갖고, 손가락 미 터치시에는 제2 전하량(Q2) 값을 갖는다.

QV 변환부(54)는 전하량 센싱부(52)로부터의 표면 전하량(Q)인 제1 또는 제2 전하량(Q1/Q2) 값을 각각 아날로그 전압값으로 변환한다. 그리고, AD 변환부(56)는 QV 변환부(54)로부터의 아날로그 전압값을 디지털 전압값으로 변환한다.

터치여부 감지신호 생성부(58)는 AD 변환부(56)로부터의 디지털 전압값에 근거하여 터치여부 감지신호(TS)를 생성한다. 터치여부 감지신호(TS)는 제1 전하량(Q1)의 디지털 전압값이 인가되는 기간에는 터치 온(Touch-On) 신호로 발생되고, 제2 전하량(Q2)의 디지털 전압값이 인가되는 기간에는 터치 오프(Touch-Off) 신호로 발생된다. 여기서, 터치여부 감지신호(TS)는 0 V ~ 3.3 V 에서 스윙되는 TTL(Transistor Transistor Logic) 레벨의 신호이다.

구동전압 공급회로(60)는 도 13에 도시된 바와 같이 레벨 쉬프터(62)를 구비한다. 이러한 레벨 쉬프터(62)를 이용하여, 구동전압 공급회로(60)는 TTL 레벨의 터치여부 감지신호(TS)를 화소(P)내의 터치 센서 회로(P2)의 구동에 맞게 레벨 쉬프팅하고, 이 레벨 쉬프팅 결과 고전위(VH)와 저전위(Vl) 사이에서 스윙되는 구동전압(Vdrv)을 발생하여 구동전압 공급라인들(VL1 내지 VLn) 중 제1 공급라인들(VL1a 내지 VLna)에 공급한다. 여기서, 터치 온(Touch-On) 신호에 대응하여 구동전압(Vdrv)이 고전위(VH)로 발생되는 기간 동안 터치 센서 회로(P2)는 광센싱 동작을 수행하고, 터치 오프(Touch-Off) 신호에 대응하여 구동전압(Vdrv)이 저전위(VL)로 발생되는 기간 동안 터치 센서 회로(P2)는 광센싱 동작을 중지한다. 또한, 도시하지는 않았지만 구동전압 공급회로(60)는 바이어스 전압을 발생하여 구동전압 공급라인들(VL1 내지 VLn) 중 제2 공급라인들(VL1b 내지 VLnb)에 공급한다.

백라이트 유닛(70)은 액정표시패널(10)의 배면에서 액정표시패널(116)과 중첩되게 설치되는 다수의 램프들을 구비한다. 백 라이트 유닛(70)에 사용되는 램프는 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent; CCFL), 외부전극형광램프(External Electrode Flouscent; EEFL), 열음극형광램프(Heat Cathode Fluorescent; HCFL) 중 어느 하나일 수 있다. 램프들은 인버터(미도시)의 구동에 의해 액정표시패널(10)의 배면에 광을 조사한다. 한편, 백라이트 유닛(70)은 램프들 대신에 또는 램프들과 함께 다수의 발광다이오드들을 구비할 수도 있다.

리드아웃 집적회로(80)는 액정표시패널(10)의 리드아웃라인들(ROL1 내지 RLOm)에 각각 접속되는 다수의 회로들을 포함하며, 리드아웃라인들(ROL1 내지 RLOm)로부터의 광감지신호를 디지털신호로 변환하여 시스템(90)에 공급한다. 시스템(90)은 터치 알고리즘을 통해 터치 인식 및 좌표 산출의 프로세서 과정을 수행하며, 이러한 수행 결과를 다시 액정표시패널(10)에 반영한다.

도 14는 도 4에 도시된 화소(P)의 등가 회로도이다.

도 14를 참조하면, 화소(P)는 j 번째 게이트라인(Gj)과 j 번째 데이터라인(Dj)의 교차부에 형성되는 화소 회로(P1)와, j 번째 제1 공급라인(VLja) 및 j 번째 제2 공급라인(VLjb)과 j 번째 리드아웃라인(ROLj)의 교차부에 형성되는 터치 센서 회로(P2)를 구비한다.

화소 회로(P1)는 액정셀(Clc)과, 게이트라인(Gj)과 데이터라인(Dj)의 교차 영역에 형성되어 액정셀(Clc)을 구동하기 위한 화소 TFT(TFT1)와, 액정셀(Clc)의 충전전압을 한 프레임 동안 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Cst1)를 구비한다.

화소 TFT(TFT1)는 게이트라인(GLj)으로부터의 스캔펄스에 응답하여 데이터라인(DLj)을 통해 공급되는 데이터전압을 액정셀(Clc)의 화소전극에 공급한다. 이를 위하여 화소 TFT(TFT1)의 게이트전극은 게이트라인(GLj)에 접속되고, 소스전극은 데이터라인(DLj)에 접속되며, 드레인전극은 액정셀(Clc)의 화소전극에 접속된다. 액정셀(Clc)은 데이터전압과 공통전압(Vcom)의 전위차로 충전되며, 이 전위차로 형성되는 전계에 의해 액정분자들의 배열이 바뀌면서 투과되는 빛의 광량을 조절하거나 빛을 차단하게 된다. 스토리지 커패시터(Cst1)는 화소 TFT(TFT1)의 드레인전극과 제2 공급라인(VLjb) 사이에 접속된다.

터치 센서 회로(P2)는 구동전압(Vdrv)이 고전위(VH)로 유지되는 기간 동안 터치 지점에 대응되는지 여부에 따라 광전류(i)를 다르게 발생함과 아울러, 구동전압(Vdrv)이 저전위(VL)로 유지되는 기간 동안에는 광전류(i)를 발생하지 않는 센서 TFT(S-TFT)와, 광전류(i)에 의한 전하들을 저장하는 센서 커패시터(Cst2), 및 센서 커패시터(Cst2)에 저장되어 있는 전하들을 리드아웃라인(ROLj)으로 스위칭하는 스위치 TFT(TFT2)를 구비한다.

센서 TFT(S-TFT)의 게이트전극은 제2 공급라인(VLjb)에 접속되고, 소스전극은 제1 공급라인(VLja)에 접속되며, 드레인전극은 제1 노드(N1)에 접속된다. 센서 TFT(S-TFT)의 게이트전극에는 자신의 문턱전압 이하의 전압으로 설정된 바이어스전압(Vbias)이 공급되고, 센서 TFT(S-TFT)의 소스전극에는 손가락의 터치 여부에 따라 고전위(VH)와 저전위(VL) 사이에서 스윙되는 구동전압(Vdrv)이 공급된다. 센서 TFT(S-TFT)는 손가락의 터치에 대응하여 구동전압(Vdrv)이 고전위(VH)로 유지되는 기간 동안에만 광센싱 동작을 수행하여 센싱의 정확도를 높인다. 반면, 센서 TFT(S-TFT)는 손가락의 미 터치에 대응하여 구동전압(Vdrv)이 저전위(VL)로 유지되는 기간 동안에는 광센싱 동작을 중지하여 계속적인 센싱 동작에 따른 TFT의 열화를 방지한다. 이러한 센서 TFT(S-TFT)는 화소 TFT(TFT1) 및 스위치 TFT(TFT2)와는 달리 상부기판의 블랙 매트릭스에 의해 가려지지 않기 때문에 외부로부터 입사되는 광에 반응하여 구동전압(Vdrv)이 고전위(VH)로 유지되는 기간 동안 광전류(i)를 발생하되, 자신이 터치 지점에 대응되는지 여부에 따라 다른 크기의 광전류(i)를 발생한다. 다시 말해, 센서 TFT(S-TFT)는 백라이트보다 어두운 조도 환경(실내 환 경)에서는 터치 지점에 대응되지 않을 때에 비해 터치 지점에 대응될 때에 큰 광전류(i)를 발생하는 반면, 백라이트보다 밝은 조도 환경(실외 환경)에서는 터치 지점에 대응되지 않을 때에 비해 터치 지점에 대응될 때에 작은 광전류(i)를 발생한다.

광전류(i)에 의한 전하들은 제1 노드(N1)와 제2 공급라인(VLjb) 사이에 접속된 센서 커패시터(Cst2)에 저장된다. 제1 노드의 전압(VN1)은 센서 커패시터(Cst2)에 저장되는 전하들에 의해, 스위치 TFT(TFT2)가 턴 온 될 때까지 점점 증가하게 된다. 제1 노드의 전압(VN1)은 구동전압(Vdrv)이 고전위(VH)로 유지되는 기간 동안 터치 지점에 대응되는지 여부에 따라 다른 크기를 갖는다. 다시 말해, 제1 노드의 전압(VN1)은 백라이트보다 어두운 조도 환경(실내 환경)에서는 터치 지점에 대응되지 않을 때에 비해 터치 지점에 대응될 때가 더 큰 값을 갖고, 백라이트보다 밝은 조도 환경(실외 환경)에서는 터치 지점에 대응되지 않을 때에 비해 터치 지점에 대응될 때가 더 작은 값을 갖는다. 한편, 제1 노드의 전압(VN1)은 구동전압(Vdrv)이 저전위(VL)로 유지되는 기간 동안에는 초기값으로 유지된다.

스위치 TFT(TFT2)의 게이트전극은 j-1 번째 게이트라인(Gj-1)에 접속되고, 소스전극은 제1 노드(N1)에 접속되며, 드레인전극은 리드아웃라인(ROLj)에 접속된다. 스위치 TFT(TFT2)는 j-1 번째 게이트라인(Gj-1)에 공급되는 스캔펄스(SPj-1)에 응답하여 턴 온 됨으로써 제1 노드전압(VN1)을 광감지신호로써 리드아웃라인(ROLj)으로 출력한다.

도 15는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 회로(P2)들의 접속 구조를 보여주는 도면이고, 도 16은 도 15의 터치 센서 회로(P2)들에 인가되는 구동전압(Vdrv) 의 파형도이다.

도 15 및 도 16을 참조하면, 터치 센서 회로들(P2)은 제1 공급라인들(VL1a 내지 VLna)에 공통으로 접속되어 구동전압 공급회로(60)에서 발생된 구동전압(Vdrv)을 공통으로 공급받는다. 구동전압(Vdrv)은 터치여부 감지신호(TS)의 터치 온(Touch-On) 기간에 대응하여 고전위(VH)로 발생되는 반면, 터치여부 감지신호(TS)의 터치 오프(Touch-Off) 기간에 대응하여 저전위(VL)로 발생된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 터치여부 감지신호(TS)의 터치 온(Touch-On) 기간 동안에만 구동전압(Vdrv)을 고전위(VH)로 발생시키고, 이 고전위(VH) 구동전압(Vdrv)에 기반하여 터치 센서 회로들(P2)을 단속적으로 구동시킴으로써, 종래에 비해 센싱의 정확도를 크게 높일 수 있음은 물론이거니와 터치 센서 회로들(P2) 내의 센서 TFT(S-TFT) 들의 열화 정도를 크게 줄일 수 있게 된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

도 1은 액티브 매트릭스 타입의 액정표시장치의 등가회로도.

도 2는 터치 센서 회로의 동작 설명을 위한 도면.

도 3a 및 도 3b는 각각 미 터치시 및 터치시에 있어서의 터치 인식도.

도 4는 본 발명에 따른 액정표시장치를 나타내는 블럭도.

도 5는 등가 커패시터의 형성을 위한 일 예를 보여주는 도면.

도 6은 등가 커패시터의 형성을 위한 다른 예를 보여주는 도면.

도 7은 등가 커패시터의 형성을 위한 또 다른 예를 보여주는 도면.

도 8은 노이즈 제거를 위한 일 예를 보여주는 도면.

도 9는 노이즈 제거를 위한 다른 예를 보여주는 도면.

도 10은 신호 전달부의 일 예를 보여주는 도면.

도 11은 신호 전달부의 다른 예를 보여주는 도면.

도 12는 도 4에 도시된 터치여부 감지회로의 세부 구성도.

도 13은 도 4에 도시된 구동전압 공급회로의 세부 구성도.

도 14는 도 4에 도시된 화소의 등가 회로도.

도 15는 터치 센서 회로들의 접속 구조를 보여주는 도면.

도 16은 도 15의 터치 센서 회로들에 인가되는 구동전압의 파형도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 액정표시패널 12,12a,12b : 투명 도전막

14,24,34 : 상부 편광판 16 : 하부 편광판

18 : 신호 전달부 18a : 도전성 테이프

18b : 터치출력 패드 18c : 가요성 배선필름

20 : 데이터 구동회로 30 : 게이트 구동회로

40 : 타이밍 콘트롤러 50 : 터치여부 감지회로

52 : 전하량 센싱부 54 : QV 변환부

56 : AD 변환부 58 : 터치여부 감지신호 생성부

60 : 구동전압 공급회로 62 : 레벨 쉬프터

70 : 백라이트 유닛 80 : 리드아웃 집적회로

90 : 시스템

Claims

영상을 표시하는 화소어레이와 함께 수광양에 따라 터치위치를 감지하는 터치센서들이 형성된 액정표시패널;

상기 액정표시패널의 상부 기판상에 형성되고 그 일부가 기저전압원에 접속된 투명 도전막;

상기 투명도전막 상에 형성되는 편광판;

상기 편광판에 대한 터치 여부에 따른 상기 투명 도전막 표면의 전하량 변화에 기초하여 상기 터치센서들의 광센싱 동작에 필요한 구동전압을 단속적으로 발생하는 구동전압 공급회로; 및

상기 투명 도전막과 상기 구동전압 공급회로를 전기적으로 접속시키는 신호 전달부를 구비하고;

상기 신호 전달부는,

상기 액정표시패널의 하부 기판상에 형성된 터치출력 패드;

상기 투명 도전막과 상기 터치출력 패드의 일측을 전기적으로 연결하는 도전성 테이프;

상기 구동전압 공급회로가 실장된 인쇄회로보드; 및

상기 터치출력 패드의 타측과 상기 인쇄회로보드를 전기적으로 연결하는 가요성 배선필름을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
영상을 표시하는 화소어레이와 함께 수광양에 따라 터치위치를 감지하는 터치센서들이 형성된 액정표시패널;

상기 액정표시패널의 상부 기판상에 형성되고 그 일부가 기저전압원에 접속된 투명 도전막;

상기 투명도전막 상에 형성되는 편광판;

상기 편광판에 대한 터치 여부에 따른 상기 투명 도전막 표면의 전하량 변화에 기초하여 상기 터치센서들의 광센싱 동작에 필요한 구동전압을 단속적으로 발생하는 구동전압 공급회로; 및

상기 투명 도전막과 상기 구동전압 공급회로를 전기적으로 접속시키는 신호 전달부를 구비하고;

상기 편광판에 대한 손가락 터치에 의해, 상기 편광판을 유전체로 하여 상기 손가락과 상기 투명 도전막 사이에 등가 커패시터가 형성되며, 상기 투명 도전막의 표면 전하량은 상기 등가 커패시터의 영향에 의해 터치 전에 비해 다른 값을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 편광판은 도전층, 및 상기 도전층과 상기 상부 기판 사이에 형성된 유전층을 더 구비하고;

상기 편광판에 대한 손가락 터치에 의해, 상기 유전층을 유전체로 하여 상기 도전층과 상기 투명 도전막 사이에 등가 커패시터가 형성되며, 상기 투명 도전막의 표면 전하량은 상기 등가 커패시터의 영향에 의해 터치 전에 비해 다른 값을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 2 항에 있어서,

상기 신호 전달부는,

상기 액정표시패널의 하부 기판상에 형성된 터치출력 패드;

상기 투명 도전막과 상기 터치출력 패드의 일측을 전기적으로 연결하는 도전성 테이프;

상기 구동전압 공급회로가 실장된 인쇄회로보드; 및

상기 터치출력 패드의 타측과 상기 인쇄회로보드를 전기적으로 연결하는 가요성 배선필름을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 2 항에 있어서,

상기 신호 전달부는,

상기 구동전압 공급회로가 실장된 인쇄회로보드; 및

상기 투명 도전막과 상기 인쇄회로보드를 전기적으로 연결하는 가요성 배선필름을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
영상을 표시하는 화소어레이와 함께 수광양에 따라 터치위치를 감지하는 터치센서들이 형성된 액정표시패널;

상기 액정표시패널의 상부 기판상에 형성되고 기저전압원에 접속된 제1 투명 도전막;

상기 제1 투명도전막 상에 형성되는 편광판;

상기 편광판을 사이에 두고 상기 제1 투명 도전막과 대향하고 외부에 노출되도록 상기 편광판 상에 형성되는 제2 투명 도전막;

상기 제2 투명 도전막에 대한 터치 여부에 따른 상기 제2 투명 도전막 표면의 전하량 변화에 기초하여 상기 터치센서들의 광센싱 동작에 필요한 구동전압을 단속적으로 발생하는 구동전압 공급회로; 및

상기 제2 투명 도전막과 상기 구동전압 공급회로를 전기적으로 접속시키는 신호 전달부를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 6 항에 있어서,

상기 제2 투명 도전막에 대한 손가락 터치에 의해, 상기 편광판을 유전체로 하여 상기 제1 및 제2 투명 도전막 사이에 등가 커패시터가 형성되며, 상기 제2 투명 도전막의 표면 전하량은 상기 등가 커패시터의 영향에 의해 터치 전에 비해 다른 값을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 6 항에 있어서,

상기 신호 전달부는,

상기 액정표시패널의 하부 기판상에 형성된 터치출력 패드;

상기 제2 투명 도전막과 상기 터치출력 패드의 일측을 전기적으로 연결하는 도전성 테이프;

상기 구동전압 공급회로가 실장된 인쇄회로보드; 및

상기 터치출력 패드의 타측과 상기 인쇄회로보드를 전기적으로 연결하는 가요성 배선필름을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 6 항에 있어서,

상기 신호 전달부는,

상기 구동전압 공급회로가 실장된 인쇄회로보드; 및

상기 제2 투명 도전막과 상기 인쇄회로보드를 전기적으로 연결하는 가요성 배선필름을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
영상을 표시하는 화소어레이와 함께 수광양에 따라 터치위치를 감지하는 터치센서들이 형성된 액정표시패널;

상기 액정표시패널의 상부 기판 상에 형성되고 내부에 도전층을 가지는 편광판;

상기 편광판에 대한 터치 여부에 따른 상기 도전층 표면의 전하량 변화에 기초하여 상기 터치센서들의 광센싱 동작에 필요한 구동전압을 단속적으로 발생하는 구동전압 공급회로; 및

상기 편광판의 도전층과 상기 구동전압 공급회로를 전기적으로 접속시키는 신호 전달부를 구비하고;

상기 신호 전달부는,

상기 액정표시패널의 하부 기판상에 형성된 터치출력 패드;

상기 도전층과 상기 터치출력 패드의 일측을 전기적으로 연결하는 도전성 테이프;

상기 구동전압 공급회로가 실장된 인쇄회로보드; 및

상기 터치출력 패드의 타측과 상기 인쇄회로보드를 전기적으로 연결하는 가요성 배선필름을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 10 항에 있어서,

상기 편광판에 대한 손가락 터치에 의해, 상기 편광판의 상기 도전층 상에 형성된 유전층을 유전체로 하여 상기 손가락과 상기 도전층 사이에 등가 커패시터가 형성되며, 상기 도전층의 표면 전하량은 상기 등가 커패시터의 영향에 의해 터치 전에 비해 다른 값을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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