KR20170142807A - 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치 - Google Patents

표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치 Download PDF

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KR20170142807A
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Abstract

본 발명은 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치에 관한 것으로, 별도의 터치스크린 즉 터치검출장치의 부가없이 화면 표시 기능 및 터치검출 기능을 갖는 표시장치를 구현하기 위해 화소(pixel)를 이용한다.
본 발명은 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치에서 터치 신호 검출에 영향을 미치는 스토리지 커패시터(Cst)를 제거하기 위한 구조를 제시한다.

Description

표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치{INTEGRATION DISPALY APPARATUS WITH DISPLAY AND TOUCH FUNCTION}
본 발명은 전반적으로 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 별도의 터치 스크린의 부가없이 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치에 관한 것이다.
터치 스크린은 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic Light Emitting Diode), AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode) 등과 같은 여러 표시장치 위에 부가되는 입력장치(Input device)로서, 손가락이나 터치펜 등의 물체가 터치 스크린에 접촉될 때 이를 입력신호로 인식하는 장치이다.
터치 입력장치인 터치 스크린은 근래 휴대폰(mobile phone), PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player) 등과 같은 모바일 기기에 많이 장착되고 있으며, 그 밖에도 네비게이션, 넷북, 노트북, DID(Digital Information Device), 터치입력 지원 운영체제를 사용하는 테스크탑 컴퓨터, IPTV(Internet Protocol TV), 군용장비 등 전 산업분야에 걸쳐 폭넓게 이용되고 있다.
현재 터치스크린이 구비된 표시장치는 표시장치와 터치스크린을 개별적으로 제조한 후에, 표시장치의 상판에 터치스크린을 부착하는 방법을 취한다.
표시장치와 터치스크린을 별도로 제조하여 부착하기 때문에, 별도의 터치스크린을 갖는 표시장치는 표시장치 자체의 두께보다 두꺼워지며 밝기도 더 어두워져 시인성이 저하되는 문제가 있다.
터치스크린이 표시장치의 상판에 실장되는 구조를 가져서, 표시장치의 여러 구동신호와 터치스크린의 터치 신호간에 간섭 현상이 발생하여, 표시장치의 성능 뿐만 아니라 터치스크린의 성능도 저하되는 문제도 있다.
또한, 표시장치를 구동하는 표시장치 구동칩과 터치스크린을 구동하는 터치 구동칩을 별도로 구비하여야 하는 문제점도 있어서, 제품의 가격이 상승하며, 생산공정이 복잡해지는 등의 여러 문제가 발생한다.
본 발명은 상기에서 논의된 종래의 별도의 터치스크린을 갖는 표시장치의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 별도의 터치스크린 없이 표시장치에 터치스크린 기능을 부가하여 표시기능과 터치기능을 갖는 통합 표시장치에 관한 것이다.
본 발명은 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치에 관한 것으로, 별도의 터치스크린 즉 터치검출장치의 부가없이 화면 표시 기능 및 터치검출 기능을 갖는 표시장치를 구현하기 위해 화소(pixel)를 이용한다.
본 발명은 별도의 터치스크린 뿐만 아니라 별도의 터치 구동칩의 부가를 생략할 수 있는바 표시장치의 여러 컴포넌트 배치를 위한 여유있는 공간을 확보할 수 있고, 제작 비용에서도 유리한 효과를 가질 수 있다.
본 발명은 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치에서 터치 신호 검출에 영향을 미치는 스토리지 커패시터(Cst)를 제거하기 위한 구조를 제시한다.
본 발명의 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치의 일 측면에 따라,
화상(image)을 표시하는 디스플레이 컴포넌트로서 동작하고 그리고 터치 여부를 판단하는 터치 검출센서로서 동작하는 복수개의 화소;를 포함한다.
바람직하게는,
각각의 상기 화소의 구동 주기 (operation period)는 상기 디스플레이 컴포넌트로서 동작하는 디스플레이 구간과 상기 터치 검출센서로서 동작하는 터치 검출 구간을 포함한다.
바람직하게는,
상기 화소의 구동 주기는 상기 터치 검출 구간을 수행한 후에 상기 디스플레이 구간을 수행하도록 설정되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
하나 이상의 상기 화소를 서로 연결하여 하나의 확대 터치 검출센서(enlarged touch sensor)를 형성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
하나 이상의 상기 화소의 연결은 상기 통합 표시장치의 복수개의 게이트 신호선을 동시에 턴 온(turn on) 시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
하나 이상의 상기 화소의 연결은 상기 통합 표시장치의 복수개의 소스 신호선을 동시에 턴 온 시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
하나 이상의 상기 화소의 연결은 상기 통합 표시장치의 복수개의 게이트 신호선 및 복수개의 소스 신호선을 동시에 턴 온 시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 디스플레이 구간에서는 상기 화소는 전하를 축적하는 스토리지 커패시터(Cst)를 형성한다.
바람직하게는,
상기 터치 검출 구간에서는 상기 화소에는 상기 스토리지 커패시터가 제거되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 화소는 화소전극, 공통전극 및 컬러필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 컬러필터는 RED필터, GREEN 필터 또는 BLUE필터인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 화소를 이용하여 지문인식을 수행하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 지문인식은 적어도 두개이상의 손가락을 동시에 수행하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 통합 표시장치의 상기 화소가 배치된 전 영역에서 상기 지문인식이 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치의 일 측면에 따라,
표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치에 있어서,
화상(image)을 표시하는 디스플레이 컴포넌트로서 동작하고 그리고 터치 여부를 판단하는 터치 검출센서로서 동작하는 복수개의 화소전극;를 포함하되,
상기 화소 전극은
제 1 화소 전극; 및
상기 제 1 화소 전극과 연결시에는 스토리지 커패시터를 형성하고, 상기 제 1 화소 전극과 연결 해제시에는 상기 스토리지 커패시터가 형성되지 않는 제 2 화소 전극;을 포함한다.
바람직하게는,
상기 통합 표시 장치는 상기 제 1 화소 전극과 상기 제 2 화소 전극을 연결시키거나 연결 해제시키는 복수개의 스토리지 커패시터 (Cst) 스위치를 더 포함한다.
바람직하게는,
각각의 상기 화소 전극의 구동 주기 (operation period)는 상기 디스플레이 컴포넌트로서 동작하는 디스플레이 구간과 상기 터치 검출센서로서 동작하는 터치 검출 구간을 포함한다.
바람직하게는,
상기 화소 전극이 상기 디스플레이 구간에 있을 때는 상기 제 1 화소 전극과 상기 제 2 화소 전극이 연결되어 상기 스토리지 커패시터를 형성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 화소 전극이 상기 터치 검출 구간에 있을 때는 상기 제 1 화소 전극과 상기 제 2 화소 전극이 연결해제되어 상기 스토리지 커패시터가 형성되지 않는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 통합 표시 장치는
복수개의 게이트 신호선;
복수개의 소스 신호선; 및
각각의 상기 게이트 신호선 및 각각의 상기 소스 신호선에 연결된 복수개의 TFT 스위치;를 더 포함한다.
바람직하게는,
상기 TFT 스위치 및 상기 스토리지 커패시터 (Cst) 스위치는 동일한 마스크(MASK)로 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
하나 이상의 상기 화소 전극을 서로 연결하여 하나의 확대 터치 검출센서(enlarged touch sensor)를 형성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
하나 이상의 상기 화소 전극의 연결은 상기 통합 표시장치의 복수개의 게이트 신호선을 동시에 턴 온(turn on) 시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
하나 이상의 상기 화소 전극의 연결은 상기 통합 표시장치의 복수개의 소스 신호선을 동시에 턴 온 시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
하나 이상의 상기 화소 전극의 연결은 상기 통합 표시장치의 복수개의 게이트 신호선 및 복수개의 소스 신호선을 동시에 턴 온 시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 스토리지 커패시터 (Cst) 스위치의 게이트 단자의 턴 온 또는 턴 오프는 상기 통합 표시장치의 구동칩으로부터 발원된 턴 온(turn on) 또는 턴 오프(turn off) 신호에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
동시에 턴 온된 상기 복수개의 게이트 신호선의 전단 게이트 신호선(previous gate line)에 연결되어 상기 스토리지 커패시터 (Cst)의 턴 온 또는 턴 오프를 제어하는 인버터(Inverter)를 더 포함한다.
바람직하게는,
동시에 턴 온된 상기 복수개의 소스 신호선의 전단 소스 신호선에 연결되어 상기 스토리지 커패시터 (Cst)의 턴 온 또는 턴 오프를 제어하는 인버터(Inverter)를 더 포함한다.
바람직하게는,
상기 전단 게이트 신호선은 미리 설정된 특정 방향에서 상기 복수개의 게이트 신호선의 순서를 결정할 때 제 1 게이트 신호선보다 앞단에 위치하는 게이트 신호선인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 전단 소스 신호선은 미리 설정된 특정 방향에서 상기 복수개의 소스 신호선의 순서를 결정할 때 제 1 소스 신호선보다 더 왼쪽에 위치하는 소스 신호선인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 전단 게이트 신호선에 인가된 신호에 관계없이 상기 인버터의 출력을 제어하는 변환기를 더 포함한다.
바람직하게는,
상기 전단 소스 신호선에 인가된 신호에 관계없이 상기 인버터의 출력을 제어하는 변환기를 더 포함한다.
바람직하게는,
상기 화소 전극의 구동 주기는 상기 터치 검출 구간을 수행한 후에 상기 디스플레이 구간을 수행하도록 설정되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 화소 전극의 구동 주기는 상기 터치 검출 구간을 수행하기 전에 상기 디스플레이 구간을 수행하도록 설정되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 화소전극이 상기 터치 검출센서로 동작하는 동안에, 동시에 턴온된 상기 복수개의 게이트 신호선은 적어도 두개이상의 게이트 신호선이 상호 연결된 복수개의 그룹의 게이트 신호선을 포함하고, 터치가 검출 중인 그룹의 게이트 신호선의 이웃하는 그룹들의 게이트 신호선에 교번하는 AC 전압을 인가하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 화소전극이 상기 터치 검출센서로 동작하는 동안에, 동시에 턴온된 상기 복수개의 소스 신호선은 적어도 두개이상의 게이트 신호선이 상호 연결된 복수개의 그룹의 소스 신호선을 포함하고, 터치가 검출 중인 그룹의 소스 신호선의 이웃하는 그룹들의 게이트 신호선에 교번하는 AC 전압을 인가하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
적어도 하나 이상의 더미 게이트 신호선; 및
적어도 하나 이상의 더미 소스 신호선;을 더 포함한다.
바람직하게는,
상기 더미 게이트 신호선은 최외곽의 게이트 신호선의 바깥쪽에 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 더미 소스 신호선은 최외곽의 소스 신호선의 바깥쪽에 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 화소를 이용하여 지문인식을 수행하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 지문인식은 적어도 두개이상의 손가락을 동시에 수행하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 통합 표시장치의 상기 화소가 배치된 전 영역에서 상기 지문인식이 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치에 의하면, 별도의 터치스크린 및 터치 구동칩의 부가없이 표시 기능과 터치 기능을 수행할 수 있는 표시장치를 제공함으로써 표시장치의 구조가 간단해지고 그에 따라 표시장치의 생산원가가 절감되는 장점이 있다.
본 발명에 따른 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치에 의하면, 스토리지 커패시터(Cst)를 획기적으로 저감시키는 구조를 제시함으로써 터치신호의 감도를 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 통합 표시장치에서 터치 신호를 검출하는 터치 기능을 수행하는 블록도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에서의 화소에 의해 구현되는 터치스크린의 멀티플렉서를 포함하는 구동부(31)에 실행되는 터치과정을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 통합 표시장치의 TFT 기판(TFT Plate)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5는 표시장치의 일 유형인 LCD에서 스토리지 커패시터의 생성에 관한 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치에서 스토리지 커패시터(Cst)를 제거하기 위한 구조를 도시한 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 통합 표시 장치를 이용하여 화상을 디스플레이하는 회로도의 구성을 도시한 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 회로도를 참조하여 본 발명의 통합 표시 장치의 이미지 표시단계에서의 게이트 신호선의 전압의 크기 및 동작순서(Timing chart)를 설명하는 도면이다.
도 9는 도 6에 도시된 통합 표시 장치를 이용하여 터치를 검출하는 회로도의 구성을 도시한 도면이다.
도 10은 기생 커패시터에 인가되는 교류 전압에 동기하여 터치를 검출하는 과정을 더 상세하기 위한 도면이다.
도 11은 본원 발명의 통합 표시 장치를 이용한 지문 인식을 더 상세하게 도시한 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치에 대해 구체적으로 설명한다.
본원 발명에 첨부된 각각의 도면에서 동일한 컴포넌트에 대하여는 별도의 도면 번호를 부여하지 않지만, 동일한 도면번호를 갖는 것으로 인식될 수 있다.
예를 들어, 도 1 에서 (ROW1, COL1)의 터치 검출센서만 도면 번호(10)으로 넘버링 되어 있으나, 도 1에 도시된 30개의 터치 검출센서 각각이 도면 번호(10)으로 넘버링 된 것으로 인식되어야 한다.
유사하게 (ROW1, COL1)의 터치 검출센서에 연결된 터치검출 신호선만이 도면 번호(22)으로 넘버링 되어 있으나, 도 1에 도시된 각각의 터치검출 신호선 각각이 도면 번호(22)로 넘버링 된 것으로 인식되어야 한다.
이와 같이, 도면에서 각 컴포넌트에 대한 도면 번호 넘버링 규칙은 나머지 도면에서도 동일하게 적용된다.
본 발명은 표시 및 터치 기능을 갖는 표시장치에 관한 것으로서, 표시장치의 화소(Pixel)를 이용하여 화상(Image)을 디스플레이 하는 것은 물론이고 터치 신호를 이용하여 터치 지점을 검출하는 터치 기능을 동시에 수행한다.
본 발명에 따른 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치는 화상(image)을 표시하는 디스플레이 컴포넌트로서 동작하고 그리고 터치 여부를 판단하는 터치 검출센서로서 동작하는 복수개의 화소;를 포함한다.
본 발명에 따른 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치는
화상(image)을 표시하는 디스플레이 컴포넌트로서 동작하고 그리고 터치 여부를 판단하는 터치 검출센서로서 동작하는 복수개의 화소전극;를 포함하되, 상기 화소 전극은 제 1 화소 전극; 및 상기 제 1 화소 전극과 연결시에는 스토리지 커패시터를 형성하고, 상기 제 1 화소 전극과 연결 해제시에는 상기 스토리지 커패시터가 형성되지 않는 제 2 화소 전극;을 포함한다.
본 발명에 따른 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치의 화소를 이용하여 지문인식을 수행할 수 있다.
지문인식은 통상적으로 하나의 손가락을 이용하여 수행하나, 본원 발명에서의 통합 표시장치에서는 복수개의 터치를 동시에 인식하는 것이 가능하므로, 지문인식도 여러개의 손가락을 동시에 수행하도록 구성될 수 있다.
복수개의 손가락에 대하여 동시에 지문인식을 수행함으로써 생체 인식의 오류를 최소화할 수 있고, 사용자의 표시장치의 보안에 대한 신뢰성을 더욱 높일 수 있다.
본원 발명에서의 화소를 이용한 지문 인식은 통합 표시장치의 화소가 배치된 전 영역에서 지문인식이 가능한 것을 특징으로 한다.
종래의 표시장치의 지문인식 방식은 표시장치의 화소가 배치되지 않은 특정 영역에 지문을 인식하기 위한 별도의 소자를 설치하여 지문인식을 수행한다.
그러나, 본원 발명의 통합 표시 장치는 화소를 이용하여 지문 인식이 가능하기 때문에, 별도의 지문 스캔을 위한 소자의 추가가 요구되지 않는다.
또한, 표시장치의 특정 영역에 손가락을 접촉시켜야 하는 것이 아니라 화소가 배치된 전 영역에서 지문인식이 가능하기 때문에, 사용자의 지문 인식이 훨씬 빠르고 정확하게 수행될 수 있다.
본 발명은 원래 화상을 디스플레이하던 표시 장치의 화소(pixel)에 별도의 터치스크린이 수행되던 터치 기능을 부가하여 통합 기능을 수행하는 통합 표시장치를 제공한다.
본 발명에서 단위 화소(Sub Pixel)라 함은 Red, Green 또는 Blue를 포함하여 디스플레이 화상을 형성하는 최소단위를 지칭하는 것으로, 복수개의 단위 화소를 포함하여 디스플레이 디바이스의 해상도를 결정한다. 예를 들어, FHD 디스플레이 디바이스의 경우에 가로 1920개 세로 1080개 화소가 배열되어 있다(1920 X 1080개 화소). 본원 발명은 단위화소와 화소는 동일한 의미로 사용된다.
본 발명에서 화소는 좁게는 TFT 기판의 화소 전극(pixel electrode)을 의미하지만, 넓게는 화소 전극이외에 다른 컴포넌트 (예, LCD 디스플레이 디바이스의 경우, 화상(image)을 형성하기 위해 사용되는 컬러필터)를 포함할 수 있다.
따라서, 화소와 화소 전극은 동일한 의미로 사용될 수 있다.
본 발명에서 언급되는 표시장치는 특정 방식으로 구동되는 표시장치에 제한되지 않고, 화소를 포함하거나 화소와 유사한 기능을 수행하는 컴포넌트를 포함하는 모든 표시장치를 포함한다.
구체적으로, VA(Vertical Alignment) 계열의 LCD 및 TN 계열의 LCD 및 IPS(In Plane Switching) 계열의 LCD 등 액정(Liquid Crystal)을 사용하는 모든 LCD를 포함한다. 또한 PMOLED 및 AMOLED 등 OLED(Organic Light Emitted Diode) 계열의 모든 표시장치를 포함한다. 또한 사용자에게 임의 형태의 정지화상(예, JPG, TIF 등등) 또는 동영상(MPEG2, MPEG-4 등)을 디스플레이 할 수 있는 모든 기기 또는 장치를 포함한다.
이하에서 설명되는 “~부”와 같은 구성들은, 특정기능을 수행하는 단위 기능 요소(Unit Function Element)들의 집합체로서, 예를 들면 어떤 신호의 증폭기는 단위 기능 요소이며 증폭기나 신호변환기들이 모인 집합체는 신호변환부로 명명할 수 있다. 또한, “~부”는 더 큰 구성요소 또는 “~부”에 포함되거나, 더 작은 구성요소들 및 “~부”들을 포함할 수 있다. 또한, “~부”는 자체적으로 연산기능이나 메모리등에 저장된 명령어(command)등을 처리할 수 있는 독자적인 CPU(Central Processing Unit)를 포함할 수 있다.
본 명세서에 기재된 “신호(signal)”는 특별한 언급이 없는 한, 임의의 정보를 전송하는 데이터로서, 전압 또는 전류를 총칭한다.
본 명세서에서 “커패시턴스(capacitance)”는 물리적인 크기를 나타내며, “정전용량”과 동일한 의미로 사용된다. 한편, “커패시터 (capacitor)”는 물리적인 크기인 커패시턴스를 갖는 소자(Element)를 지칭한다. 본 발명에서 보상커패시터(Cbal)는 터치드라이브IC(Integrated Circuit) 내부에 설계 및 제조공정에 의해 만들어 지기도 하며, 인접한 두개의 센서신호선 사이에서 자연적으로 생성되기도 한다. 본 명세서에서는 직접 만들어진 커패시터나 자연적으로 형성된 커패시터 모두를 구분하지 않고 “커패시터”로 명명한다.
본 명세서에서 커패시터의 기호로 사용된 부호인 C는 커패시터를 지칭하는 부호로 사용되며 또한 커패시터의 크기인 커패시턴스를 나타낸다. 예를들어 C1은 커패시터를 지칭하는 부호이기도 하며 또한 그 커패시터의 크기인 커패시턴스가 C1임을 의미한다.
또한, 본 명세서에서“신호(signal)를 인가(forcing)"한다는 의미는 어떤 상태를 유지하고 있던 신호의 레벨(Level)이 바뀐다는 의미이다.
예를 들어, 스위칭소자의 온/오프 제어단자에 신호를 인가한다는 의미는, 기존의 로우(Low) 레벨 전압(예,대지전압 (zero Volt) 또는 일정크기의 DC전압, AC전압)이 하이(Hi) 레벨(예, 로우 레벨 전압보다 더 큰 진폭값을 가지는 DC 전압 또는 AC전압)로 바뀐다는 의미이다.
도 1은 본 발명에 따른 통합 표시장치에서 터치 신호를 검출하는 터치 기능을 수행하는 블록도를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 터치스크린으로서 터치 기능을 수행할 때 표시장치는 터치 검출센서(10), 터치 검출센서 신호선(22) 및 터치신호 연산부(30)를 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 통합 표시장치에서 표시 기능을 수행할 때의 기능 블록도를 도시한 것으로, 터치 검출센서(10), 터치 검출센서 신호선(22) 및 터치신호 연산부(30)는 기능에 따라 명명한 것이다.
본 발명에 따른 통합 표시장치에서 표시장치의 화소가 터치 검출센서(10)의 기능을 수행하고, 화소에 연결된 TFT(Thin Film Transistor)의 소스 신호선이 터치 검출센서 신호선(22)을 기능을 수행한다.
상기에서 언급한 바와 같이, 화소는 화소전극를 의미할 수 있거나 LCD 디스플레이 디바이스의 경우에 화소는 화소전극에 공통전극 및 컬러필터를 포함하는 컴포넌트일 수 있다.
터치신호 연산부(30)는 표시장치 구동칩(driving chip)에 통합되어 구현될 수 있다.
화소전극 즉, 화소에서 발생한 터치신호는 터치신호 연산부(30)에서 직각 좌표계상의 한 지점의 좌표 형태로 추출되어, 통신부(46)를 통하여 호스트(Host)로 전송된다.
터치신호 연산부(30)는 터치검출부(14) 및 신호처리부(35), 메모리부(28), 전원부(47), CPU(40), 멀티플렉서를 포함하는 구동부(31), 타이밍제어부(33), 교번전압 생성부(42) 및 통신부(46)를 포함한다.
멀티플렉서(MUX)를 포함하는 구동부(31)는 복수개의 터치 검출센서(10) 중 하나를 선택하는 멀티플렉싱(multiplexing)기능을 수행하며, 터치 검출센서(10)를 하이 임피던스상태로 고립시키거나 프리차지 (precharge) 전압을 인가하거나 교번전압생성부(42)에서 생성된 교번전압이 인가된 후 일정 시간이 경과한 이후에 전압의 변화를 출력하는 역할을 한다.
신호처리부(35)부는 구동부(31)에서 출력된 신호를 받아들여 이를 증폭하거나 프로세싱(processing)하는 역할을 하며, 신호처리부에는 ADC나 DAC나 비교기가 포함될 수 있다.
메모리부(28)는 신호처리부에서 연산된 결과를 임시 저장하거나 CPU(40)의 동작에 필요한 펌웨어(Firmware)가 저장될 수 있다.
전원부(47)는 터치스크린이나 터치신호 연산부(30)가 필요로 하는 전원을 생성하여 각 컴토넌트에 전달한다.
CPU(40)는 신호처리부(35)에서 처리된 신호를 기반으로 터치 좌표를 연산하거나 터치신호 연산부(30)에 포함된 각 단위요소를 통제하는 역할을 하며 타이밍제어부는 연산부(30)가 필요로 하는 클럭(Clock)을 생성하는 역할을 한다.
교번전압 생성부(42)는 터치신호 검출을 위해 필요한 교번전압을 생성하는 역할을 하며 전원부(47)에 포함되기도 한다.
도 1에서 손가락(100)의 엄지 손가락과 검지 손가락이 터치 검출센서(10)를 접촉하고 있음을 도시하고 있다.
만약, 사용자가 지문인식에 의한 잠금 기능을 설정하였다면, 재사용하려고 터치시 사용자는 화소가 배치된 표시장치의 임의 영역에 손가락을 터치함으로써 지문인식을 수행할 수 있고, 잠금을 해제하여 표시 장치를 의도대로 사용할 수 있다.
도 1에서는 일 예로서, 두개의 손가락을 이용한 지문인식을 도시하고 있으나, 이는 단순히 예시이며, 두개이상의 손가락에 의한 지문인식도 가능함은 당업자에게 자명하다.
상기에서 언급한 바와 같이, 본원 발명의 통합 표시장치는 화소를 이용하여 지문 인식이 가능하기 때문에, 별도의 지문 스캔을 위한 소자의 추가가 요구되지 않는다.
따라서, 화소가 배치된 임의의 영역(구체적으로, 화소가 배치된 전 영역)에 손가락을 터치하여 지문인식을 수행할 수 있다는 장점이 있다.
도 1을 참조하면, 횡방향으로 6개의 행과 종방향으로 5개의 열이 있으며 이를 이는 6 x 5로 표시하기로 한다.
6 x 5는 터치스크린 사이즈의 일 예이고, 사이즈가 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예는 20 X 20 또는 24 X 30의 사이즈를 갖는 터치스크린을 포함할 수 있다.
도 2는 도 1에서의 터치스크린에 대하여 구동부(31)에서 실행되는 터치과정을 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면 스위치(210)와 버퍼(220)사이에 멀티플렉서(230)가 위치된다. 터치 검출센서(10)는 터치 검출센서 신호선(22)에 의해 멀티플렉서(230)에 연결된다.
본 발명에 의한 통합 표시장치를 이용한 터치신호 검출시, 터치 검출센서 신호선(22)와 직각인 방향으로(도 1에서는 횡방향(horizontal)으로) 순차적으로 즉, Row1-> Row2-> Row3->....-> Row6 -> Row1->...과 같이 터치검출에 필요한 신호를 인가하며 터치 여부를 검출한다.
예를 들어, 구동부(31)에 포함된 멀티플렉서(mux)에 의해 하나의 터치검출 센서(10)가 선택되어, 구체적으로 순차적으로 (Row1, Col1), (Row1, Col2), (Row1, Col3), (Row1, Col4), (Row1, Col5)가 선택되어 구동부의 회로에 접속될 수 있다.
도 3은 본 발명의 통합 표시장치의 TFT 기판(TFT Plate)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면 TFT기판은 6개의 게이트 신호선(Gate line)(340)[G1:G6]과 5개의 소스신호선(Source line)(330)[S1:S5], 신호선들에 연결된 스위칭 소자들(320), 및 화소전극들(310)을 포함한다.
도 3의 TFT 기판의 구조 및 구동원리는 당업자에게는 자명한 것인바 구체적인 설명을 생략한다.
도 1의 터치스크린의 도면에서 터치 검출센서(10)와 도 3의 통합 표시장치내 TFT 기판에서의 화소전극(310)의 배치는 유사하다.
도 3에서의 소스신호선(Source line)(330)은 단위 화소(sub pixel)을 구동시키기 위한 신호선으로서, 도 1에서의 센서 신호선(22)에 대응된다.
그러나, 도 1에서의 터치검출 센서신호선(22)은 각각의 터치 검출센서(10)에 개별적으로 하나씩 연결되어 있지만, 도 3에서의 하나의 소스신호선(330)에 복수의 화소(Pixel)가 연결되어 있다는 점에서 차이가 있다.
터치검출 프로세스는 도1의 터치 검출센서(10)에서나 도 3의 TFT 화소에서나 동일하다.
즉, 도 1에서 터치 검출센서(10)가 터치 검출센서 신호선(22)과 교차하는 방향으로 (도 1에서는 횡방향)으로 터치신호를 검출하듯이, 도 3에서의 화소전극들도 게이트 신호선(340)에 의한 시분할(Time Sharing) 방법으로 동일하게 터치신호가 검출될 수 있다.
물리적으로 소스 신호선 S1에는 6개의 화소 전극이 연결되어 있다.
그러나, 게이트 신호선의 시분할 방법에 의해, 터치 신호 검출시에는 도 1에서의 개개의 터치 검출센서(10)에 각각 연결된 터치 검출센서 신호선(22)과 동일하게 터치신호를 검출할 수 있다.
예를 들어, 게이트 신호선인 G1의 턴 온(Turn on) 신호에 의해 G1에 접속된 TFT의 화소에만 화소 정보가 전달되어 작동된다.
따라서, 소스 신호선 S1에 연결된 6개의 화소 중 [S1:G1]에 연결된 화소에서의 터치만을 검출한다.
이후 게이트 신호선 G2의 턴 온(Turn on) 신호에 의해 [S1:G2]에 연결된 화소의 터치를 검출할 수 있고, 게이트 신호선 G3의 턴 온 신호에 의해 [S1:G3]에 연결된 화소의 터치를 검출할 수 있고, 게이트 신호선 G4의 턴 온 신호에 의해 [S1:G4]에 연결된 화소의 터치를 검출할 수 있고, 게이트 신호선 G5의 턴 온 신호에 의해 [S1:G5]에 연결된 화소의 터치를 검출할 수 있고 및 게이트 신호선 G6의 턴 온 신호에 의해 [S1:G6]에 연결된 화소의 터치를 검출할 수 있다.
상기에서 언급한 바와 같이 본 발명에서의 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치는 표시장치의 화소전극 또는 화소(310)를 터치 검출센서(10)로 이용한다.
통상의 경우에 표시장치의 화소는 이미지 또는 화상을 디스플레이하는 출력장치(output device)로 사용된다.
그러나 본 발명에서 화소는 이미지 또는 화상을 디스플레이하는 시간의 일부를 터치신호를 검출하는 입력장치(Input device) 즉, 터치스크린으로 동작하게 한다.
본 발명의 통합 표시장치의 화소를 터치 검출센서(10)로 사용하는 경우 화소의 크기(size)가 작기 때문에 검출되는 터치 발생시 생성되는 터치신호의 크기 즉, 전압 또는 전류 신호 진폭이 작은 경우가 발생한다.
이러한 문제점을 극복하기 위해 본 발명에서는 복수개의 화소를 연결하여 구성된 화소 그룹을 하나의 터치 검출센서로 사용한다. 즉, 복수개의 화소를 서로 연결하여 하나의 확대 터치 검출센서(enlarged touch detection sensor)를 형성하는 것이다.
복수개의 화소를 연결하여 하나의 확대 터치 검출센서로 사용하기 위한 제 1 실시예로서, 도 3에서의 복수의 게이트 신호선들을 동시에 턴 온(turn on)할 수 있다.
도 3의 TFT 기판(300)에서 게이트 신호선 G1부터 G6을 동시에 턴 온(turn on)하면 소스신호선 S1과 접속된 6개의 화소전극 또는 화소는 서로 결합되어 하나의 터치 검출센서(10)로 동작할 것이다.
동일하게, 소스 신호선 S2 내지 S5에 연결된 복수개의 화소들도 결합되어 마치 하나의 터치 검출센서(10)처럼 동작할 것이다.
TFT 기판(300)에서 게이트 신호선 G1부터 G6을 동시에 턴 온 함으로써, S1 내지 S5에는 개별적으로 하나의 터치 검출센서(10)가 연결된 것과 동일하게 구성된다.
G1 내지 G6을 동시에 턴 온 하는 것은 본 발명의 하나의 예시일 뿐이며 실제로는 2개의 게이트 신호선부터 10개 또는 100개등 필요에 따라서 다양한 개수의 게이트 신호선이 동시에 턴 온 될 수 있다.
표시장치의 사이즈에 따라서, 동시에 턴 온 되는 게이트 신호선의 개수를 조절할 수 있는 독립한 컴포넌트를 포함할 수 있다.
복수개의 화소를 연결하여 하나의 확대 터치 검출센서로 사용하기 위한 제 2 실시예로서, 복수의 소스신호선을 연결하여 복수개의 화소를 하나의 터치 검출센서(10)로 사용하는 방법이다.
만일 소스신호선인 S1 내지 S5가 서로 연결하고, 즉 동시에 턴 온 시키고, 게이트 신호선중 G1만 턴 온(turn on)될 때는, G1의 복수개의 화소는 하나의 확대 터치 검출센서(10)로서 동작할 수 있으므로 G1에 접속된 화소의 개수만큼 면적이 넓은 터치 검출센서를 구현하는 것과 동일한 결과를 얻을 수 있다.
소스 신호선을 동시에 턴 온 시키는 제 2의 실시예에서, S1 내지 S5를 동시에 연결하는 것은 일 예시일 뿐이며 두 개부터 10개 또는 100개등 개수에 무관하게 서로 연결하여 복수개의 화소를 하나의 확대 터치 검출센서(10)처럼 사용할 수 있다.
복수개의 화소를 연결하여 하나의 확대 터치 검출센서로 사용하기 위한 제 3 실시예로서, 상기 제 1 실시예의 방법과 상기 제 2 실시예의 방법을 같이 사용하는 것이다.
만일 게이트 신호선인 G1 내지 G6을 동시에 턴 온(turn on)시키고 소스 신호선인 S1 내지 S5를 동시에 턴 온시키면 도 3의 G1 내지 G6 그리고 S1 내지 S5에 연결된 30개의 화소는 서로 연결되어 면적이 넓은 하나의 확대 터치 검출센서로 동작한다.
제 1 실시예에서, 게이트 신호선이 표시장치 구동칩(예를들어 LDI, LCD Drive IC)에서 모두 발원하는 경우 동시에 턴 온 되는 게이트 신호선의 전압의 크기(Voltage level)는 표시장치 구동칩에서 결정된다.
예를들어, 게이트 신호선인 G1 내지 G6이 동시에 턴 온 전압을 출력하는 경우 모든 게이트 신호선이 표시장치 구동칩에서 발원하므로 G1 내지 G6의 전압레벨은 표시장치 구동칩에서 결정되어 출력된다.
게이트 신호선의 턴 오프(turn off)전압이 -10V이고 턴 온(turn on)전압이 +15V라고 가정하면 G1 내지 G6은 동시에 +15V의 상태를 출력해야 한다.
이때 상기 동시에 턴 온되는 게이트 신호선을 제외한 나머지 게이트 신호선의 전압 레벨은 -10V인 턴 오프 전압을 유지해야 한다.
한편. GIP(Gate In Panel)와 같이 모든 게이트 신호선이 표시장치의 일측에 배치되고 단지 일부의 GIP 제어 신호선이 표시장치 구동칩에서 출력되는 경우, 게이트 신호선의 전압 레벨은 구동칩에서 출력되는 것이 아니라 표시장치의 일측에 실장된 GIP 블럭에서 결정된다.
GIP는 도 7에서와 같이 Gate 소자들이 IC 안에 있는 것이 아니고 Panel 내부에 위치하고 있는 것을 말한다.
즉, 도 3의 G1 내지 G6의 출력전압이 턴 온 전압인 +15V인 경우, 표시장치 구동칩은 GIP 제어 신호선을 통해 GIP 블럭에 G1 내지 G6을 +15V전압을 출력하라는 제어 신호를 출력하고 표시장치의 일측에 설치된 GIP 블럭에서는 이러한 제어신호에 기초하여 G1 내지 G6의 출력전압 레벨을 +15V로 출력하게 된다.
본 발명의 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치의 일 실시예가 LCD인 경우, LCD는 액정의 구동시간을 유지하기 위하여 스토리지 커패시터(Storage Capacitor,이하 Cst)를 갖는다.
도 4 및 도 5는 표시장치의 일 유형인 LCD에서 스토리지 커패시터의 생성에 관한 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 LCD 디스플레이 디바이스의 평면도를 도시한다.
도 4에 도시된 LCD는 3개의 화소(430)를 포함하고, 도 4에는 단지 하나의 Cst(440)만이 도시되었으나, 실제로는 각 화소마다 Cst가 존재한다.
스토리지 커패시터 형성의 일 예는 화소를 구성하는 화소전극이 전단 게이트 신호선과 중첩됨으로써 형성된다.
도 5는 LCD 디스플레이 디바이스의 측면도를 도시한다.
도 5에서 n 번째 게이트 신호선(520)이 턴 온 될 때 n-1번째 게이트 신호선(510) 즉, 턴 온인 게이트 신호선의 직전 게이트 신호선의 상면에 화소전극(Pixel electrode)이 중첩된다.
도 5를 참조하면, Cst는 화소전극(530)과 전단 게이트 신호선(510)의 중첩에 의하여 전단 게이트 신호선 근처에 생성된다.
본원 발명에서의 통합 표시 장치에서의 화소가 터치 검출을 수행하는 입력장치 즉 터치스크린으로 사용될 때 도 4 및 도 5에서의 스토리지 커패시터는 화소에서 검출되는 터치신호의 크기를 약화시키는 노이즈로 작용한다.
따라서, 화소를 터치 검출을 위한 터치스크린으로 사용할 때, 터치 신호를 크게하기 위해, 스토리지 커패시터인 Cst의 크기를 작게 하거나 제거하는 것이 필요하다.
도 6은 본 발명에 따른 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치에서 스토리지 커패시터(Cst)를 제거하기 위한 구조를 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 이미지 또는 화상을 디스플레이하는 하나의 화소전극은 스토리지 커패시터 형성에 관여하지 않는 화소 전극-1(640)과 스토리지 커패시터 형성에 관여하는 화소 전극-2(650)을 포함한다.
이미지 또는 화상 디스플레이(표시) 기능을 수행할 때 화소 전극-1(640)과 화소 전극-2(650)는 연결되어 하나의 화소전극으로 동작된다.
그러나, 터치 기능을 수행할 때 화소 전극-1(640)과 화소 전극-2(650)으로 분리되어, 화소 전극-1(640)만이 터치 검출센서로서 동작하게 된다.
본원 발명의 통합 표시 장치는 화소가 디스플레이 컴포넌트로서 동시에 터치 검출센서로 동작한다.
따라서, 화소의 구동 주기 (operation period)는 디스플레이 컴포넌트로서 동작하는 디스플레이 구간과 터치 검출센서로서 동작하는 터치 구간으로 구성된다.
디스플레이 컴포넌트로서 동작하는 구간에서는 화소 전극-1(640)과 화소 전극-2(650)은 연결되어 하나의 화소전극으로 동작한다.
이에 반하여, 터치 검출센서로서 동작하는 구간에서는 화소 전극-1(640)과 화소 전극-2(650)은 서로 분리되어 엄밀하게 화소 전극-1(640)만이 터치 검출센서로서 동작하게 된다.
도 6을 참조하여, 이미지를 표시하는 화소 전극-1(640)과 Cst를 형성하는 화소 전극-2(650)는 동일한 마스크로 형성되며 동일 레이어(layer)에 위치된다.
화소 전극-1(640)과 화소 전극-2(650)는 디스플레이 구간에서는 연결되나 스토리지 커패시터(Cst)를 제거하기 위해 터치 구간에서는 서로 분리된다.
본 발명의 통합 표시 장치는 화소 전극-1(640)과 화소 전극-2(650)를 연결 및 연결해제 할 수 있는 수단을 포함한다.
이러한 수단의 일 실시예는 화소 전극-1(640)과 화소 전극-2(650) 사이에 존재하는 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(660)이다.
스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(660)는 소스 데이터를 화소전극으로 전달하며 게이트 신호선과 연결된 스위치(예, TFT 스위치)(630)와 동일한 스위치이다.
본 출원에서 화소 전극-1(640)과 화소 전극-2(650)를 연결 및 연결해제 시키는 스위치(660)는 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치라고 지칭된다. 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(660)는 TFT 스위치(630)가 형성될 때 동시에 형성된다.
스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(660)의 게이트에는 Cst 제어신호가 접속되며 Cst 제어신호의 전압크기(Voltage level)에 따라 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(660)는 턴 온(turn on) 되거나 턴 오프(turn off)된다.
스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(660)가 턴 온 되면 화소 전극-1(640)과 화소 전극-2(650)는 서로 연결된다. 또
스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(660)가 턴 오프 되면 화소 전극-1(640)과 화소 전극-2(650)는 서로 분리된다.
디스플레이 구간에서 화소 전극-2(650)는 전단 게이트 신호선(625)와의 사이에서 스토리지 커패시터를 형성한다.
하지만, 터치 구간에서 화소 전극-1(640)과 화소 전극-2(650)가 서로 분리되면 화소 전극-1(640)는 스토리지 커패시터 Cst에 영향을 받지 않는다.
본원 발명의 통합 표시장치의 화소 전극을 터치 검출에 관한 입력장치로 사용할 때에는 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치를 턴 오프시켜, 해당 화소에 존재하는 스토지키 커패시터를 제거시킬 수 있다.
도 7은 도 6에 도시된 통합 표시 장치를 구동시키기 위한 회로도의 구성을 도시한 도면이다.
도 7을 참조하여, 화소에 화상(image)를 디스플레이하기 위하여 게이트 신호선를 순차적으로 턴 온 시키고 이에 동기하여 소스 신호선에 화소 전압을 인가한다는 것은 당업자에게 자명한 사실이다.
디스플레이 구간에서 화소 전극-1(예를 들어, 750-1)과 화소 전극-2(예를 들어, 760-1)은 서로 연결되어야 하므로 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(예를 들어, 740-1)는 턴 온 되어야 한다.
도 7 에서 소스 신호선 S4, 게이트 신호선 G1에 연결된 화소 전극-1에 대하여만 750-1로 넘버링 되어 있으나, 게이트 신호선 G1에 연결된 나머지 화소 전극-1들도 동일한 도면 번호를 갖는 것으로 인식되어야 한다.
즉, 소스 신호선 S1 내지 S4 및 게이트 신호선 G1에 연결된 4개의 화소 전극-1이 도면 번호 750-1로 넘버링 된 것으로 이해되어야 한다.
나머지 컴포넌트에 대하여도 동일하다. 예를 들어, 소스 신호선 S4 와 더미 게이트 신호선 Gdummy에 화소 전극-2 만이 도면번호 760-1로 넘버링 되어 있으나, 소스 신호선 S1 내지 S4 및 더미 게이트 신호선 Gdummy에 연결된 4개의 화소 전극-2가 도면 번호 760-1로 넘버링 된 것으로 이해되어야 한다.
따라서, 디스플레이 구간에서 '화소 전극-1(예를 들어, 750-1)과 화소 전극-2(예를 들어, 760-1)은 서로 연결'된다는 말은 정확하게는 제 1 게이트 신호선(720-1)에 연결된 4개의 화소 전극-1(소스 신호선 S1 내지 S4에 연결된 4개의 화소전극-1(750-1))이 4개의 화소 전극-2(소스 신호선 S1 내지 S4에 연결된 4개의 화소전극-2(760-1)에 연결된다는 것으로 이해되어야 한다.
따라서, 도면번호 740-1로 넘버링된 4개의 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치가 모두 턴 온 된다고 인식되어야 한다.
스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(740-1)의 턴 온 또는 턴 오프는 표시장치 또는 표시장치를 구동하기 위해 표시장치 구동칩로부터 발원된 턴 온(turn on) 또는 턴 오프(turn off) 신호를 이용한다.
스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치의 게이트 단자는 인버터(730-1)의 출력단자에 연결된다.
인버터(730-1)의 입력 단자는 전단 게이트 신호선과 연결된다.
즉, 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(740-1)의 게이트 단자가 인버터(730-1)의 출력 신호에 연결되기 때문에, 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(740-1)는 전단 게이트 신호선에 인가된 전압 신호와 반대인 전압 신호에 의해 구동된다.
본원 발명의 통합 표시 장치에 포함된 화소가 화상을 디스플레이하는 디스플레이 구간에서, 게이트 신호선들은 시분할적으로 턴온된다.
즉, 게이트 신호선(G1)(720-1)이 턴 온 되고 나머지 모든 게이트 신호선은 턴 오프된다. 게이트 신호선(G1)(720-1)이 턴 온 된 때, 게이트 신호선(G1)(720-1)에 접속된 화소에 이미지 데이터(소스 데이터)가 인가된 후 첫 번째 게이트 신호선은 턴 오프된다.
게이트 신호선(G1)(720-1)이 턴 오프된 후, 게이트 신호선(G2)(720-2)이 턴 온 된다. 이후 게이트 신호선(G3)(720-3)이 턴 온 되고 게이트 신호선(G2)(720-2)은 턴 오프된다.
화소에 이미지를 표시하는 단계에서 게이트 신호선 G1(720-1)이 턴 온이 되면 게이트 신호선 G1(720-1)에 접속된 TFT 스위치(770-1)는 모두 턴 온되고, 턴 온 된 TFT 스위치와 연결된 스트리지 커패시터 Cst on/off 스위치(740-1)도 모두 턴 온 되어 화소 전극-2(760-1)는 화소 전극-1(750-1)과 연결된다.
스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(740-1)가 TFT 스위치(770-1)와 동일한 턴 온 또는 턴 오프 특성을 가지는 스위치인 경우에 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(740-1)를 턴 온 시키기 위하여 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치의 게이트에 인가되는 전압도 TFT 스위치(770-1)의 게이트에 인가되는 턴 온 전압과 가급적 동일해야 하며 이 전압은 전단 게이트 신호선(720-dummy)에 접속된 인버터(730-1)에서 공급된다.
인버터(730-1)는 게이트 신호선 신호선의 전압을 입력으로 받고 입력된 전압의 극성을 반대로 출력 한다.
만일 TFT 스위치(770-1)나 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(740-1)의 턴 온 전압이 15V이고 턴 오프 전압이 -10V라고 가정하면, 게이트 신호선의 전압이 턴 온 전압인 15V인 경우 이를 입력으로 받아들이는 인버터(730-1)는 -10V를 출력한다.
또한, 게이트 신호선의 전압이 턴 오프 전압인 -10V인 경우 이를 입력으로 받아들이는 인버터(730-1)는 +15V를 출력한다.
이미지를 표시하는 디스플레이 구간에서 게이트 신호선인 G1(720-1)이 턴 온 되면 게이트 신호선 G1(720-1)과 연동된 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(740-1)를 턴 온 하기 위해 전단 게이트 신호선이 필요하며 이를 위해 별도의 더미 게이트 신호선(Dummy gate line)(720-dummy)이 추가된다.
더미 게이트 신호선(720-dummy)은 이미지를 출력하기 위해 게이트 신호선 G1(720-1)이 턴 온 될 때 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(740-1)를 턴 온 하기위한 전압을 제공한다.
게이트 신호선 1(G1)(720-1)이 턴 온 되면 이와 연동된 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(740-1)가 턴 온 되어야 하므로 더미 게이트 신호선(720-dummy)은 턴 오프 상태의 전압을 유지해야 한다.
이로인해 더미 게이트 신호선(720-dummy)의 신호를 입력으로 받는 인버터(740-1)는 턴 온 전압인 +15V를 출력하게 되며 이로인해 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(740-1)는 턴 온 상태를 유지하게 될 것이고 화소 전극-1(750-1)과 화소 전극-2(760-1)는 상호 연결되어 화상 또는 이미지를 디스플레이 하는 것이 가능하다.
표시장치에 이미지만 표시하는 단계에서 더미 게이트 신호선(720-dummy)은 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치의 턴 오프 상태의 전압을 출력하는 것이 바람직하다.
화소에 이미지를 표시하는 단계에서 제 1 게이트 신호선(G1)(720-1)이 턴 온 되어 화상신호가 전달된 이후에 제 1 게이트 신호선 G1(720-1)은 턴 오프 상태를 유지하고 제 2 게이트 신호선 G2(720-2)가 턴 온 된다.
제 2 게이트 신호선 G2(720-2)가 턴 온 되면 제 2 게이트 신호선 G2(720-2)의 전단 게이트 신호선은 제 1 게이트 신호선 G1(720-1)며 제 1 게이트 신호선 G1(720-1)이 턴 오프 상태이므로 제 1 게이트 신호선 G1(720-1)에 연결된 인버터(730-2)는 턴 온 전압을 출력하여 제 2 게이트 신호선 G2(720-2)와 연동되는 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치가 턴 온 될 것이다.
제 1 게이트 신호선 G1(720-1)은 다음 턴 온 순번이 올때 까지 계속 턴 오프상태를 유지하므로 제 2 게이트 신호선 G2(720-2)에 연결된 화소는 제 2 게이트 신호선 G2(720-2)가 턴 오프되어도 화소 전극-2(760-2)에 축적된 전하(Charge)로 인해 발생한 전압에 의해 액정(Liquid Crystal) 전압이 유지되어 정상적인 화상을 표현하는 것이 가능하다.
도 7에서 인버터는 표시장치의 일측에 구비된 GIP(Gate In Panel)(780)에 설치될 수 있다.
인버터도 TFT 스위치(770-1)나 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(740-1)와 동일한 구성을 가지며 TFT 스위치(770-1)나 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(740-1)가 형성될 때 같이 형성된다.
즉, TFT나 Cst on/off 스위치의 게이트 신호선이 형성될 때 인버터의 게이트 신호선이 형성되며 TFT나 Cst on/off 스위치의 소스 단자나 드레인 단자가 형성될 때 인버터의 소스 단자나 드레인 단자가 동일하게 형성된다.
인버터는 도 6의 TFT 스위치와 동일한 구조를 갖는다.
인버터는 소스 단자에 저항성분을 갖는 것이 바람직하다. 당업자에게 주지된 바와 같이, CMOS의 소스 단자나 트랜지스터의 컬렉터 단자에 저항을 삽입하여 인버터를 구성하는 것이 용이하기 때문이다.
인버터는 TFT 스위치나 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치의 생성단계에서 생성되기 때문에 본 발명은 인버터를 제조하기 위한 별도의 마스크를 필요로 하지 않는다는 장점이 있다.
4개의 게이트 신호선과 4개의 소스 신호선을 이용한 도 7의 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 일 실시예일뿐이며 실제로는 수천개의 게이트 신호선과 수천개의 소스 신호선으로 포함하여 구성될 수 있다는 것은 당업자로서 자명한 사실이다.
도 8은 도 7에 도시된 회로도를 참조하여 본 발명의 통합 표시 장치의 이미지 표시단계에서의 게이트 신호선의 전압의 크기 및 동작순서(Timing chart)를 설명하는 도면이다.
도 8에서 제 1 게이트 신호선 G1(720-1)의 전압의 하이(high) 상태일 때 TFT스위치(770-1)나 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(740-1)의 게이트에 인가되는 전압도 하이 상태를 유지하여, TFT 스위치(770-1)나 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(740-1)도 턴 온된다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 표시장치에 이미지를 표시하는 단계에서 더미 게이트 신호선(720-dummy)은 항상 로우 전압을 유지하는 것을 알 수 있다.
이미지 표시 단계에서, 특정 게이트 신호선이 턴 온 되어 화상 데이터가 인가될 때 전단 게이트 신호선(previous Gate line)은 항상 로우(low) 상태를 유지하게 되고, 전단 게이트 신호선에 연결된 인버터는 하이 상태를 출력하게 되고, 인버터에 연결된 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치는 턴온된다.
스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치가 턴온 되는바 화상 전극-1과 화상 전극-2는 연결된 상태에서 이미지를 디스플레이 한다.
도 9는 도 6에 도시된 통합 표시 장치를 이용하여 터치를 검출하는 회로도의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 터치스크린 기능을 통합한 표시장치의 터치검출방법은 복수개의 화소를 하나로 결합하는 확대 터치 검출센서를 이용할 수 있음을 상기에서 논의하였다.
구체적으로, 세개의 실시예를 제시하였고, 제 3의 실시예는 복수의 게이트 신호선이 턴 온 되며 동시에 복수의 소스신호선이 턴온 되어 복수개의 화소를 연결하여 확대 터치 검출센서를 형성한다.
일 실시예로서, 제 2 게이트 신호선 G2(920-2)와 제 3 게이트 신호선 G3(920-3)가 턴 온 되며 제 1 소스 신호선 S1(910-1)과 제 2 소스신호선 S2(910-2)가 동시에 연결하여 확대 터치 검출센서를 형성할 수 있다.
화소에 화상을 표시하는 디스플레이 단계가 완료되거나 또는 화소에 화상을 표시하는 기간중 일부 시간을 할당하여 터치 여부를 검출하는 터치 검출 구간을 포함할 수 있다.
화소를 이용하여 화상을 표시하는 단계에서 제 1 소스 신호선 S1(910-1)과 제 2 소스 신호선 S2(910-2)는 분리되어 있으나 화소를 이용하여 터치를 검출하는 단계에서 제 1 소스 신호선 S1(910-1)과 제 2 소스 신호선 S2(910-2)는 같이 결합된다.
제 1 소스 신호선 S1(910-1)과 제 2 소스 신호선 S2(910-2)는 표시장치에서 결합되기도 하며 표시장치 구동칩 내부에서 결합되는 것도 가능하다.
결합된 제 1 소스 신호선 S1(910-1)과 제 2 소스 신호선 S2(910-2)은 도 1 및 도 2의 구동부(31)에 연결되어 터치신호를 검출하게 된다.
제 2 게이트 신호선 G2(920-2)와 제 3 게이트 신호선 G3(920-3) 및 제 1 소스 신호선 S1(910-1)과 제 2 소스 신호선 S2(910-2)에 연결된 4개의 화소는 하나로 결합되어 확대 터치 검출센서를 형성한다.
더 많은 게이트 신호선을 턴 온 시키며 동시에 더 많은 소스 신호선을 턴온 시켜 더 넓은 확대 터치 검출센서를 형성할 수 있다.
제 2 게이트 신호선 G2(920-2)와 제 3 게이트 신호선 G3(920-3)이 동시에 턴 온 될 때 제 3 게이트 신호선 G3(920-3)에 연결된 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치는 턴 오프된다.
스토리지 커패시터 Cst가 턴 오프된 상태이므로, 제 3 게이트 신호선 G3(920-3)상에 중첩되어 형성되는 스토리지 커패시터 Cst는 형성되지 않는다.
그러나, 제 1 게이트 신호선 G1(920-1)이 로부(Low) 상태이므로 제 2 게이트 신호선 G2(920-2)에 연동된 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(940-2)는 턴 온 된다.
스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(940-2)가 턴 온 된바, 제 2 게이트 신호선 G2(920-2)에 연결된 화소전극-1(950-2)와 화소전극-2(960-2)가 서로 연결되어 스토리지 커패시터 Cst가 형성된다. 형성된 스토리지 커패시터 Cst는 터치 검출시 노이즈로 작용하게 되어 터치 감도를 저하시킨다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 동시에 턴 온 되는 게이트 블럭(여기서는 제 2 게이트 신호선 G2(920-2)와 제 3 게이트 신호선 G3(920-3))의 최초 게이트 신호선(여기서는, 제 2 게이트 신호선 G2(920-2))에 연동되는 스토리지 커패시터 Cst를 제거하는 것이 필요하다.
도 9 에서의 게이트 신호선의 순서는 구동 터치 IC와의 거리에 의하여 정하여질 수 있다.
즉, 도 9에서 제 3 게이트 신호선의 아래쪽에 구동 터치 IC가 위치된 경우에, 가장 먼쪽에 위치된 게이트 신호선이 제 1 게이트 신호선이 되며 순서대로 증가하게 된다.
도 9는 본 발명의 통합 표시장치의 화소를 터치 검출 센서를 이용하는 경우에 복수개의 게이트 신호선을 동시에 턴 온 할 때 턴 온된 복수개의 게이트 신호선 중 최초의 게이트 신호선의 전단 게이트 신호선(Previous Gate line)이 로우(low)인 상태에서 화소전극-1과 화소전극-2가 분리되지 않는 문제를 해결하기 위한 것이다.
도 9의 제 1 게이트 신호선은 특정 게이트 신호선의 순서를 의미하는 것이 아니라 동시에 턴 온 되는 게이트 신호선의 전단 게이트 신호선(Previous Gate line)임을 의미한다.
즉, 제 2 게이트 신호선 G2(920-2)와 제 3 게이트 신호선 G3(920-3)가 동시에 턴 온 되어 터치를 검출할 때, 동시에 턴 온 되는 게이트 블럭(여기서는 제 2 게이트 신호선 G2(920-2)와 제 3 게이트 신호선 G3(920-3))의 시작하는 게이트 신호선(여기서는 제 2 게이트 신호선 G2(920-2))의 전단 게이트 신호선(Previous Gate line)이 제 1 게이트 신호선 G1이다.
수백개의 게이트 신호선을 포함하는 통합 표시장치에서, 제 100 게이트 신호선 G100 내지 제 200 게이트 신호선 G200이 동시에 턴 온 되는 경우 즉, G100 내지 G200이 동시에 턴 온 되는 게이트 블럭을 형성할 때 제 99 게이트 신호선 G99가 위에서 전단 게이트 신호선이 되는 것이다.
전단 게이트 신호선과 관련하여 형성되는 스토리지 커패시터 Cst를 제거하기위해, 변환기(990-1 내지 990-3)를 더 포함한다.
변환기는 전단 게이트 신호선의 전압의 레벨과 별도의 제어신호를 입력 신호로 수신하여 변환기에 연결된 스토리지 커패시터 Cst 스위치에 로우(low) 전압을 출력한다.
도 9에서는 변환기의 입력 신호로서 전단 게이트 신호선의 전압의 레벨과 별도의 제어신호를 수신하지만, 변환기는 전단 게이트 신호선 G1의 전압과 무관하게 별도의 제어신호에 따라서 연결된 스토리지 커패시터 Cst 스위치를 턴 오프 시키도록 구성될 수 있다. 다시 말해서, 변환기는 전단 게이트 신호선에 인가된 신호에 관계없이 인버터의 출력을 제어하여 스토리지 커패시터 Cst 스위치를 턴 오프 시키도록 구성된다.
예를들어 전단 게이트 신호선의 전압상태가 하이(Hi) 이거나 로우(Low)이거나 상관없이 변환기에 입력되는 별도의 제어신호가 하이(Hi)상태이면 변환기의 출력은 하이이며 제어신호가 로우(low)이면 변환기의 출력은 로우(low)가 되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 통합 표시장치는 터치 검출 구간에서는 동시에 턴 온 되는 게이트 그룹의 전단 게이트 신호선의 전압을 제어하는 수단을 더 포함할 수 있다(예를 들어, 변환기).
이와 같은 제어수단은 인버터(Inverter), 비교기(comparator), OR 게이트 및 AND 게이트 등 다양한 logic 상태를 구현하는 게이트류, OPAMP등을 포함할 수 있다. 이와같은 제어수단은 TFT 스위치나 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치를 제조하는 마스크를 가지고 동시에 제조될 수 있다.
변환기의 제어신호는 표시장치의 GIP(예를 들어, 도 7 의 GIP(780))에서 인가될 수 있다. 또한 GIP에서 생성된 제어신호를 만들기 위해 필요한 클럭(Clock)이 표시장치 구동칩에서 GIP로 전송될 수 있다.
본 발명의 터치스크린 기능을 가지는 표시장치를 이용하여 이미지를 표시하는 단계와 터치를 검출하는 단계가 동시에 수행되도록 구성될 수 있다.
그러나 이때는 개별 화소(각각의 단위 화소)에 인가되는 이미지용 전압, 즉, 소스신호선에 인가되는 전압을 기초로 터치를 검출해야 하므로 터치검출 시스템이 복잡해지는 문제점이 있다.
복수의 화소에 터치를 검출하기 위해 화소에 인가되는 전압이 화상을 표시하기 위해 화소에 인가되는 전압과 동일한 전압이기 때문에 터치 신호와 이미지를 표시하는 신호를 구분하는 것이 불가능하다.
이러한 이유로 본 발명의 통합 표시장치의 화소를 이용하여 터치를 검출하는 구간(period)는 화소를 이용하여 이미지를 디스플레이하는 구간과 구분되어 설정되는 것이 바람직하다.
화소를 이용하여 이미지를 표시하는 구간에서는 스토리지 커패시터 Cst에 전하가 축적되고, 화소를 이용하여 터치를 검출하는 구간에서는 화소전극-1에서 화소전극-2를 분리한다.
화소 전극-2를 분리한 상태에서 터치를 검출하고, 화소 전극-2는 터치 검출이 완료된 후 해당 게이트 블록을 모두 턴 오프되면 화소 전극-2는 다시 화소 전극-1과 연결되므로 화소전극-1과 화소 전극-2가 연결된 상태에서 이미지를 정상적으로 디스플레이 할 수 있다.
이와같이 본 발명은 화소에 화상을 표시한 후 터치를 검출하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 통합 표시 장치를 이용하여 터치를 검출하기 위해서는 이미지를 디스플레이 하고 터치를 검출하는 것이 아니라, 그 순서를 바꾸어 터치 검출을 먼저 수행하고, 이미지를 디스플레이 하도록 설정하는 것도 바람직하다.
화소의 동작 구간에서 터치 검출을 먼저 수행하고 이미지를 그 후에 이미지를 디스플레이 하도록 구성된 방법은 스토리지 커패시터 Cst의 변동을 최소화할 수 있기 때문에 더 좋은 이미지를 표시하는 것이 가능하다.
예를들어 제 100 게이트 신호선 G100 내지 제 200 게이트 신호선 G200을 동시에 턴 온 시키는 게이트 블록을 이용하여 터치를 검출하는 방법을 가정하면, 제 100 게이트 신호선 G100 내지 제 200 게이트 신호선 G200을 동시에 턴 온 시켜 형성된 확대 터치 검출 센서를 이용하여 터치를 검출 한 후 그 이후 시분할적으로 제 100 게이트 신호선 G100을 이용하여 화상을 디스플레이하고 이어서 제 101 게이트 신호선 G101을 이용하여 화상을 디스플레이하는 등 제 100 게이트 신호선 G100 내지 제 200 게이트 신호선 G200을 이용하여 터치 검출 이후에 화상을 표시하는 것이 스토리지 커패시터 Cst를 더 안정적으로 유지시키를 수 있다.
상기에서 언급된 방법은 화소의 구동 구간에서 터치 검출 구간이후에 화상을 디스플레이 하도록 구성된다.
터치를 검출하기 위해 상호 연결된 복수의 화소(이하 화소 터치검출부)는 도 1 및 도 2에 도시된 구동부(31)에 접속된다.
구동부(31)에 접속된 화소 터치검출부는 구동부(31)에 접속된 커패시터 또는 터치검출을 위해 복수의 소스 신호선들 사이에 형성된 기생 커패시터에 인가되는 교류전압에 동기하여 터치를 검출할 수 있다.
기생 커패시터에 인가되는 교류전압에 동기하여 터치를 검출하는 상세한 설명은 한국등록특허공보 10-1059096, 10-1085088, 10-1472001 및 한국공개특허공보 10-2013-0035243에 자세하게 기술되어 있다.
도 10은 기생 커패시터에 인가되는 교류 전압에 동기하여 터치를 검출하는 과정을 더 상세하기 위한 도면이다. 다만, 도 10은 화소 및 각종 스위치류를 제외하고 소스 신호선 및 게이트 신호선만 표시한 도면이다.
도 10에서는 터치를 검출하기 위해 복수의 소스 신호선이 상호 연결되어 있다.
도 10에서는 복수개의 소스 신호선을 동시에 턴 온 시켜 복수개의 화소를 연동시켜 확대 터치 검출 센서를 형성하는 과정에 대한 설명은 도 9에서와 유사하기 때문에 여기에서는 생략한다.
신호선의 배치 방향만 다를 뿐 복수개의 게이트 신호선을 동시에 턴온 시켜 확대 터치 검출 센서를 형성하는 것이나, 복수개의 소스 신호선을 동시에 턴 온 시켜 확대 터치 검출 센서를 형성하는 것은 동일하다.
도 10에서는 4개의 소스 신호선이 상호 연결되어 있으며 실제로는 10개 또는 20개 또는 100개 등과 같이 다양하게 구성될 수 있다.
본 발명의 화소를 이용한 터치 검출방법에서는 교번하는 AC 전압을 이용하며 대표적인 파형은 구형파이다.
4개의 소스 신호선을 상호 연결한 SS2를 이용하여 터치를 검출하기 위해서는 SS2와 S1사이에 존재하는 기생커패시터(Parasitic capacitor) 및 SS2와 SS3 사이에 존재하는 기생커패시터를 이용한다.
따라서 SS2를 이용하여 터치를 검출하기 위해서 SS2의 좌우측에 있는 S1 및 SS3에는 교번하는 AC 전압이 인가되어야 하므로 터치 검출하는 신호선(여기서는 SS2)의 좌우측의 신호선에서는 터치를 검출하는 것이 불가능하다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 터치를 검출하는 상호 연결된 소스 신호선의 일부는 터치를 검출하고 일부에는 교번하는 AC 전압이 인가된다.
일 실시예로서, 홀수 번호의 상호 연결된 소스 신호선(SS3)을 이용하여 터치신호를 검출할 때 짝수 번호의 상호 연결된 소스 신호선(SS2 및 SS4)에는 교번하는 AC 전압이 인가된다.
또는 짝수 번호의 상호연결된 소스 신호선(SS2)을 이용하여 터치신호를 검출할 때 홀수 번호의 상호 연결된 신호선들에는 교번하는 AC 전압이 인가된다.
다시 도 10을 참조하면, 만일 S1 내지 S4가 상호 연결되면 상호 연결된 S1 내지 S4의 좌측에는 기생커패시터를 형성하는 신호선이 없기 때문에, 좌측 및 우측에 형성된 기생커패시터에 교번 전압을 인가하여 터치를 검출하는 경우와 비교하여 검출되는 터치 신호의 크기가 약해진다.
따라서, S1 및 S14처럼 표시장치의 가장 좌측 또는 가장 우측에 위치된 소스 신호선의 좌측 또는 우측에는 더미 신호선을 더 포함할 수 있다.
한줄 또는 두줄 또는 세줄 등 한줄이나 복수개의 줄로 상호연결된 더미(Dummy) 신호선을 더 포함하여, 인접한 화소를 이용하여 형성된 터치 검출 센서와의 사이에서 기생커패시터를 형성하게 하여 향상된 터치 감도를 얻도록 구성될 수 있다.
추가된 더미 신호선은 터치 검출에만 사용되는 더미 신호선일 수도 있다. 그러나, 화상 신호를 전달하는 소스 신호선을 더미 신호선으로 활용할 수도 있다.
상기에서 검토된 더미 신호선의 예는 소스 신호선을 개시하였으나, 더미 신호선은 적어도 하나 이상의 더미 게이트 신호선을 포함할 수 있다.
더미 게이트 신호선은 최외곽의 게이트 신호선의 바깥쪽에 형성될 수 있다.
최외곽 게이트 신호선의 바깥쪽이라 함은 제 1 게이트 신호선의 앞단 그리고, 가장 마지막 게이트 신호선의 뒷단을 말한다.
예를 들어, 도 10에서 더미 게이트 신호선은 제 1 게이트 신호선의 앞단에 위치된 Gdummy 신호선과 가장 마지막 게이트 신호선이 G5 신호선이라고 가정한다면 G6 신호선이 될 수 있다.
더미 소스 신호선은 최외곽의 소스 신호선의 바깥쪽에 형성될 수 있다.
최외곽 소스 신호선의 바깥쪽이라 함은 제 1 소스 신호선(S1)의 왼쪽단 그리고, 가장 오른쪽 소스 신호선(S14)의 오른쪽단을 말한다.
도 11은 본원 발명의 통합 표시 장치를 이용한 지문 인식을 더 상세하게 도시한 도면이다.
도 11의 도면은 손가락의 지문 인식과정을 보다 명확하게 설명하기 위한 것이다.
도 11에 도시된 복수개의 화소(1100)는 적어도 하나 이상의 터치 검출 센서로서 동작한다.
구체적으로, 도 1에서는 터치 검출센서 또는 화소를 확대하여 도시한 것이고, 도 11에서는 지문 인식 과정을 보다 명확하게 설명하기 위하여 손가락과 터치 화소의 척도를 맞추어 도시한 것이다.
화소(1100)의 사이즈는 디스플레이 장치의 해상도에 따라 차이가 있지만 일반적으로 수십um의 크기를 가지며, 사람의 손가락에서 지문의 산부와 산부 사이의 거리는 100um 이상의 크기를 가지기 때문에 화소(1100)를 이용한 지문센싱이 가능하다. 따라서, 도11에 도시된 바와 같이, 엄지 손가락은 영역(1110)으로 표시된 복수개의 화소들이 협동하여 지문의 패턴을 인식함으로써 엄지 손가락의 지문을 인식하게 되고, 검지 손가락은 영역(1120)으로 표시된 복수개의 화소들이 협동하여 지문의 패턴을 인식함으로써 검지 손가락의 지문을 인식하게 된다.
복수개의 화소들이 협동하여 지문의 패턴을 인식한다 함은, 지문의 패턴에 따라 각각의 화소와 지문이 형성된 영역간에 형성되는 터치 커패시턴스 값이 달라지는 것을 검출한다는 것이다.
영역(1100)에 속한 복수개의 화소들의 터치 커패시턴스 값들을 산출함으로써 엄지손가락의 지문을 스캔할 수 있고, 영역(1120)에 속한 복수개의 화소들의 터치 커패시턴스 값들을 산출함으로써 검지손각락의 지문을 스캔할 수 있다.
일 예로서, 영역(1100) 또는 영역(112)에 포함된 화소들에서 검출된 터치 커패시턴스 값들을 매핑하여 도식화함으로써 지문 스캔이 가능하게 된다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
610, 615 소스 신호선
620, 625 게이트 신호선
630 TFT스위치
640 화소전극-1
650 화소전극-2
660 스토리지 커패시터 Cst 스위치
730-1 인버터
990-1 변환기

Claims (42)

  1. 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치에 있어서,
    화상(image)을 표시하는 디스플레이 컴포넌트로서 동작하고 그리고 터치 여부를 판단하는 터치 검출센서로서 동작하는 복수개의 화소;를 포함하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    각각의 상기 화소의 구동 주기 (operation period)는 상기 디스플레이 컴포넌트로서 동작하는 디스플레이 구간과 상기 터치 검출센서로서 동작하는 터치 검출 구간을 포함하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 화소의 구동 주기는 상기 터치 검출 구간을 수행한 후에 상기 디스플레이 구간을 수행하도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    하나 이상의 상기 화소를 서로 연결하여 하나의 확대 터치 검출센서(enlarged touch sensor)를 형성하는 것을 특징으로 하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    하나 이상의 상기 화소의 연결은 상기 통합 표시장치의 복수개의 게이트 신호선을 동시에 턴 온(turn on) 시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    하나 이상의 상기 화소의 연결은 상기 통합 표시장치의 복수개의 소스 신호선을 동시에 턴 온 시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  7. 청구항 4에 있어서,
    하나 이상의 상기 화소의 연결은 상기 통합 표시장치의 복수개의 게이트 신호선 및 복수개의 소스 신호선을 동시에 턴 온 시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 디스플레이 구간에서는 상기 화소는 전하를 축적하는 스토리지 커패시터(Cst)를 형성하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 터치 검출 구간에서는 상기 화소에는 상기 스토리지 커패시터가 제거되는 것을 특징으로 하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 화소는 화소전극, 공통전극 및 컬러필터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 컬러필터는 RED필터, GREEN 필터 또는 BLUE필터인 것을 특징으로 하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  12. 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치에 있어서,
    화상(image)을 표시하는 디스플레이 컴포넌트로서 동작하고 그리고 터치 여부를 판단하는 터치 검출센서로서 동작하는 복수개의 화소전극;를 포함하되,
    상기 화소 전극은
    제 1 화소 전극; 및
    상기 제 1 화소 전극과 연결시에는 스토리지 커패시터를 형성하고, 상기 제 1 화소 전극과 연결 해제시에는 상기 스토리지 커패시터가 형성되지 않는 제 2 화소 전극;을 포함하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 통합 표시 장치는 상기 제 1 화소 전극과 상기 제 2 화소 전극을 연결시키거나 연결 해제시키는 복수개의 스토리지 커패시터 (Cst) 스위치를 더 포함하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  14. 청구항 12에 있어서,
    각각의 상기 화소 전극의 구동 주기 (operation period)는 상기 디스플레이 컴포넌트로서 동작하는 디스플레이 구간과 상기 터치 검출센서로서 동작하는 터치 검출 구간을 포함하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 화소 전극이 상기 디스플레이 구간에 있을 때는 상기 제 1 화소 전극과 상기 제 2 화소 전극이 연결되어 상기 스토리지 커패시터를 형성하는 것을 특징으로 하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 화소 전극이 상기 터치 검출 구간에 있을 때는 상기 제 1 화소 전극과 상기 제 2 화소 전극이 연결해제되어 상기 스토리지 커패시터가 형성되지 않는 것을 특징으로 하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  17. 청구항 13에 있어서,
    상기 통합 표시 장치는
    복수개의 게이트 신호선;
    복수개의 소스 신호선; 및
    각각의 상기 게이트 신호선 및 각각의 상기 소스 신호선에 연결된 복수개의 TFT 스위치;를 더 포함하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 TFT 스위치 및 상기 스토리지 커패시터 (Cst) 스위치는 동일한 마스크(MASK)로 형성되는 것을 특징으로 하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  19. 청구항 12에 있어서,
    하나 이상의 상기 화소 전극을 서로 연결하여 하나의 확대 터치 검출센서(enlarged touch sensor)를 형성하는 것을 특징으로 하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  20. 청구항 19에 있어서,
    하나 이상의 상기 화소 전극의 연결은 상기 통합 표시장치의 복수개의 게이트 신호선을 동시에 턴 온(turn on) 시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  21. 청구항 19에 있어서,
    하나 이상의 상기 화소 전극의 연결은 상기 통합 표시장치의 복수개의 소스 신호선을 동시에 턴 온 시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  22. 청구항 19에 있어서,
    하나 이상의 상기 화소 전극의 연결은 상기 통합 표시장치의 복수개의 게이트 신호선 및 복수개의 소스 신호선을 동시에 턴 온 시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  23. 청구항 13에 있어서,
    상기 스토리지 커패시터 (Cst) 스위치의 게이트 단자의 턴 온 또는 턴 오프는 상기 통합 표시장치의 구동칩으로부터 발원된 턴 온(turn on) 또는 턴 오프(turn off) 신호에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  24. 청구항 20에 있어서,
    동시에 턴 온된 상기 복수개의 게이트 신호선의 전단 게이트 신호선(previous gate line)에 연결되어 상기 스토리지 커패시터 (Cst)의 턴 온 또는 턴 오프를 제어하는 인버터(Inverter)를 더 포함하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  25. 청구항 21에 있어서,
    동시에 턴 온된 상기 복수개의 소스 신호선의 전단 소스 신호선에 연결되어 상기 스토리지 커패시터 (Cst)의 턴 온 또는 턴 오프를 제어하는 인버터(Inverter)를 더 포함하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  26. 청구항 24에 있어서,
    상기 전단 게이트 신호선은 미리 설정된 특정 방향에서 상기 복수개의 게이트 신호선의 순서를 결정할 때 제 1 게이트 신호선보다 앞단에 위치하는 게이트 신호선인 것을 특징으로 하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  27. 청구항 25에 있어서,
    상기 전단 소스 신호선은 미리 설정된 특정 방향에서 상기 복수개의 소스 신호선의 순서를 결정할 때 제 1 소스 신호선보다 더 왼쪽에 위치하는 소스 신호선인 것을 특징으로 하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  28. 청구항 24에 있어서,
    상기 전단 게이트 신호선에 인가된 신호에 관계없이 상기 인버터의 출력을 제어하는 변환기를 더 포함하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  29. 청구항 25에 있어서,
    상기 전단 소스 신호선에 인가된 신호에 관계없이 상기 인버터의 출력을 제어하는 변환기를 더 포함하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  30. 청구항 14에 있어서,
    상기 화소 전극의 구동 주기는 상기 터치 검출 구간을 수행한 후에 상기 디스플레이 구간을 수행하도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  31. 청구항 14에 있어서,
    상기 화소 전극의 구동 주기는 상기 터치 검출 구간을 수행하기 전에 상기 디스플레이 구간을 수행하도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  32. 청구항 20에 있어서,
    상기 화소전극이 상기 터치 검출센서로 동작하는 동안에, 동시에 턴온된 상기 복수개의 게이트 신호선은 적어도 두개이상의 게이트 신호선이 상호 연결된 복수개의 그룹의 게이트 신호선을 포함하고, 터치가 검출 중인 그룹의 게이트 신호선의 이웃하는 그룹들의 게이트 신호선에 교번하는 AC 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  33. 청구항 21에 있어서,
    상기 화소전극이 상기 터치 검출센서로 동작하는 동안에, 동시에 턴온된 상기 복수개의 소스 신호선은 적어도 두개이상의 게이트 신호선이 상호 연결된 복수개의 그룹의 소스 신호선을 포함하고, 터치가 검출 중인 그룹의 소스 신호선의 이웃하는 그룹들의 게이트 신호선에 교번하는 AC 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  34. 청구항 17에 있어서,
    적어도 하나 이상의 더미 게이트 신호선; 및
    적어도 하나 이상의 더미 소스 신호선;을 더 포함하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  35. 청구항 34에 있어서,
    상기 더미 게이트 신호선은 최외곽의 게이트 신호선의 바깥쪽에 형성되는 것을 특징으로 하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  36. 청구항 34에 있어서,
    상기 더미 소스 신호선은 최외곽의 소스 신호선의 바깥쪽에 형성되는 것을 특징으로 하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  37. 청구항 1에 있어서,
    상기 화소를 이용하여 지문인식을 수행하는 것을 특징으로 하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  38. 청구항 37에 있어서,
    상기 지문인식은 적어도 두개이상의 손가락을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  39. 청구항 37에 있어서,
    상기 통합 표시장치의 상기 화소가 배치된 전 영역에서 상기 지문인식이 가능한 것을 특징으로 하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  40. 청구항 12에 있어서,
    상기 화소를 이용하여 지문인식을 수행하는 것을 특징으로 하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  41. 청구항 40에 있어서,
    상기 지문인식은 적어도 두개이상의 손가락을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
  42. 청구항 40에 있어서,
    상기 통합 표시장치의 상기 화소가 배치된 전 영역에서 상기 지문인식이 가능한 것을 특징으로 하는, 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치.
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