KR20120013615A

KR20120013615A - 표시장치 및 이의 구동 방법

Info

Publication number: KR20120013615A
Application number: KR1020100075694A
Authority: KR
Inventors: 정석원; 양성훈; 김웅권; 한상윤; 조병훈; 김대철; 정기훈; 전경숙; 방정석
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2010-08-05
Filing date: 2010-08-05
Publication date: 2012-02-15
Also published as: US8823673B2; JP2012038311A; JP5813408B2; US20120032911A1; US8466892B2; US20130271424A1; KR101710657B1

Abstract

표시장치는 표시패널, 다수의 센서회로들 및 검출회로를 포함한다. 표시패널은 영상을 표시하는 다수의 화소를 포함하고, 다수의 센서회로들 각각은 적어도 두 개 이상의 서로 다른 외부 신호들을 센싱하여 센싱 신호를 출력하고, 서로 다른 외부 신호를 각각 센싱하는 다수의 센서, 스캔 라인, 커패시터, 스위칭 소자 및 리드아웃 라인을 포함한다. 검출회로는 상기 센싱 신호를 수신하여 상기 외부 신호들이 제공된 위치를 검출한다. 본 발명은 스위칭 소자 및 배선의 수를 줄일 수 있어 회로가 단순해지고, 터치된 위치를 보다 정확하게 센싱할 수 있다.

Description

표시장치 및 이의 구동 방법{DISPLAY DEVICE AND DRIVING METHOD THEREOF}

본 발명은 표시장치 및 이의 구동 방법에 관한 것으로, 상세하게는 센서들이 내장된 표시패널을 구비하는 표시장치 및 표시장치의 구동 방법에 관한 것이다.

일반적으로 터치 패널은 영상표시장치의 화면상에 나타낸 지시 내용을 사람의 손 또는 물체로 선택할 수 있도록 하는 패널이다. 터치 패널을 구비하는 영상표시장치는 터치 패널을 통해 접촉된 위치를 파악하고, 접촉된 위치에서 지시하는 내용을 입력신호로 받아들여 입력신호에 따라서 구동된다.

터치 패널을 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, 터치 패널이 액정표시패널과 별도의 패널로 구비되면 휘도 및 시야각과 같은 액정표시장치의 광학적 특성이 저하된다. 또한, 터치 패널의 두께만큼 액정표시장치의 전체적인 두께가 증가하게 된다.

본 발명의 목적은 터치된 위치를 정확하게 감지할 수 있는 표시장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 표시장치를 이용하여 외부 신호를 센싱하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 양상에 따른 표시장치는 표시패널, 다수의 센서회로들 및 검출회로를 포함한다.

상기 표시패널은 영상을 표시하는 다수의 화소를 포함한다. 상기 센서회로들은 각각 적어도 2개 이상의 서로 다른 외부 신호들을 센싱하여 센싱 신호를 출력하고, 다수의 센서들, 스캔 라인, 커패시터, 스위칭 소자 및 리드아웃 라인을 포함한다. 상기 검출회로는 상기 센싱 신호를 수신하여 상기 외부 신호들이 제공된 위치를 검출한다.

상기 센서들은 상기 외부 신호들을 각각 센싱하여 상기 외부 신호들에 따라 가변되는 전류신호를 출력한다. 상기 커패시터는 상기 스캔 라인과 상기 다수의 센서 사이에 구비되고, 상기 스캔 신호를 수신하여 제1 전압을 충전하고, 상기 스캔 라인이 플로팅된 이후에 상기 전류 신호에 의해 제1 전압보다 큰 제2 전압을 충전한다. 이때, 상기 제1 전압은 상기 스위칭 소자의 문턱 전압보다 낮고, 상기 제2 전압은 상기 스위칭 소자의 문턱 전압보다 높다. 상기 스캔 라인은 스캔 신호를 수신하고, 상기 스위칭 소자는 상기 제2 전압에 응답하여 상기 센싱 신호를 출력한다. 상기 리드아웃 라인은 상기 센싱 신호를 상기 검출 회로에 공급한다.

본 발명의 다른 양상에 따른 표시장치의 구동 방법은 제1 전압을 충전하는 단계, 제2 전압을 충전하는 단계, 센싱 신호를 출력하는 단계 및 제1 전압으로 방전시키는 단계를 포함한다.

구체적으로, 스캔 라인으로부터 스캔 신호를 수신하여 커패시터에 제1 전압을 충전한다. 상기 스캔 신호의 공급이 끝나면 상기 스캔 라인은 플로팅된다. 이 때, 상기 제1 및 상기 제2 센서 중 적어도 하나로부터 센싱된 외부 신호에 대응하는 전류 신호가 생성되는데, 상기 전류 신호에 의해 상기 커패시터에 상기 제1 전압보다 큰 제2 전압을 충전한다. 이때, 상기 제1 전압은 상기 스위칭 소자의 문턱 전압보다 낮고, 상기 제2 전압은 상기 스위칭 소자의 문턱 전압보다 높다.

따라서, 상기 제2 전압에 응답하여 스위칭 소자는 센싱 신호를 출력한다. 그리고 나서, 상기 센싱 신호를 기초로 상기 외부 신호가 제공된 위치 정보를 산출하고, 이를 외부로 출력한다. 이후, 표시패널에 상기 위치 정보를 기초로 발생한 이벤트의 처리결과를 표시한다.

이와 같은 표시장치에 따르면, 서로 다른 외부 신호를 수신하는 다수의 센서들이 하나의 스위칭 소자에 공통으로 연결된다. 따라서, 스위칭 소자 및 배선의 수를 줄일 수 있고, 회로를 단순하게 구현할 수 있다. 또한, 동일한 면적 내에 삽입되는 센서의 수를 증가시킬 수 있으므로 터치 회로의 해상도(resolution)가 높아져 터치된 위치를 보다 정확하게 센싱할 수 있다.

또한, 센서회로는 스위칭 소자의 게이트 전극의 문턱 전압 이상의 구동 범위에서 동작한다. 따라서, 센싱 신호의 출력 레벨이 상승하여 센싱 감도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 다수의 센서회로의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캔 드라이버의 회로도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 B 부분의 확대도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 신호의 센싱 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 커패시터에 충전된 전압의 변화를 도시한 파형도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 블럭도이고, 도 2는 도 1에 도시된 다수의 센서회로의 회로도이다.

도 1을 참조하면, 표시장치(300)는 표시패널(100), 타이밍 컨트롤러(310), 게이트 드라이버(320), 데이터 드라이버(330), 스캔 드라이버(340) 및 검출회로(350)를 포함한다.

상기 타이밍 컨트롤러(310)는 상기 표시장치(300)의 외부로부터 다수의 영상신호(RGB) 및 다수의 제어신호(CS)를 수신한다. 상기 타이밍 컨트롤러(310)는 상기 데이터 드라이버(330)와의 인터페이스 사양에 맞도록 상기 영상신호들(RGB)의 데이터 포맷을 변환하고, 변환된 영상신호들(R'G'B')을 상기 데이터 드라이버(330)로 제공한다. 또한, 상기 타이밍 컨트롤러(310)는 데이터 제어신호(예를 들어, 출력개시신호(TP), 수평개시신호(STH) 등)를 상기 데이터 드라이버(330)로 제공하고, 게이트 제어신호(예를 들어, 수직개시신호(STV1), 수직클럭신호(CKV1), 및 수직클럭바신호(CKVB1))를 게이트 드라이버(320)로 제공한다.

상기 게이트 드라이버(320)는 상기 타이밍 컨트롤러(310)로부터 제공되는 상기 게이트 제어신호(STV1, CKV1, CKVB1)에 응답해서 게이트 신호들(G1~Gn)을 순차적으로 출력한다.

상기 데이터 드라이버(330)는 상기 타이밍 컨트롤러(310)로부터 제공되는 상기 데이터 제어신호(TP, STH, POL)에 응답해서 상기 영상신호들(R'G'B')을 데이터 전압들(D1~Dm)로 변환하여 출력한다. 상기 출력된 데이터 전압들(D1~Dm)은 상기 표시패널(100)로 인가된다.

상기 표시패널(100)에는 다수의 화소(PX) 및 다수의 센서회로들(SN)이 구비된다. 즉, 상기 다수의 화소(PX)와 상기 다수의 센서회로들(SN)은 상기 표시패널(100)에 내장된다. 상기 표시패널(100)은 하부기판, 상기 하부기판과 마주하는 상부기판 및 상기 하부기판과 상기 상부기판 사이에 개재된 액정층으로 이루어질 수 있다. 본 발명의 일 예로, 상기 다수의 센서회로들(SN)은 상기 상부기판에 구비될 수 있다.

상기 화소들(PX) 각각은 서로 동일한 구조를 가지므로, 여기서는 하나의 화소에 대한 구성을 일 예로써 설명하기로 한다.

상기 하부기판에는 다수의 게이트 라인들(GL), 상기 다수의 게이트 라인들 (GL)과 교차하는 다수의 데이터 라인들(DL) 및 상기 다수의 화소들(PX)이 구비된다. 도면에 도시하지는 않았지만, 각 화소(PX)는 박막 트랜지스터, 액정 커패시터 및 스토리지 커패시터를 포함할 수 있다. 상기 박막 트랜지스터의 게이트 전극은 상기 다수의 게이트 라인들(GL) 중 대응하는 게이트 라인에 연결되고, 소오스 전극은 상기 다수의 데이터 라인들(DL) 중 대응하는 데이터 라인에 연결되며, 드레인 전극은 상기 액정 커패시터 및 스토리지 커패시터에 연결될 수 있다.

상기 다수의 게이트 라인들(GL)은 상기 게이트 드라이버(320)에 연결되며, 상기 다수의 데이터 라인들(DL)은 상기 데이터 드라이버(330)에 연결된다. 상기 다수의 게이트 라인들(GL)은 상기 게이트 드라이버(320)로부터 제공되는 게이트 신호들(G1~Gn)을 수신하고, 상기 다수의 데이터 라인들(DL)은 상기 데이터 드라이버(330)로부터 제공되는 데이터 전압들(D1~Dm)을 수신한다.

따라서, 상기 각 화소(PX)의 박막 트랜지스터는 대응하는 게이트 라인으로 공급되는 게이트 신호에 응답하여 턴-온되고, 대응하는 데이터 라인으로 공급된 데이터 전압은 턴-온된 박막 트랜지스터를 통해 상기 액정 커패시터의 제1 전극(이하, 화소전극)에 인가된다. 한편, 상기 액정 커패시터의 제2 전극(이하, 공통전극)에는 공통전압(Vcom)이 인가된다. 상기 공통전극은 상기 상부 기판에 구비되며, 직류 전압 형태의 상기 공통전압(Vcom)이 상기 공통전극에 인가된다. 따라서, 상기 액정 커패시터에는 상기 공통전압(Vcom)과 상기 데이터 전압의 전위차에 해당하는 전압이 충전된다. 각 화소(PX)는 상기 액정 커패시터에 충전된 전압의 크기에 따라 광 투과율을 제어하여 영상을 표시할 수 있다.

한편, 상기 상부기판에는 다수의 스캔 라인들(SL), 상기 다수의 스캔 라인들(SL)과 교차하는 다수의 리드아웃 라인들(RL) 및 상기 다수의 센서회로들(SN)이 구비된다.

한편, 상기 센서회로들(SN) 각각은 서로 동일한 구조를 가지므로, 여기서는 도 2를 참조하여 하나의 센서회로(SN)에 대한 구성을 일 예로써 설명하기로 한다. 단, 도 2에서는 설명의 편의를 위하여 상기 다수의 스캔 라인(SL) 중 제1 및 제2 스캔 라인(SL1, SL2)을 도시하였고, 상기 다수의 리드아웃 라인(RL) 중 제1 및 제2 리드아웃 라인(RL1, RL2)을 도시하였다.

도 2를 참조하면, 각 센서회로(SN)는 제1 및 제2 스캔 라인(SL1, SL2) 및 제1 및 제2 리드아웃 라인(RL1, RL2)에 의해 구획된 영역에 구비될 수 있다.

상기 각 센서회로는 제1 및 제2 센서(ST1, ST2), 스위칭 소자(SW) 및 커패시터(Cs)를 포함한다. 일 예로, 상기 제1 및 상기 제2 센서(ST1, ST2) 및 스위칭 소자(SW)는 각각 트랜지스터로 이루어지고, 상기 트랜지스터는 실리콘 게르마늄으로 이루어진 반도체층을 포함할 수 있다.

상기 스위칭 소자의 게이트 전극은 상기 제1 스캔 라인(SL1)에 연결되고, 드레인 전극은 상기 제1 리드아웃 라인(RL1)에 연결되며, 소스 전극은 제3 바이어스 전압(VB3)을 공급하는 전압 라인에 연결된다.

상기 제1 및 제2 센서(ST1, ST2)는 서로 다른 외부 신호를 각각 센싱하고, 상기 외부 신호들에 따라 가변되는 전류 신호를 각각 출력한다.

상기 제1 센서(ST1)는 가시광선 파장대를 갖는 제1 광을 센싱한다. 상기 제1 센서(ST1)의 게이트 전극은 제1 바이어스 전압(VB1)을 공급하는 전압 라인에 연결되고, 소스 전극은 제2 바이어스 전압(VB2)을 공급하는 전압 라인에 연결되고, 상기 드레인 전극은 출력 단자에 연결된다. 상기 제1 바이어스 전압(VB1)은 음의 값을 가질 수 있다.

한편, 상기 제2 센서(ST2)는 적외선 파장대를 갖는 제2 광을 센싱한다. 상기 제2 센서(ST2)의 상기 제1 센서(ST1)와 마찬가지로 게이트 전극은 제1 바이어스 전압(VB1)을 공급하는 전압 라인에 연결되고, 소스 전극은 제2 바이어스 전압(VB2)을 공급하는 전압 라인에 연결되고, 상기 드레인 전극은 출력 단자에 연결된다. 상기 제1 센서(ST1) 및 상기 제2 센서(ST2)는 동일한 출력 단자에 공통으로 연결될 수 있다. 상기 제2 센서(ST2)는 가시광선 파장대를 갖는 제1 광을 차단하고, 적외선 파장대를 갖는 제2 광을 투과시키는 적외선 필터를 포함할 수 있다.

상기 커패시터(Cs)는 상기 대응하는 스캔 라인(SL1)과 상기 제1 및 상기 제2 센서(ST1, ST2) 사이에 구비된다. 구체적으로 상기 커패시터(Cs)는 상기 스위칭 소자(SW)의 게이트 전극과 전기적으로 연결된 제1 전극 및 상기 제1 및 상기 제2 센서(ST1, ST2)의 출력 단자와 전기적으로 연결된 제2 전극을 포함한다.

상기 제1 전극은 상기 스위칭 소자(SW)의 게이트 전극과 동일한 스캔 라인(SL2)에 연결된다. 또한, 도 2에 도시된 바처럼, 상기 커패시터(Cs)의 제1 전극은 상기 스위칭 소자(SW)의 게이트 전극과 일체로 형성될 수 있다.

상기 커패시터(Cs)는 상기 제1 스캔 라인(SL1)으로부터 스캔 신호를 수신하여 제1 전압을 충전하고, 상기 스캔 신호의 공급이 끝난 뒤 상기 제1 스캔 라인(SL1)이 플로팅된 이후에 상기 전류 신호에 의해 제1 전압보다 큰 제2 전압을 충전한다.

이 때, 상기 제1 스캔 라인(SL1)을 통해 상기 스위칭 소자(SW)의 문턱 전압의 크기보다 낮은 크기의 스캔 신호가 인가되므로, 상기 제1 전압은 상기 스위칭 소자(SW)의 문턱 전압보다 낮고, 상기 제2 전압은 상기 스위칭 소자(SW)의 문턱 전압보다 높다. 따라서, 상기 스위칭 소자(SW)는 상기 커패시터(Cs)에 충전된 상기 제2 전압에 응답하여 턴-온되고, 상기 센싱 신호를 상기 대응하는 리드아웃 라인(RL1)으로 출력한다.

상기 다수의 스캔 라인들(SL)은 상기 스캔 드라이버(340)에 연결되어 다수의 스캔 신호들을 각각 수신한다. 상기 스캔 드라이버(340)는 상기 타이밍 컨트롤러(310)로부터 스캔 제어신호(예를 들어, 개시신호(STV2), 제1 및 제2 클럭신호(CKV2, CKVB2))를 수신하여 상기 스캔 신호들을 출력한다. 상기 스캔 제어신호(STV2, CK2, CKB2)는 게이트 제어신호(STV1, CKV1, CKVB1)에 동기하는 신호일 수 있다. 상기 스캔 드라이버(340)의 구성 및 동작에 대해서는 도 3을 참조하여 자세하게 설명한다.

도 2에 도시된 센서회로들(SN)은 서로 다른 외부 신호를 수신하는 다수의 센서들이 하나의 스위칭 소자에 공통으로 연결되어, 스위칭 소자 및 배선의 수를 줄일 수 있고, 회로를 단순하게 구현할 수 있다. 따라서, 동일한 면적 내에 삽입되는 센서의 수를 증가시킬 수 있으므로 터치 회로의 해상도(resolution)가 높아져 터치 위치를 보다 정확하게 센싱할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캔 드라이버의 구성을 개념적으로 도시한 회로도이다. 도 3을 참조하면, 상기 스캔 드라이버(340)는 쉬프트 레지스터(341), 반전회로(342) 및 스위칭 회로(343)를 포함한다.

상기 쉬프트 레지스터(341)는 서로 종속적으로 연결된 다수의 스테이지(SRC1~SRCn+1)로 이루어진다. 각 스테이지는 제1 입력단자(IN1), 제1 및 제2 클럭단자(CK1, CK2), 제2 입력단자(IN2), 전압입력단자(Vin), 리셋단자(RE) 및 출력단자(OUT)를 포함한다.

상기 다수의 스테이지(SRC1 ~ SRCn+1)의 제1 입력단자(IN1)는 이전단 스테이지의 출력단자(OUT)에 전기적으로 연결되어 이전단 베이스 신호(BS1~BSn)를 입력받는다. 단, 상기 다수의 스테이지(SRC1 ~ SRCn+1) 중 첫번째 스테이지(SRC1)의 제1 입력단자(IN1)에는 상기 스캔 드라이버(340)의 구동을 개시하는 개시신호(STV)가 제공된다. 상기 다수의 스테이지(SRC1 ~ SRCn+1)의 제2 입력단자(IN2)는 다음단 스테이지의 출력단자(OUT)에 전기적으로 연결되어 다음단 베이스 신호(BS2~BSn+1)를 입력받는다. 단, 상기 다수의 스테이지(SRC1 ~ SRCn+1) 중 마지막 스테이지(SRCn+1)의 제2 입력단자(IN2)에는 상기 개시신호(STV2)가 제공된다.

상기 다수의 스테이지(SRC1 ~ SRCn+1) 중 홀수번째 스테이지(SRC1, SRC3,...SRCn+1)의 제1 클럭단자(CK1)에는 제1 클럭(CKV2)이 제공되고, 제2 클럭단자(CK2)에는 상기 제1 클럭(CKV2)과 반전된 위상을 갖는 제2 클럭(CKVB2)이 제공된다. 상기 다수의 스테이지(SRC1 ~ SRCn+1) 중 짝수번째 스테이지(SRC2,...SRCn)의 제1 클럭단자(CK1)에는 상기 제2 클럭(CKVB2)이 제공되고, 제2 클럭단자(CK2)에는 상기 제1 클럭(CKV2)이 제공된다.

상기 다수의 스테이지(SRC1 ~ SRCn+1)의 전압입력단자(Vin)에는 접지전압 또는 게이트 오프전압(VSS)이 제공된다. 또한, 상기 마지막 스테이지(SRCn+1)의 출력단자(OUT)는 다수의 스테이지(SRC1 ~ SRCn+1)의 리셋단자(RE)에 전기적으로 연결된다.

상기 다수의 스테이지(SRC1 ~ SRCn)의 출력단자(OUT)들은 상기 다수의 반전 회로(342) 각각에 일대일 대응하여 전기적으로 연결된다. 상기 반전회로(342)는 상기 쉬프트 레지스터(341)의 상기 다수의 스테이지(SRC1 ~ SRCn)의 출력단자(OUT) 각각에 연결되어, 출력된 베이스 신호들(BS1~BSn) 각각을 반전하여 각각의 스캔 신호들(SC1~SCn)을 출력한다. 이 때, 상기 스캔 신호들(SC1~SCn)에 의해 상기 스위칭 소자(SW)가 턴-온되는 것을 방지하기 위해, 상기 스캔 신호들(SC1~SCn)의 크기는 상기 스위칭 소자(SW)의 문턱 전압보다 낮은 값으로 정해진다.

상기 스위칭 회로(343)는 상기 반전 회로(342)의 출력단자에 연결되고, 스위칭 신호들(SH1~SHn)에 응답하여 상기 스캔 라인들(SL1~SLn) 각각을 플로팅시킨다. 상기 스위칭 신호들(SH1~SHn)은 상기 스캔 라인들(SL1~SLn)에 순차적으로 인가되므로, 상기 스캔 라인들(SL1~SLn) 각각은 순차적으로 플로팅된다. 이때, 상기 스위칭 신호들(SH1~SHn)은 상기 베이스 신호들(BS1~BSn) 각각과 동기화되어 인가될 수 있으며, 상기 스위칭 신호들(SH1~SHn)은 상기 베이스 신호들(BS1~BSn)과 동일할 수 있다.

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 리드아웃 라인들(RL)은 상기 검출 회로(350)에 연결되어 대응하는 센서회로들(SN)로부터 수신한 센싱 신호를 상기 검출 회로(350)로 제공하는 역할을 수행한다. 상기 센서회로(SN)는 상기 제2 전압에 응답하여 상기 스위칭 소자(SW)가 턴-온되면, 상기 턴-온된 스위칭 소자(SW)를 통해 상기 외부 신호의 세기에 따른 센싱 신호를 상기 제1 리드아웃 라인(RL1)으로 제공한다.

상기 검출회로(350)는 상기 센싱 신호를 수신하여 상기 외부 신호들이 제공된 위치를 검출한다. 구체적으로, 상기 검출회로(350)는 상기 베이스 신호가 발생된 시점 및 상기 수신된 센싱 신호를 근거로 위치 정보(PS), 즉 상기 사용자가 손가락으로 터치한 지점의 2차원 좌표값을 생성할 수 있다.

상기 검출회로(350)는 타이밍 컨트롤러(310)를 통해 상기 위치 정보(PS)를 처리장치(미도시)로 전송한다, 상기 처리장치는 수신한 상기 위치 정보(PS)를 근거로 사용자가 표시패널 상에서 상기 위치 정보가 가리키는 위치에 표시된 컴포넌트를 선택한 것으로 간주한다. 그리고, 상기 처리장치(미도시)는 상기 컴포넌트의 선택에 따른 명령을 처리하고, 처리 결과에 따른 새로운 영상 신호(R, G, B) 및 제어신호(CS)를 상기 타이밍 컨트롤러(310)로 전송한다. 상기 표시장치(300)는 수신한 신호(R,G,B, CS)들을 기초로 처리 결과를 표시한다.

도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 단면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 B 부분의 확대도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 표시장치(300)는 영상을 표시하는 표시패널(100) 및 상기 표시패널(100)의 하부에 구비된 백라이트 유닛(200)을 포함한다.

도 5를 참조하면, 상기 표시패널(100)은 하부기판(110), 상기 하부기판(110)과 마주하는 상부기판(120) 및 상기 하부기판(110)과 상기 상부기판(120) 사이에 개재된 액정층(130)으로 이루어진다.

상기 하부기판(110)은 제1 베이스 기판(111) 및 상기 제1 베이스 기판(111) 상에 구비된 다수의 화소(PX, 도 1에 도시됨)를 포함한다. 각 화소(PX)에는 화소전극(115)이 포함될 수 있다. 그러나, 각 화소는 화소전극(115) 이외에도 상기 화소전극(115)을 구동시키기 위한 박막 트랜지스터 등을 더 포함할 수 있다.

상기 상부기판(120)은 상기 제1 베이스 기판(111)과 마주하는 제2 베이스 기판(121) 및 상기 하부기판(110)과 마주하는 상기 제2 베이스 기판(121)의 하면 상에 구비된 다수의 센서회로들(SN, 도 1에 도시됨)을 포함한다. 상기 다수의 센서회로들(SN) 각각에 포함된 센서들(ST1, ST2, 도 1에 도시됨)은 실리콘 게르마늄(SiGe) 트랜지스터로 이루어져 상기 제2 베이스 기판(112) 상에 형성될 수 있다. 도 5에는 편의상 제2 센서(ST2)만을 도시하였다. 이때, 상기 제2 센서(ST2)는 반도체층(127) 하부에 구비되어서 상기 제2 광(L2)을 통과시키고 상기 제1 광(L1)은 차단하는 필터(122)를 더 포함할 수 있다. 상기 필터(122)는 상기 반도체층과 마찬가지로 실리콘 게르마늄(SiGe)으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 상부 기판(120)은 센서회로들(SN)을 커버하는 절연막(123), 상기 절연막(123) 상에 상기 화소전극(115)과 마주하는 영역에 배치된 레드, 그린 및 블루 색화소들(R, G, B)를 더 포함한다. 상기 색화소들(R, G, B) 사이에는 블랙 매트릭스(124)가 구비되며, 상기 색화소들(R, G, B)은 유기 절연막(125)에 의해서 커버된다. 상기 상부 기판(120)은 상기 유기 절연막(125)상에 형성된 공통전극(126)을 더 포함한다.

상기 화소전극(115), 상기 공통전극(126) 및 상기 액정층(130)에 의해서 액정 커패시터(Clc)가 형성될 수 있다.

도 5에서는 상기 색화소들(R, G, B)이 상기 상부기판(120) 측에 구비된 구조를 제시하였으나, 상기 색화소들(R,G,B)은 상기 하부기판(110) 측에 구비될 수도 있다.

도 4를 참조하면, 상기 백라이트 유닛(200)은 상기 표시패널(100)의 하부에 배치된 회로기판(201), 상기 회로기판(201) 상에 실장되어 가시광선 파장대를 갖는 제1 광(L1)을 출사하는 다수의 제1 광원(210) 및 상기 회로기판(201) 상에 실장되어 적외선 파장대를 갖는 제2 광(L2)을 출사하는 다수의 제2 광원(220)을 포함한다.

상기 제1 및 제2 광원들(210, 220)은 상기 회로기판(201) 상에 교번적으로 배치될 수 있다. 본 발명의 일 예로, 도 4에 도시된 바와 같이 서로 인접하는 두 개의 제1 광원(210) 사이에 하나의 제2 광원(220)이 배치될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 광원들(210, 220) 각각은 발광 다이오드로 이루어질 수 있다.

도 5을 참조하면, 상기 제1 광원들(210)로부터 출사된 상기 제1 광(L1)은 상기 표시패널(100)로 입사되고, 입사된 상기 제1 광(L1)은 상기 액정층(130)을 통과한다. 상기 액정층(130)의 광 투과율은 상기 화소전극(115)과 상기 공통전극(124) 사이에 형성된 전계에 의해서 컨트롤된다. 즉, 상기 표시패널(100)은 상기 액정층(130)에 의해서 상기 제1 광(L1)의 투과율을 컨트롤함으로써 원하는 계조의 영상을 표시할 수 있다.

한편, 상기 제2 광원들(220)로부터 출사된 상기 제2 광(L2)은 상기 표시패널(100)로 입사된 후 상기 표시패널(100)을 통과한다. 상기 표시패널(100)을 통과한 상기 제2 광(L2)은 사용자의 눈에는 인식되지 않으므로, 상기 사용자가 상기 표시패널(100)에 표시된 영상을 인식하는 데에는 영향을 미치지 않는다.

상기 제2 광원들(220)로부터 출사된 상기 제2 광(L2)은 상기 표시패널(100) 내에 구비된 다수의 층(예컨데, 화소전극(115), 액정층(130) 및 색화소(R,G,B) 등에 의해서 일부 반사되고, 일부만이 상기 표시패널(100)을 통과할 수 있다.

상기 표시패널(100)을 통과한 상기 제1 광(L1) 및 상기 제2 광(L2)은 외부로 방사되지만, 상기 표시패널(100) 상에 물체(예를 들어, 손가락)(10)가 존재하면, 상기 손가락(10)에 의해서 반사될 수 있다. 상기 표시패널(100) 상의 물체에 의해 반사된 상기 제1 광(L1)은 상기 제1 센서(미도시)에 의해 센싱될 수 있고, 반사된 상기 제2 광(L2)은 상기 제2 센서(ST2)에 의해 센싱될 수 있다. 그러나, 제1 광(L1)은 블랙 계조를 나타내는 영역에서는 상기 액정층(130)에 의해 차단되므로, 이 경우에는 제2 광(L2)에 의한 센싱만이 가능하다. 다시 말해, 본 발명에서는 센싱의 정확도를 높이기 위해, 복수의 광원 및 서로 다른 파장대의 광을 센싱하는 센서들을 사용한다.

본 발명의 일 예로, 도 5에서는 사용자가 상기 손가락(10)을 이용하여 상기 표시패널(100)의 특정 지점을 터치한 경우를 도시하였고, 특히 상기 손가락(10)에 의해서 상기 제2 광(L2)이 반사된 것을 예로 들었다.

상기 손가락(10)에 의해서 반사된 상기 제2 광(L2)은 표시패널(100) 내에 구비된 상기 제2 센서(ST2)를 통해 센싱될 수 있다. 상기 반사된 상기 제2 광(L2)은 상기 필터(122)를 통과하여 상기 제2 센서(ST2)의 반도체층(127)으로 입사되고, 상기 반사된 상기 제2 광(L2)의 광량에 따라 상기 제2 센서(ST2)로부터 출력되는 포토 전류가 변화된다.

도 5에서는, 상기 제2 센서(ST2)가 상기 상부 기판(120)에 구비된 구조를 제시하였으나, 상기 센서들은 상기 하부 기판상에 구비될 수도 있다.

그러나, 상기 센서들이 상기 상부기판(120)에 구비되면, 상기 하부기판(110)에 구비된 경우에 비하여 상기 물체와의 거리가 상대적으로 가까워진다. 따라서, 상기 센서(ST1, ST2)의 감도를 향상시킬 수 있고, 상기 터치된 지점을 정확하게 파악하는데 유리할 수 있다. 또한, 상기 상부기판(120)에 구비된 상기 센서(ST1)가 블랙 매트릭스(123)가 형성된 영역 내에 위치하는 경우, 상기 표시패널(100)의 개구율이 향상될 수 있다.

이하, 상기 센서회로의 외부 신호의 센싱 방법에 대해 구체적으로 설명하도록 한다. 상기 센서회로들(SN) 각각은 서로 동일한 구조를 가지므로, 여기서는 도 6A 내지 6C를 참조하여 하나의 센서회로(SN)의 동작을 일 예로써 설명하기로 한다. 단, 6A 내지 6C에서는 설명의 편의를 위하여 상기 센서회로(SN)에 대응하는 제1 스캔 라인(SL1) 및 제1 리드아웃 라인(RL1) 만을 도시하였다.

도 6A 내지 도 6C는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 신호의 센싱 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 도 6A 내지 도 6C의 커패시터에 충전된 전압의 변화를 도시한 파형도이다. 도 6C는 다시 스캔 신호가 인가되었을 때의 센서회로의 동작을 도시한 도면이다.

도 6A는 스캔 신호가 인가되었을 때의 센서회로의 동작을 도시한 도면으로 도 7에서 0과 t1까지의 구간에 대응한다.

도 6A 및 도 7을 참조하면, 상기 커패시터(Cs)는 상기 제1 스캔 라인(SL1)으로부터 인가된 스캔 신호(SC)를 수신하여 커패시터(Cs) 양단에 제1 전압(V1)을 충전한다. 전술한 바와 같이, 상기 제1 스캔 라인(SL1)으로부터 스위칭 소자(SW)의 문턱 전압보다 낮은 스캔 신호가 인가되므로, 상기 제1 전압(V1)은 상기 스위칭 소자(SW)의 문턱 전압(Vt)보다 낮고, 스위칭 소자(SW)는 턴-오프된 상태를 유지한다.

도 6B는 대응하는 스캔 라인이 플로팅 된 후에 외부 신호가 센싱되었을 때의 센서회로의 동작을 도시한 도면으로, 도 7에서 t1과 t2 사이의 구간에 대응한다.

도 6B 및 도 7을 참조하면, 스캔 신호(SC)의 공급이 중지되어 스캔 라인(SL2)이 플로팅되면, 상기 커패시터(Cs)는 충전된 상기 제1 전압(V1)을 유지한다. 이때, 표시패널상의 물체에 의해 상기 제1 센서(ST1)로 반사된 상기 제1 광(L1)이 입사되는 경우, 상기 제1 센서(ST1)는 입사된 광량에 따라 전류 신호를 출력한다. 마찬가지로, 상기 제2 센서(ST2)로 반사된 상기 제2 광(L2)이 입사되는 경우, 상기 제2 센서(ST2)는 입사된 광량에 따라 전류 신호를 출력한다. 만약 반사된 상기 제1 광(L1)이 상기 제1 센서(ST1)로 입사되고, 반사된 상기 제2 광(L2)이 상기 제2 센서(ST2)로 입사되는 경우, 상기 제1 및 상기 제2 센서(ST1, ST2) 각각은 각각의 센서로 입사된 광량에 따라 전류 신호(p-current)를 출력한다.

상기 전류 신호(p-current)에 의해 상기 커패시터(Cs)의 전압은 상승한다. 따라서, 상기 커패시터(Cs)에는 제1 전압(V1)보다 큰 제2 전압(V2)이 충전될 수 있다.

전술한 바와 같이, 상기 제2 전압(V2)은 상기 스위칭 소자(SW)의 문턱 전압(Vt)보다 높은 값을 갖고, 상기 커패시터(Cs)의 제1 전극은 상기 스위칭 소자(SW)에 전기적으로 연결된다. 따라서, 상기 스위칭 소자(SW)는 상기 제2 전압(V2)에 의해 턴-온이 되고, 제1 리드아웃 라인(RL1)으로 센싱 신호를 출력한다. 스위칭 소자(SW)의 소스 전극에는 직류 전압이 인가되어 있으나, 트랜지스터의 특성상 선형 영역(linear region)에서 상기 센싱 신호의 크기는 문턱 전압에 비례하여 출력된다.

출력된 상기 센싱 신호는 상술한 바와 같이 도 1의 검출회로(350)로 인가되고, 검출회로(350)는 상기 센싱 신호를 수신하여 상기 외부 신호들이 제공된 위치를 검출한다. 또한, 상기 검출회로(350)는 타이밍 컨트롤러(310)를 통해 상기 위치 정보(PS)를 처리장치로 전송한다. 상기 타이밍 컨트롤러(310)는 상기 위치 정보에 해당하는 위치를 선택함으로써 발생된 이벤트의 처리 결과에 따른 새로운 영상 신호(R, G, B) 및 제어신호(CS)수신하고, 이를 토대로 상기 표시패널(100)은 처리 결과를 표시한다.

도 6C는 스캔라인이 플로팅 된 이후 스캔 라인에 다시 스캔 신호가 인가되었을 때의 센서회로의 동작을 도시한 도면이다.

도 6C 및 도 7을 참조하면, 상기 커패시터(Cs)는 도 6A와 마찬가지로 상기 스캔 라인(SL2)으로부터 인가된 스캔 신호(SC)를 수신하여 커패시터(Cs) 양단에 상기 제1 전압(V1)을 충전한다. 다시 말해서, 상기 커패시터(Cs)에 충전된 전압은 상기 제2 전압(V2)에서 상기 제1 전압(V1)으로 낮아지게 된다. 따라서, 상기 스위칭 소자(SW)는 턴-오프된다.

상술한 바에 따르면, 입사된 광에 의해 스위칭 소자가 턴-온되고, 트랜지스터의 액티브 영역에서 상기 스위칭 소자가 동작한다. 따라서, 상기 스위칭 소자로부터 출력되는 센싱 신호의 크기가 기존의 방식에 비해 크고 센싱 신호의 출력범위도 넓으므로, 센싱 감도가 향상된다.

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.

100: 표시패널 200: 백라이트 300: 표시장치
310: 타이밍 컨트롤러 320: 게이트 드라이버
330: 데이터 드라이버 340: 스캔 드라이버 350: 검출회로
SN: 센서회로 SW: 스위칭 소자 ST1, ST2: 센서
Cs: 커패시터 SL: 스캔라인 RL: 리드아웃 라인

Claims

영상을 표시하는 다수의 화소를 포함하는 표시패널;
각각 적어도 2개 이상의 서로 다른 외부 신호들을 센싱하여 센싱 신호를 출력하는 다수의 센서회로; 및
상기 센싱 신호를 수신하여 상기 외부 신호들이 제공된 위치를 검출하는 검출회로를 구비하고,
각 센서회로는,
각각 서로 다른 외부 신호들을 센싱하고, 센싱된 외부 신호들에 따라 가변되는 전류신호를 출력하는 출력 단자를 공유하는 다수의 센서;
스캔 신호를 수신하는 스캔 라인;
상기 스캔 라인과 상기 출력단자 사이에 구비되고, 상기 스캔 신호를 수신하여 제1 전압을 충전하고, 상기 스캔 라인이 플로팅된 이후에 상기 전류 신호에 의해 상기 제1 전압보다 큰 제2 전압을 충전하는 커패시터;
상기 제2 전압에 응답하여 상기 센싱 신호를 출력하는 스위칭 소자; 및
상기 스위칭 소자로부터 출력된 상기 센싱 신호를 상기 검출 회로에 공급하는 리드아웃 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 전압은 상기 스위칭 소자의 문턱 전압보다 낮고,
상기 제2 전압은 상기 스위칭 소자의 문턱 전압보다 높은 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 스캔 라인에 연결되어 스캔 신호를 공급하는 스캔 드라이버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
제3항에 있어서, 상기 스캔 드라이버는
베이스 신호를 출력하는 쉬프트 레지스터;
상기 쉬프트 레지스터로부터 수신된 베이스 신호를 반전하여 상기 스캔 신호를 출력하는 반전 회로;
상기 반전회로의 출력단에 연결되고 스위칭 신호에 응답하여 소정 구간 동안 상기 스캔 라인을 플로팅시키는 스위칭 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
제1항에 있어서, 상기 다수의 센서는 각각,
가시광선 파장대를 갖는 제1 광을 센싱하는 제1 센서; 및
적외선 파장대를 갖는 제2 광을 센싱하는 제2 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제5항에 있어서, 상기 제2 센서는 상기 제1 광을 통과시키고 상기 제2 광을 차단하는 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 각각은,
제1 바이어스 전압을 공급하는 전압 라인에 연결된 게이트 전극, 제2 바이어스 전압을 공급하는 전압 라인에 연결된 소스 전극 및 상기 출력 단자에 연결된 드레인 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제7항에 있어서, 상기 스위칭 소자는,
상기 스캔 라인에 연결된 게이트 전극, 상기 리드아웃 라인에 연결된 드레인 전극 및 제3 바이어스 전압을 공급하는 전압 라인에 연결된 소스 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제8항에 있어서, 상기 커패시터는,
상기 스위칭 소자의 게이트 전극과 전기적으로 연결된 제1 전극 및 상기 제1 및 상기 제2 센서의 출력 단자에 전기적으로 연결된 제2 전극에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 표시장치
제8항에 있어서, 상기 제1 전극 및 상기 스위칭 소자의 게이트 전극은 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 표시장치.
제10항에 있어서, 상기 스위칭 소자, 상기 제1 및 상기 제2 센서는 동일한 물질로 이루어진 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
제11항에 있어서, 상기 반도체층은 실리콘 게르마늄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 표시장치.
제1항에 있어서, 상기 센서회로는 상기 표시패널에 내장되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
제13항에 있어서, 상기 표시패널은 상부 기판 및 하부 기판을 포함하고,
상기 센서회로는 상기 상부 기판 상에 구비되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
서로 다른 외부 신호를 센싱하는 제1 및 제2 센서를 포함하는 표시장치의 구동 방법에 있어서,
스캔 신호를 인가하여 커패시터에 제1 전압을 충전하는 단계;
상기 스캔 신호의 공급이 끝난 뒤 상기 제1 및 상기 제2 센서 중 적어도 하나로부터 센싱된 외부 신호에 대응하는 전류 신호에 의해 상기 커패시터에 상기 제1 전압보다 큰 제2 전압을 충전하는 단계;
상기 제2 전압에 응답하여 스위칭 소자가 센싱 신호를 출력하는 단계;
상기 수신된 신호를 근거로 상기 외부 신호가 제공된 위치 정보를 산출 및 출력하는 단계; 및
표시패널에 상기 위치 정보를 기초로 발생한 이벤트의 처리결과를 표시하는 단계를 포함하는 표시장치의 구동 방법.
제15항에 있어서, 상기 제1 전압은 상기 스위칭 소자의 문턱 전압보다 낮은 값이고, 상기 제2 전압은 상기 스위칭 소자의 문턱 전압과 같거나 높은 값인 것을 특징으로 하는 표시장치의 구동 방법.
제15항에 있어서,
상기 커패시터에 충전된 상기 제2 전압을 상기 제1 전압으로 낮추는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치의 구동 방법.