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KR101160826B1 - 감지 소자를 내장한 액정 표시 장치 - Google Patents

감지 소자를 내장한 액정 표시 장치 Download PDF

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KR101160826B1
KR101160826B1 KR1020040090376A KR20040090376A KR101160826B1 KR 101160826 B1 KR101160826 B1 KR 101160826B1 KR 1020040090376 A KR1020040090376 A KR 1020040090376A KR 20040090376 A KR20040090376 A KR 20040090376A KR 101160826 B1 KR101160826 B1 KR 101160826B1
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light
sensing
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어기한
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 감지 소자를 내장한 액정 표시 장치에 관한 것으로, 이 장치는 표시판, 표시판에 형성되어 있으며 외부 광을 받아 광량에 기초한 광감지 신호를 생성하는 광감지부, 그리고 표시판에 형성되어 있으며 사용자의 접촉에 의하여 공통 전압이 인가되어 공통 전압에 기초한 접촉 감지 신호를 생성하는 접촉 감지부를 포함한다. 본 발명에 의하면, 소정 배열을 가지는 광감지부와 접촉 감지부를 구비함으로써 접촉 여부 및 접촉 위치를 정확하게 감지할 수 있는 감지 신호를 생성할 수 있다.
액정 표시 장치, 광감지부, 접촉 감지부, 돌출부, 컬럼 스페이서, 화소

Description

감지 소자를 내장한 액정 표시 장치 {LIQUID CRYSTAL DISPLAY INCLUDING SENSING ELEMENT}
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 광감지부에 대한 등가 회로도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 접촉 감지부에 대한 등가 회로도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 접촉 감지부의 구조 및 동작을 설명하기 위한 개략도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소 및 감지부 배열의 한 예를 도시한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소 및 감지부 배열의 다른 예를 도시한 개략도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 공통 전압과 주사 신호의 타이밍도의 한 예이다.
본 발명은 감지 소자를 내장한 액정 표시 장치에 관한 것이다.
일반적인 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD)는 화소 전극 및 공통 전극이 구비된 두 표시판과 그 사이에 들어 있는 유전율 이방성(dielectric anisotropy)을 갖는 액정층을 포함한다. 화소 전극은 행렬의 형태로 배열되어 있고 박막 트랜지스터(TFT) 등 스위칭 소자에 연결되어 한 행씩 차례로 데이터 전압을 인가 받는다. 공통 전극은 표시판의 전면에 걸쳐 형성되어 있으며 공통 전압을 인가 받는다. 화소 전극과 공통 전극 및 그 사이의 액정층은 회로적으로 볼 때 액정 축전기를 이루며, 액정 축전기는 이에 연결된 스위칭 소자와 함께 화소를 이루는 기본 단위가 된다.
이러한 액정 표시 장치에서는 두 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전계를 생성하고, 이 전계의 세기를 조절하여 액정층을 통과하는 빛의 투과율을 조절함으로써 원하는 화상을 얻는다. 이때, 액정층에 한 방향의 전계가 오랫동안 인가됨으로써 발생하는 열화 현상을 방지하기 위하여 프레임별로, 행별로, 또는 화소별로 공통 전압에 대한 데이터 전압의 극성을 반전시킨다.
터치 스크린 패널(touch screen panel)은 화면 위에 손가락 또는 펜 등을 접촉해 문자나 그림을 쓰고 그리거나, 아이콘을 실행시켜 컴퓨터 등의 기계에 원하는 명령을 수행시키는 장치를 말한다. 터치 스크린 패널이 부착된 액정 표시 장치는 사용자의 손가락 또는 터치 펜(touch pen) 등이 화면에 접촉하였는지 여부 및 접촉 위치 정보를 알아낼 수 있다. 그런데, 이러한 액정 표시 장치는 터치 스크린 패널로 인한 원가 상승, 터치 스크린 패널을 액정 표시판 위에 접착시키는 공정 추가로 인한 수율 감소, 액정 표시판의 휘도 저하, 제품 두께 증가 등의 문제가 있다.
따라서 이러한 문제들을 해결하기 위하여 터치 스크린 패널 대신에 박막 트랜지스터로 이루어진 광센서를 액정 표시 장치에서 영상을 표시하는 화소 내부에 내장하는 기술이 개발되어 왔다. 광센서는 사용자의 손가락 등이 화면에 가한 빛의 변화를 감지함으로써 액정 표시 장치가 사용자의 손가락 등이 화면에 접촉하였는지 여부 및 접촉 위치 정보를 알아낼 수 있게 한다. 그런데 이러한 광센서는 외부 환경, 즉 외부 광의 세기, 백라이트의 세기, 온도 등에 따라 그 출력 특성이 변하므로 광감지에 많은 오차를 낼 수 있다. 즉, 사용자의 손가락 등이 화면에 접촉해도 접촉하지 않은 것으로 판단할 수 있으며, 접촉하지 않아도 접촉한 것으로 판단할 수 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 접촉 여부 및 접촉 위치를 정확하게 감지할 수 있는 감지 소자를 내장한 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 표시판, 상기 표시판에 형성되어 있으며, 외부 광을 받아 광량에 기초한 광감지 신호를 생성하는 광감지부, 그리고 상기 표시판에 형성되어 있으며, 사용자 의 접촉에 의하여 공통 전압이 인가되어 상기 공통 전압에 기초한 접촉 감지 신호를 생성하는 접촉 감지부를 포함한다.
상기 표시판은 제1 기판 및 상기 제1 기판에 대향하는 제2 기판을 포함하고, 상기 접촉 감지부는 상기 제1 기판에 형성되어 있는 공통 전극과 상기 제2 기판에 형성되어 있는 입력 단자 전극을 포함할 수 있다.
상기 공통 전압은 상기 공통 전극에 인가될 수 있다.
상기 접촉에 의하여 상기 공통 전극과 상기 입력 단자 전극이 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 기판 위에 형성되어 있고 상기 입력 단자 전극을 향하여 돌출한 돌출부를 더 포함하며, 상기 공통 전극은 상기 돌출부 위에 형성될 수 있다.
상기 돌출부와 상기 입력 단자 전극 사이의 거리는 0.1㎛～1.0㎛일 수 있다.
상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 지지하며, 상기 돌출부 사이에 형성되어 있는 컬럼 스페이서를 더 포함할 수 있다.
상기 접촉 감지부의 해상도는 상기 광감지부의 해상도 이하일 수 있다.
상기 광감지부의 해상도의 4배의 해상도를 가질 수 있다.
상기 접촉 감지부 및 상기 광감지부에 연결되어 있는 복수의 감지 신호선을 더 포함하며, 상기 접촉 감지부에 연결되어 있는 감지 신호선과 상기 광감지부에 연결되어 있는 감지 신호선은 교대로 배치될 수 있다.
복수의 상기 광감지부에 각각 연결되어 있는 복수의 상기 감지 신호선은 서로 연결될 수 있다.
상기 광감지부에 연결되어 있는 복수의 감지 주사선을 더 포함하며, 인접한 두 개의 상기 감지 주사선은 서로 연결될 수 있다.
상기 공통 전압은 1H마다 하이 레벨과 로우 레벨을 스윙하고, 프레임마다 반전하며, 상기 광감지부 및 상기 접촉 감지부는 상기 공통 전압이 상기 하이 레벨 및 상기 로우 레벨 중 어느 한 레벨일 때 상기 제1 감지 신호 및 상기 제2 감지 신호를 각각 생성할 수 있다.
복수의 화소를 더 포함하며, 상기 광감지부 및 상기 접촉 감지부는 상기 화소의 내부 및 외부 중 어느 하나에 배치될 수 있다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 감지 소자를 내장한 액정 표시 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다. 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 광감지부에 대한 등가 회로도이고, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 접촉 감지부에 대한 등가 회로도이이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정 표시판 조립체(liquid crystal panel assembly)(300) 및 이에 연결된 영상 주사부(400), 데이터 구동부(500), 감지 주사부(700), 신호 판독부(800), 데이터 구동부(500)에 연결된 계조 전압 생성부(550), 그리고 이들을 제어하는 신호 제어부(600)를 포함한다.
액정 표시판 조립체(300)는 등가 회로로 볼 때 복수의 신호선(G1-Gn, D1-D m, S1-SN, P1-PM, PSG, PSD)과 이에 연결되어 있으며 대략 행렬의 형태로 배열된 복수의 화소(pixel) 및 감지부를 포함한다.
신호선(G1-Gn, D1-Dm)은 영상 주사 신호를 전달하는 복수의 영상 주사선(G1-Gn)과 영상 데이터 신호를 전달하는 데이터선(D1-Dm)을 포함한다. 영상 주사선(G1-Gn)은 대략 행 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하고 데이터선(D1-Dm)은 대략 열 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하다.
신호선(S1-SN, P1-PM)은 감지 주사 신호를 전달하는 복수의 감지 주사선(S1-SN)과 감지 신호를 전달하는 감지 신호선(P1-PM)을 포함한다. 감지 주사선(S 1-SN)은 대략 행 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하고 감지 신호선(P1-PM)은 대략 열 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하다.
신호선(PSG, PSD)은 제어 전압(VSG)을 전달하는 제어 전압선(PSG )과 입력 전압(VSD)을 전달하는 입력 전압선(PSD)을 포함하며, 행 또는 열 방향으로 뻗어 있다.
각 화소는 신호선(G1-Gn, D1-Dm)에 연결된 스위칭 소자(Q)와 이에 연결된 액정 축전기(liquid crystal capacitor)(CLC) 및 유지 축전기(storage capacitor)(CST)를 포함한다. 유지 축전기(CST)는 필요에 따라 생략할 수 있다.
박막 트랜지스터 등 스위칭 소자(Q)는 하부 표시판(100)에 구비되어 있으며, 삼단자 소자로서 그 제어 단자 및 입력 단자는 각각 영상 주사선(G1-Gn) 및 데이터선(D1-Dm)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 액정 축전기(CLC) 및 유지 축전기(C ST)에 연결되어 있다.
액정 축전기(CLC)는 하부 표시판(100)의 화소 전극(190)과 상부 표시판(200)의 공통 전극(270)을 두 단자로 하며 두 전극(190, 270) 사이의 액정층(3)은 유전체로서 기능한다. 화소 전극(190)은 스위칭 소자(Q)에 연결되며 공통 전극(270)은 상부 표시판(200)의 전면에 형성되어 있고 공통 전압(Vcom)을 인가받는다. 도 2에서와는 달리 공통 전극(270)이 하부 표시판(100)에 구비되는 경우도 있으며 이때에는 두 전극(190, 270) 중 적어도 하나가 선형 또는 막대형으로 만들어질 수 있다.
액정 축전기(CLC)의 보조적인 역할을 하는 유지 축전기(CST)는 하부 표시판(100)에 구비된 별개의 신호선(도시하지 않음)과 화소 전극(190)이 절연체를 사이에 두고 중첩되어 이루어지며 이 별개의 신호선에는 공통 전압(Vcom) 따위의 정해진 전압이 인가된다. 그러나 유지 축전기(CST)는 화소 전극(190)이 절연체를 매개로 바로 위의 전단 영상 주사선과 중첩되어 이루어질 수 있다.
한편, 색 표시를 구현하기 위해서는 각 화소가 삼원색 중 하나를 고유하게 표시하거나(공간 분할) 각 화소가 시간에 따라 번갈아 삼원색을 표시하게(시간 분할) 하여 이들 삼원색의 공간적, 시간적 합으로 원하는 색상이 인식되도록 한다. 도 2는 공간 분할의 한 예로서 각 화소가 화소 전극(190)에 대응하는 영역에 적색, 녹색, 또는 청색의 색필터(230)를 구비함을 보여주고 있다. 도 2와는 달리 색필터(230)는 하부 표시판(100)의 화소 전극(190) 위 또는 아래에 형성할 수도 있다.
액정 표시판 조립체(300)의 두 표시판(100, 200) 중 적어도 하나의 바깥 면에는 빛을 편광시키는 편광자(도시하지 않음)가 부착되어 있다.
감지부는 광감지부 및 접촉 감지부를 포함한다. 감지부는 화소 내부에 포함될 수도 있고, 화소 사이 또는 화소 밖의 별도의 영역에 배치될 수도 있다. 감지부의 배열에 대하여는 뒤에서 상세하게 설명한다.
광감지부는 도 3에 도시한 바와 같이 신호선(PSG, PSD)에 연결된 감지 소자(QP), 신호선(S1-SN, P1-PM) 중 일부에 연결된 스위칭 소자(QS1)와 이들에 연결된 감 지 신호 축전기(CP)를 포함한다.
감지 소자(QP)는 삼단자 소자로서 그 제어 단자 및 입력 단자는 각각 제어 전압선(PSG)과 입력 전압선(PSD)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 감지 신호 축전기(CP) 및 스위칭 소자(QS1)에 연결되어 있다. 감지 소자(QP)의 상부는 개구부가 형성되어 있어서 그 채널부 반도체에 빛이 조사되면 비정질 규소 또는 다결정 규소로 이루어진 채널부 반도체가 광전류를 형성하고, 입력 전압선(PSD)에 인가된 입력 전압(VSD)에 의해 광전류가 감지 신호 축전기(CP) 및 스위칭 소자(QS1) 방향으로 흐른다.
감지 신호 축전기(CP)는 감지 소자(QP)와 제어 전압선(PSG) 사이에 연결되어 있고, 감지 소자(QP)로부터의 광전류에 따른 전하를 축적하여 소정 전압을 유지한다. 감지 신호 축전기(CP)는 필요에 따라 생략할 수 있다.
스위칭 소자(QS1) 역시 삼단자 소자로서 그 제어 단자, 출력 단자 및 입력 단자는 각각 감지 주사선(S1-SN), 감지 신호선(P1-PM) 및 감지 소자(QP)에 연결되어 있다. 스위칭 소자(QS1)는 감지 주사선(S1-SN)에 스위칭 소자(QS1 )를 턴 온시키는 전압이 인가되면 감지 신호 축전기(CP)에 저장되어 있는 전압 또는 감지 소자(QP)로부터의 광전류를 감지 신호(VP1-VPM)로서 감지 신호선(P1-PM)으로 출력한다.
접촉 감지부는 도 4에 도시한 바와 같이 공통 전압(Vcom)에 연결되어 있는 스위치(SWT), 스위치(SWT)와 신호선(PSG)에 연결된 감지 소자(QT) 및 신호선(S1 -SN, P1-PM) 중 일부에 연결된 스위칭 소자(QS2)를 포함하며, 신호선(S1-SN , P1-PM)이 교차하는 부분 중 광감지부가 없는 부분에 형성되어 있다.
스위치(SWT)는 사용자의 접촉에 따라 공통 전압(Vcom)을 감지 소자(QT)에 전달한다.
감지 소자(QT)는 삼단자 소자로서 그 제어 단자 및 입력 단자는 각각 제어 전압선(PSG)과 스위치(SWT)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 스위칭 소자(QS2)에 연결되어 있다. 감지 소자(QT)는 스위치(SWT)로부터 전달된 공통 전압(Vcom)에 따른 감지 전류를 출력한다.
스위칭 소자(QS2) 역시 삼단자 소자로서 그 제어 단자, 출력 단자 및 입력 단자는 각각 감지 주사선(S1-SN), 감지 신호선(P1-PM) 및 감지 소자(QT)에 연결되어 있다. 스위칭 소자(QS2)는 감지 주사선(S1-SN)에 스위칭 소자(QS2 )를 턴 온시키는 전압이 인가되면 감지 소자(QT)로부터의 감지 전류를 접촉 감지 신호(VP1-VPM)로서 감지 신호선(P1-PM)으로 출력한다.
여기서 스위칭 소자(Q, QS1, QS2) 및 감지 소자(QP, QT)는 비정질 규소 (amorphous silicon) 또는 다결정 규소(poly crystalline silicon) 박막 트랜지스터로 이루어질 수 있다.
그러면 이러한 접촉 감지부의 구조 및 동작에 대하여 도 5a 및 도 5b를 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 접촉 감지부의 구조 및 동작을 설명하기 위한 개략도이다.
도 5a에는 아무런 접촉이 없는 상태의 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면이 도시되어 있다. 도 5a에 보이는 것처럼, 하부 표시판(100)에는 절연 기판(110) 위에 화소층(115)이 형성되어 있다. 화소층(115)에는 화소 및 감지부 등이 형성되어 있으며, 화소층(115) 위에 접촉 감지부의 감지 소자(QT)의 입력 단자 전극(196)이 드러나 있다.
하부 표시판(100)과 마주하는 상부 표시판(200)에는 투명한 유리 등의 절연 물질로 이루어진 기판(210) 위에 블랙 매트릭스라고 하는 차광 부재(220)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 화소 사이의 빛샘을 방지한다.
복수의 색필터(230)가 기판(210)과 차광 부재(220) 위에 형성되어 있으며, 차광 부재(220)가 정의하는 개구 영역 내에 거의 들어가도록 배치되어 있다.
색필터(230) 및 차광 부재(220) 위에는 유기 물질 따위로 이루어진 덮개막(overcoat)(250)이 형성되어 색필터(230)를 보호하고 표면을 평탄하게 한다.
덮개막(250) 위에는 유기 물질 따위로 이루어진 복수의 돌출부(240)가 형성 되어 있다. 돌출부(240)는 감지 소자(QT)의 입력 단자 전극(196)이 형성되어 있는 위치에 대응하여 배치된다. 돌출부(240)는 유기막 등을 도포하고 패터닝함으로써 원하는 형상 및 높이로 형성할 수 있다.
덮개막(250) 및 돌출부(240) 위에는 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명한 도전 물질로 이루어져 있는 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270)에는 공통 전압(Vcom)이 인가된다.
또는 덮개막(250) 위에 1차 ITO 또는 IZO를 선증착한 후 그 위에 유기막을 코팅하고 패터닝함으로써 돌출부(240)를 형성하고, 다시 돌출부(240) 및 덮개막(250) 위에 10～300㎚의 2차 ITO 또는 IZO를 증착할 수도 있다.
하부 표시판(100)과 상부 표시판(200)의 사이에는 액정층(3)이 들어 있으며, 두 표시판(100, 200)은 복수의 비즈 스페이서(320)에 의하여 지지되어 있어서 돌출부(240)를 둘러싼 공통 전극(270)과 입력 단자 전극(196)은 일정한 간격을 유지하고 있으며, 그 간격은 0.1㎛～1.0㎛가 되도록 한다.
두 표시판(100, 200)은 컬럼 스페이서(245, 도 7 참조)에 의하여 지지될 수도 있다.
돌출부(240)를 둘러싼 공통 전극(270)과 입력 단자 전극(196)은 접촉 감지부의 스위치(SWT)를 이룬다.
도 5b에는 사용자의 손가락 등이 접촉을 한 상태의 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면이 도시되어 있다. 도 5b에 보이는 것처럼, 상부 표시 판(200)은 접촉에 따른 압력에 의하여 눌려져 그 접촉점 부위의 돌출부(240)를 둘러싼 공통 전극(270)이 하부 표시판(100)의 입력 단자 전극(196)에 전기적?물리적으로 연결된다. 이에 따라 공통 전압(Vcom)이 입력 단자 전극(196)에 전달되어 감지 소자(QT)가 감지 전류를 흘린다.
광감지부는 사용자가 접촉한 부분에만 그림자가 드리워져 접촉된 위치를 감지할 수 있으나, 접촉 감지부는 사용자의 접촉(압력)에 의하여 유리 등으로 이루어진 액정 표시판 조립체(300) 전체가 눌리므로 넓은 면적에 걸쳐 복수의 스위치(SWT)가 접촉하게 되어 접촉된 위치를 감지하기 어렵고 단지 접촉 여부만을 감지할 수 있다.
다시 도 1을 참고하면, 계조 전압 생성부(550)는 화소의 투과율과 관련된 두 벌의 복수 계조 전압을 생성한다. 두 벌 중 한 벌은 공통 전압(Vcom)에 대하여 양의 값을 가지고 다른 한 벌은 음의 값을 가진다.
영상 주사부(400)는 액정 표시판 조립체(300)의 영상 주사선(G1-Gn)에 연결되어 게이트 온 전압(Von)과 게이트 오프 전압(Voff)의 조합으로 이루어진 영상 주사 신호를 영상 주사선(G1-Gn)에 인가한다.
데이터 구동부(500)는 액정 표시판 조립체(300)의 데이터선(D1-Dm)에 연결되어 계조 전압 생성부(550)로부터의 계조 전압을 선택하여 데이터 신호로서 화소에 인가한다.
감지 주사부(700)는 액정 표시판 조립체(300)의 감지 주사선(S1-SN)에 연결되어 게이트 온 전압(Von)과 게이트 오프 전압(Voff)의 조합으로 이루어진 감지 주사 신호를 감지 주사선(S1-SN)에 인가한다.
신호 판독부(800)는 액정 표시판 조립체(300)의 감지 신호선(P1-PM)에 연결되어 감지 신호선(P1-PM)을 통하여 출력되는 감지 신호(VP1-VPM)를 입력받아 증폭, 필터링 등의 신호 처리를 행한 후 아날로그-디지털 변환을 하여 디지털 감지 신호(DSN)를 내보낸다.
신호 제어부(600)는 영상 주사부(400), 데이터 구동부(500), 감지 주사부(700), 그리고 신호 판독부(800) 등의 동작을 제어한다.
영상 주사부(400), 데이터 구동부(500), 감지 주사부(700) 또는 신호 판독부(800)는 복수의 구동 집적 회로 칩의 형태로 액정 표시판 조립체(300) 위에 직접 장착되거나, 가요성 인쇄 회로막(flexible printed circuit film)(도시하지 않음) 위에 장착되어 TCP(tape carrier package)의 형태로 액정 표시판 조립체(300)에 부착될 수도 있다. 이와는 달리, 영상 주사부(400), 데이터 구동부(500), 감지 주사부(700) 또는 신호 판독부(800)가 액정 표시판 조립체(300)에 집적될 수도 있다. 또는 데이터 구동부(500), 신호 판독부(800) 및 신호 제어부(600) 등은 원 칩(one-chip)이라고도 하는 하나의 IC 안에 집적되어 구현될 수도 있다.
그러면 이러한 액정 표시 장치의 표시 동작 및 감지 동작에 대하여 좀더 상 세하게 설명한다.
신호 제어부(600)는 외부의 그래픽 제어기(도시하지 않음)로부터 입력 영상 신호(R, G, B) 및 이의 표시를 제어하는 입력 제어 신호, 예를 들면 수직 동기 신호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync), 메인 클록(MCLK), 데이터 인에이블 신호(DE) 등을 제공받는다. 신호 제어부(600)는 입력 영상 신호(R, G, B)와 입력 제어 신호를 기초로 영상 신호(R, G, B)를 액정 표시판 조립체(300)의 동작 조건에 맞게 적절히 처리하고 영상 주사 제어 신호(CONT1) 및 데이터 제어 신호(CONT2) 등을 생성한 후, 영상 주사 제어 신호(CONT1)를 영상 주사부(400)로 내보내고 데이터 제어 신호(CONT2)와 처리한 영상 신호(DAT)는 데이터 구동부(500)로 내보낸다. 또한 신호 제어부(600)는 입력 제어 신호를 기초로 감지 주사 제어 신호(CONT3) 및 판독 제어 신호(CONT4)를 생성한 후, 감지 주사 제어 신호(CONT3)를 감지 주사부(700)에 내보내고 판독 제어 신호(CONT4)를 신호 판독부(800)에 내보낸다.
영상 주사 제어 신호(CONT1)는 게이트 온 전압(Von)의 주사 시작을 지시하는 주사 시작 신호(STV)와 게이트 온 전압(Von)의 출력을 제어하는 적어도 하나의 클록 신호 등을 포함한다.
데이터 제어 신호(CONT2)는 한 화소행의 데이터 전송을 알리는 수평 동기 시작 신호(STH)와 데이터선(D1-Dm)에 해당 데이터 전압을 인가하라는 로드 신호(LOAD), 공통 전압(Vcom)에 대한 데이터 전압의 극성(이하 "공통 전압에 대한 데이 터 전압의 극성"을 줄여 "데이터 전압의 극성"이라 함)을 반전시키는 반전 신호(RVS) 및 데이터 클록 신호(HCLK) 등을 포함한다.
데이터 구동부(500)는 신호 제어부(600)로부터의 데이터 제어 신호(CONT2)에 따라 한 행의 화소에 대한 영상 데이터(DAT)를 입력받고, 계조 전압 생성부(550)로부터의 계조 전압 중 각 영상 데이터(DAT)에 대응하는 계조 전압을 선택함으로써, 영상 데이터(DAT)를 해당 데이터 전압으로 변환한 후 이를 해당 데이터선(D1-Dm)에 인가한다.
영상 주사부(400)는 신호 제어부(600)로부터의 영상 주사 제어 신호(CONT1)에 따라 게이트 온 전압(Von)을 영상 주사선(G1-Gn)에 인가하여 이 영상 주사선(G1-Gn)에 연결된 스위칭 소자(Q)를 턴 온시키며, 이에 따라 데이터선(D1-Dm)에 인가된 데이터 전압이 턴 온된 스위칭 소자(Q)를 통하여 해당 화소에 인가된다.
화소에 인가된 데이터 전압과 공통 전압(Vcom)의 차이는 액정 축전기(CLC)의 충전 전압, 즉 화소 전압으로서 나타난다. 액정 분자들은 화소 전압의 크기에 따라 그 배열을 달리하며, 이에 따라 액정층(3)을 통과하는 빛의 편광이 변화한다. 이러한 편광의 변화는 표시판(100, 200)에 부착된 편광자(도시하지 않음)에 의하여 빛의 투과율 변화로 나타난다.
1 수평 주기(또는 "1H")[수평 동기 신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(DE)의 한 주기]가 지나면 데이터 구동부(500)와 영상 주사부(400)는 다음 행의 화소에 대 하여 동일한 동작을 반복한다. 이러한 방식으로, 한 프레임(frame) 동안 모든 영상 주사선(G1-Gn)에 대하여 차례로 게이트 온 전압(Von)을 인가하여 모든 화소에 데이터 전압을 인가한다. 한 프레임이 끝나면 다음 프레임이 시작되고 각 화소에 인가되는 데이터 전압의 극성이 이전 프레임에서의 극성과 반대가 되도록 데이터 구동부(500)에 인가되는 반전 신호(RVS)의 상태가 제어된다("프레임 반전"). 이때, 한 프레임 내에서도 반전 신호(RVS)의 특성에 따라 한 데이터선을 통하여 흐르는 데이터 전압의 극성이 바뀌거나(보기: 행반전, 점반전), 한 화소행에 인가되는 데이터 전압의 극성도 서로 다를 수 있다(보기: 열반전, 점반전).
감지 주사부(700)는 신호 제어부(600)로부터의 감지 주사 제어 신호(CONT3)에 따라 게이트 온 전압(Von)을 감지 주사선(S1-SN)에 인가하여 이 감지 주사선(S1-SN)에 연결된 스위칭 소자(QS1, QS2)를 턴 온시키며, 이에 따라 광감지부 및/또는 접촉 감지부로부터의 감지 신호(VP1-VPM)가 턴 온된 스위칭 소자(QS1, Q S2)를 통하여 해당 감지 신호선(P1-PM)에 인가된다.
신호 판독부(800)는 판독 제어 신호(CONT4)에 따라 감지 신호선(P1-PM)에 인가되어 있는 감지 신호(VP1-VPM)를 읽어 들인다. 신호 판독부(800)는 읽어 들인 감지 신호(VP1-VPM)를 증폭 및 필터링 등의 신호 처리를 한 후 디지털 신호(DSN)로 변환하여 외부 장치로 내보낸다. 외부 장치는 이 디지털 신호(DSN)에 대하여 적절한 연산 처리를 행하여 접촉 여부 및 접촉 위치를 알아내고 이에 기초한 영상 신호를 액정 표시 장치에 전송한다.
감지 동작은 앞서 설명한 표시 동작과 별도로 수행되며, 서로 영향을 받지 않는다. 한 화소행에 대한 감지 동작은 광감지부 및 접촉 감지부의 형성 밀도에 따라 1 수평 주기 또는 복수의 수평 주기마다 이루어진다. 또한 한 화소에 대한 감지 동작은 매 프레임마다 반드시 이루어질 필요는 없으며 필요에 따라 복수의 프레임마다 한번씩 이루어질 수도 있다.
그러면 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소 및 감지부의 배열에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소 및 감지부 배열의 한 예를 도시한 개략도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소 및 감지부 배열의 다른 예를 도시한 개략도이며, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 공통 전압과 주사 신호의 타이밍도의 한 예이다.
우선 도 6을 참고로 하여 감지부가 화소 내부에 포함되어 있는 경우에 대하여 설명한다.
도 6에 보이는 것처럼, 하나의 행(R)과 하나의 열(C)이 교차되는 영역(편의상 사각형으로 도시한다)에 하나의 화소가 배치된다. 설명의 편의를 위하여 i번째 행과 j번째 열이 교차하는 영역을 (Ri, Cj)라 표시한다.
하나의 도트는 R, G, B 화소 3개로 이루어지며 하나의 색상을 표시하는 단위가 된다. 도 6에서는 한 행과 세 열이 교차하는 3개의 영역에 각각 배치되어 있는 세 개의 화소가 하나의 도트를 이룬다.
광감지부는 액정 표시 장치 해상도의 1/4의 해상도를 가진다. 예를 들어, 액정 표시 장치가 240*320의 QVGA(quarter video graphics array)의 해상도를 가진다고 하면 광감지부는 120*160의 QQVGA(quarter QVGA)의 해상도를 가진다. 그러면 문자 인식과 같이 정밀도가 높은 응용 분야에서 이러한 광감지부를 내장한 액정 표시 장치를 이용할 수 있다. 물론 광감지부의 해상도는 필요에 따라 더 높거나 낮은 해상도를 가질 수도 있다.
접촉 감지부는 광감지부의 해상도 이하의 해상도를 가지며 광감지부가 배치되어 있지 않은 화소에 배치된다. 광감지부와 접촉 감지부가 동일한 해상도를 가지는 경우라면 이들은 도트 열에 대하여 교대로 배치된다. 예를 들어 광감지부가 홀수 번째 도트 열에 배치되면 접촉 감지부는 짝수 번째 도트 열에 배치된다. 이때 광감지부 및 접촉 감지부는 홀수 번째 행 및 짝수 번째 행 중 임의의 한 행에 배치될 수 있다. 즉, 일례로 광감지부는 (R1, C2), (R1, C8), (R1, C14), ..., (R3, C2), (R3, C8), (R3, C14), ..., (R5, C2), (R5, C8), (R5, C14), ...에 배치될 수 있고, 접촉 감지부는 (R1, C5), (R1, C11), ..., (R3, C5), (R3, C11), ..., (R5, C5), (R5, C11), ...에 배치될 수 있다.
한편 한 도트 내의 3개 또는 2개의 화소에 광감지부를 각각 배치하고 이들 광감지부의 감지 신호선을 서로 연결하여 각 광감지부의 감지 신호를 중첩시킬 수도 있다. 이와 같이 중첩되어 더해진 감지 신호에 의하면 각 광감지부의 특성 편차를 줄일 수 있으며, 데이터선(D1-Dm)에 인가되어 있는 데이터 전압의 영향을 줄일 수 있다. 여기서 광감지부의 해상도는 개개의 광감지부의 해상도를 의미하는 것이 아니라 하나의 감지 신호에 의하여 파악되는 해상도를 의미한다.
또는 세로로 배열된 2개의 도트 중 상하로 배치되어 있는 두 화소에 광감지부를 각각 배치하고 이들 광감지부의 감지 주사선을 서로 연결함으로써 이들 광감지부의 감지 신호를 동일한 감지 신호선에 중첩시켜 내보낼 수 있다. 이렇게 중첩되어 더해진 감지 신호에 의하면 각 광감지부의 특성 편차를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 신호 대 잡음비(signal to noise ratio)도 2배가 되어 보다 정확한 감지 신호를 추출할 수 있다. 이 경우 공통 전압(Vcom)과 주사 신호의 타이밍에 대하여 도 8을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 8에 도시한 바와 같이, 공통 전압(Vcom)은 1H 단위로 하이 레벨과 로우 레벨을 스윙하는 신호이고, 프레임마다 그 레벨이 반전된다.
영상 주사 신호(g1-gn)는 1H 마다 차례로 게이트 온 전압(Von)이 되어 영상 주사선(G1-Gn)에 인가된다.
감지 주사 신호(sg1-sgN)는 홀수 번째 프레임에서는 홀수 번째 영상 주사 신호(g2k-1)에 동기되어 게이트 온 전압(Von)이 되고, 짝수 번째 프레임에서는 짝수 번째 영상 주사 신호(g2k)에 동기되어 게이트 온 전압(Von)이 된다. 이와 같이 하면, 모든 감지 소자가 공통 전압(Vcom)이 항상 하이 레벨인 때에 감지 동작을 하게 되므 로, 즉, 공통 전압(Vcom)에 의한 커플링(coupling) 효과가 균일한 상태에서 감지 동작을 하므로 감지 신호의 왜곡을 최소화할 수 있다. 이와 반대로 모든 감지 소자가 공통 전압(Vcom)이 항상 로우 레벨인 때에 감지 동작을 할 수도 있으며, 그 효과는 동일하다.
다음으로 도 7을 참고로 하여 감지부가 화소 영역 밖의 별도의 영역에 배치되는 경우의 화소 및 감지부의 배열에 대하여 설명한다.
도 7에 도시한 바와 같이 화소는 P로 표시한 열에 배치되고, 감지부는 S로 표시한 열에 배치된다. 설명의 편의를 위하여 i번째 행과 j번째 화소 열이 교차하는 영역을 (Ri, Pj)라 표시하고, i번째 행과 j번째 감지부 열이 교차하는 영역을 (Ri, Sj)라 표시한다.
하나의 도트는 한 행과 세 개의 화소 열(P)이 교차하는 3개의 영역 및 동일한 행과 이들 화소 열(P)과 인접해 있는 감지부 열(S)이 교차하는 하나의 영역을 포함한다.
도 6에 도시한 감지부와 마찬가지로 광감지부는 액정 표시 장치 해상도의 1/4의 해상도를 가지며, 접촉 감지부는 광감지부의 해상도 이하의 해상도를 가진다. 두 개의 인접한 감지부 열(S) 중 어느 하나에 광감지부가 배치되고 다른 하나에 접촉 감지부가 배치된다. 한 예로서 홀수 번째 감지부 열(S)에 광감지부가 배치되고, 짝수 번째 감지부 열(S)에 접촉 감지부가 배치될 수 있다. 이때 광감지부 및 접촉 감지부는 홀수 번째 행 및 짝수 번째 행 중 임의의 한 행에 배치될 수 있 다.
예를 들어, 광감지부는 (R1, S1), (R1, S3), ..., (R3, S1), (R3, S3), ..., (R5, S1), (R5, S3), ...에 배치되며, 접촉 감지부는 (R1, S2), (R1, S4), ..., (R5, S2), (R5, S4), ...에 배치될 수 있다. 이때 접촉 감지부의 해상도는 광감지부의 해상도의 반이다.
한편, 도 7에 보이는 것처럼, 접촉 감지부가 형성되어 있는 감지부 열에 해당하는 영역(S2, S4, ...)에 돌출부(240) 및 컬럼 스페이서(245)가 놓인다. 컬럼 스페이서(245)는 감지부 열(S)에서 접촉 감지부가 형성되지 않은 곳에 배치한다. 도 7에는 컬럼 스페이서(245) 3개를 도시하였으나 필요에 따라 그 수효는 가감된다. 또한 별도로 도시되어 있지 않지만 광감지부가 배치되어 있는 감지부 열(S)에도 컬럼 스페이서(245)가 놓일 수 있다.
앞선 예에서와 마찬가지로 광감지부가 배치되는 감지부 열 전체에 광감지부를 배치하고 두 행씩 감지 주사선을 연결함으로써 이렇게 연결되어 있는 광감지부의 감지 신호를 동일한 감지 신호선에 중첩시켜 내보낼 수 있다. 이 경우 공통 전압(Vcom)과 감지 주사 신호의 관계는 도 8에 도시한 타이밍도를 따른다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 소정 배열을 가지는 광감지부와 접촉 감지부를 구비함으로써 접촉 여부 및 접촉 위치를 정확하게 감지할 수 있는 감지 신호를 생성할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (14)

  1. 표시판,
    상기 표시판에 형성되어 있으며, 외부 광을 받아 광량에 기초한 광감지 신호를 생성하는 광감지부, 그리고
    상기 표시판에 형성되어 있으며, 사용자의 접촉에 의하여 공통 전압이 인가되어 상기 공통 전압에 기초한 접촉 감지 신호를 생성하는 접촉 감지부를 포함하고,
    상기 표시판은 제1 기판 및 상기 제1 기판에 대향하는 제2 기판을 포함하고,
    상기 접촉 감지부는 상기 제1 기판에 형성되어 있는 공통 전극과 상기 제2 기판에 형성되어 있는 입력 단자 전극을 포함하는 액정 표시 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 공통 전압은 상기 공통 전극에 인가되어 있는 액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 접촉에 의하여 상기 공통 전극과 상기 입력 단자 전극이 전기적으로 연결되는 액정 표시 장치.
  5. 제3항에서,
    상기 제1 기판 위에 형성되어 있고 상기 입력 단자 전극을 향하여 돌출한 돌출부를 더 포함하며,
    상기 공통 전극은 상기 돌출부 위에 형성되어 있는
    액정 표시 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 돌출부와 상기 입력 단자 전극 사이의 거리는 0.1㎛～1.0㎛인 액정 표시 장치.
  7. 제5항에서,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 지지하며, 상기 돌출부 사이에 형성되어 있는 컬럼 스페이서를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 접촉 감지부의 해상도는 상기 광감지부의 해상도 이하인 액정 표시 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 광감지부의 해상도는 상기 액정 표시 장치의 해상도의 1/4인 액정 표시 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 접촉 감지부 및 상기 광감지부에 연결되어 있는 복수의 감지 신호선을 더 포함하며,
    상기 접촉 감지부에 연결되어 있는 감지 신호선과 상기 광감지부에 연결되어 있는 감지 신호선은 교대로 배치되어 있는
    액정 표시 장치.
  11. 제10항에서,
    복수의 상기 광감지부에 각각 연결되어 있는 복수의 상기 감지 신호선은 서로 연결되어 있는 액정 표시 장치.
  12. 제1항에서,
    상기 광감지부에 연결되어 있는 복수의 감지 주사선을 더 포함하며,
    인접한 두 개의 상기 감지 주사선은 서로 연결되어 있는
    액정 표시 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 공통 전압은 1H마다 하이 레벨과 로우 레벨을 스윙하고, 프레임마다 반전하며,
    상기 광감지부 및 상기 접촉 감지부는 상기 공통 전압이 상기 하이 레벨 및 상기 로우 레벨 중 어느 한 레벨일 때 상기 광감지 신호 및 상기 접촉 감지 신호를 각각 생성하는
    액정 표시 장치.
  14. 제1항에서,
    복수의 화소를 더 포함하며,
    상기 광감지부 및 상기 접촉 감지부는 상기 화소의 내부 및 외부 중 어느 하나에 배치되어 있는
    액정 표시 장치.
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