KR101502371B1 - 액정 표시 장치 및 이의 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광감지 방식에 의해 터치 부위를 검출하는 터치 센서부의 구성을 간략히 하는 것으로, 터치 센서부의 수명을 연장하고 외부 신호에 의한 영향을 최소화한 액정 표시 장치 및 이의 구동 방법에 관한 것으로, 본 발명의 액정 표시 장치는, 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 복수개의 게이트 라인 및 데이터 라인과, 상기 각 화소 영역들에 각 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에 형성된 픽셀 트랜지스터와, 상기 각 화소 영역들에 형성된 화소 전극과, 상기 데이터 라인에 평행하게 형성된 복수개의 리드 아웃 라인과, 상기 게이트 라인에 평행하게 형성된 복수개의 구동 전압 라인과, 상기 구동 전압 라인과, 상기 리드 아웃 라인 사이의 교차부에 정의된 센싱 트랜지스터와, 상기 리드 아웃 라인와 연결되어, 상기 센싱 트랜지스터에서 출력된 신호를 검출하는 리드 아웃 집적 회로와, 상기 구동 전압 라인에 구동 전압 신호를 공급하는 구동 전압 공급 회로 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
터치 센서, 센싱 트랜지스터, 센싱 캐패시터, 리드 아웃 라인, 터치 패널

Description

액정 표시 장치 및 이의 구동 방법{Liquid Crystal Display Device and Method for Driving the Same}
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로 특히, 광감지 방식에 의해 터치 부위를 검출하는 터치 센서부의 구성을 간략히 하는 것으로, 터치 센서부의 수명을 연장하고 외부 신호에 의한 영향을 최소화한 액정 표시 장치 및 이의 구동 방법에 관한 것이다.
최근, 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 전기적 정보신호를 시각적으로 표현하는 디스플레이(display)분야가 급속도로 발전해 왔고, 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) 등을 들 수 있는데, 이들은 공통적으로 화상 을 구현하는 평판 표시패널을 필수적인 구성요소로 하는 바, 평판 표시패널은 고유의 발광 또는 편광물질층을 사이에 두고 한 쌍의 투명 절연기판을 대면 합착시킨 구성을 갖는다.
이중 액정 표시장치는 전계를 이용하여 액정의 광 투과율을 조절함으로써 화상을 표시하게 된다. 이를 위하여, 화상 표시장치는 액정셀을 가지는 표시패널과, 표시패널에 광을 조사하는 백 라이트 유닛 및 액정셀을 구동하기 위한 구동회로를 포함하여 구성된다.
표시패널은 복수의 게이트 라인과 복수의 데이터 라인이 교차하여 복수의 단위 화소영역이 정의 되도록 형성된다. 이때, 각 화소영역에는 서로 대향하는 박막 트랜지스터 어레이 기판과 컬러필터 어레이 기판과, 두 기판 사이에 일정한 셀갭 유지를 위해 위치하는 스페이서와, 그 셀갭에 채워진 액정을 구비한다.
박막 트랜지스터 어레이 기판은 게이트 라인들 및 데이터 라인들과, 그 게이트 라인들과 데이터 라인들의 교차부마다 스위치소자로 형성된 박막 트랜지스터와, 액정셀 단위로 형성되어 박막 트랜지스터에 접속된 화소 전극 등과, 그들 위에 도포된 배향막으로 구성된다. 게이트 라인들과 데이터 라인들은 각각의 패드부를 통해 구동회로들로부터 신호를 공급받는다.
여기서, 박막 트랜지스터는 게이트 라인에 공급되는 스캔신호에 응답하여 데이터 라인에 공급되는 화소 전압신호를 화소 전극에 공급한다.
그리고, 컬러필터 어레이 기판은 액정셀 단위로 형성된 컬러필터들과, 컬러필터들간의 구분 및 외부광 반사를 위한 블랙 매트릭스와, 액정셀들에 공통적으로 기준전압을 공급하는 공통 전극 등과, 그들 위에 도포되는 배향막으로 구성된다.
이렇게 별도로 제작된 박막 트랜지스터 기판과 컬러필터 어레이 기판을 정렬한 후 서로 대향 합착한 다음 액정을 주입하고 봉입함으로써 완성하게 된다.
이와 같이 형성된 액정 표시장치는 최근 들어 광센서를 표시패널 내부에 형성하여 외부광의 밝기에 따라 백라이트 유닛을 제어하고, 표시패널의 외부에 부착함으로써 부피가 증가하게 했었던 터치 패널을 표시패널의 내부에 형성하려는 노력이 증가하고 있다.
이하에서는 터치 패널 기능을 갖는 터치 센서를 표시 패널 내에 형성한 예에 대하여 설명한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 액정 표시 장치를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 액정 표시 장치에 있어서, 터치 센서부 및 이에 연결된 검출 회로를 나타낸 개략 회로도이다.
도 1과 같이, 최근 액정 표시 장치는, 앞서 서술한 부착형 터치 패널의 상술한 문제점을 해결하기 위하여, 터치 스크린 패널 대신에, 센싱 트랜지스터(Tsensor)(11)를 포함하는 터치 센서부를 액정표시장치의 액정셀 내부에 형성하는 터치 패널 인 셀(Touch Panel In-Cell) 방식으로 형성되어 있다.
상기 터치 센서부는 외부로부터 입사되는 광량 변화에 따라 광전류(i)를 다르게 발생하는 센싱 트랜지스터(Tsensor)(11), 광전류(i)에 의한 전하들을 저장하는 센싱 캐패시터(Cs)(12), 및 센싱 캐패시터(Cs)(12)에 저장된 전하들의 출력을 스위칭하는 스위칭 트랜지스터(Tswitch)(13)를 포함한다.
상기 센싱 트랜지스터(Tsensor)(11)의 게이트전극에는 스토리지 라인(Vsto)(23)에 연결되어, 자신의 문턱전압 이하의 전압으로 설정된 바이어스 전압이 공급된다.
상기 터치 센서부는, 백라이트보다 어두운 조도 환경(실내 환경)에서는 터치된 부분에 대응되는 센싱 트랜지스터(Tsensor)(11)의 광전류가 터치되지 않은 부분에 대응되는 센싱 트랜지스터(Tsensor)(11)의 광전류에 비해 큰 반면, 백라이트보다 밝은 조도 환경(실외 환경)에서는 터치된 부분에 대응되는 센싱 트랜지스터(11)의 광전류가 터치되지 않은 부분에 대응되는 센싱 트랜지스터(11)의 광전류에 비해 작은 것을 이용하여, 터치 또는 미 터치된 부분에서의 광감지신호를 서로 다르게 발생한다. 액정표시장치는 이 터치 센서부의 광감지신호에 기반하여 사용자의 손가락 등의 접촉 위치정보를 알아낼 수 있게 된다.
상기 스위칭 트랜지스터(Tswitch)(13)측의 게이트 전극은 인접한 게이트 라인(21)과 연결되어, 상기 게이트 라인(21)에 스캔 신호가 인가될 때, 상기 광 전류(i)를 상기 스위칭 트랜지스터(Tswtch)(13)으로 전달한다.
그리고, 상기 스위칭 트랜지스터(Tswitch)(13)의 소오스 전극이 상기 센싱 캐패시터(Cs)(12)에 연결되고 드레인 전극이 리드 아웃 라인(RO)에 연결되어 있어, 상기 센싱된 광전류는 상기 리드 아웃 라인(RO)을 통해 구동 회로측에 연결된다.
여기서, 상기 구동 회로는 상기 리드 아웃 라인(RO)을 통해 센싱된 광전류를 OP-amp(25)에 의해 증폭하여 검출하는 것으로, 각각 (-) 입력 단자에 리드 아웃 라 인이 연결되고, (+) 입력 단자에 기준 전압(Vref)이 인가된다. 또한, 출력 단자에서는 출력된 전압(Vout)은 센싱된 전압 값의 증폭한 값이다. 여기서, 상기 (-) 입력 단자와 상기 출력 단자의 사이에는 리셋 스위치(Reset)가 구비되고, 이와 병렬로, 피드백 캐패시터(Cfb)가 형성되어 있다.
이러한 구조에서, 터치 센서부의 동작은 다음과 같다.
센서 동작은 1 프레임(frame) 시간동안, 센싱 트랜지스터(Tsensor)(11)에 흐르는 광 전류(i)가 센싱 캐패시터(Cs)(12)에 충전되고, 상기 게이트 라인(21)에 하이 신호(high)가 인가되었을 때, 충전된 전하가 리드아웃 라인(RO)으로 전달되어 출력 전압(Vout)이 나타나게 된다. 즉, 센싱 트랜지스터(Tsensor)(11)이 쉬는 시간없이 지속적으로 구동하고, 단지 일정 시간에 한번씩 상기 스위칭 트랜지스터(Tswitch)(13)을 통해 터치 센서부를 온(on)시켜, 전류 또는 전하가 외부로 전달된다.
따라서, 센싱 트랜지스터(Tsensor)(11)에 흐르는 전류는 구동 전압(Vdrv)과 스토리지 전압(Vsto) 차에 따라 달라지기는 하지만, 계속적으로 흐르게 된다. 또한, 센싱 트랜지스터(Tsensor)(11)의 게이트(gate), 소오스(source), 드레인(drain)에는 서로 다른 전압이 인가되기 때문에, 바이어스 스트레스(bias stress) 를 받게 된다.
또한, 상기 터치 센서부에는 각각 센싱 트랜지스터(Tsensor)(11), 센싱 캐패시터(Cs)(12) 및 스위칭 트랜지스터(Tswitch)(13)을 구비하여 하는데, 이들 터치 센서부는 화소 영역의 개구율을 감소시키는 주요 원인이 된다.
상기와 같은 종래의 터치 센서부를 포함하는 액정 표시 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 터치 감지나 주변 밝기 감지를 위해 표시 패널 내에 포토 센서를 형성하는 경우가 많다. 이 경우, 아몰퍼스 실리콘(amorphous silicon)이나 폴리 실리콘(poly silicon)으로 만들어지는 소자가 오랜 기간동안 빛에 노출되어 동작할 경우, 특성이 열화되어 더 이상 정상 동작을 하지 못하는 경우가 발생한다.
둘째, 터치 센서부를 이루는 소자 중 하나인, 센싱 트랜지스터(Tsensor)의 게이트(gate), 소오스(source), 드레인(drain)에는 서로 다른 전압이 인가되기 때문에, 바이어스 스트레스(bias stress) 를 받게 된다.
셋째, 상기 터치 센서부에는 화소 영역 내에 형성되고, 각 터치 센서부는, 각각 센싱 트랜지스터(Tsensor), 센싱 캐패시터(Cs) 및 스위칭 트랜지스터(Tswitch)을 구비하여 하는데, 따라서 터치 센서부의 구비는 화소 영역의 개구율을 감소시키는 주요 원인이 된다.
넷째, 터치 감지를 위해 센서를 내장할 경우, 터치 센서부와 이를 구동하기 위한 필요한 구동부를 같이 형성하여야 하는데, 이러한 구동부의 부피가 커지게 되면, 디스플레이의 투과율 감소에 큰 영향을 끼치게 된다.
다섯째, 디스플레이 내에는 여러가지 신호 라인들이 형성되어 있는데, 이러한 라인들에 흐르는 신호와 터치 센서부간의 크로스토크(cross-talk)를 발생하게 된다.
이와 같이, 종래의 터치 센서부가 각 화소내에 적어도 세 개의 소자, 즉, 2개의 트랜지스터와 캐패시터로 이루어지기 때문에, 연유된 것으로, 이러한 터치 센서부의 크기 및 구성 소자를 줄이기 위한 요구가 제기된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 광감지 방식에 의해 터치 부위를 검출하는 터치 센서부의 구성을 간략히 하는 것으로, 터치 센서부의 수명을 연장하고 외부 신호에 의한 영향을 최소화한 액정 표시 장치 및 이의 구동 방법을 제공하는 데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치는, 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 복수개의 게이트 라인 및 데이터 라인과, 상기 각 화소 영역들에 각 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에 형성된 픽셀 트랜지스터와, 상기 각 화소 영역들에 형성된 화소 전극과, 상기 데이터 라인에 평행하게 형성된 복수개의 리드 아웃 라인과, 상기 게이트 라인에 평행하게 형성된 복수개의 구동 전압 라인과, 상기 구동 전압 라인과, 상기 리드 아웃 라인 사이의 교차부에 정의된 센싱 트랜지스터와, 상기 리드 아웃 라인와 연결되어, 상기 센싱 트랜지스터에서 출력된 신호를 검출하는 리드 아웃 집적 회로와, 상기 구동 전압 라인에 구동 전압 신호를 공급하는 구동 전압 공급 회로 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 이루어지는 것에 그 특징이 있다.
상기 센싱 트랜지스터는, 각각 인접한 구동 전압 라인에 드레인 전극이 연결되고, 상기 게이트 전극과 소오스 전극이 서로 접속되어 인접한 리드 아웃 라인에 연결되어 이루어질 수 있다.
혹은 상기 센싱 트랜지스터는, 각각 인접한 구동 전압 라인에 드레인 전극이 연결되고, 각 게이트 전극이 연결되어 하나의 게이트 신호가 인가되고, 각각 소오스 전극이 인접한 리드 아웃 라인에 연결되어 이루어질 수 있다.
이러한 센싱 트랜지스터는, 구동 전압 공급 회로에서, 상기 복수개의 구동 전압 라인에 순서대로 일정 시간차를 가지며 펄스 형태의 전압 신호를 인가한다.
상기 구동 전압 공급 회로는 상기 제 1 기판에 내장형으로 형성될 수 있다. 상기 구동 전압 공급 회로는, 저전위 레벨과 고전위 레벨 신호을 공급하며, 상기 고전위 레벨이 펄스 구간에 발생하게 된다.
이러한 상기 구동 전압 공급 회로는 레벨 쉬프터를 포함하여 이루어진다.
또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치의 구동 방법은, 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 복수개의 게이트 라인 및 데이터 라인과, 상기 데이터 라인에 평행하게 형성된 복수개의 리드 아웃 라인과, 상기 게이트 라인에 평행하게 형성된 복수개의 구동 전압 라인과, 상기 구동 전압 라인과, 상기 리드 아웃 라인 사이의 교차부에 정의된 센싱 트랜지스터와, 상기 리드 아웃 라인와 연결되어, 상기 센싱 트랜지스터에서 출력된 신호를 검출하는 리드 아웃 집적 회로와, 상기 구동 전압 라인에 구동 전압 신호를 공급하는 구동 전압 공급 회로를 포함하여 이루어진 액정 표시 장치의 구동 방법에 있어서, 상기 구동 전압 공급 회로에서, 상기 복수개의 구동 전압 라인에 대해 각각 일정한 저전위 레벨 신호를 공급하다가 순서대로 일정 시간차를 가지며 펄스 형태의 전압 신호를 인가하여 이루어지는 것에 또 다른 특징이 있다.
상기와 같은 본 발명의 액정 표시 장치 및 이의 구동 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 터치 센서부가 하나의 트랜지스터만 이루어지게 되어, 터치 센서부가 화소 영역 내에 차지하는 비중이 작게 되어 개구율 향상을 꾀할 수 있다.
둘째, 터치 센서부가 하나의 트랜지스터로 이루어지는 결과, 외부 신호에 의한 영향 정도가 줄게 되어, 센싱 감도가 향상될 수 있다.
셋째, 구동 전압의 펄스 신호 인가가 지속적으로 이루어지지 않고, 선택적으로 인가되어, 상기 터치 센서부를 이루는 트랜지스터의 아몰퍼스 실리콘(amorphous silicon)이나 폴리 실리콘(poly silicon) 성분의 열화되는 정도를 감소시켜 수명 향상을 꾀할 수 있다.
넷째, 결과적으로, 터치 센서부의 수명을 향상시킴에 의해, 액정 패널의 수명 향상을 기대할 수 있다.
이와 같이, 종래의 터치 센서부가 각 화소내에 적어도 세 개의 소자, 즉, 2개의 트랜지스터와 캐패시터로 이루어지기 때문에, 연유된 것으로, 이러한 터치 센서부의 크기 및 구성 소자를 줄이기 위한 요구가 제기된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 액정 표시 장치 및 이의 구동 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 액정 표시 장치에 있어서, 터치 센서부 및 이에 연결된 검출 회로를 나타낸 개략 회로도이다.
본 발명의 액정 표시 장치에 있어서, 터치 센서부는, 터치 센싱을 위한 하나의 센싱 트랜지스터로만 이루어지는 것으로, 이에 신호 인가 및 그 구성에 의해, 별도의 소자 구성을 필요치 않고 이루어질 수 있다.
즉, 도 2와 같이, 본 발명의 터치 센서부는, 드레인 전극에 구동 전압 라인으로부터 구동 전압 신호(Signal #1,...)가 인가되고 게이트 전극과 소오스 전극이 연결되어 이루어지는 센싱 트랜지스터(Tsensor)(111)로 구성된다.
여기서, 상기 센싱 트랜지스터(111)의 게이트 전극과 소오스 전극이 접속단이 광전류를 전달하는 리드 아웃 라인(RO)에 연결되고, 상기 리드 아웃 라인(RO)는 상기 광전류를 증폭하여 얻는 리드 아웃 집적 회로(200)와 연결된다.
이러한 터치 센서부에서는 신호 인가가 상기 상기 구동 전압 신호(Singal #1)만 이루어지게 되어, 상대적으로, 상기 센싱 트랜지스터(111)의 관점에서, 부담을 줄일 수 있다.
상기 리드아웃 집적회로(200)는 상기 리드 아웃 라인(RO)에 접속되는 반전단자(-)와 기준 전압(Vref)이 공급되는 비반전단자(+)를 갖는 오피 앰프(210)와, 오피 앰프(210)의 반전 입력 노드(A)와 출력 노드(B) 사이에 접속되는 커패시터(Cfb)(222)와, 오피 앰프(210)의 반전 입력 노드(A)와 출력 노드(B) 사이에서 커 패시터(Cfb)와 병렬로 접속되는 리셋 스위치(Reset)(221)를 구비한다.
상기 리셋 스위치(Reset)(221)가 턴 온 상태로 유지되는 기간 동안, 오피 앰프(210)는 버퍼로 작용하여 비반전 단자(+)에 공급되는 기준 전압(Vref)을 출력 노드(B)로 출력한다. 상기 기준 전압(Vref)은 리셋 스위치(Reset)(221)가 턴 오프 상태로 반전되는 기간 동안에는 커패시터(Cfb)(222)에 저장된 후 상기 출력 노드(B)로 출력된다. 여기서, 기준 전압(Vref)의 크기는 초기값과 동일하게 설정됨이 바람직하다.
이어서, 상기 구동 전압 라인에 스캔 펄스의 공급과 동기되어 센싱 트랜지스터(111)의 게이트 전극 및 소오스 전극의 접속단에서의 전압인, 리드아웃라인(RO)과 입력 노드(A)를 경유하여 상기 커패시터(Cfb)에 저장된다. 상기 센싱 트랜지스터(111)의 게이트 전극 및 소오스 전극의 접속단의 전압은 상기, 상기 리셋 스위치(Reset)(221)가 턴 오프 상태에서, 상기 출력 노드(B)로 출력된다.
상기 출력 노드(B)의 전압 값은, 상기 센싱 트랜지스터(111)의 게이트 전극 및 소오스 전극의 접속단의 전압에 의존하는 값으로써 터치 센서 회로(P2)에 공급되는 구동전압의 전위 레벨에 따라 그 값이 달라진다. 즉, 구동전압(Vsignal)이 저전위로 공급되는 경우, 상기 출력 노드(B)의 전압 값은 기준 전압(Vref)과 동일하다. 반면에, 상기 구동전압(Vsignal)이 고전위 레벨(Vds+Vref)로 공급되는 경우, 상기 출력 노드(B)의 전압 값은, 상기 센싱 트랜지스터(Tsensor)(111)의 광센싱 동작에 의해 상기 기준 전압(Vref) 값과 다른 값으로 출력된다.
본 발명에 따른 액정표시장치는 상기 기준 전압(Vref) 값과, 구동 전 압(Vsignal)의 고전위 레벨(Vds+Vref) 인가시의 출력전압들을 비교하여 차 값을 산출하고, 이 차 값을 도시하지 않은 아날로그-디지털 변환기를 통해 디지털 신호로 변환하여 시스템(미도시)에 공급한다.
한편, 시스템은 입력되는 디지털 신호를 터치 알고리즘에 적용하여 터치 인식 및 좌표 산출의 프로세서 과정을 수행하고 그 수행 결과를 다시 액정표시패널에 반영함으로써, 현재 터치되고 있는 지점의 정확한 위치를 파악하여 다양한 어플리케이션에 적용할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 액정 표시 장치의 가능한 실시예에 대하여 살펴본다.
*제 1 실시예*
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 터치 센서 관련 회로를 상세히 나타낸 회로도이며, 도 4는 도 3의 타이밍도이고, 도 5는 본 발명의 액정 표시 장치의 일 화소를 나타낸 회로도이다.
도 3 및 도 5와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 서로 대향된 제 1 기판(미도시) 및 제 2 기판(미도시)과, 상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 복수개의 게이트 라인(101)(GL) 및 데이터 라인(102)(DL)과, 상기 각 화소 영역들에 각 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에 형성된 픽셀 트랜지스터(Tpixel)(131)와, 상기 각 화소 영역들에 형성된 화소 전극(103)과, 상기 데이터 라인(102(DL)에 평행하게 형성된 복수개의 리드 아웃 라인(116)(RO)과, 상기 게이트 라인(101)(GL)에 평행하게 형성된 복수개의 구동 전압 라인(121)과, 상기 구동 전압 라인(121)과, 상기 리드 아웃 라인(116)(RO) 사이의 교차부에 정의된 센싱 트랜지스터(Ts)(111)와, 상기 리드 아웃 라인(116)와 연결되어, 상기 센싱 트랜지스터(111)(Ts)에서 출력된 신호를 검출하는 리드 아웃 집적 회로(116)(RO)와, 상기 구동 전압 라인(121)에 구동 전압 신호(Vsignal)를 공급하는 구동 전압 공급 회로(150) 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층(미도시)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 리드 아웃 라인(116) 및 상기 구동 전압 라인(121)은 각각 매 데이터 라인(102)(DL)마다, 매 게이트 라인(101)(GL)마다 형성될 수도 있지만, 손가락 평균적인 접촉 면적을 고려하여, 그 접촉 면적안에 적어도 하나의 센싱 트랜지스터(111)(Ts)에 위치하도록 구성하는 것이 구성의 간략화나 비용절감 측면에서 바람직하다.
한편, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 터치 센싱 기능을 하는, 상기 센싱 트랜지스터(111)(Ts)는, 각각 인접한 구동 전압 라인(121)에 드레인 전극이 연결되고, 상기 게이트 전극과 소오스 전극이 서로 접속되어 인접한 리드 아웃 라인(116)(RO)에 연결되어 형성된다. 따라서, 상기 센싱 트랜지스터(111)(TS)에는 직접적으로 상기 구동 전압 라인(121)에 구동 전압 신호(Vsignal)만 인가하면 동작이 가능하다.
이러한 센싱 트랜지스터(111)(Ts)에 있어서, 상기 구동 전압 공급 회로(150)에서는, 상기 복수개의 구동 전압 라인(121, 122,...)에 차례대로 시간차를 가지며 펄스(pulse) 형태를 갖는 전압 신호를 인가한다. 상기 구동 전압 공급 회로(150)에서는, 저전위 레벨과 고전위 레벨 신호을 공급하며, 상기 고전위 레벨이 펄스 구간에 발생하게 된다. 이 경우, 저전위 레벨에서 고전위 레벨로 상승하기 위해 레벨 쉬프터를 그 내부에 포함할 수 있다.
이러한 상기 구동 전압 공급 회로(150)는 상기 제 1 기판에 내장형으로 형성될 수도 있고, 경우에 따라 외장형으로 IC(Intergrated Circuit) 회로로 형성될 수 있다. 내장형으로 형성시에는 상기 제 1 기판의 박막 트랜지스터 및 센싱 트랜지스터를 형성하는 공정과 동일한 공정상에서 형성할 수 있어, 공정 단계 및 비용 절감 측면에서 바람직하다.
한편, 상기 터치 센서부의 동작을 타이밍도로 살펴보면 다음과 같다.
도 4와 같이, 제 1 내지 제 n 신호(Signal #1, #2,..., #n)은 펄스(pulse) 형태로 각각의 구동 전압 라인(121, 122,..., )인가되면서, 펄스 하이(pulse high) 구간은 시간차를 가지면서 순차적으로 나타나게 된다. 따라서, 리드 아웃 집적 회로(200)의 한 채널과 연결된 하나의 리드 아웃 라인(RO)과 여러개의 센싱 트랜지스터(Tsensor)(111)센서를 연결하여 액티브 어드레싱(active adressing)이 가능하게 된다.
상기 구동 전압 라인(121, 122,...)에 인가되는 제 1 내지 제 n 신호(Signal #1, #2,..., #n)의 펄스의 두 가지 레벨(level) 중 하나는 저전위 레벨로, 리드 아웃 집적 회로(200) 내의 오피 앰프(210)의 비반전 단자로 입력되는 기준 전압(Vref)과 동일하고, 나머지 레벨인 고전위 레벨은 실제 상기 센싱 트랜지스터(111)를 구동하고자 할 때, 구동 전압(Vds)에 상기 기준 전압(Vref) 값을 더한 값(Vds+Vref)을 가진다.
여기서, 상기 구동 전압 라인(121, 122,..)에 인가되는 신호의 레벨이 기준전압(Vref)일 경우, 센싱 트랜지스터(Tsensor)의 소오스, 게이트, 드레인의 전압은 모두 기준 전압(Vref) 값으로 동일하게 되어, 외부 빛의 밝기에 관계없이 전류가 흐르지 않고, 또한, 바이어스 스트레스(bias stress)를 받지 않는 상태로 센서 오프(sensor off) 구간이 된다.
그리고, 신호의 레벨이 펄스 하이(pulse high)인 Vds+Vref를 갖는 경우, 센싱 트랜지스터(Tsensor)(111)의 소오스, 드레인 사이에 Vds의 전압이 인가된 상태에서, 손가락의 터치에 의해 외부 빛의 밝기가 변화하면, 센싱 트랜지스터(Tsensor)(111)에서는 빛의 밝기에 따라 다르게 드레인 전류(drain current)가 흐르게 된다. 이 때가 센서 온(sensor on) 구간이다.
여기서는, 상기 구동 전압 라인(121, 122,...)으로 인가되는 상기 제 1 내지 제 n 신호(Signal #1, #2,..., #n)의 펄스 하이(pulse high) 구간의 폭(pulse width)을 변경함으로써, 센서 온/오프(sensor on/off) 구간을 조정할 수 있기 때문에, 센싱 트랜지스터(Tsensor)(111)의 바이어스(bias)에 의한 특성 변화를 줄일 수 있어, 신뢰성에 유리하다.
그리고, 센서 온 구간에서는, 제 1 내지 제 n 신호(Signal #1, #2,..., #n)이 Vds+Vref로 들어오는 동안 흐른 전류가 상기 캐패시터(Cfb)에 충전되었다가, 나중에 충전된 전하가 상기 오피 앰프(210)를 통해 적분되어 출력 전압(Vout)으로 나타난다.
상기 캐패시터(Cfb)에 충전되었던 전하는 상기 리셋 스위치(Reset)에 의해 출력 전압으로 변화되고 난 후에는 다시 리셋(reset)된다.
* 제 2 실시예 *
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 터치 센서 관련 회로를 상세히 나타낸 회로도이다.
도 6과 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 상술한 제 1 실시예와 비교하여, 센싱 트랜지스터(231)(Tsensor)의 연결 구성이 상이한 것을 제외하고는 동일 구성을 취한다.
즉, 상기 센싱 트랜지스터(231)(Tsensor)는, 각각 인접한 구동 전압 라인(241, 242,..., )에 드레인 전극이 연결되어, 각각 순차적으로 제 1신호(Signal #1), 제2 신호(Signal #2) 내지 제 N 신호(Signal #N)가 인가되고, 각 게이트 전극이 하나로 연결되어 하나의 게이트 신호(Sensor_gate)가 인가되고, 각각 소오스 전극이 인접한 리드 아웃 라인(RO)에 연결되어 이루어진다.
본 발명의 제 2 실시예에 따르면 각 센싱 트랜지스터(231)는 동시에 게이트 신호(Sensor_gate)가 인가되고, 상기 드레인 전극측에 구동 전압 라인(241,242,...,.)을 통해 제 1 내지 제 N 신호(Signal #1,..,Signal #N)을 인가하여 동작시킨다.
그 동작도 상술한 바와 동일하다.
즉, 도 4와 같이, 제 1 내지 제 n 신호(Signal #1, #2,..., #n)은 펄 스(pulse) 형태로 각각의 구동 전압 라인(241, 242,..., )인가되면서, 펄스 하이(pulse high) 구간은 시간차를 가지면서 순차적으로 나타나게 된다. 따라서, 리드 아웃 집적 회로(300)의 한 채널과 연결된 하나의 리드 아웃 라인(RO)과 여러개의 센싱 트랜지스터(Tsensor)(231)센서를 연결하여 액티브 어드레싱(active adressing)이 가능하게 된다.
상기 구동 전압 라인(241, 242,...)에 인가되는 제 1 내지 제 n 신호(Signal #1, #2,..., #n)의 펄스의 두 가지 레벨(level) 중 하나는 저전위 레벨은, 리드 아웃 집적 회로(300) 내의 오피 앰프(210)의 비반전 단자로 입력되는 기준 전압(Vref)과 동일하고, 나머지 레벨인 고전위 레벨은 실제 상기 센싱 트랜지스터(231)를 구동하고자 할 때, 구동 전압(Vds)에 상기 기준 전압(Vref) 값을 더한 값(Vds+Vref)을 가진다.
여기서, 상기 구동 전압 라인(241, 242,..)에 인가되는 신호의 레벨이 기준전압(Vref)일 경우, 센싱 트랜지스터(Tsensor)의 소오스, 게이트, 드레인의 전압은 모두 기준 전압(Vref) 값으로 동일하게 되어, 외부 빛의 밝기에 관계없이 전류가 흐르지 않고, 또한, 바이어스 스트레스(bias stress)를 받지 않는 상태로 센서 오프(sensor off) 구간이 된다.
그리고, 신호의 레벨이 펄스 하이(pulse high)인 Vds+Vref를 갖는 경우, 센싱 트랜지스터(Tsensor)(231)의 소오스, 드레인 사이에 Vds의 전압이 인가된 상태에서, 손가락의 터치에 의해 외부 빛의 밝기가 변화하면, 센싱 트랜지스터(Tsensor)(231)에서는 빛의 밝기에 따라 다르게 드레인 전류(drain current)가 흐르게 된다. 이 때가 센서 온(sensor on) 구간이다.
여기서는, 상기 구동 전압 라인(241, 242,...)으로 인가되는 상기 제 1 내지 제 n 신호(Signal #1, #2,..., #n)의 펄스 하이(pulse high) 구간의 폭(pulse width)을 변경함으로써, 센서 온/오프(sensor on/off) 구간을 조정할 수 있기 때문에, 센싱 트랜지스터(Tsensor)(231)의 바이어스(bias)에 의한 특성 변화를 줄일 수 있어, 신뢰성에 유리하다.
그리고, 센서 온 구간에서는, 제 1 내지 제 n 신호(Signal #1, #2,..., #n)이 Vds+Vref로 들어오는 동안 흐른 전류가 상기 캐패시터(Cfb)에 충전되었다가, 나중에 충전된 전하가 상기 오피 앰프(210)를 통해 적분되어 출력 전압(Vout)으로 나타난다.
상기 캐패시터(Cfb)에 충전되었던 전하는 상기 리셋 스위치(Reset)에 의해 출력 전압으로 변화되고 난 후에는 다시 리셋(reset)된다.
도 7은 본 발명의 액정 표시 장치에 있어서, 일예의 시뮬레이션도이다.
도 7에 대한 설명은, 상술한 도 5의 구조에 근거하여 설명한다. 이러한 전압 구동 결과는, 제 1 실시예나 제 2 실시예에서 모두 공통적으로 나타난다.
이하에서 설명하는, 각 레벨 전압은 오차범위 10V 이내 범위에서 조정 가능하다.
도 7과 같이, 각 게이트 라인에는 순차적으로 스캔 펄스가 공급된다. 여기서, 상기 스캔 펄스는 로우 레벨이 -7V이고, 하이 레벨이 20V에 상당하다.
그리고, 상기 게이트 라인과 인접한 구동 전압 라인에는 각각 로우 레벨을 2V로 하고, 하이 레벨을 13V로 하는 구동 전압(Vsignal#1)이 인가된다. 이 때, 상기 구동 전압(Vsignal #1)은 인접한 게이트 라인의 펄스 하이에 동기하여 펄스 구간을 가질 수도 있고, 경우에 따라 펄스 구간을 그보다 크거나 작게하여 조정할 수도 있다.
그리고, 기준 전압(Vref)은 2V로 시간 경과에 관계없이 동일한 값을 나타낸다.
데이터 전압(Vdata)는 적어도 게이트 하이 구간에는 영상 데이터 값이 인가되도록, 0V에서, 상기 게이트 온 타임 구간을 포함하는 구간에 하이 레벨로 인가된다.
또한, 상기 리셋 전압(Vreset)은 3V와 0V 사이에서 변환하는데, 3V 구간 리셋 스위치(Reset)를 턴온하는 구간, 0V 구간이 리셋 스위치(Reset)를 턴오프(turn-off) 하는 구간이 된다.
그리고, 상기 리셋 스위치(Reset)를 턴오프하며, 상기 리드 아웃 집적 회로에서 리드 아웃 라인을 통해 출력되는 전압 값(Vout)이, 기준 전압(Vref)에서, 상기 구동 전압 신호(Vsignal #1)이 하이 구간을 유지하는 때에 변화를 갖게 되며, 우측 그래프에서 상세히 살펴보면 알 수 있듯이, 빛의 세기에 따라 그 출력 값이 가변됨을 알 수 있다. 따라서, 리드 아웃 집적 회로에서는 해당 전압 값에 따라 전류 변화 값에 따른 터치 위치를 센싱할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 액정 표시 장치에 있어서, 상기 센싱 트랜지스터의 구동 전압을 인가하는 구동 전압 생성부를 구성한 예에 대해 구체적으로 살펴본다.
도 8은 본 발명의 액정 표시 장치에 있어서, 터치 센서부에 인가하는 전압을 발생하는 구동 전압 생성부를 나타낸 회로도이다.
도 8과 같이, 상기 구동 전압 생성부는, 일종의 레벨 쉬프터로, 게이트 하이 전압(VGH)과 게이트 로우 전압(VGL) 사이에 직렬로 제 1, 제 2 트랜지스터(401, 402)가 형성된 제 1 구동부(410)와, 기준 전압(Vref)과, 설정 전압(Vdrv) 사이에 직렬로 제 3, 제 4 트랜지스터(403, 404)가 형성된 제 2 구동부(420)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제 1 트랜지스터(401)은 소오스 전극과 게이트 전극이 접속되어 형성된다.
그리고, 상기 제 2, 제 4트랜지스터(402, 404)는 각각 동일한 게이트 전압(Vgate)가 인가되어 동시에 구동된다.
또한, 상기 제 1, 제 2 트랜지스터(401, 402) 사이에 접속단은 상기 제 3 트랜지스터(403)의 게이트 전극에 접속된다.
따라서, 상기 제 1, 제 2 트랜지스터(401, 402) 사이의 접속단의 전압 값이 상기 제 3 트랜지스터(403)의 턴온/턴 오프 여부를 결정하고, 이에 따라, 상기 제 3, 제 4 트랜지스터(403, 404) 사이의 접속단에서 출력 전압 (Vout) 값이 결정된다.
도 9는 도 8의 시뮬레이션도이다.
도 9과 같이, 상기 구동 전압 생성부에 게이트 전압(Vgate)을 인가함에 있어서, 로우 레벨과 하이 레벨로 전환하여 인가할 수 있다. 여기서는 로우 레벨을 -7V로하고, 하이 레벨을 20V로한다.
이 때, 게이트 전압(Vgate)이 로우 레벨일 때, 상기 제 2, 제 4 트랜지스터(402, 404)는 오프 상태이고, 상기 제 1 트랜지스터(401)는 항상 턴온 상태를 유지하여, 상기 제 3 트랜지스터(403)를 턴온되고, 이 때, 출력 전압 값(Vout)은 기준 전압(Vref)에 상당하게 된다. 여기서, 상기 기준 전압(Vref)은 2V로 설정한다.
이어, 상기 게이트 전압(Vgate)을 하이 레벨(VGH)로 전환하면, 상기 제 1, 제 2, 제 4 트랜지스터(401, 402, 404)가 턴온되어, 상기 제 4 트랜지스터(404)의 소오스 전압(Vdrv)가 출력 전압(Vout) 값으로 출력된다. 여기서, 상기 소오스 전압으로 설정한 전압(Vdrv) 값은 13V에 상당하여, 이 값이 출력된다. 이 때, 소오스 전압으로 설정한 전압(Vdrv)은 앞서 상술한 (Vds+Vref)에 상당한 값이며, 상기 센싱 트랜지스터의 구동을 위해 인가하는 값이다.
이어, 상기 게이트 전압(Vgate)을 로우 레벨(VGL)로 전환하며, 상기 출력 전압 값은, 앞서와 같이, 기준 전압(Vref)으로 전환하나, 이 때, 게이트 전압(Vgate)을 하이 레벨(VGH)에서 로우 레벨(VGL)으로 폴링시 상기 출력 전압(Vout)이 순간적으로 게이트 전압의 폴링(falling) 에 연동하여 설정 전압(Vdrv) 값 이상으로 내려간 후 다시 정상 값을 유지한다.
상술한 구동 전압 생성부는 상기 설정 전압(Vdrv)의 반전된 값을 이용하여 각각의 구동 전압 라인에 인가하는 것으로, 위 시뮬레이션에 따르면 +13V에 상당한 전압을 각각의 하이 펄스 구간에 13V로 하여 인가하는 것이다. 이 경우에는 기준 전압이 2V의 값을 나타나게 된다.
위에서 설명한 본 발명의 액정 표시 장치의 구동 방법은, 구동 전압 라인과 리드 아웃 라인 사이의 교차부에 정의된 센싱 트랜지스터와, 상기 리드 아웃 라인와 연결되어, 상기 센싱 트랜지스터에서 출력된 신호를 검출하는 리드 아웃 집적 회로와, 상기 구동 전압 라인에 구동 전압 신호를 공급하는 구동 전압 공급 회로를 포함하여 이루어진 장치에 있어서, 상기 구동 전압 공급 회로(150)에서, 상기 각 복수개의 구동 전압에 저전위 레벨 신호를 공급하다, 상기 복수개의 구동 전압 라인에 순서대로 일정 시간차를 가지며 펄스 형태의 전압 신호를 인가하여 이루어진다.
그리고, 상술한 센싱 트랜지스터는 다른 실시예로, 게이트 전극과 드레인 전극을 서로 접속시키고, 소오스 전극측을 리드 아웃 라인으로 연결하여 형성하는 구성을 취할 수도 있다. 이 경우에는 센싱 트랜지스터의 온 구동시(하이 펄스 구간)접속된 게이트 전극과 드레인 전극단의 전위를 저전위로 인가하고, 소오스 전극단의 전위를 고전위로 하여 인가한다. 이 경우, 상기 게이트 전극단 및 드레인 전극단에 신호를 인가하는 구동 전압 생성부는 상술한 도 8의 구성을 동일하게 이용할 수 있을 것이다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1은 종래의 액정 표시 장치에 있어서, 터치 센서부 및 이에 연결된 검출 회로를 나타낸 개략 회로도
도 2는 본 발명의 액정 표시 장치에 있어서, 터치 센서부 및 이에 연결된 검출 회로를 나타낸 개략 회로도
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 터치 센서 관련 회로를 상세히 나타낸 회로도
도 4는 도 3의 타이밍도
도 5는 본 발명의 액정 표시 장치의 일 화소를 나타낸 회로도
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 터치 센서 관련 회로를 상세히 나타낸 회로도
도 7은 본 발명의 액정 표시 장치에 있어서, 각 구성부에 해당하는 전압을 나타낸 그래프
도 8은 본 발명의 액정 표시 장치에 있어서, 터치 센서부에 인가하는 전압을 발생하는 구동 전압 생성부를 나타낸 회로도
도 9는 도 8의 시뮬레이션도
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
111 : 센싱 트랜지스터 121 : 구동 전압 라인
116 : 리드 아웃 라인 150 : 구동 전압 생성부
200 : 리드 아웃 집적 회로

Claims (8)

  1. 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판;
    상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 복수개의 게이트 라인 및 데이터 라인;
    각 화소 영역들에 각 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에 형성된 픽셀 트랜지스터;
    상기 각 화소 영역들에 형성된 화소 전극;
    상기 데이터 라인에 평행하게 형성된 복수개의 리드 아웃 라인;
    상기 게이트 라인에 평행하게 형성된 복수개의 구동 전압 라인;
    상기 구동 전압 라인과, 상기 리드 아웃 라인 사이의 교차부에 정의된 센싱 트랜지스터;
    상기 리드 아웃 라인과 연결되어, 상기 센싱 트랜지스터에서 출력된 신호를 검출하는 리드 아웃 집적 회로;
    상기 구동 전압 라인에 구동 전압 신호를 공급하는 구동 전압 공급 회로; 및
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 센싱 트랜지스터는, 각각 인접한 구동 전압 라인에 드레인 전극이 연결 되고, 상기 게이트 전극과 소오스 전극이 서로 접속되어 인접한 리드 아웃 라인에 연결된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 센싱 트랜지스터는, 각각 인접한 구동 전압 라인에 드레인 전극이 연결되고,
    각 게이트 전극이 연결되어 하나의 게이트 신호가 인가되고,
    각각 소오스 전극이 인접한 리드 아웃 라인에 연결된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3항에 있어서,
    구동 전압 공급 회로에서, 상기 복수개의 구동 전압 라인에 순서대로 일정 시간차를 가지며 펄스 형태의 전압 신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 구동 전압 공급 회로는 상기 제 1 기판에 내장형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 구동 전압 공급 회로는, 저전위 레벨과 고전위 레벨 신호을 공급하며, 상기 고전위 레벨이 펄스 구간에 발생하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 구동 전압 공급 회로는 레벨 쉬프터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  8. 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 복수개의 게이트 라인 및 데이터 라인과, 상기 데이터 라인에 평행하게 형성된 복수개의 리드 아웃 라인과, 상기 게이트 라인에 평행하게 형성된 복수개의 구동 전압 라인과, 상기 구동 전압 라인과, 상기 리드 아웃 라인 사이의 교차부에 정의된 센싱 트랜지스터와, 상기 리드 아웃 라인와 연결되어, 상기 센싱 트랜지스터에서 출력된 신호를 검출하는 리드 아웃 집적 회로와, 상기 구동 전압 라인에 구동 전압 신호를 공급하는 구동 전압 공급 회로를 포함하여 이루어진 액정 표시 장치의 구동 방법에 있어서,
    상기 구동 전압 공급 회로에서, 상기 복수개의 구동 전압 라인에 대해 각각 일정한 저전위 레벨 신호를 인가하다가, 순서대로 일정 시간차를 가지며 펄스 형태의 전압 신호를 인가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
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