KR20100042902A - 광 센싱 회로, 이의 구동 방법 및 광 센싱 회로를 포함하는터치 패널 - Google Patents

광 센싱 회로, 이의 구동 방법 및 광 센싱 회로를 포함하는터치 패널 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광 센싱 회로, 이의 구동 방법 및 광 센싱 회로를 포함하는 터치 패널에 관한 것으로, 외부로부터 입사되는 광의 휘도에 따른 전류를 발생시키는 포토 다이오드, 제1 전원 전압이 인가되는 제1 전극과 제2 전극과 상기 포토 다이오드의 캐소드 전극과 전기적으로 연결되는 게이트 전극을 구비하는 구동 트랜지스터, 초기화 전압이 인가되는 제1 전극과 상기 구동 트랜지스터의 게이트 전극에 연결되는 제2 전극과 이전 주사 신호가 인가되는 게이트 전극을 구비하는 제1 초기화 트랜지스터, 및 상기 구동 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 포토 다이오드의 캐소드 전극 사이에 구비되는 차단 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 센싱 회로를 제공하여 상기 포토 다이오드의 캐소드 전극을 일정한 전압으로 초기화시켜 상기 포토 다이오드에 입사되는 광의 휘도를 정확하게 판단할 수 있게 한다.

Description

광 센싱 회로, 이의 구동 방법 및 광 센싱 회로를 포함하는 터치 패널{Light sensing circuit, controlling method of the same, and touch panel comrprising the light sensing circuit}
본 발명은 광 센싱 회로, 이의 구동방법 및 광 센싱 회로를 포함하는 터치 패널에 관한 것으로, 특히 포토 다이오드에 흐르는 전류를 감지하여 외부로부터 입사되는 광의 휘도를 판단하는 광 센싱 회로, 이의 구동 방법 및 광 센싱 회로를 포함하는 터치 패널에 관한 것이다.
종래에는 컴퓨터에서 입력 신호를 인가하는 방법으로 마우스나 키보드 등이 사용되었다. 또한 디지털 TV에서 사용자가 특정 기능을 선택하기 위하여 리모컨이 사용되었다. 그러나 마우스, 키보드, 리모컨 등의 조작이 서투른 사용자는 이러한 입력 장치를 사용하는데 불편함을 느끼기 마련이다.
터치 패널 또는 터치 스크린은 상기 언급한 사용자의 불편함을 해소시킬 수 있는 새로운 개념의 입력 장치이다. 터치 패널이란 기존에 마우스 등으로 수행하였던 명령 신호의 입력을 손가락이나 펜 등을 사용자가 디스플레이 패널 위에 직접 접촉함으로 인하여 수행할 수 있는 입력 장치를 말한다.
사용자가 디스플레이 패널 위에 손가락 등을 접촉시키므로 인하여 명령 신호를 입력할 수 있기 때문에, 마우스, 키보드 등의 입력 장치의 사용에 거부감을 느끼는 사람도 쉽게 컴퓨터 등의 디지털 장치를 사용할 수 있게 된다. 이러한 터치 패널은 외부 입력을 인식하는 방법에 의하여 분류가 가능하다. 상기 터치 패널에는 정전 용량 방식, 저항막 방식, 적외선 감지 방식, 초음파 방식, 적분식 장력 측정 방식, 피에조 효과 방식, 광 센싱 방식 등이 있다. 상기 다양한 터치 패널 방식들 중에서 광 센싱 방식은 패널 내부에 포토 다이오드를 포함하는 광 센싱 회로를 형성하고, 상기 포토 다이오드에 입사되는 광에 의하여 발생하는 전류를 감지하여 손가락 등의 접촉을 인식하는 방식이다. 이하, 일반적인 광 센싱 회로의 동작을 살펴보도록 한다.
도 1은 일반적인 광 센싱 회로를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 광 센싱 회로는 포토 다이오드(D), 제1 초기화 트랜지스터(Tr1), 구동 트랜지스터(Tr2), 제1 트랜지스터(Tr3), 제2 트랜지스터(Tr4) 및 제1 커패시터(C1)를 구비한다.
포토 다이오드(D)의 캐소드 전극은 제1 노드(N1)에 연결된다. 또한 상기 제1 노드(N1)는 구동 트랜지스터(Tr2), 제1 커패시터(C1), 제1 초기화 트랜지스터(Tr1), 제1 트랜지스터(Tr3)에 각각 연결된다.
상기 제1 노드(N1)는 상기 제1 초기화 트랜지스터(Tr1)에 의하여 초기화 전압(Vinit)이 인가된다. 그러나 상기 초기화 전압(Vinit)이 매 주기 일정하게 인가됨에 도 불구하고, 상기 언급한 바와 같이 제1 노드(N1)가 다양한 소자와 연결되어 있기 때문에 누설 전류 등이 발생할 가능성이 높다. 상기 제1 노드(N1)의 전위는 상기 누설 전류 등에 의하여 일정하지 않게 되며, 매 주기마다 소정의 편차가 발생한다.
포토 다이오드(D)의 애노드 전극과 캐소드 전극에 인가되는 전압이 일정하여야만 동일한 휘도에서 동일한 휘도 전류를 발생시킬 수 있기 때문에 상기 언급한 바와 같은 편차는 정확한 휘도를 감지하는 것을 곤란하게 한다.
도 2는 도 1에 따른 광 센싱 회로에서 출력되는 휘도 전류에 의한 휘도 데이터의 편차를 나타내는 그래프이다.
도 2를 살펴보면, 출력되는 전압 값이 일정하지 않고 ΔV 만큼의 편차가 발생하는 것을 확인할 수 있다.
따라서 포토 다이오드(D)의 양 전극이 일정하게 유지되어 입사되는 광을 안정적으로 감지할 수 있는 방법이 요구되었다.
또한 도 1과 같은 광 센싱 회로에서는 초기화 동작 시 포토 다이오드(D)의 캐소드 전극의 전압이 상기 포토 다이오드(D)의 애노드 전극 전극의 전압보다 낮아서 순방향 바이어스(forward bias)가 걸리는 경우가 발생하였다. 따라서 이를 방지할 수 있는 방법 또한 요구되었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 포토 다이오드의 캐소드 전극을 일정한 전압으로 초기화시켜 상기 포토 다이오드에 입사되는 광의 휘도를 정확하게 판단할 수 있는 광 센싱 회로, 이의 구동 방법 및 광 센싱 회로를 포함하는 터치 패널을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 외부로부터 입사되는 광의 휘도에 따른 전류를 발생시키는 포토 다이오드, 제1 전원 전압이 인가되는 제1 전극과 제2 전극과 상기 포토 다이오드의 캐소드 전극과 전기적으로 연결되는 게이트 전극을 구비하는 구동 트랜지스터, 초기화 전압이 인가되는 제1 전극과 상기 구동 트랜지스터의 게이트 전극에 연결되는 제2 전극과 이전 주사 신호가 인가되는 게이트 전극을 구비하는 제1 초기화 트랜지스터, 및 상기 구동 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 포토 다이오드의 캐소드 전극 사이에 구비되는 차단 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 센싱 회로를 제공한다.
이러한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 제2 전원 전압이 인가되는 제1 전극, 상기 포토 다이오드의 캐소드 전극에 연결되는 제2 전극, 및 주사 신호가 인가되는 게이트 전극을 구비하는 제2 초기화 트랜지스터를 더 포함할 수 있으며, 또한 상기 제1 전원 전압과 상기 제2 전원 전압은 동일한 전압일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 구동 트랜지스터의 제1 전극과 상기 구동 트랜지스터의 게이트 전극 사이에 구비되는 제1 커패시터, 및 상기 구동 트랜지스터의 게이트 전극에 연결되는 제1 전극과 상기 구동 트랜지스터의 제2 전극에 연결되는 제2 전극과 상기 주사 신호가 인가되는 게이트 전극을 구비하는 제1 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 구동 트랜지스터의 제2 전극에 연결되는 제1 전극과 데이터 출력 라인에 연결되는 제2 전극과 센서 주사 신호가 인가되는 게이트 전극을 구비하는 제2 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 포토 다이오드에 인가되는 광의 휘도에 따라서 발생하는 전류를 구동 트랜지스터를 사용하여 증폭하는 광 센싱 회로의 구동 방법에 있어서, a) 상기 구동 트랜지스터의 게이트 전극에 제1 초기화 전압을 인가하는 단계, b) 상기 포토 다이오드의 캐소드 전극에 제2 초기화 전압을 인가하는 단계 및 c) 입사되는 광의 휘도에 따른 전류를 발생시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 센싱 회로의 구동 방법을 제공한다.
이러한 본 발명의 다른 특징에 의하면, e) 상기 발생한 전류를 증폭하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, f) 상기 증폭한 전류를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제2 초기화 전압은 상기 구동 트랜지스터의 일 전극에 인가되는 전압과 동일한 것일 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 복수의 광 센싱 회로, 상기 복수의 광 센싱 회로에 주사 신호를 전달하는 복수의 주사 라인, 상기 복수의 광 센싱 회로에 출력 신호를 전달하는 복수의 센서 주사 라인, 및 상기 복수의 광 센싱 회로로부터 휘도 전류를 출력하는 데이터 출력 라인을 포함하며, 상기 광 센싱 회로는, 외부로부터 입사되는 광의 휘도에 따른 전류를 발생시키는 포토 다이오드, 제1 전원 전압이 인가되는 제1 전극과 제2 전극과 상기 포토 다이오드의 캐소드 전극과 전기적으로 연결되는 게이트 전극을 구비하는 구동 트랜지스터, 초기화 전압이 인가되는 제1 전극과 상기 구동 트랜지스터의 게이트 전극에 연결되는 제2 전극과 이전 주사 신호가 인가되는 게이트 전극을 구비하는 제1 초기화 트랜지스터, 상기 구동 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 포토 다이오드의 캐소드 전극 사이에 구비되는 차단 커패시터, 및 상기 구동 트랜지스터의 제2 전극에 연결되는 제1 전극과 데이터 출력 라인에 연결되는 제2 전극과 상기 출력 신호가 인가되는 게이트 전극을 구비하는 제2 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 패널을 제공한다.
이러한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 광 센싱 회로는, 제2 전원 전압이 인가되는 제1 전극과 상기 포토 다이오드의 캐소드 전극에 연결되는 제2 전극과 주사 신호가 인가되는 게이트 전극을 구비하는 제2 초기화 트랜지스터를 더 포함할 수 있으며, 또한 상기 제1 전원 전압과 상기 제2 전원 전압은 동일한 전압일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 광 센싱 회로는, 상기 구동 트랜지스터의 제1 전극과 상기 구동 트랜지스터의 게이트 전극 사이에 구비되는 제1 커패 시터, 및 상기 구동 트랜지스터의 게이트 전극에 연결되는 제1 전극과 상기 구동 트랜지스터의 제2 전극에 연결되는 제2 전극과 상기 주사 신호가 인가되는 게이트 전극을 구비하는 제1 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 복수의 주사 라인과 연결되며 상기 주사 신호를 공급하는 주사 구동부를 더 포함할 수 있으며, 또한 상기 복수의 센서 주사 라인과 연결되며 상기 센서 주사 신호를 공급하는 센서 주사 구동부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 복수의 데이터 출력 라인과 연결되며 상기 휘도 전류를 인가받아 상기 광 센싱 회로에 입사되는 광의 휘도 데이터를 출력하는 감지 출력부를 더 포함하는 할 수 있으며, 상기 휘도 데이터를 사용하여 터치 위치를 판단하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 복수의 표시 회로, 상기 복수의 표시 회로에 데이터 신호를 전달하는 복수의 데이터 라인, 및 상기 복수의 데이터 라인과 연결되며 상기 데이터 신호를 제공하는 데이터 구동부를 더 포함할 수 있으며, 상기 복수의 표시 회로는 유기 발광 표시 장치의 화소 회로일 수 있다.
이와 같이, 상기 차단 커패시터를 이용한 두 가지 초기화 동작에 의하여 안정적인 초기화 동작의 수행이 가능하게 된다. 또한 초기화 동작 중 포토 다이오드에 순방향 바이어스가 걸리는 문제를 방지할 수 있게 된다. 또한 제1 커패시터 및 제1 트랜지스터를 구비함으로 인하여 휘도 전류에서 문턱전압의 편차에 의한 오차 를 보상할 수 있게 된다.
이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 자세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센싱 회로의 도면이며, 도 4는 도 3에 따른 광 센싱 회로를 구동하는 타이밍도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 광 센싱 회로는 포토 다이오드(D), 제1 초기화 트랜지스터(Tr1), 구동 트랜지스터(Tr2) 및 차단 커패시터(C2)를 포함할 수 있다.
상기 포토 다이오드(D)는 외부로부터 입사되는 광의 휘도에 따른 전류를 발생시킨다. 상기 포토 다이오드(D)는 애노드 전극과 캐소드 전극을 구비한다. 상기 포토 다이오드(D)의 애노드 전극은 접지 전압(VSS)이 인가된다. 또한 상기 포토 다이오드(D)의 캐소드 전극은 후술할 차단 커패시터(C2)의 제2 전극과 연결된다. 상기 포토 다이오드(D)는 일반적인 다이오드와 달리 역 바이어스(reverse bias) 전압이 걸린다. 따라서 애노드 전극의 전위가 캐소드 전극의 전위보다 낮아야 한다. 상기 포토 다이오드(D)에 역 바이어스 전압이 걸린 상태에서 외부로부터 광이 입사되면 상기 광의 휘도에 따라서 전류가 발생한다.
제1 초기화 트랜지스터(Tr1)는 제1 노드(N1)에 초기화 전압(Vinit)을 인가한다. 상기 제1 초기화 트랜지스터(Tr1)는 초기화 전압(Vinit)이 인가되는 제1 전극, 상기 제1 노드(N1)에 연결되는 제2 전극, 및 이전 주사 신호가 인가되는 게이트 전극을 구비한다. 이전 주사 신호란 광 센싱 회로에 순차적으로 인가되는 주사 신호들 중 바로 직전에 인가되는 주사 신호를 말한다. 예를 들어, n x m 매트릭스 형태로 복수의 광 센싱 회로가 배열되며, 임의의 광 센싱 회로가 n 행에 위치하는 경우 이전 주사 라인(Scan[n-1])에 인가되는 신호가 이전 주사 신호가 된다. 상기 이전 주사 신호로 로우 레벨 신호가 인가되면 상기 제1 초기화 트랜지스터(Tr1)가 온(ON)되어 상기 초기화 전압(Vinit)이 상기 제1 노드(N1)에 인가된다. 즉, 상기 제1 초기화 트랜지스터(Tr1)는 집광 동작이 수행되기 이전에 광 센싱 회로가 초기 상태가 되도록 한다.
구동 트랜지스터(Tr2)는 상기 포토 다이오드(D)에 입사된 광의 휘도에 해당하는 휘도 전류를 출력한다. 상기 구동 트랜지스터(Tr2)는 제1 전극에 제1 전원 전압(VDD)이 인가되고, 게이트 전극이 상기 제1 노드(N1)에 연결된다. 또한 상기 구동 트랜지스터(Tr2)의 제2 전극은 데이터 출력 라인(D_out)과 전기적으로 연결된다.
차단 커패시터(C2)는 상기 구동 트랜지스터(Tr2)의 게이트 전극에 연결되는 제1 단자와 상기 포토 다이오드(D)의 캐소드 전극에 연결되는 제2 단자를 구비한다. 상기 차단 커패시터(C2)에 의하여 상기 제1 노드(N1)와 상기 포토 다이오드(D)의 캐소드 전극이 분리되며, 이로 인하여 상기 제1 노드(N1)에서의 미세한 전위 변화가 발생하여도 상기 포토 다이오드(D)의 캐소드 전극에 미치는 영향이 줄어들 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 광 센싱 회로는 상기 포토 다이오드(D)의 캐소드 전극을 초기화하기 위하여 제2 초기화 트랜지스터(Tr5)를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 초기화 트랜지스터(Tr5)는 제1 전극에 제2 전원 전압이 인가되며, 제2 전극이 상기 포토 다이오드(D)의 캐소드 전극과 연결될 수 있다. 또한 상기 제2 초기화 트랜지스터(D)의 게이트 전극에는 주사 라인(Scan[n])으로부터의 주사 신호가 인가될 수 있다. 상기 주사 신호는 상기 제1 초기화 트랜지스터(Tr1)에 인가되는 이전 주사 신호 직후에 발생하는 주사 신호이다. 따라서 상기 이전 주사 신호에 의하여 상기 제1 노드(N1)가 먼저 초기화되고, 그 이후 상기 주사 신호에 의하여 상기 포토 다이오드(D)의 캐소드 전극이 초기화 된다. 포토 다이오드(D)의 캐소드 전극을 제1 노드(N1)와 별도로 초기화함으로 인하여 상기 포토 다이오드(D)의 초기화 동작을 더욱 안정적으로 수행할 수 있게 된다.
또한 상기 제2 초기화 트랜지스터(Tr5)의 제1 전극에 인가되는 제2 전원 전압은 상기 구동 트랜지스터(Tr2)의 제1 전극에 인가되는 제1 전원 전압(VDD)과 동일한 전압일 수 있다. 이러한 경우 전압원을 공통으로 사용할 수 있으므로 광 센싱 회로를 좀 더 간단하게 형성할 수 있다는 이점이 있다.
한편, 본 실시예에 따른 광 센싱 회로는 상기 구동 트랜지스터(Tr2)의 제1 전극에 연결되는 제1 단자와 상기 구동 트랜지스터(Tr2)의 게이트 전극에 연결되는 제2 단자를 구비하는 제1 커패시터(C1), 및 상기 구동 트랜지스터(Tr2)의 게이트 전극에 연결되는 제1 전극과 상기 구동 트랜지스터(Tr2)의 제2 전극에 연결되는 제 2 전극과 상기 주사 신호가 인가되는 게이트 전극을 구비하는 제1 트랜지스터(Tr3)를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 커패시터(C1) 및 제1 트랜지스터(Tr3)를 더 포함한 광 센싱 회로에서는 상기 구동 트랜지스터(Tr2)의 문턱전압 편차를 보상할 수 있다. 상기 문턱전압 편차의 보상에 대한 과정은 광 센싱 회로의 전체 동작과 함께 설명하도록 한다.
또한 본 실시예에 따른 광 센싱 회로는 상기 구동 트랜지스터(Tr2)의 제2 전극에 연결되는 제1 전극, 데이터 출력 라인(D_out)과 연결되는 제2 전극, 및 센서 주사 신호가 인가되는 게이트 전극을 구비하는 제2 트랜지스터(Tr4)를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 트랜지스터(Tr4)가 센서 주사 라인(Integ[n])으로부터 전달되는 센서 주사 신호에 의하여 온(ON) 되면, 상기 구동 트랜지스터(Tr2)의 게이트 전극과 제1 전극 사이의 전압차에 상당한 휘도 전류가 데이터 출력 라인(D_out)으로 출력된다.
이하, 도 3에 도시된 광 센싱 회로의 동작을 도 4를 참조하여 설명하도록 한다.
이전 주사 라인(Scan[n-1])에 주사 신호가 로우 레벨이 될 때, 제1 스위칭 트랜지스터(Tr1)가 온(ON) 되어 제1 노드(N1)가 초기화 전압인 Vinit 값으로 된다. 상기 초기화 동작으로 인하여 이전 주기에 상기 구동 트랜지스터(Tr2)의 게이트 전극에 인가되었던 전압은 상기 초기화 전압으로 변경된다.
상기 제1 노드(N1)의 초기화 동작 이후 주사 라인(Scan[n])의 주사 신호가 로우 레벨이 된다. 상기 주사 신호의 변화에 의하여 포토 다이오드(D)의 캐소드 전극이 초기화된다. 상기 포토 다이오드(D)의 캐소드 전극의 전압은 구동 트랜지스터(Tr2)의 제1 전극에 인가되는 제1 전원 전압(VDD)과 동일한 전압일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 같이, 제1 노드(N1)과 포토 다이오드(D)의 캐소드 전극을 별도로 초기화 시켜줌으로 인하여 안정적인 초기화 동작을 수행할 수 있게 된다.
한편, 상기 주사 신호가 로우 레벨이 되는 경우, 제1 트랜지스터(Tr3)가 온(ON) 된다. 이로 인하여 상기 구동 트랜지스터(Tr2)는 게이트 전극과 제2 전극 사이가 도통되어 다이오드 연결이 이루어진다. 상기 구동 트랜지스터(Tr2)의 제1 전극에는 제1 전원 전압(VDD)가 인가되고 있으므로 상기 구동 트랜지스터(Tr2)의 게이트 전극에는 VDD - Vth의 전압이 걸리게 된다. 그리고 상기 제1 커패시터(C1)의 양단에도 Vth 만큼의 전압이 걸리게 된다.
상기 주사 신호가 하이 레벨도 다시 변한 후로부터 광 센싱 회로는 집광 동작을 수행한다. 상기 집광 동작이란 광 센싱 회로에 포함된 포토 다이오드(D)에 광을 입사하여 상기 입사되는 광의 휘도를 측정하는 동작을 말한다. 상기 광의 휘도를 측정하기 위하여 상기 포토 다이오드(D)에서 발생한 전류에 의하여 상기 포토 다이오드(D)의 캐소드 전극의 전위 변화를 측정할 수 있다.
상기 집광 동작 동안 상기 포토 다이오드(D)의 캐소드 전극의 전위가 내려가 면 차단 커패시터(C2)의 커플링 동작에 의하여 상기 제1 노드(N1)의 전위도 내려간다. 상기 캐소드 전극에서의 전위 하강에 의한 전위차를 ΔV라고 하면, 제1 노드(N1)의 전위 하강에 의한 전압차도 ΔV가 된다. 따라서 상기 제1 노드(N1) 및 구동 트랜지스터(Tr2)의 게이트 전극에 걸리는 전압은 VDD - Vth - ΔV 가 되며, 상기 구동 트랜지스터(Tr2)의 게이트-소스간 전압차는 │VDD - Vth - ΔV - VDD│ = Vth + ΔV가 된다.
상기 집광 동작이 종료되면 센서 주사 라인(Integ[n])에 센서 주사 신호가 인가된다. 상기 센서 주사 신호에 의하여 제2 트랜지스터(Tr4)가 온(ON) 되고, 상기 구동 트랜지스터(Tr2)의 게이트-소스간 전압차에 해당하는 전류, 즉 휘도 전류가 흐르게 된다. 상기 휘도 전류를 데이터 출력 라인(D_out)을 통하여 외부에 구비된 장치로 인가될 수 있다. 한편, 상기 휘도 전류의 크기는
Figure 112008072375871-PAT00001
와 같이 된다. Vth 는 구동 트랜지스터(Tr2)의 문턱전압이며, β는 상수 값이다. 상기 수학식 1에서 휘도 전류가 구동 트랜지스터(Tr2)의 문턱 전압과 무관한 값을 가지므로 상기 구동 트랜지스터(Tr2)에서 발생하는 문턱 전압의 편차가 보상될 수 있음을 확인할 수 있다.
이와 같이, 상기 차단 커패시터(C2)를 이용한 두 가지 초기화 동작에 의하여 안정적인 초기화 동작의 수행이 가능하게 된다. 또한 초기화 동작 중 포토 다이오드에 순방향 바이어스가 걸리는 문제를 방지할 수 있게 된다. 또한 제1 커패시터(C1) 및 제1 트랜지스터(Tr3)를 구비함으로 인하여 휘도 전류에서 문턱전압의 편차에 의한 오차를 보상할 수 있게 된다.
상기 도 3에 의한 실시예에서는 각 트랜지스터가 PMOS형 트랜지스터인 경우에 대하여 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 일부 또는 전부의 트랜지스터가 NMOS형 트랜지스터일 수도 있을 것이다. 이와 같이 트랜지스터의 타입이 변경되는 경우, 각 트랜지스터에 인가되는 신호는 로우 레벨 신호와 하이 레벨 신호가 서로 바뀌게 될 것이다. 또한 제1 전원 전압(VDD), 초기화 전압(Vinit) 및 접지 전압(VSS) 등의 크기도 변경될 것이며, 그 변경되는 값은 당업자라면 용이하게 구할 수 있을 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 터치 패널(500)은 표시부(510), 컨트롤러(520), 주사 구동부(530), 데이터 구동부(540), 센서 주사 구동부(550) 및 감지 출력부(560)를 포함할 수 있다. 또한 상기 터치 패널(700)은 표시부에 n×m 행렬의 복수의 픽셀(Pixel)들을 포함할 수 있다. 또한 행 방향으로 형성된 n개의 주사 라인들(Scan[1]…S[n]) 및 n개의 센서 주사 라인들(Integ[1]…Integ[n]), 열 방향으로 형성된 m개의 데이터 라인들(D[1]…D[m]) 및 m개의 데이터 출력 라인들(D_out[1]…D_out[m])을 포함할 수 있다.
각 픽셀(Pixel)은 표시 회로(511) 및 광 센싱 회로(512)를 포함할 수 있다.
상기 표시 회로(511)는 유기 발광 표시 장치의 표시 회로일 수 있다. 상기 표시 회로의 일 실시예로 2 트랜지스터, 1 커패시터 및 OLED를 포함하는 형태의 화소 회로가 적용될 수 있다. 상기 표시 회로(511)에서는 종래의 유기 발광 표시 장치의 표시 회로와 동일한 방식으로 데이터를 표시할 수 있으며, 그 자세한 동작에 대한 설명은 생략한다. 또한 상기 표시 회로(511)는 예시적인 것으로 기존에 공지된 다양한 형태의 표시 회로를 사용하는 것이 가능할 것이다.
한편, 상기 광 센싱 회로(512)는 상기 도 3에 따른 광 센싱 회로일 수 있다.
상기 표시 회로(511)를 선택하는 주사 신호는 상기 광 센싱 회로(512)에 인가되는 주사 신호와 동일한 것일 수 있으며, 따라서 주사 라인들(Scan[1]…S[n])을 공유하는 것이 가능할 것이다. 또한 도 3에 따른 광 센싱 회로에서는 이전 주사 신호를 필요로 한다. 따라서 도 5에 도시한 바와 같이, 각 행에 속하는 광 센싱 회로들은 자신이 속한 행보다 하나 위의 행의 주사 라인으로부터 주사 신호를 인가받을 수 있도록 배선이 연장되도록 형성될 수 있다. 또한 제1 행의 경우 이전 주사 신호를 상기 제1 행에 속하는 광 센싱 회로들에 인가하기 위하여 첫 번째 주사 라인(Scan[1]) 위에 마지막 주사 라인(Scan[n])을 더 형성할 수도 있다. 또는 상기 제일 위에 도시된 주사 라인(Scan[n])은 가상적인 것으로 가장 아래에 도시된 주사 라인(Scan[n])과 동일한 것일 수도 있다.
표시부(510)는 n×m 행렬의 복수의 픽셀(Pixel)들을 포함할 수 있다. 상기 언급한 바와 같이 표시 회로(511)와 광 센싱 회로(512)를 모두 포함하여 디스플레 이 동작과 광 센싱 동작을 동시에 수행하는 것이 가능하다.
컨트롤러(520)는 상기 주사 구동부(530), 데이터 구동부(540), 센서 주사 구동부(550) 및 감지 출력부(560)의 동작을 제어한다. 또한 상기 감지 출력부(560)로부터 인가되는 휘도 데이터를 제공받아 접촉이 일어난 위치를 판단할 수 있다. 예를 들어, 상기 컨트롤러(520)는 전체 휘도 데이터들 중에서 특별히 휘도가 낮은 부분 또는 특별히 휘도가 높은 부분을 접촉이 일어난 위치로 판단할 수 있다. 이와 같이, 컨트롤러(52)를 이용하여 접촉이 일어난 위치를 판단함으로 인하여 터치 패널로서의 역할을 수행할 수 있게 된다.
주사 구동부(530)는 주사 라인들(Scan[1]…S[n])에 주사 신호를 인가한다. 주사 신호는 주사 라인들(Scan[1]…S[n])에 순차적으로 인가되며, 상기 주사 신호들에 맞춰 데이터 신호가 표시 회로(511)에 인가된다. 또한 표시 회로뿐만 아니라 광 센싱 회로가 상기 주사 라인(Scan[1]…S[n])들을 공유하고 있다. 따라서 상기 주사 신호가 인가되는 행의 광 센싱 회로(512)들은 상기 광 센싱 회로(512)에 포함된 포토 다이오드(D)가 초기화 될 수 있으며, 또한 구동 트랜지스터(Tr2)가 다이오드 연결이 되도록 할 수 있다.
데이터 구동부(540)는 데이터 라인들(D[1]…D[m])에 데이터 신호를 인가한다. 데이터 신호는 데이터 구동부(540) 내의 전압원 또는 전류원으로부터 출력될 수 있다. 상기 데이터 신호에 의하여 표시 회로(511)에서 데이터의 표시가 이루어질 수 있다.
센서 주사 구동부(550)는 센서 주사 라인들(Integ[1]…Integ[n])에 센서 주 사 신호를 인가한다. 센서 주사 신호는 상기 주사 신호가 인가된 후에 상기 센서 주사 라인들(Integ[1]…Integ[n])에 순차적으로 인가되며, 상기 센서 주사 신호들에 맞춰 제2 트랜지스터(Tr4)가 온(ON) 된다. 상기 센서 주사 신호에 의하여 제2 트랜지스터(Tr4)가 온 되면 상기 구동 트랜지스터(Tr2)로부터 발생한 휘도 전류가 후술할 감지 출력부(560)에 제공된다.
감지 출력부(560)는 데이터 출력 라인들(D_out[1]…D_out[m])을 통하여 광 센싱 회로(512)들로부터 휘도 전류를 제공받는다. 상기 제공받는 휘도 전류는 상기 센서 주사 신호에 의하여 선택된 행의 광 센싱 회로(512)들로부터 출력되는 전류이다. 상기 제공된 휘도 전류들은 상기 감지 출력부(560)에서 상기 휘도 전류들에 해당하는 휘도 데이터로 다시 변환된다. 예를 들면, 커패시터에 전류를 인가하여 상기 커패시터 양단의 전압을 검출하고, 상기 검출한 전압에 해당하는 휘도 데이터로 변환하는 것이 가능하다. 또는 상기 휘도 전류 자체의 크기를 검출하여 휘도 데이터로 변환하는 것도 가능할 것이다. 상기 휘도 데이터로 변환하는 방법은 예시적인 것으로 다양하게 변경하는 것이 가능할 것이다. 상기 변환된 휘도 데이터는 상기 컨트롤러(520)로 제공되어 손가락의 접촉 여부를 판단할 수 있도록 한다.
이와 같이, 표시 회로와 광 센싱 회로를 동시에 형성하여 동일한 공정으로 형성하는 것에 의하여 터치 패널의 제조 공정을 단순화 할 수 있 있으며, 별도의 패널을 필요로 하지 않아 두께를 줄일 수 있게 된다.
또한 표시 회로와 광 센싱 회로가 주사 라인을 공유함으로 인하여 터치 패널의 구동에 필요한 배선의 수 및 구동 신호를 생성하기 위한 구동 장치의 수를 줄일 수 있게 된다.
상기 발명의 상세한 설명과 도면은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 따라서 이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.
도 1은 일반적인 광 센싱 회로를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 따른 광 센싱 회로에서 출력되는 휘도 데이터의 편차를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센싱 회로의 도면이다.
도 4는 도 3에 따른 광 센싱 회로를 구동하는 타이밍도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널을 나타내는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
D: 포토 다이오드 Tr1: 제1 초기화 트랜지스터
Tr2: 구동 트랜지스터 Tr3: 제1 트랜지스터
Tr4: 제2 트랜지스터 Tr5: 제2 초기화 트랜지스터
C1: 제1 커패시터 C2: 차단 커패시터
500: 터치 패널 510: 표시부
511: 표시 회로 512: 광 센싱 회로
520: 컨트롤러 530: 주사 구동부
540: 데이터 구동부 550: 센서 주사 구동부
560: 출력 감지부 Scan[n]: 주사 라인
D[m]: 데이터 라인 Integ[n]: 센서 주사 라인
D_out[m]: 데이터 출력 라인

Claims (19)

  1. 외부로부터 입사되는 광의 휘도에 따른 전류를 발생시키는 포토 다이오드;
    제1 전원 전압이 인가되는 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 포토 다이오드의 캐소드 전극과 전기적으로 연결되는 게이트 전극을 구비하는 구동 트랜지스터;
    초기화 전압이 인가되는 제1 전극, 상기 구동 트랜지스터의 게이트 전극에 연결되는 제2 전극 및 이전 주사 신호가 인가되는 게이트 전극을 구비하는 제1 초기화 트랜지스터; 및
    상기 구동 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 포토 다이오드의 캐소드 전극 사이에 구비되는 차단 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 센싱 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    제2 전원 전압이 인가되는 제1 전극, 상기 포토 다이오드의 캐소드 전극에 연결되는 제2 전극, 및 주사 신호가 인가되는 게이트 전극을 구비하는 제2 초기화 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 센싱 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전원 전압과 상기 제2 전원 전압은 동일한 전압인 것을 특징으로 하는 광 센싱 회로.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 구동 트랜지스터의 제1 전극과 상기 구동 트랜지스터의 게이트 전극 사이에 구비되는 제1 커패시터; 및
    상기 구동 트랜지스터의 게이트 전극에 연결되는 제1 전극, 상기 구동 트랜지스터의 제2 전극에 연결되는 제2 전극, 및 상기 주사 신호가 인가되는 게이트 전극을 구비하는 제1 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 센싱 회로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 구동 트랜지스터의 제2 전극에 연결되는 제1 전극, 데이터 출력 라인에 연결되는 제2 전극, 및 센서 주사 신호가 인가되는 게이트 전극을 구비하는 제2 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 센싱 회로.
  6. 포토 다이오드에 인가되는 광의 휘도에 따라서 발생하는 전류를 구동 트랜지스터를 사용하여 증폭하는 광 센싱 회로의 구동 방법에 있어서,
    a) 상기 구동 트랜지스터의 게이트 전극에 제1 초기화 전압을 인가하는 단계;
    b) 상기 포토 다이오드의 캐소드 전극에 제2 초기화 전압을 인가하는 단계; 및
    c) 입사되는 광의 휘도에 따른 전류를 발생시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 센싱 회로의 구동 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    e) 상기 발생한 전류를 증폭하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 센싱 회로의 구동 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    f) 상기 증폭한 전류를 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 센싱 회로의 구동 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제2 초기화 전압은 상기 구동 트랜지스터의 일 전극에 인가되는 전압과 동일한 것을 특징으로 하는 광 센싱 회로의 구동 방법.
  10. 복수의 광 센싱 회로;
    상기 복수의 광 센싱 회로에 주사 신호를 전달하는 복수의 주사 라인;
    상기 복수의 광 센싱 회로에 출력 신호를 전달하는 복수의 센서 주사 라인; 및
    상기 복수의 광 센싱 회로로부터 휘도 전류를 출력하는 데이터 출력 라인을 포함하며,
    상기 광 센싱 회로는
    외부로부터 입사되는 광의 휘도에 따른 전류를 발생시키는 포토 다이오드;
    제1 전원 전압이 인가되는 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 포토 다이오드의 캐소드 전극과 전기적으로 연결되는 게이트 전극을 구비하는 구동 트랜지스터;
    초기화 전압이 인가되는 제1 전극, 상기 구동 트랜지스터의 게이트 전극에 연결되는 제2 전극 및 이전 주사 신호가 인가되는 게이트 전극을 구비하는 제1 초기화 트랜지스터;
    상기 구동 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 포토 다이오드의 캐소드 전극 사이에 구비되는 차단 커패시터; 및
    상기 구동 트랜지스터의 제2 전극에 연결되는 제1 전극, 데이터 출력 라인에 연결되는 제2 전극, 및 상기 출력 신호가 인가되는 게이트 전극을 구비하는 제2 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 광 센싱 회로는
    제2 전원 전압이 인가되는 제1 전극, 상기 포토 다이오드의 캐소드 전극에 연결되는 제2 전극, 및 주사 신호가 인가되는 게이트 전극을 구비하는 제2 초기화 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 전원 전압과 상기 제2 전원 전압은 동일한 전압인 것을 특징으로 하는 터치 패널.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 광 센싱 회로는
    상기 구동 트랜지스터의 제1 전극과 상기 구동 트랜지스터의 게이트 전극 사이에 구비되는 제1 커패시터; 및
    상기 구동 트랜지스터의 게이트 전극에 연결되는 제1 전극, 상기 구동 트랜지스터의 제2 전극에 연결되는 제2 전극, 및 상기 주사 신호가 인가되는 게이트 전극을 구비하는 제1 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 주사 라인과 연결되며 상기 주사 신호를 공급하는 주사 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 센서 주사 라인과 연결되며 상기 센서 주사 신호를 공급하는 센서 주사 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 데이터 출력 라인과 연결되며 상기 휘도 전류를 인가받아 상기 광 센싱 회로에 입사되는 광의 휘도 데이터를 출력하는 감지 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 휘도 데이터를 사용하여 터치 위치를 판단하는 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
  18. 제10항에 있어서,
    복수의 표시 회로;
    상기 복수의 표시 회로에 데이터 신호를 전달하는 복수의 데이터 라인; 및
    상기 복수의 데이터 라인과 연결되며 상기 데이터 신호를 제공하는 데이터 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 표시 회로는 유기 발광 표시 장치의 화소 회로인 것을 특징으로 하는 터치 패널.
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