KR20090000484A - 표시장치 및 이의 구동방법 - Google Patents

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Abstract

표시장치 및 이의 구동방법에서, 표시패널은 외부 압력에 의해 공통전극과 접촉되어 공통전압을 출력하는 터치센서들을 포함하고, 센싱 드라이버는 터치센서들로부터 공통전압을 입력받아서 센싱신호를 생성한다. 컨트롤러는 센싱 드라이버로부터 센싱신호를 입력받으며, 센싱 신호를 근거로 외부 압력이 제공된 위치 정보를 산출한다. 여기서, 센싱 드라이버는 컨트롤러로부터 스위칭 신호를 입력받아 공통전압을 스위칭하는 스위칭 회로를 구비한다. 따라서, 공통전압의 전압레벨이 비정상적으로 상승한 구간에서는 공통전압의 유입을 차단함으로써, 높은 공통전압을 견디지 못하는 센싱 드라이버의 로직 회로가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

Description

표시장치 및 이의 구동방법{DISPLAY APPARATUS AND METHOD OF DRIVING THE SAME}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 센싱 드라이버의 블럭도이다.
도 3은 공통전압, 제1 스위칭 신호, 제1 및 제2 데이터 라인으로 출력되는 제1 및 제2 데이터 신호를 나타낸 파형도이다.
도 4는 도 1에 도시된 픽셀 및 터치센서의 평면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 절단선 Ⅰ-Ⅰ' 및 Ⅱ-Ⅱ'에 따라 절단한 단면도이다.
도 6은 외부 압력에 의해서 공통전과 센싱전극이 접촉된 상태를 나타낸 단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 표시패널 110 : 어레이 기판
120 : 대향기판 210 : 데이터 드라이버 IC
220 : 게이트 드라이버 IC 230 : 제1 센싱 드라이버
231 : 스위칭 회로 232 : 레벨 쉬프터
233 : 비교부 234 : 리드아웃부
235 : 쉬프트 레지스터부 236 : 센싱신호 생성부
240 : 제2 센싱 드라이버 300 : 컨트롤러
400 : 표시장치
본 발명은 표시장치 및 이의 구동방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터치센서가 내장된 표시패널을 구비하는 표시장치 및 이의 구동방법에 관한 것이다.
일반적으로 터치패널은 영상표시장치의 화면상에 나타낸 지시 내용을 사람의 손 또는 물체로 선택할 수 있도록, 영상표시장치의 최상측에 구비되어 손 및 물체에 직접적으로 접촉되는 패널이다. 터치패널을 구비하는 영상표시장치는 터치패널을 통해 접촉된 위치를 파악하고, 접촉된 위치에서 지시하는 내용을 입력신호로 받아들여 입력신호에 따라서 구동된다.
터치 패널를 갖는 영상표시장치는 키보드 및 마우스와 같이 영상표시장치에 연결되어 동작하는 별도의 입력 장치를 필요로 하지 않기 때문에 사용이 증대되고 있는 추세이다.
최근에는 터치 패널이 액정표시장치에도 사용되고 있으며, 이 경우 터치 패널은 영상을 표시하는 액정표시패널의 상측에 구비되어 사용자로부터 소정의 입력을 받아 위치 정보를 검출한다. 그러나, 터치패널이 액정표시패널과 별도의 패널로 구비되면 휘도 및 시야각과 같은 액정표시장치의 광학적 특성이 저하될 뿐만 아니라, 터치패널의 두께만큼 액정표시장치의 전체적인 두께가 증가하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 터치센서가 내장된 표시패널을 제공하고, 터치센서에 연결된 센싱 드라이버가 손상되는 것을 방지할 수 있는 표시장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기한 표시장치를 구동하는데 적용되는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 표시장치는 표시패널, 픽셀 드라이버, 센싱 드라이버 및 컨트롤러를 포함한다.
상기 표시패널은 공통전압을 입력받는 공통전극, 상기 공통전극과 마주하고 구동신호에 응답하여 영상을 표시하는 픽셀들 및 상기 픽셀들에 인접하여 구비되고 외부 압력에 의해 상기 공통전극과 접촉되어 상기 공통전압을 출력하는 터치센서들로 이루어진다.
상기 픽셀 드라이버는 상기 픽셀들과 전기적으로 연결되어 상기 픽셀들에 상기 구동신호를 제공하고, 상기 센싱 드라이버는 상기 터치센서들과 전기적으로 연결되어 상기 터치센서들로부터 상기 공통전압을 입력받으며, 상기 공통전압을 근거로 센싱신호를 생성한다. 여기서, 상기 센싱 드라이버는 상기 컨트롤러로부터 스위칭 신호를 입력받아 상기 공통전압을 스위칭하는 스위칭 회로 및 상기 스위칭 회로로부터 출력된 상기 공통전압을 근거로 상기 센싱신호를 생성하는 센싱신호 생성회로로 이루어진다.
상기 컨트롤러는 상기 픽셀 드라이버의 구동을 제어하고, 상기 센싱 드라이버로부터 상기 센싱신호를 입력받으며, 상기 센싱 신호를 근거로 상기 외부 압력이 제공된 위치 정보를 산출한다.
본 발명에 따른 표시장치의 구동방법에 의하면, 게이트 신호와 데이터 신호에 응답하여 영상을 표시한다. 외부로부터 제공된 압력에 응답하여 공통전압을 출력한다. 스위칭 신호에 응답하여 상기 공통전압을 스위칭하고, 상기 스위칭 신호에 응답하여 선택적으로 제공되는 상기 공통전압을 근거로하여 상기 압력이 제공된 위치 정보를 추출한다. 상기 위치 정보에 대응하는 커멘드를 수행하기 위하여 상기 게이트 신호와 데이터 신호를 제어한다.
이러한 표시장치 및 이의 구동방법에 따르면, 센싱 드라이버는 컨트롤러로부터 스위칭 신호를 입력받아 공통전압을 스위칭하는 스위칭 회로를 구비함으로써, 공통전압의 전압레벨이 비정상적으로 상승한 구간에서는 공통전압을 차단할 수 있고, 그 결과 높은 공통전압을 견디지 못하는 센싱 드라이버의 로직 회로가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 평면도이다.
도 1을 참조하면, 표시장치(400)는 표시패널(100), 데이터 드라이버 IC(210), 게이트 드라이버 IC(220) 및 컨트롤러(300)를 포함한다.
상기 표시패널(100)은 다수의 픽셀(PI) 및 다수의 터치센서(TS)을 포함한다. 상기 픽셀들(PI)은 다수의 데이터 라인(DL1 ~ DLm), 다수의 게이트 라인(GL1 ~ GLn), 다수의 박막 트랜지스터(110) 및 다수의 화소전극(PE)으로 이루어진다. 구체적으로, 상기 다수의 데이터 라인(DL1 ~ DLm)과 상기 다수의 게이트 라인(GL1 ~ GLn)은 실질적으로 서로 직교하는 방향으로 연장되어 절연되게 교차한다.
상기 데이터 라인들(DL1 ~ DLm)은 상기 데이터 드라이버 IC(210)에 전기적으로 연결되어 데이터 신호를 입력받고, 상기 게이트 라인들(GL1 ~ GLn)은 상기 게이트 드라이버 IC(220)에 전기적으로 연결되어 게이트 신호를 순차적으로 입력받는다.
상기 박막 트랜지스터들(Tr) 각각은 대응하는 게이트 라인과 대응하는 데이터 라인에 전기적으로 연결되어 게이트 신호에 응답하여 데이터 신호를 입력받는다. 상기 화소전극들(PE) 각각은 대응하는 박막 트랜지스터의 출력단자에 전기적으로 연결되어 상기 데이터 신호를 입력받는다.
도면에 도시하지는 않았지만, 상기 표시패널(100)은 상기 화소전극들(PE)과 마주하고, 외부로부터 공통전압을 입력받는 공통전극 및 상기 화소전극들(PE)과 상기 공통전극 사이에 개재된 액정층을 더 포함한다. 따라서, 상기 화소전극들(PE)로 상기 데이터 신호가 인가되면, 상기 공통전극과 상기 화소전극들(PE) 사이에 전계가 형성된다. 그 결과, 표시장치(400)는 상기 전계의 세기를 이용하여 상기 액정층의 광 투과율을 제어함으로써 영상을 표시할 수 있다. 도 1에 도시하지 않은 상기 공통전극 및 상기 액정층은 이후 도 5를 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
상기 터치센서들(TS)은 다수의 제1 센싱라인(SL1-1 ~ SL1-i), 다수의 제2 센 싱라인(SL2-1 ~ SL2-j) 및 다수의 센싱전극(SE)을 포함한다. 상기 다수의 제1 센싱라인(SL1-1 ~ SL1-i)은 상기 다수의 데이터 라인(DL1 ~ DLm)과 평행하게 연장되고, 상기 데이터 드라이버 IC(210)에 내장된 제1 센싱 드라이버(230)에 전기적으로 연결된다. 상기 다수의 제2 센싱라인(SL2-1 ~ SL2-j)은 상기 다수의 게이트 라인(GL1 ~ GLn)과 평행하게 연장되고, 상기 게이트 드라이버 IC(220)에 내장된 제2 센싱 드라이버(240)와 전기적으로 연결된다. 상기 센싱전극들(SE) 각각은 대응하는 제1 센싱라인 및 대응하는 제2 센싱라인에 전기적으로 연결된다.
도 1에서는 본 발명의 일 예로써 터치센서들(TS) 각각이 3개의 픽셀(PI)당 1개씩 배치된 구조를 제시하였다. 그러나, 상기 터치센서들(TS)은 터치감도를 증가시키기 위해서는 도 1에서보다 더 조밀하게 형성될 수도 있고, 액정표시장치(400)의 개구율을 향상시키기 위해서는 도 1에서보다 더 성기게 형성될 수도 있다.
외부에서 압력이 제공되면, 상기 센싱전극들(SE) 중 외부 압력이 제공된 위치에 대응하는 하나 이상의 센싱전극은 마주하는 상기 공통전극과 접촉될 수 있다. 따라서, 상기 공통전극으로 인가된 상기 공통전압은 상기 공통전극과 접촉된 하나 이상의 센싱전극으로 전달된다. 상기 하나 이상의 센싱전극으로 제공된 상기 공통전압은 대응하는 제1 및 제2 센싱라인을 통해 각각 제1 및 제2 센싱 드라이버(230, 240)로 각각 제공된다.
상기 컨트롤러(300)는 외부로부터 영상 데이터(I-data)와 각종 제어신호(CS)를 입력받는다. 상기 컨트롤러(300)는 각종 제어신호(CS)를 변환하여 데이터 제어신호(CS-data) 및 게이트 제어신호(CS-gate)를 생성한다. 상기 컨트롤러(300)는 상 기 데이터 제어신호(CS-data) 및 상기 영상 데이터(I-data)를 상기 데이터 드라이버 IC(210)로 전송하고, 상기 게이트 제어신호(CS-gate)를 상기 게이트 드라이버 IC(220)로 전송한다.
상기 데이터 드라이버 IC(210)는 상기 데이터 제어신호(CS-data)에 응답하여 상기 영상 데이터(I-data)를 상기 데이터 신호로 변환한 후 상기 다수의 데이터 라인(DL1 ~ DLm)으로 출력한다. 상기 게이트 드라이버 IC(220)는 상기 게이트 제어신호(CS-gate)에 응답하여 제1 또는 제2 게이트 구동전압(Von, Voff)을 게이트 신호로써 상기 다수의 게이트 라인(GL1 ~ GLn)으로 출력한다.
또한, 상기 컨트롤러(300)는 상기 각종 제어신호(CS)를 근거로하여 제1 및 제2 리드아웃 신호(RO1, RO2), 제1 및 제2 스위칭 신호(S1, S2)를 생성한다. 상기 제1 리드아웃 신호(RO1) 및 상기 제1 스위칭 신호(S1)는 상기 데이터 드라이버 IC(210)에 내장된 상기 제1 센싱 드라이버(230)로 제공되고, 상기 제2 리드아웃 신호(RO2) 및 상기 제2 스위칭 신호(S2)는 상기 게이트 드라이버 IC(220)에 내장된 제2 센싱 드라이버(240)로 제공된다.
상기 제1 및 제2 센싱 드라이버(230, 240)는 초기 상태에는 상기 제1 및 제2 센싱라인들(SL1-1 ~ SL1-i, SL2-1 ~ SL2-j)로 각각 레퍼런스 전압을 출력함으로써, 상기 제1 및 제2 센싱라인들(SL1-1 ~ SL1-i, SL2-1 ~ SL2-j)을 리셋시킨다. 이후, 상기 터치센서들(TS) 중 어느 하나의 터치센서가 외부 압력에 의해서 상기 공통전극에 접촉되어 상기 공통전압을 입력받으면, 상기 제1 및 제2 센싱 드라이버(230, 240)는 상기 공통전극과 접촉된 상기 터치센서로부터 상기 공통전압을 입력받는다.
상기 제1 및 제2 센싱 드라이버(230, 240)는 상기 제1 및 제2 스위칭 신호(S1, S2)에 각각 응답하여 상기 공통전압을 입력받는 구간을 선택한다. 즉, 상기 제1 및 제2 센싱 드라이버(230, 240)는 상기 제1 및 제2 스위칭 신호(S1, S2)에 각각 응답하여 상기 공통전압이 정상 전압레벨 범위내에 존재하는 제1 구간동안 상기 공통전압을 입력받고, 상기 공통전압이 상기 정상 전압레벨 범위를 벗어난 제2 구간동안 상기 공통전압이 입력되지 않도록 차단한다. 따라서, 비정상적으로 높거나 낮은 전압레벨을 갖는 상기 공통전압이 상기 제1 및 제2 센싱 드라이버(230, 240)로 제공되어 상기 제1 및 제2 센싱 드라이버(230, 240)를 구성하는 로직 회로를 손상시키는 것을 방지할 수 있다.
상기 제1 센싱 드라이버(230)는 정상 전압레벨 범위에 존재하는 상기 공통전압을 근거로하여 상기 공통전극과 접촉된 상기 터치센서의 위치 좌표 중 x축 좌표값에 대한 정보를 포함하는 제1 센싱 신호(SS1)를 생성한다. 또한, 상기 제2 센싱 드라이버(240)는 정상 전압레벨 범위에 존재하는 상기 공통전압을 근거로하여 상기 터치센서의 위치 좌표 중 y축 좌표값에 대한 정보를 포함하는 제2 센싱 신호(SS2)를 생성한다.
상기 제1 및 제2 센싱 드라이버(230, 240)로부터 각각 생성된 상기 제1 및 제2 센싱 신호(SS1, SS2)는 상기 컨트롤러(300)로 제공된다. 상기 컨트롤러(300)는 상기 제1 및 제2 센싱 신호(SS1, SS2)를 근거로하여 상기 외부 압력이 제공된(즉, 터치된) 위치 좌표값을 생성하고, 터치된 위치에 대응하는 명령을 수행하도록 상기 게이트 및 데이터 드라이버 IC(220)를 컨트롤한다.
본 발명에서, 상기 제1 및 제2 센싱 드라이버(230, 240)는 동일한 회로 구성을 갖는다. 따라서, 이후 도 2를 참조하여 상기 제1 센싱 드라이버(230)의 회로 구성에 대해서 설명하고, 이와 동일한 구성을 갖는 상기 제2 센싱 드라이버(240)에 대한 설명은 생략한다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 센싱 드라이버의 블럭도이고, 도 3은 공통전압, 제1 스위칭 신호, 제1 및 제2 데이터 라인으로 출력되는 제1 및 제2 데이터 신호를 나타낸 파형도이다.
도 2를 참조하면, 제1 센싱 드라이버(230)는 스위칭 회로(231), 레벨 쉬프터(232) 및 센싱신호 생성부(236)를 포함하고, 상기 센싱신호 생성부(236)는 비교부(233), 리드아웃부(234) 및 쉬프트 레지스터부(235)로 이루어진다.
상기 스위칭 회로(231)는 상기 제1 센싱라인들(SL1-1~ SL1-i)과 일대일 대응하여 연결된 다수의 트랜지스터(ST1 ~ STi)를 구비한다. 구체적으로, 상기 다수의 트랜지스터(ST1 ~ STi) 각각은 대응하는 제1 센싱라인에 연결된 입력단자, 상기 제1 스위칭 신호(S1)를 입력받는 제어단자 및 센싱신호 생성부(236)에 연결된 출력단자로 이루어진다.
상기 제1 센싱라인들(SL1-1 ~ SL1-i) 각각은 대응하는 센싱전극들(SE, 도 1에 도시됨)이 공통전극과 접촉된 경우 상기 공통전압을 출력하고, 접촉되지 않은 경우 초기에 제1 센싱 드라이버(230)로부터 입력받은 레퍼런스 전압을 출력한다. 따라서, 상기 다수의 트랜지스터(ST1 ~ STi) 각각의 입력단자는 대응하는 제1 센싱라인으로부터 상기 공통전압 또는 상기 레퍼런스 전압을 입력받을 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 센싱라인들(SL1-1 ~ SL1-i)을 통해 상기 스위칭 회로(231)로 제공되는 상기 공통전압(Vcom)은 제1 구간(t1)동안에는 2.64V 또는 3.56V 정도의 전압레벨를 유지하지만, 제2 구간(t2)에서는 최대 6.08V까지 올라가거나 0.28V까지 떨어진다. 이와 같이 상기 공통전압(Vcom)의 전압레벨이 변화되는 것은 데이터 라인들로 인가되는 데이터 신호의 변화에서 기인한다. 예를 들어, 제1 및 제2 데이터 라인(DL1, DL2)으로 인가되는 데이터 신호의 전압레벨이 같이 올라가는 시점에서 상기 공통전압(Vcom)의 전압레벨은 6.08V까지 올라가고, 상기 제1 및 제2 데이터 라인(DL1, DL2)으로 인가되는 데이터 신호의 전압레벨이 같이 떨어지는 시점에서 상기 공통전압(Vcom)의 전압레벨은 0.28V까지 떨어진다. 즉, 상기 데이터 신호의 영향으로 상기 공통전압(Vcom)은 0.28V에서 6.08V 사이의 전압레벨을 갖는다.
일반적으로, 상기 제1 센싱 드라이버(230)가 구비되는 데이터 드라이버 IC(210, 도 1에 도시됨)는 대략 3.3V의 저전압 트랜지스터를 사용한다. 따라서, 상기 제1 센싱 드라이버(230)를 구성하는 로직 회로들에는 상기한 저전압 트랜지스터가 사용된다.
본 발명에서, 상기 스위칭 회로(231)에 포함된 상기 다수의 트랜지스터(ST1 ~ STi)는 0.28V에서 6.08V 사이의 전압레벨을 갖는 상기 공통전압(Vcom)을 견딜 수 있도록 10V 내지 40V 사이의 내압을 견딜 수 있는 고전압 트랜지스터로 이루어진다. 따라서, 상기 제1 센싱라인들(SL1-1 ~ SL1-i)을 통해 상기 공통전압(Vcom)이 정상 레벨을 벗어난 값으로 제공되더라도 상기 다수의 트랜지스터(ST1 ~ STi)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 스위칭 회로(231)로 제공되는 상기 제1 스위칭 신호(S1)는 상기 제1 구간(t1)동안 하이 상태를 유지하고, 상기 제2 구간(t2)동안 로우 상태를 유지한다. 따라서, 상기 스위칭 회로(231)에 포함된 상기 다수의 트랜지스터(ST1 ~ STi) 각각은 상기 제1 스위칭 신호(S1)에 응답하여 상기 제1 구간(t1)동안 대응하는 제1 센싱라인으로부터 제공된 상기 공통전압을 출력하고, 상기 제2 구간(t2)동안 상기 공통전압(Vcom)이 상기 센싱신호 생성부(236)로 전달되지 않도록 차단한다. 결과적으로, 상기 스위칭 회로(231)는 순간적으로 비정상적으로 높은 전압레벨을 갖는 상기 공통전압(Vcom)이 저전압 트랜지스터로 설계된 상기 센싱신호 생성부(236)를 손상시키는 것을 방지할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 레벨 쉬프터(232)는 상기 컨트롤러(도 1에 도시됨, 300)으로부터 상기 제1 스위칭 신호(S1)를 입력받고, 상기 제1 스위칭 신호(S1)를 승압시켜 상기 스위칭 회로(231)로 제공한다. 상기 레벨 쉬프터(232)는 상기 제1 스위칭 신호(S1)의 전압레벨을 상기 스위칭 회로(231)에 구비된 트랜지스터들의 온/오프를 제어할 정도의 수준으로 승압시킨다.
상기 센싱신호 생성부(236)에서 상기 비교부(233)는 상기 스위칭 회로(231)의 트랜지스터들(ST1 ~ STi)과 일대일 대응하여 연결된 다수의 비교기(COM1 ~ COMi)로 이루어진다. 다수의 비교기(COM1 ~ COMi) 각각은 대응하는 트랜지스터의 출력단자에 연결된 제1 입력단자 및 상기 레퍼런스 전압(Vref)을 입력받는 제2 입력단자를 포함한다. 상기 제2 입력단자에는 항상 상기 레퍼런스 전압(Vref)이 인가 되고, 상기 제1 입력단자에는 센싱전극들(SE)과 공통전극의 접촉 여부에 따라서 상기 공통전압(Vcom) 또는 상기 레퍼런스 전압(Vref)이 인가된다.
상기 다수의 비교기(COM1 ~ COMi) 각각은 상기 제1 입력단자를 통해 입력된 신호와 상기 제2 입력단자로 제공되는 상기 레퍼런스 전압(Vref)을 비교하고, 비교 결과에 따라 접지전압(VSS) 또는 구동전압(VDD)을 출력한다. 구체적으로, 상기 다수의 비교기(COM1 ~ COMi) 각각은 상기 제1 입력단자로 상기 레퍼런스 전압(Vref)이 인가되면 상기 접지전압(VSS)을 출력하고, 상기 제1 입력단자로 상기 공통전압(Vcom)이 인가되면 상기 구동전압(VDD)을 출력한다.
상기 센싱신호 생성부(236)에서 상기 리드아웃부(234)는 상기 컨트롤러(300)로부터 제공되는 제1 리드아웃신호(RO1)에 응답하여 상기 비교부(233)로부터 출력된 신호를 스위칭한다. 구체적으로, 상기 리드아웃부(234)는 상기 비교부(233)로부터 제공된 신호를 저장하고 있다가, 상기 제1 리드아웃신호(RO1)가 하이로 뜰 때, 상기 저장하고 있던 신호를 상기 쉬프트 레지스터(235)로 전달한다.
상기 쉬프트 레지스터(235)는 상기 비교기들(COM1 ~ COMi)과 일대일 대응하는 다수의 스테이지(SR1 ~ SRi)로 이루어진다. 따라서, 상기 다수의 스테이지(SR1 ~ SRi) 각각은 대응하는 비교기로부터 접지전압(VSS) 또는 구동전압(VDD)을 입력받는다. 상기 다수의 스테이지(SR1 ~ SRi) 중 상기 구동전압(VDD)을 입력받은 스테이지는 턴-온되고 상기 접지전압(VSS)을 입력받은 스테이지는 턴-오프된다. 여기서, 턴-온된 스테이지는 센싱전극과 공통전극이 접촉된 위치에 대한 x 좌표값에 대응하는 제1 센싱신호(SS1)를 출력한다. 이후, 출력된 상기 제1 센싱신호(SS1)는 상기 컨트롤러(300)로 제공된다.
상기 제2 센싱 드라이버(240, 도 1에 도시됨)에 대해서는 구체적으로 설명하지 않았으나, 상기 제2 센싱 드라이버(240)는 상기 제1 센싱 드라이버(230)와 동일한 구성으로 이루어져 센싱전극과 공통전극이 접촉된 위치에 대한 y 좌표값에 대응하는 제2 센싱신호(SS2)를 출력한다. 따라서, 상기 컨트롤러(300)는 상기 제1 및 제2 센싱신호(SS1, SS2)를 근거로하여 상기 센싱전극과 상기 공통전극이 접촉된 위치를 정확하게 산출한 후, 상기 위치에 대응하는 명령을 수행하도록 상기 게이트 및 데이터 드라이버 IC(210, 220)의 구동을 제어한다.
도 4는 도 1에 도시된 픽셀 및 터치센서의 평면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 절단선 Ⅰ-Ⅰ' 및 Ⅱ-Ⅱ'에 따라 절단한 단면도이다.
표시패널(100)에는 다수의 픽셀(PI)과 다수의 터치센서(TS)가 구비되지만, 다수의 픽셀(PI)은 서로 동일한 구조로 이루어지고, 다수의 터치센서(TS)도 서로 동일한 구조로 이루어지므로, 도 4 및 도 5에서는 하나의 픽셀(예를 들어, PI(3×1))과 하나의 터치센서(예를 들어, TS(1×1))의 평면 및 단면 구조에 대해서 구체적으로 설명하고, 나머지 픽셀들 및 나머지 터치센서들에 대한 설명은 생략한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 표시패널(100)은 어레이 기판(110), 상기 어레이 기판(110)과 대향하여 결합하는 대향기판(120) 및 상기 어레이 기판(110)과 상기 대향기판(120)과의 사이에 개재된 액정층(130)으로 이루어진다.
상기 어레이 기판(110)은 제1 베이스 기판(111), 상기 제1 베이스 기판(111) 상에 구비된 픽셀(PI(3×1))과 터치센서(TS(1×1))를 구비한다. 상기 픽셀(PI(3× 1))은 제3 데이터 라인(DL3), 제1 게이트 라인(GL1), 박막 트랜지스터(Tr) 및 화소전극(PE)을 포함한다.
구체적으로, 상기 제3 데이터 라인(DL3)은 제1 방향(D1)으로 연장되고, 상기 제1 게이트 라인(GL1)은 상기 제1 방향(D1)과 실질적으로 직교하는 제2 방향(D2)으로 연장되어 상기 제3 데이터 라인(DL3)과 절연되게 교차한다. 상기 박막 트랜지스터(Tr)는 상기 제1 게이트 라인(GL1)으로부터 분기된 게이트 전극(112), 상기 제3 데이터 라인(DL3)으로부터 분기된 소오스 전극(116) 및 상기 소오스 전극(116)과 소정의 간격으로 이격되고 상기 화소전극(PE)과 전기적으로 연결된 드레인 전극(117)을 포함한다. 상기 게이트 전극(112)은 상기 제1 게이트 라인(GL1)으로부터 게이트 신호를 입력받는 제어단자이고, 상기 소오스 전극(116)은 상기 데이터 라인으로부터 데이터 신호를 입력받는 입력단자이며, 상기 드레인 전극(117)은 상기 데이터 신호를 상기 화소전극(PE)으로 출력하는 출력단자이다.
한편, 상기 터치센서(TS(1×1))는 제1 센싱라인(SL1-1), 제2 센싱라인(SL2-1) 및 센싱전극(SE)을 포함한다. 상기 제1 센싱라인(SL1-1)은 상기 제3 데이터 라인(DL3)과 평행하게 상기 제1 방향(D1)으로 연장되고, 상기 제2 센싱라인(SL2-1)은 상기 제1 게이트 라인(GL1)과 평행하게 상기 제2 방향(D2)으로 연장되어 상기 제1 센싱라인(SL1-1)과 절연되게 교차한다. 상기 센싱전극(SE)은 상기 화소전극(PE)과 전기적으로 절연되도록 상기 화소전극(PE)과 소정의 간격으로 이격되어 구비되고, 상기 제1 및 제2 센싱라인(SL1-1, SL2-1)과 전기적으로 연결된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 베이스 기판(111) 상에는 게이트 메탈로 이루어진 게이트 전극(112) 및 제2 센싱라인(SL2-1)이 형성된다. 상기 게이트 전극(112)는 게이트 라인(미도시)으로부터 분기된 것으로, 박막 트랜지스터(Tr)를 구동시키기 위한 게이트 신호를 상기 제1 게이트 라인(GL1)으로부터 입력받는다. 그 위로 게이트 절연막(113)이 형성되어 상기 게이트 전극(112) 및 상기 제2 센싱라인(SL2-1)을 커버한다. 상기 게이트 전극(112)이 형성된 영역에 대응하여 상기 게이트 절연막(113) 상에는 액티브층(114) 및 오믹 콘택층(115)이 순차적으로 형성된다. 이후, 상기 오믹 콘택층(115)을 커버하도록 데이터 메탈로 이루어진 소오스 및 드레인 전극(116, 117)이 형성된다. 상기 소오스 및 드레인 전극(116, 117)은 상기 게이트 전극(112) 상부에서 서로 소정의 간격으로 이격된다. 이로써, 상기 제1 베이스 기판(111) 상에는 상기 박막 트랜지스터(Tr)가 완성된다. 여기서, 상기 소오스 전극(116)은 데이터 라인(미도시)로부터 분기되어 상기 제3 데이터 라인(DL3)으로부터 데이터 신호를 입력받으며, 상기 드레인 전극(117)은 상기 박막 트랜지스터(Tr)에 상기 게이트 신호가 인가되면 상기 소오스 전극(116)으로부터 상기 데이터 신호를 전달받는다.
한편, 상기 게이트 절연막(113) 상에는 상기 데이터 메탈로 이루어져 상기 소오스 및 드레인 전극(116, 117)과 함께 상기 제1 센싱라인(SL1-1)이 형성된다.
상기 박막 트랜지스터(Tr)와 상기 제1 센싱라인(SL1-1)은 무기 절연막으로 이루어진 보호막(118)에 의해서 커버되고, 상기 보호막(118) 위로는 유기 절연막(119)이 형성된다. 상기 보호막(118)과 유기 절연막(119)에는 패터닝 공정을 통해서 제1, 제2 및 제3 콘택홀(C1, C2, C3)이 형성된다. 구체적으로, 상기 제1 콘택 홀(C1)은 상기 박막 트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(117)을 노출시키고, 상기 제2 콘택홀(C2)은 상기 제1 센싱라인(SL1-1)을 노출시키며, 상기 제3 콘택홀(C3)은 상기 제2 센싱라인(SL2-1)을 노출시킨다.
상기 유기 절연막(119) 상에는 화소전극(PE) 및 센싱전극(SE)이 형성된다. 상기 화소전극(PE)은 상기 제1 콘택홀(C1)을 통해 상기 박막 트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(117)과 전기적으로 연결된다. 상기 센싱전극(SE)은 상기 제2 및 제3 콘택홀(C2, C3)을 통해 상기 제1 및 제2 센싱라인(SL1-1, SL2-1)과 전기적으로 연결된다. 이로써, 상기 어레이 기판(110)이 완성된다.
한편, 상기 대향기판(120)은 제2 베이스 기판(121), 블랙 매트릭스(122), 컬러필터층(123), 오버 코팅층(124), 돌출부(125), 공통전극(126) 및 스페이서(127)를 포함한다. 상기 제2 베이스 기판(121)은 상기 제1 베이스 기판(111)과 마주하도록 구비되고, 상기 블랙 매트릭스(122)는 상기 박막 트랜지스터(Tr)가 형성된 영역과 같은 비유효 표시영역에 대응하여 상기 제2 베이스 기판(121) 상에 구비된다. 상기 컬러필터층(123)은 상기 블랙 매트릭스(122)와 부분적으로 오버랩되고, 상기 어레이 기판(110)의 유효 표시영역에 대응하여 구비된다. 상기 오버 코팅층(124)은 상기 블랙 매트릭스(122)와 상기 컬러필터층(123) 상에 소정의 두께로 형성되어, 상기 블랙 매트릭스(122)와 상기 컬러필터층(123) 사이의 단차에 무관하게 평탄한 표면을 갖는다.
상기 센싱 전극(SE)이 형성된 영역에 대응하여 상기 오버 코팅층(124) 상에는 절연물질로 이루어진 상기 돌출부(125)가 형성된다. 상기 오버 코팅층(124) 및 상기 돌출부(125) 상에는 공통 전극(126)이 균일한 두께로 형성된다. 여기서, 상기 돌출부(125)는 외부 압력이 가해지지 않을 상태에서 상기 센싱전극(SE)과 상기 공통전극(126)이 접촉되지 않도록 상기 센싱전극(SE)과 상기 오버 코팅층(124) 사이의 이격거리보다 작은 높이를 갖는다.
상기 공통전극(126) 상에는 상기 어레이 기판(110)과 상기 대향기판(120) 사이의 간격을 일정하게 유지시키기 위한 스페어서(127)가 구비된다. 특히, 상기 스페이서(127)는 상기 표시패널(100)의 개구율을 저하시키지 않도록 상기 박막 트랜지스터(Tr)가 형성된 영역과 같은 비유효 표시영역에 구비되는 것이 바람직하다.
상기 액정층(130)은 상기 스페이서(127)에 의해서 상기 어레이 기판(110)과 상기 대향기판(120)과의 사이에 형성된 이격공간에 개재된다.
도 6은 외부 압력에 의해서 공통전과 센싱전극이 접촉된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 6을 참조하면, 외부 압력이 제공된 위치에서 상기 어레이 기판(110)과 상기 대향기판(120) 사이의 이격거리가 상기 압력에 의해서 좁아지고, 그 결과 상기 돌출부(125) 상에 구비된 공통전극(126)과 마주하는 센싱전극(SE)이 서로 접촉되게 된다. 즉, 상기 공통전극(126)과 센싱전극(SE)이 상기 외부 압력에 의해서 전기적으로 연결되므로, 상기 공통전극(126)으로 인가된 공통전압은 상기 센싱전극(SE)으로 전달된다.
상기 센싱전극(SE)은 제2 및 제3 콘택홀(C2, C3)을 통해 상기 제1 및 제2 센싱라인(SL1-1, SL2-1)에 전기적으로 연결되어 있으므로, 상기 센싱전극(SE)으로 전 달된 상기 공통전압은 상기 제1 및 제2 센싱라인(SL1-1, SL2-1)을 통해 제1 및 제2 센싱 드라이버(230, 240, 도 1에 도시됨)로 각각 제공될 수 있다.
상기 제1 및 제2 센싱 드라이버(230, 240)에 대해서는 도 1 및 도 2에서 구체적으로 설명하였으므로, 상기 공통전압을 이용하여 상기 외부 압력이 제공된 위치 정보를 산출하는 과정에 대해서는 생략하기로 한다.
이와 같은 표시장치에 따르면, 표시패널에는 외부 압력에 의해 공통전극과 접촉되어 공통전압을 출력하는 터치센서들이 구비되고, 센싱 드라이버는 컨트롤러로부터 스위칭 신호를 입력받아서 상기 터치센서들로부터 제공된 공통전압을 스위칭하는 스위칭 회로를 구비한다.
따라서, 상기 센싱 드라이버는 상기 공통전압의 전압레벨이 비정상적으로 상승한 구간에서는 공통전압의 유입을 차단할 수 있고, 그 결과 높은 공통전압을 견디지 못하는 저전압 트랜지스터로 설계된 센싱 드라이버의 로직 회로가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 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.

Claims (17)

  1. 공통전압을 입력받는 공통전극, 상기 공통전극과 마주하고 구동신호에 응답하여 영상을 표시하는 픽셀들 및 상기 픽셀들에 인접하여 구비되고 외부 압력에 의해 상기 공통전극과 접촉되어 상기 공통전압을 출력하는 터치센서들로 이루어진 표시패널;
    상기 픽셀들과 전기적으로 연결되어 상기 픽셀들에 상기 구동신호를 제공하는 픽셀 드라이버;
    상기 터치센서들과 전기적으로 연결되어 상기 터치센서들로부터 상기 공통전압을 입력받으며, 상기 공통전압을 근거로 센싱신호를 생성하는 센싱 드라이버; 및
    상기 픽셀 드라이버의 구동을 제어하고, 상기 센싱 드라이버로부터 상기 센싱신호를 입력받으며, 상기 센싱 신호를 근거로 상기 외부 압력이 제공된 위치 정보를 산출하는 컨트롤러를 포함하고,
    상기 센싱 드라이버는,
    상기 컨트롤러로부터 스위칭 신호를 입력받아 상기 공통전압을 선택적으로 출력하는 스위칭 회로; 및
    상기 스위칭 회로로부터 출력된 상기 공통전압을 근거로 상기 센싱신호를 생성하는 센싱신호 생성회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 터치센서들 각각은,
    외부 압력에 의해 상기 공통전극과 접촉되어 상기 공통전극으로부터 상기 공통전압을 입력받는 센싱전극; 및
    상기 센싱전극으로부터 상기 공통전압을 입력받아서, 상기 공통전압을 상기 센싱 드라이버로 제공하는 센싱라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 스위칭 회로는 상기 공통전압이 기 설정된 정상 전압레벨 범위에 존재하는 제1 구간동안 상기 공통전압을 출력하고, 상기 공통전압이 상기 정상 전압레벨 범위를 벗어난 제2 구간동안 상기 공통전압을 차단하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 스위칭 신호는 상기 제1 구간동안 하이 상태를 유지하고, 상기 제2 구간동안 로우 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 스위칭 회로는 상기 센싱라인에 연결되어 상기 공통전압을 입력받는 입력전극, 상기 스위칭 신호를 입력받는 제어전극 및 상기 센싱신호 생성회로로 상기 공통전압을 출력하는 출력전극으로 이루어진 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 센싱 드라이버는 상기 컨트롤러로부터의 상기 스위칭 신호를 승압시켜 상기 스위칭 회로로 제공하는 레벨 쉬프터를 더 포함하는 것을 특 징으로 하는 표시장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 픽셀들 각각은,
    상기 구동신호 중 게이트 신호를 입력받는 게이트 라인;
    상기 게이트 라인과 교차하고, 상기 구동신호 중 데이터 신호를 입력받는 데이터 라인;
    상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인에 전기적으로 연결되고, 상기 게이트 신호에 응답하여 상기 데이터 신호를 출력하는 박막 트랜지스터; 및
    상기 박막 트랜지스터의 출력전극에 연결되어 상기 데이터 신호를 입력받고, 상기 공통전극과 마주하는 화소전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 터치센서들 각각은,
    외부 압력에 의해 상기 공통전극과 접촉되어 상기 공통전극으로부터 상기 공통전압을 입력받는 센싱전극; 및
    상기 게이트 라인과 평행하고, 상기 센싱전극으로부터 상기 공통전압을 입력받는 제1 센싱라인; 및
    상기 데이터 라인과 평행하고, 상기 센싱전극으로부터 상기 공통전압을 입력받는 제2 센싱라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 센싱 드라이버는,
    상기 제1 센싱라인으로부터 상기 공통전압을 입력받아서 제1 센싱신호를 출력하는 제1 센싱 드라이버; 및
    상기 제2 센싱라인으로부터 상기 공통전압을 입력받아서 제2 센싱신호를 출력하는 제2 센싱 드라이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 픽셀 드라이버는,
    상기 게이트 라인으로 상기 게이트 신호를 제공하는 게이트 드라이버; 및
    상기 데이터 라인으로 상기 데이터 신호를 제공하는 데이터 드라이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 게이트 드라이버와 상기 제1 센싱 드라이버는 게이트 드라이버 IC에 내장되고,
    상기 데이터 드라이버와 상기 제2 센싱 드라이버는 데이터 드라이버 IC에 내장되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 게이트 드라이버 IC는 상기 표시패널 상에 실장되어 상기 게이트 라인과 상기 제1 센싱 라인에 전기적으로 연결되고, 상기 데이터 드라이버 IC는 상기 표시패널 상에 실장되어 상기 데이터 라인과 상기 제2 센싱 라인에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 다수의 터치센서 각각은 n개(n은 자연수)의 픽셀당 하나씩 구비되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 표시패널은,
    어레이 기판;
    상기 어레이 기판과 대향하여 결합하는 대향기판; 및
    상기 어레이 기판과 상기 대향기판과의 사이에 개재된 액정층으로 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 어레이 기판은 제1 베이스 기판, 상기 제1 베이스 기판 상에 구비된 상기 픽셀들 및 상기 제1 베이스 기판 상에 구비된 상기 터치센서들을 포함하고,
    상기 대향기판은 상기 제1 베이스 기판과 마주하는 제2 베이스 기판, 상기 터치센서들에 대응하여 상기 제2 베이스 기판 상에 구비된 돌출부 및 상기 돌출부와 상기 제2 베이스 기판을 커버하는 상기 공통전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  16. 게이트 신호와 데이터 신호에 응답하여 영상을 표시하는 단계;
    외부로부터 제공된 압력에 의해서 공통전압을 출력하는 단계;
    스위칭 신호에 응답하여 상기 공통전압을 스위칭하는 단계;
    상기 스위칭 신호에 응답하여 제공된 상기 공통전압을 근거로하여 상기 압력이 제공된 위치 정보를 추출하는 단계; 및
    상기 위치 정보에 대응하는 커멘드를 수행하기 위하여 상기 게이트 신호와 데이터 신호를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치의 구동방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 공통전압을 스위칭하는 단계는,
    상기 공통전압이 기 설정된 정상 전압레벨 범위에 존재하는 제1 구간동안에는 하이 상태의 상기 스위칭 신호에 응답하여 상기 공통전압을 출력하고, 상기 공통전압이 상기 정상 전압레벨 범위를 벗어난 제2 구간동안에는 로우 상태의 상기 스위칭 신호에 응답하여 상기 공통전압을 차단하는 것을 특징으로 하는 표시장치의 구동방법.
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