KR20090005603A - 액정표시장치 및 그 구동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터치 센서 회로의 신뢰성을 높일 수 있는 액정표시장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.

이 액정표시장치는 게이트라인들과 데이터라인들의 교차로 정의되는 다수의 화소들; 구동전압들에 의해 구동되어 외부 광을 감지한 후 광감지신호를 발생하는 다수의 터치 센서 회로들; 기수 화소행들에 공통 접속되어 상기 기수 화소행들에 형성된 터치 센서 회로들에 고전위 구동전압을 공급하는 제1 고전위 구동전압 공급라인; 우수 화소행들에 공통 접속되어 상기 우수 화소행들에 형성된 터치 센서 회로들에 상기 고전위 구동전압을 공급하는 제2 고전위 구동전압 공급라인; 및 상기 제1 및 제2 고전위 구동전압 공급라인들 각각에 상기 고전위 구동전압을 단속적으로 인가하고, 상기 고전위 구동전압을 상기 제1 및 제2 고전위 구동전압 공급라인들에 교대로 인가하는 구동전압 공급부를 구비한다.

Description

액정표시장치 및 그 구동방법{Liquid Crystal Display Device And Method For Driving Thereof}

본 발명은 터치 센서 회로를 내장하는 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 터치 센서 회로의 신뢰성을 높일 수 있는 액정표시장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.

액정표시장치는 비디오 신호에 대응하여 액정층에 인가되는 전계를 통해 액정층의 광투과율을 제어함으로써 화상을 표시한다. 이러한 액정표시장치는 소형 및 박형화와 저 소비전력의 장점을 가지는 평판 표시장치로서, 노트북 PC와 같은 휴대용 컴퓨터, 사무 자동화 기기, 오디오/비디오 기기 등으로 이용되고 있다. 이러한 구성을 가지는 액정표시장치는 박형, 저소비 전력이라는 특징에 의해, 음극선관(CRT)를 빠르게 대체하고 있다.

특히, 액정셀마다 스위칭소자가 형성된 액티브 매트릭스(Active Matrix) 타입의 액정표시장치는 스위칭소자의 능동적인 제어가 가능하기 때문에 동영상 구현 에 유리하다.

이러한 액티브 매트릭스 타입의 액정표시장치에 사용되는 스위칭소자로는 도 1과 같이 주로 박막트랜지스터(Thin Film Transistor; 이하 "TFT"라 한다)가 이용되고 있다.

도 1을 참조하면, 액티브 매트릭스 타입의 액정표시장치는, 디지털 입력 데이터를 감마기준전압을 기준으로 아날로그 데이터 전압으로 변환하여 데이터라인(DL)에 공급함과 동시에 스캔펄스를 게이트라인(GL)에 공급하여 액정셀(Clc)을 충전시킨다. 이를 위해, TFT의 게이트전극은 게이트라인(GL)에 접속되고, 소스전극은 데이터라인(DL)에 접속되며, 그리고 TFT의 드레인전극은 액정셀(Clc)의 화소전극과 스토리지 캐패시터(Cst1)의 일측 전극에 접속된다. 액정셀(Clc)의 공통전극에는 공통전압(Vcom)이 공급된다. 스토리지 캐패시터(Cst1)는 TFT가 턴-온될 때 데이터라인(DL)으로부터 인가되는 데이터전압을 충전하여 액정셀(Clc)의 전압을 일정하게 유지하는 역할을 한다. 스캔펄스가 게이트라인(GL)에 인가되면 TFT는 턴-온(Turn-on)되어 소스전극과 드레인전극 사이의 채널을 형성하여 데이터라인(DL) 상의 전압을 액정셀(Clc)의 화소전극에 공급한다. 이때 액정셀(Clc)의 액정분자들은 화소전극과 공통전극 사이의 전계에 의하여 배열이 바뀌면서 입사광을 변조하게 된다.

이와 같은 액정표시장치는 수동 발광 소자로서, 액정표시패널의 배면에 배치된 백라이트유닛을 이용하여 화면의 휘도를 조절한다.

한편, 터치스크린 패널(Touch Screen Panel)은 일반적으로 표시장치 상에 부 착되어 손이나 펜과 접촉되는 터치지점에서 전기적인 특성이 변하여 그 터치지점을 감지하는 유저 인터페이스의 하나로써 그 응용범위가 여러 분야로 확대되고 있다. 터치 스크린 패널이 부착된 액정 표시 장치는 사용자의 손가락 또는 터치 펜(touch pen) 등이 화면에 접촉하였는지 여부 및 접촉 위치 정보를 알아내고, 이 검출 정보를 이용하여 다양한 어플리 케이션(Application)을 구현할 수 있다.

그런데, 이러한 액정 표시 장치는 터치 스크린 패널로 인한 원가 상승, 터치 스크린 패널을 액정표시패널 위에 접착시키는 공정 추가로 인한 수율 감소, 액정표시패널의 휘도 저하 및 두께 증가 등의 문제점을 야기한다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 최근, 터치 스크린 패널 대신에 도 2와 같은 센서 TFT를 포함하는 터치 센서 회로를 액정표시장치의 액정셀(Clc) 내부에 형성하는 기술이 개발된 바 있다. 터치 센서 회로는 외부로부터 입사되는 광량 변화에 따라 광전류(i)를 다르게 발생하는 센서 TFT, 광전류(i)에 의한 전하들을 저장하는 스토리지 커패시터(Cst2), 및 스토리지 커패시터(Cst2)에 저장되어 있는 전하들을 출력하는 스위치 TFT를 포함하여 사용자의 손가락 등에 의한 빛의 변화를 감지하고, 이 광감지신호를 외부로 출력한다. 여기서, 센서 TFT의 게이트전극에는 자신의 문턱전압 이하의 전압으로 설정된 저전위 바이어스 전압(Vbias)이 공급된다. 액정표시장치는 이 터치 센서 회로의 광감지신호에 기반하여 사용자의 손가락 등의 접촉여부 및/또는 접촉 위치정보를 알아낼 수 있게 된다.

그런데, 이러한 광 감지동작을 위해, 센서 TFT는 자신의 드레인전극을 통해 항상 고전위의 직류 구동전압(Vdrv)을 공급받아야 하기 때문에 장기간 구동시 쉽게 열화되는 문제점을 갖는다. 센서 TFT가 열화되면, 터치 센서 회로의 출력 특성이 변하므로 출력 감지신호에 큰 오차가 발생 될 수 있다. 다시 말해, 터치 센서 회로는 자신이 형성된 액정셀 상에 사용자의 손가락 등이 접촉해도 미접촉 감지신호를 출력할 가능성이 있으며, 반대로 자신이 형성된 액정셀 상에 사용자의 손가락 등이 접촉하지 않아도 접촉 감지신호를 출력할 가능성이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 터치 센서 회로의 신뢰성을 높일 수 있도록 한 액정표시장치 및 그 구동방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치는 게이트라인들과 데이터라인들의 교차로 정의되는 다수의 화소들; 구동전압들에 의해 구동되어 외부 광을 감지한 후 광감지신호를 발생하는 다수의 터치 센서 회로들; 기수 화소행들에 공통 접속되어 상기 기수 화소행들에 형성된 터치 센서 회로들에 고전위 구동전압을 공급하는 제1 고전위 구동전압 공급라인; 우수 화소행들에 공통 접속되어 상기 우수 화소행들에 형성된 터치 센서 회로들에 상기 고전위 구동전압을 공급하는 제2 고전위 구동전압 공급라인; 및 상기 제1 및 제2 고전위 구동전압 공급라인들 각각에 상기 고전위 구동전압을 단속적으로 인가하고, 상기 고전 위 구동전압을 상기 제1 및 제2 고전위 구동전압 공급라인들에 교대로 인가하는 구동전압 공급부를 구비한다.

상기 고전위 구동전압이 단속적으로 인가되는 주기는 일 수직기간이다.

상기 구동전압 공급부는, 상기 기수 및 우수 화소행들에 공통 접속되는 저전위 구동전압 공급라인을 통해 상기 기수 및 우수 화소행들에 형성된 터치 센서 회로들에 공통으로 저전위 구동전압을 공급한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치는 상기 광감지신호를 출력하기 위한 다수의 리드아웃 라인들을 더 구비한다.

상기 터치 센서 회로는, 상기 저전위 구동전압 공급라인에 접속되는 게이트전극, 상기 제1 및 제2 고전위 구동전압 공급라인들 중 어느 하나에 접속되는 소스전극, 및 제1 노드에 접속되는 드레인전극을 구비하여 상기 고전위 구동전압이 인가될 때, 상기 외부광에 의해 소스-드레인간 채널 전류가 흐르는 센서 TFT; 상기 저전위 구동전압 공급라인과 상기 제1 노드 사이에 접속되어 상기 채널 전류에 의한 전하를 축적하는 스토리지 커패시터; 및 상기 축적된 전하를 상기 광감지신호로서 상기 리드아웃 라인들 중 어느 하나로 출력하는 스위칭 TFT를 구비한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치는 상기 리드아웃 라인들에 접속되어 상기 리드아웃 라인들로부터의 광감지신호를 증폭하여 증폭된 전압을 출력하는 리드아웃 집적부를 더 구비한다.

상기 터치 센서 회로는 상기 화소보다 큰 길이의 간격으로 형성된다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치는 게이트라인들과 데이터라인들 의 교차로 정의되는 다수의 화소들; 상기 화소들 중 일부에 형성되고 병렬 접속된 제1 및 제2 센서 TFT들로 각각 공급되는 고전위 구동전압들을 이용하여 외부 광을 감지하는 다수의 터치 센서 회로들; 상기 제1 센서 TFT에 고전위 구동전압을 공급하는 제1 고전위 구동전압 공급라인; 상기 제2 센서 TFT에 상기 고전위 구동전압을 공급하는 제2 고전위 구동전압 공급라인; 및 상기 제1 및 제2 고전위 구동전압 공급라인들 각각에 상기 고전위 구동전압을 단속적으로 인가하고, 상기 고전위 구동전압을 상기 제1 및 제2 고전위 구동전압 공급라인들에 교대로 인가하는 구동전압 공급부를 구비한다.

본 발명의 일 실시예에 따라 게이트라인들과 데이터라인들의 교차로 정의되는 다수의 화소들, 구동전압들에 의해 구동되어 외부 광을 감지한 후 광감지신호를 발생하는 다수의 터치 센서 회로들을 가지는 액정표시장치의 구동방법은, 기수 화소행들에 공통 접속되는 제1 고전위 구동전압 공급라인을 통해 상기 기수 화소행들에 형성된 터치 센서 회로들에 고전위 구동전압을 공급하는 단계; 및 우수 화소행들에 공통 접속되는 제2 고전위 구동전압 공급라인을 통해 상기 우수 화소행들에 형성된 터치 센서 회로들에 상기 고전위 구동전압을 공급하는 단계를 포함하고; 상기 고전위 구동전압은 제1 및 제2 고전위 구동전압 공급라인들 각각에 단속적으로 인가됨과 아울러, 상기 제1 및 제2 고전위 구동전압 공급라인들에 교대로 인가된다.

본 발명의 다른 실시예에 따라 게이트라인들과 데이터라인들의 교차로 정의되는 다수의 화소들, 상기 화소들 중 일부에 형성되고 병렬 접속된 제1 및 제2 센 서 TFT들로 각각 공급되는 고전위 구동전압들을 이용하여 외부 광을 감지하는 다수의 터치 센서 회로들을 가지는 액정표시장치의 구동방법은, 제1 고전위 구동전압 공급라인을 통해 상기 제1 센서 TFT에 고전위 구동전압을 공급하는 단계; 및 제2 고전위 구동전압 공급라인을 통해 상기 제2 센서 TFT에 상기 고전위 구동전압을 공급하는 단계를 포함하고; 상기 고전위 구동전압은 제1 및 제2 고전위 구동전압 공급라인들 각각에 단속적으로 인가됨과 아울러, 상기 제1 및 제2 고전위 구동전압 공급라인들에 교대로 인가된다.

본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 구동방법은 터치 센서 회로로 공급되는 고전위 구동전압을 단속적으로 인가하여 터치 센서 회로의 열화를 방지함으로써 터치 센서 회로의 오동작을 방지하여 신뢰성을 높일 수 있다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도 3 내지 도 10을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 액정표시장치를 나타내는 블럭도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 액정표시장치는 다수의 게이트라인들(G0 내지 Gn)과 다수의 데이터라인들(D1 내지 Dm) 및 다수의 구동전압 공급라인들(VL1 내지 VLn)이 교차되고 그 교차부에 터치 센서 회로를 갖는 화소(42)들이 배치되는 액정표시패널(40)과, 데이터라인들(D1 내지 Dm)에 데이터전압을 공급하기 위한 데이터 구동부(20)와, 게이트라인들(G1 내지 Gn)에 스캔펄스를 공급하기 위한 게이트 구동부(30)와, 데이터 구동부(20) 및 게이트 구동부(30)의 구동 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어부(10)와, 구동전압 공급라인들(VL1 내지 VLn)에 구동전압들을 공급하여 화소(42)내의 터치 센서 회로를 구동하는 구동전압 공급부(50), 액정표시패널(152)의 리드아웃라인들(read-out line)(ROL1 내지 RLOm)이 공통으로 접속된 리드아웃 집적부(60)와, 액정표시패널(40)의 배면에 빛을 조사하기 위한 백라이트 유닛(70)을 구비한다.

액정표시패널(40)은 컬러필터를 포함하는 상부기판과, 화소 회로 및 터치 센서 회로를 포함하는 화소들(42)이 형성되는 하부기판과, 상부기판과 하부기판 사이에 개재되는 액정층을 구비한다.

이 액정표시패널(40)의 하부기판 상에는 다수의 데이터라인들(D1 내지 Dm)과 다수의 게이트라인들(G1 내지 Gn)이 직교되고 또한, 게이트라인들(G1 내지 Gn)과 평행한 다수의 구동전압 공급라인들(VL1 내지 VLn), 게이트라인들(G1 내지 Gn)과 구동전압 공급라인들(VL1 내지 VLn)과 직교되는 다수의 리드아웃라인들(ROL1 내지 ROLm)이 형성된다. 데이터라인들(D1 내지 Dm)과 게이트라인들(G1 내지 Gn)의 교차부에는 도 4와 같은 화소 회로(P1)가 형성되고, 구동전압 공급라인들(VL1 내지 VLn)과 리드아웃라인들(ROL1 내지 ROLm)의 교차부에는 도 4와 같은 터치 센서 회 로(P2)가 형성된다. 구동전압 공급라인들(VL1 내지 VLn) 각각은 터치 센서 회로(P2)에 고전위 구동전압을 공급하기 위한 고전위 구동전압 공급라인들(VL1a 내지 VLna)과, 터치 센서 회로(P2)에 저전위 구동전압을 공급하기 위한 저전위 구동전압 공급라인들(VL1b 내지 VLnb)을 포함한다. 터치 센서 회로(P2)는 자신에게 입력되는 외부광의 변화를 감지하여 광감지신호를 발생하고, 이 광감지신호를 리드아웃라인들(ROL1 내지 ROLm)을 통해 리드아웃 집적부(60)로 공급한다. 한편, 터치 센서 회로(P2)는 화소(42)마다 배치될 수도 있으나, 개구율 향상을 위해 화소보다 큰 길이의 간격으로 형성될 수도 있다.

액정표시패널(40)의 상부기판 상에는 컬러필터들과 화소간 경계들을 가려주기 위한 블랙 매트릭스가 형성된다. 액정층을 사이에 두고 화소전극과 대향하여 공통전압이 공급되는 공통전극은 TN(Twisted Nematc) 모드, VA 모드(Vertical Alignment) 모드 등에서 상부기판에 형성되고, IPS(In Plane Switching) 모드와 FFS 모드(Fringe Field Switching) 모드 등에서 하부기판 상에 형성된다.

또한, 액정표시패널(40)의 상/하부기판 각각에는 선편광을 선택하기 위한 편광자와 액정분자의 프리틸트를 결정하기 위한 배향막이 형성된다.

데이터 구동부(20)는 타이밍 제어부(10)로부터의 데이터 제어신호(DDC)에 응답하여 디지털 비디오 데이터(R,G,B)를 감마기준전압 발생부(미도시)로부터의 감마기준전압들(GMA)을 참조하여 아날로그 감마보상전압으로 변환하고, 그 아날로그 감마보상전압을 데이터전압으로써 액정표시패널(40)의 데이터라인들(D1 내지 Dm)에 공급한다.

게이트 구동부(30)는 타이밍 제어부(10)로부터의 게이트 제어신호(GDC)에 응답하여 스캔펄스를 발생하고 그 스캔펄스를 게이트라인들(G1 내지 Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터전압이 공급되는 액정표시패널(40)의 수평라인을 선택한다.

타이밍 제어부(10)는 시스템(미도시)으로부터의 디지털 비디오 데이터(R,G,B)를 액정표시패널(40)에 맞게 재정렬하여 데이터 구동부(20)에 공급하고 타이밍 제어신호들(Vsync, Hsync, DCLK, DE)를 이용하여 데이터 구동부(20)를 제어하기 위한 데이터 제어신호(DDC)와 게이트 구동부(30)를 제어하기 위한 게이트 제어신호(GDC)를 생성한다. 데이터 제어신호(DDCS)에는 소스 스타트 펄스(Source Start Pulse : SSP), 소스 쉬프트 클럭(Source Shift Clock : SSC), 소스 출력 신호(Source Output Enable : SOE) 및 극성신호(Polarity : POL) 등이 포함되며, 게이트 제어신호(DDC)에는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse : GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock : GSC), 게이트 출력 신호(Gate Output Enable : GOE) 등이 포함된다.

구동전압 공급부(50)는 도 7과 같이 고전위(Vh)와 저전위(Vl) 사이에서 스윙되는 제1 고전위 구동전압(Vdrv1), 제1 고전위 구동전압(Vdrv1)과 반대 위상을 갖는 제2 고전위 구동전압(Vdrv2), 및 저전위 구동전압(Vbias)을 생성한다. 그리고, 구동전압 공급부(50)는 기수 화소행들의 터치 센서 회로들에 공통접속된 기수 고전위 구동전압 공급라인들(VL1a,VL3a,...VLn-1a)에 제1 고전위 구동전압(Vdrv)을 공급함과 아울러, 우수 화소행들의 터치 센서 회로들에 공통접속된 우수 고전위 구동전압 공급라인들(VL2a,VL4a,...VLna)에 제2 고전위 구동전압(Vdrv2)을 공급한다. 또한, 구동전압 공급부(50)는 모든 화소행들의 터치 센서 회로들에 공통접속된 저전위 구동전압 공급라인들(VL1b 내지 VLnb)에 저전위 구동전압(Vbias)을 공급한다.

리드아웃 집적부(60)는 도 8과 같이 액정표시패널(40)의 리드아웃라인들(ROL1 내지 RLOm)에 각각 접속되는 다수의 회로들을 포함하며, 리드아웃라인들(ROL1 내지 RLOm)로부터의 광감지신호를 증폭하여 증폭된 전압을 출력한다. 본 발명에 따른 액정표시장치는 이 리드아웃 집적부(60)로부터의 광감지신호에 기반하여 사용자의 손가락 등의 접촉여부 및/또는 접촉 위치정보를 알아낼 수 있게 된다.

백라이트 유닛(70)은 액정표시패널(40)의 하부에 액정표시패널(116)과 중첩되게 설치되는 다수의 램프들을 구비한다. 백 라이트 유닛(70)에 사용되는 램프는 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent; CCFL), 외부전극형광램프(External Electrode Flouscent; EEFL), 열음극형광램프(Heat Cathode Fluorescent; HCFL) 중 어느 하나일 수 있다. 램프들은 인버터(미도시)의 구동에 의해 액정표시패널(40)의 배면에 광을 조사한다. 한편, 백라이트 유닛(70)은 램프들 대신에 또는 램프들과 함께 다수의 발광다이오드들을 구비할 수도 있다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 센서 회로가 형성된 화소(42)의 등가회로도이며, 도 5a 및 도 5b는 터치 센싱 동작 중에 있어서의 제1 노드전압의 변화를 나타내는 파형도이다.

도 4를 참조하면, 화소(42)는 j 번째 게이트라인(Gj)과 j 번재 데이터라인(Dj)의 교차부에 형성되는 화소 회로(P1)와, j 번째 고전위 구동전압 공급라인(VLja) 및 j 번째 저전위 구동전압 공급라인(VLjb)과 j 번째 리드아웃라인(ROLj) 의 교차부에 형성되는 터치 센서 회로(P2)를 구비한다.

화소 회로(P1)는 액정셀(Clc)과, 게이트라인(Gj)과 데이터라인(Dj)의 교차 영역에 형성되어 액정셀(Clc)을 구동하기 위한 화소 TFT(TFT1)와, 액정셀(Clc)의 충전전압을 한 프레임 동안 유지시키기 위한 제1 스토리지 커패시터(Cst1)를 구비한다.

화소 TFT(TFT1)는 게이트라인(GLj)으로부터의 스캔펄스에 응답하여 데이터라인(DLj)을 통해 공급되는 데이터전압을 액정셀(Clc)의 화소전극에 공급한다. 이를 위하여 화소 TFT(TFT1)의 게이트전극은 게이트라인(GLj)에 접속되고, 소스전극은 데이터라인(DLj)에 접속되며, 드레인전극은 액정셀(Clc)의 화소전극에 접속된다. 액정셀(Clc)은 데이터전압과 공통전압(Vcom)의 전위차로 충전되며, 이 전위차로 형성되는 전계에 의해 액정분자들의 배열이 바뀌면서 투과되는 빛의 광량을 조절하거나 빛을 차단하게 된다. 제1 스토리지 커패시터(Cst1)는 화소 TFT(TFT1)의 드레인전극과 저전위 구동전압 공급라인(VLjb) 사이에 접속된다.

터치 센서 회로(P2)는 외부로부터 입사되는 광량 변화에 따라 광전류(i)를 다르게 발생하는 센서 TFT(S-TFT)와, 광전류(i)에 의한 전하들을 저장하는 제2 스토리지 커패시터(Cst2), 및 제2 스토리지 커패시터(Cst2)에 저장되어 있는 전하들을 리드아웃라인(ROLj)으로 스위칭하는 스위치 TFT(TFT2)를 구비한다.

센서 TFT(S-TFT)의 게이트전극은 저전위 구동전압 공급라인(VLjb)에 접속되고, 소스전극은 고전위 구동전압 공급라인(VLja)에 접속되며, 드레인전극은 제1 노드(N1)에 접속된다. 센서 TFT(S-TFT)의 게이트전극에는 자신의 문턱전압 이하의 전압으로 설정된 저전위 구동전압(Vbias)이 공급되고, 센서 TFT(S-TFT)의 소스전극에는 도 7과 같이 고전위(Vh)와 저전위(Vl) 사이에서 스윙되되 서로 반대 위상을 갖는 제1 및 제2 고전위 구동전압들(Vdrv1,Vdrv2) 중 어느 하나가 공급된다. 센서 TFT(S-TFT)는 자신에게 공급되는 고전위 구동전압이 고전위(Vh)로 유지되는 기간 동안 광센싱 동작을 수행한다. 한편, 센서 TFT(S-TFT)는 자신에게 공급되는 고전위 구동전압이 저전위(Vl)로 유지되는 기간 동안에는 광센싱 동작을 중지하여 종래 계속적인 센싱 동작에 따른 센서 TFT(S-TFT)의 열화 문제를 해결한다. 이에 대해서는 도 6 및 도 7을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 이러한 센서 TFT(S-TFT)는 화소 TFT(TFT1) 및 스위치 TFT(TFT2)와는 달리 상부기판의 블랙 매트릭스에 의해 가려지지 않기 때문에 고전위 구동전압이 고전위(Vh)로 유지되는 기간 동안 외부로부터 입사되는 광량 변화를 감지할 수 있게 된다. 다시 말해, 센서 TFT(S-TFT)는 펜이나 사용자의 손가락 등과 같은 불투명 물질이 자신의 상부 위치에서 터치되어 백라이트 유닛으로부터의 광을 자신에게로 반사하면, 이 반사된 광에 감응하여 광전류(i)를 발생한다. 광전류(i)에 의한 전하들은 제1 노드(N1)와 저전위 구동전압 공급라인(VLjb) 사이에 접속된 제2 스토리지 커패시터(Cst2)에 저장된다.

제2 스토리지 커패시터(Cst2)에 저장되는 전하들에 의해 제1 노드의 전압(VN1)은 도 5a와 같이 스위치 TFT(TFT2)가 턴 온 될 때까지 점점 증가하게 된다. 한편, 고전위 구동전압이 고전위(Vh)로 유지되더라도 불투명 물질이 센서 TFT(S-TFT)에 터치되지 아니하면, 제1 노드의 전압(VN1)은 도 5b와 같이 초기값으로 일정하게 유지된다.

스위치 TFT(TFT2)는 제2 스토리지 커패시터(Cst2)에 저장되어 있는 전하들을 리드아웃라인(ROLj)으로 스위칭하여 광감지신호를 출력한다. 이를 위해, 스위치 TFT(TFT2)의 게이트전극은 j-1 번째 게이트라인(Gj-1)에 접속되고, 소스전극은 제1 노드(N1)에 접속되며, 드레인전극은 리드아웃라인(ROLj)에 접속된다. 스위치 TFT(TFT2)는 도 5a 및 도 5b와 같이 j-1 번째 게이트라인(Gj-1)에 공급되는 스캔펄스(SPj-1)에 응답하여 턴 온 됨으로써 1 프레임 기간(1V) 동안의 제1 노드전압(VN1)을 광감지신호로써 리드아웃라인(ROLj)으로 출력한다.

도 6은 기수/우수 라인 단위로 교차 구동하기 위한 터치 센서 회로들의 접속구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 교차 구동시 공급되는 제1 및 제2 고전위 구동전압들의 파형도이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 기수 화소행들에 형성되는 터치 센서 회로들(P2(odd))은 각각 기수 고전위 구동전압 공급라인들(VL1a,VL3a,...VLn-1a)에 접속되어 구동전압 공급부(50)에서 발생된 제1 고전위 구동전압(Vdrv1)을 공통으로 공급받는다. 제1 고전위 구동전압(Vdrv1)은 고전위(Vh)와 저전위(Vl) 사이에서 스윙되되, 1 프레임 기간(1v)을 주기로 그 전위 레벨이 반전된다. 기수 화소행들에 형성되는 터치 센서 회로들(P2(odd))은 고전위(Vh)로 공급되는 제1 고전위 구동전압(Vdrv1)에 응답하여 터치 센싱 동작을 수행하며, 저전위(Vl)로 공급되는 제1 고전위 구동전압(Vdrv1)에 응답하여 터치 센싱 동작을 중지한다.

우수 화소행들에 형성되는 터치 센서 회로들(P2(even))은 각각 우수 고전위 구동전압 공급라인들(VL2a,VL4a,...VLna)에 접속되어 구동전압 공급부(50)에서 발 생된 제2 고전위 구동전압(Vdrv2)을 공통으로 공급받는다. 제2 고전위 구동전압(Vdrv2)은 제1 고전위 구동전압(Vdrv1)과 반대 위상을 가지며, 고전위(Vh)와 저전위(Vl) 사이에서 스윙되되, 1 프레임 기간(1v)을 주기로 그 전위 레벨이 반전된다. 우수 화소행들에 형성되는 터치 센서 회로들(P2(even))은 고전위(Vh)로 공급되는 제2 고전위 구동전압(Vdrv2)에 응답하여 터치 센싱 동작을 수행하며, 저전위(Vl)로 공급되는 제2 고전위 구동전압(Vdrv2)에 응답하여 터치 센싱 동작을 중지한다.

결과적으로, 기수 화소행들에 형성되는 터치 센서 회로들(P2(odd))이 터치 센싱 동작을 수행하는 기간 동안에는 우수 화소행들에 형성되는 터치 센서 회로들(P2(even))은 터치 센싱 동작을 중지하고, 반대로 기수 화소행들에 형성되는 터치 센서 회로들(P2(odd))이 터치 센싱 동작을 중지하는 기간 동안에는 우수 화소행들에 형성되는 터치 센서 회로들(P2(even))은 터치 센싱 동작을 수행한다. 이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 센서 회로를 갖는 액정표시장치는 액정표시패널의 하부 기판에 형성되는 터치 센서 회로들(P2)을 기수행/우수행으로 나누어 교번적으로 구동시킴으로써 터치 센서 회로들(P2)의 열화를 방지한다.

도 8은 리드아웃 집적부의 일부에 대한 등가회로도이고, 도 9는 도 8의 동작을 설명하기 위한 파형도이다. 도 9에서 Sreset,S1,S2는 타이밍 제어부에서 생성되는 스위치 제어신호들이고, SPj-1은 j-1 번째 게이트라인에 공급되는 스캔펄스이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 리드아웃 집적부는 j 번째 리드아웃라인(ROLj)에 접속되는 반전단자(-)와 리셋전압(Vreset) 공급라인에 접속되는 비반전단자(+)를 갖는 오피 앰프(62)와, 오피 앰프(62)의 반전 입력 노드(Ni)와 출력 노드(No) 사이에 접속되는 커패시터(Cfb)와, 오피 앰프(62)의 반전 입력 노드(Ni)와 출력 노드(No) 사이에서 커패시터(Cfb)와 병렬로 접속되는 리셋 스위치(Sreset)와, 출력 노드(No)와 제1 출력 라인(Lo1) 사이에 접속되는 제1 스위치(S1)와, 출력 노드(No)와 제2 출력 라인(Lo2) 사이에 접속되는 제2 스위치(S2)를 구비한다.

리셋 스위치(Sreset) 제어신호가 하이 논리 상태로 유지되는 A 기간 동안, 오피 앰프(62)는 버퍼로 작용하여 비반전 단자(+)에 공급되는 리셋 전압(Vreset)을 출력 노드(No)로 출력한다. 이 리셋 전압(Vreset)은 B 기간 동안 커패시터(Cfb)에 저장된 후 제1 스위치(S1)가 턴 온 되는 C 기간 동안 제1 출력 라인(Lo1)을 통해 제1 출력전압(Vo1)으로 출력된다. 여기서, 리셋 전압(Vreset)의 크기는 도 5b와 같이 초기값과 동일하게 설정됨이 바람직하다. 이어서, D 기간 동안 스캔펄스(SPj-1)의 공급과 동기되어 터치 센서 회로의 제1 노드 전압(VN1)이 리드아웃라인(ROLj)과 입력 노드(Ni)를 경유하여 커패시터(Cfb)에 저장된다. 이 제1 노드 전압(VN1)은 제2 스위치(S2)가 턴 온 되는 E 기간 동안 제2 출력 라인(Lo2)을 통해 제2 출력전압(Vo2)으로 출력된다. 제2 출력전압(Vo2)은 제1 노드 전압(VN1)에 의존하는 값으로써 터치 센서 회로 상부에 불투명 물질의 터치 여부 및 터치 센서 회로로 공급되는 구동전압의 전위 레벨에 따라 그 값이 달라진다. 즉, 구동전압이 저전위로 공급되거나, 구동전압이 고전위로 공급되더라도 터치 센서 회로 상부에 불투명 물질이 터치되지 아니하면 제2 출력전압(Vo2)은 제1 출력전압(Vo1)과 동일 한 값으로 출력된다. 반면에, 구동전압이 고전위로 공급되는 기간 동안 터치 센서 회로 상부에 불투명 물질이 터치되면 제2 출력전압(Vo2)의 값은 제1 출력전압(Vo1)과 다른 값으로 출력된다. 본 발명에 따른 액정표시장치는 이러한 제1 및 제2 출력전압들(Vo1,Vo2)의 차이를 도시하지 않은 아날로그-디지털 변환기를 통해 디지털 신호로 처리한 후, 이 디지털 신호와 터치 센서 회로가 포함되는 화소의 위치 정보를 이용하여 현재 터치되고 있는 지점의 정확한 위치를 파악하여 다양한 어플리 케이션에 적용할 수 있게 된다.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 센서 회로의 등가회로도이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 센서 회로는 하나의 터치 센서 회로내에 두 개의 센서 TFT(S-TFT1,S-TFT2)를 구비한다.

제1 및 제2 센서 TFT(S-TFT1,S-TFT2)의 게이트전극들에는 저전위 구동전압(Vbias)이 공통으로 인가되며, 제1 및 제2 센서 TFT(S-TFT1,S-TFT2)의 드레인전극들은 제1 노드(N1) 공통 접속된다. 제1 노드(N1)와 센서 TFT들의 게이트전극들 사이에는 제2 스토리지 커패시터(Cst2)가 접속된다. 제1 노드(N1)와 리드아웃라인(ROL) 사이에는 전단 게이트라인으로부터의 스캔펄스(SP)에 응답하여 제1 노드전압(VN1)을 광감지신호로써 리드아웃라인(ROL)으로 출력하는 스위치 TFT(TFT2)가 접속된다.

제1 센서 TFT(S-TFT1)의 소스전극에는 제1 고전위 구동전압(Vdrv1)이 공급되는 반면, 제2 센서 TFT(S-TFT2)의 소스전극에는 제2 고전위 구동전압(Vdrv2)이 공급된다.

제1 고전위 구동전압(Vdrv1)은 도 7과 같이 고전위(Vh)와 저전위(Vl) 사이에서 스윙되되, 1 프레임 기간(1v)을 주기로 그 전위 레벨이 반전된다. 제2 고전위 구동전압(Vdrv2)은 도 7과 같이 제1 고전위 구동전압(Vdrv1)과 반대 위상을 가지며, 고전위(Vh)와 저전위(Vl) 사이에서 스윙되되, 1 프레임 기간(1v)을 주기로 그 전위 레벨이 반전된다. 따라서, 제1 센서 TFT(S-TFT1)는 고전위(Vh)로 공급되는 제1 고전위 구동전압(Vdrv1)에 응답하여 터치 센싱 동작을 수행하며, 저전위(Vl)로 공급되는 제1 고전위 구동전압(Vdrv1)에 응답하여 터치 센싱 동작을 중지한다. 제2 센서 TFT(S-TFT2)는 고전위(Vh)로 공급되는 제2 고전위 구동전압(Vdrv2)에 응답하여 터치 센싱 동작을 수행하며, 저전위(Vl)로 공급되는 제2 고전위 구동전압(Vdrv2)에 응답하여 터치 센싱 동작을 중지한다.

결과적으로, 모든 터치 센서 회로들에서 공통으로 제1 센서 TFT(S-TFT1)들이 터치 센싱 동작을 수행하는 기간 동안에는 모든 터치 센서 회로들의 제2 센서 TFT(S-TFT2)들은 터치 센싱 동작을 중지한다. 반면에, 모든 터치 센서 회로들에서 공통으로 제2 센서 TFT(S-TFT2)들이 터치 센싱 동작을 수행하는 기간 동안에는 모든 터치 센서 회로들의 제1 센서 TFT(S-TFT1)들은 터치 센싱 동작을 중지한다. 이와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 센서 회로를 갖는 액정표시장치는 터치 센서 회로들 내에 각각 두 개의 센서 TFT들을 배치하고, 이 센서 TFT들을 교차 구동함으로써 터치 센서 회로의 열화를 방지한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 구동방법은 액정표시패널의 하부 기판에 형성되는 터치 센서 회로들을 기수행/우수행으로 나누어 교번 적으로 구동시켜 터치 센서 회로들의 열화를 방지함으로써 터치 센서 회로들의 오동작을 방지하여 신뢰성을 높일 수 있다.

나아가, 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 구동방법은 터치 센서 회로들 내에 각각 두 개의 센서 TFT들을 배치하고, 이 센서 TFT들을 교차 구동시켜 터치 센서 회로의 열화를 방지함으로써 터치 센서 회로들의 오동작을 방지하여 신뢰성을 높일 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

제 1 도는 액티브 매트릭스 타입의 액정표시장치의 등가회로도.

제 2 도는 터치 센서 회로의 동작 설명을 위한 도면.

제 3 도는 본 발명에 따른 액정표시장치를 나타내는 블럭도.

제 4 도는 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 센서 회로가 형성된 화소의 등가회로도.

제 5a 및 5b 도는 터치 센싱 동작 중에 있어서의 제1 노드전압의 변화를 나타내는 파형도.

제 6 도는 기수/우수 라인 단위로 교차 구동하기 위한 터치 센서 회로들의 접속구조를 설명하기 위한 도면.

제 7 도는 교차 구동시 공급되는 제1 및 제2 고전위 구동전압들의 파형도.

제 8 도는 리드아웃 집적부의 일부에 대한 등가회로도.

제 9 도는 제 8 도의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.

제 10 도는 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 센서 회로의 등가회로도.

Claims (10)

1. 게이트라인들과 데이터라인들의 교차로 정의되는 다수의 화소들;

   구동전압들에 의해 구동되어 외부 광을 감지한 후 광감지신호를 발생하는 다수의 터치 센서 회로들;

   기수 화소행들에 공통 접속되어 상기 기수 화소행들에 형성된 터치 센서 회로들에 고전위 구동전압을 공급하는 제1 고전위 구동전압 공급라인;

   우수 화소행들에 공통 접속되어 상기 우수 화소행들에 형성된 터치 센서 회로들에 상기 고전위 구동전압을 공급하는 제2 고전위 구동전압 공급라인; 및

   상기 제1 및 제2 고전위 구동전압 공급라인들 각각에 상기 고전위 구동전압을 단속적으로 인가하고, 상기 고전위 구동전압을 상기 제1 및 제2 고전위 구동전압 공급라인들에 교대로 인가하는 구동전압 공급부를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 고전위 구동전압이 단속적으로 인가되는 주기는 일 수직기간인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 구동전압 공급부는,

   상기 기수 및 우수 화소행들에 공통 접속되는 저전위 구동전압 공급라인을 통해 상기 기수 및 우수 화소행들에 형성된 터치 센서 회로들에 공통으로 저전위 구동전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 광감지신호를 출력하기 위한 다수의 리드아웃 라인들을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 터치 센서 회로는,

   상기 저전위 구동전압 공급라인에 접속되는 게이트전극, 상기 제1 및 제2 고전위 구동전압 공급라인들 중 어느 하나에 접속되는 소스전극, 및 제1 노드에 접속되는 드레인전극을 구비하여 상기 고전위 구동전압이 인가될 때, 상기 외부광에 의해 소스-드레인간 채널 전류가 흐르는 센서 TFT;

   상기 저전위 구동전압 공급라인과 상기 제1 노드 사이에 접속되어 상기 채널 전류에 의한 전하를 축적하는 스토리지 커패시터; 및

   상기 축적된 전하를 상기 광감지신호로서 상기 리드아웃 라인들 중 어느 하나로 출력하는 스위칭 TFT를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 리드아웃 라인들에 접속되어 상기 리드아웃 라인들로부터의 광감지신호를 증폭하여 증폭된 전압을 출력하는 리드아웃 집적부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 터치 센서 회로는 상기 화소보다 큰 길이의 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
8. 게이트라인들과 데이터라인들의 교차로 정의되는 다수의 화소들;

   상기 화소들 중 일부에 형성되고 병렬 접속된 제1 및 제2 센서 TFT들로 각각 공급되는 고전위 구동전압들을 이용하여 외부 광을 감지하는 다수의 터치 센서 회로들;

   상기 제1 센서 TFT에 고전위 구동전압을 공급하는 제1 고전위 구동전압 공급라인;

   상기 제2 센서 TFT에 상기 고전위 구동전압을 공급하는 제2 고전위 구동전압 공급라인; 및

   상기 제1 및 제2 고전위 구동전압 공급라인들 각각에 상기 고전위 구동전압을 단속적으로 인가하고, 상기 고전위 구동전압을 상기 제1 및 제2 고전위 구동전압 공급라인들에 교대로 인가하는 구동전압 공급부를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
9. 게이트라인들과 데이터라인들의 교차로 정의되는 다수의 화소들, 구동전압들에 의해 구동되어 외부 광을 감지한 후 광감지신호를 발생하는 다수의 터치 센서 회로들을 가지는 액정표시장치의 구동방법에 있어서,

   기수 화소행들에 공통 접속되는 제1 고전위 구동전압 공급라인을 통해 상기 기수 화소행들에 형성된 터치 센서 회로들에 고전위 구동전압을 공급하는 단계; 및

   우수 화소행들에 공통 접속되는 제2 고전위 구동전압 공급라인을 통해 상기 우수 화소행들에 형성된 터치 센서 회로들에 상기 고전위 구동전압을 공급하는 단계를 포함하고;

   상기 고전위 구동전압은 제1 및 제2 고전위 구동전압 공급라인들 각각에 단속적으로 인가됨과 아울러, 상기 제1 및 제2 고전위 구동전압 공급라인들에 교대로 인가되는 것을 특징으로 액정표시장치의 구동방법.
10. 게이트라인들과 데이터라인들의 교차로 정의되는 다수의 화소들, 상기 화소들 중 일부에 형성되고 병렬 접속된 제1 및 제2 센서 TFT들로 각각 공급되는 고전위 구동전압들을 이용하여 외부 광을 감지하는 다수의 터치 센서 회로들을 가지는 액정표시장치의 구동방법에 있어서,

    제1 고전위 구동전압 공급라인을 통해 상기 제1 센서 TFT에 고전위 구동전압을 공급하는 단계; 및

    제2 고전위 구동전압 공급라인을 통해 상기 제2 센서 TFT에 상기 고전위 구 동전압을 공급하는 단계를 포함하고;

    상기 고전위 구동전압은 제1 및 제2 고전위 구동전압 공급라인들 각각에 단속적으로 인가됨과 아울러, 상기 제1 및 제2 고전위 구동전압 공급라인들에 교대로 인가되는 것을 특징으로 액정표시장치의 구동방법.

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