JP5341586B2 - タッチセンサ、これを有する液晶表示パネル及びタッチセンサのセンシング方法 - Google Patents

Description

本発明は、タッチセンサ、これを有する液晶表示パネル及びタッチセンサのセンシング方法に関し、より詳細には、液晶表示パネルに内蔵されたタッチセンサ、これを有する液晶表示パネル及びタッチセンサのセンシング方法に関するものである。

一般的に、タッチパネルは、映像表示装置の画面上に示した指示内容を、人間の手または物体によって選択することができるように、映像表示装置の最上層に具備され、手または物体により直接的に接触されるパネルである。タッチパネルを具備する映像表示装置は、タッチパネルを通じて接触された位置を把握し、接触された位置で指示する内容を入力信号として受け入れ、入力信号にしたがって駆動される。

タッチパネルを有する映像表示装置は、キーボードやマウス等のように映像表示装置に接続されて動作する別途の入力装置を要しないため、電子機器への利用が増大している。

最近、タッチパネルが液晶表示装置においても使用されており、この場合、タッチパネルは、映像を表示する液晶表示パネルの上層に具備され、ユーザの所定の入力によって位置情報を検出する。しかし、タッチパネルが液晶表示パネルとは別途のパネルに具備されると、輝度及び視野角のような液晶表示装置の光学的特性が低下するだけでなく、タッチパネルの厚さだけ液晶表示装置の全体的な厚さが増加するようになる。

特開２００６−２４４４４６号公報 特開２００３−１３１７９８号公報

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、液晶表示パネルに内蔵され、タッチ動作を正確に認識することのできるタッチセンサを提供することである。

本発明の他の目的は、前記タッチセンサを具備する液晶表示パネルを提供することである。

さらに、本発明の他の目的は、前記タッチセンサのセンシング方法を提供するものである。

上述の目的を達成するため、本発明によるタッチセンサは、映像を表示する液晶表示パネルに内蔵される。タッチセンサは、液晶表示パネルがタッチされるときに変化する外部光量に対応する制御信号を生成する光感知部と、液晶表示パネルがタッチされるときに変化するキャパシタンスの変化量に基づいて制御信号を変化させる容量感知部と、制御信号に応答してセンシング信号を生成し、生成されたセンシング信号を出力する時点を決めるセンシング信号出力部と、を含む。

本発明に係る液晶表示装置は、複数のゲートライン、複数のデータライン、対応するゲートラインと対応するデータラインに電気的に接続された複数の薄膜トランジスタと、複数の薄膜トランジスタに各々電気的に接続された複数の第１液晶キャパシタからなって映像を表示する液晶表示パネルをと、含む。液晶表示装置は、液晶表示パネルに内蔵され、外部光量及びセルギャップの変化を感知してタッチ動作をセンシングするタッチセンサを含む。

本発明に係るタッチセンサは、液晶表示パネルがタッチされるときに変化する外部光量に対応する制御信号を生成する光感知部と、液晶表示パネルがタッチされるときに変化するキャパシタンスの変化量に基づいて制御信号を変化させる容量感知部と、制御信号に応答してセンシング信号を生成し、生成されたセンシング信号を出力する時点を決めるセンシング信号出力部と、を含む。

本発明に係るタッチセンサのセンシング方法は、液晶表示パネルに内蔵されたフォトダイオードを用いて液晶表示パネルがタッチされるときに変化する外部光量に対応する制御信号を生成し、液晶表示パネルに内蔵された液晶キャパシタを用いて液晶表示パネルがタッチされるときに変化する液晶キャパシタのキャパシタンス変化量に基づいて制御信号を変化させ、制御信号に応答してセンシング信号を生成し、生成されたセンシング信号を出力することを含む。

このようなタッチセンサは、光感知部と容量感知部とを用いてタッチ動作による外部光量の変化とセルギャップの変化とを同時に感知することによって、光感知方式で発生し得る影現象による誤動作、及び周りの照度が低い環境での誤動作を、容量感知部を通じて補うことができ、その結果、正確なセンシング動作を実現することができる。

本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の平面図である。 本発明の第１の実施形態に係るタッチセンサの回路図である。 ｎ番目のゲート信号、ｎ−１番目のゲート信号及びゲートノードＮｇの電位を示す波形図である。 図１に示した液晶表示パネルの模式図である。 図２に示した積分器からのタッチポイントの位置に従った出力電圧を示す波形図である。 本発明の第２の実施形態に係るタッチセンサの回路図である。 本発明の第３の実施形態に係るタッチセンサの回路図である。 ｎ番目のゲート信号、ｎ−１番目のゲート信号及び駆動電圧を示す波形図である。 時間によるゲートノードＮｇの電位を示すグラフである。 図７に示した積分器からのタッチポイントの位置に従った出力電圧を示す波形図である。 本発明の第４の実施形態に係るタッチセンサの回路図である。 ｎ番目のゲート信号、ｎ−１番目のゲート信号及びリセット電圧を示すタイミング図である。 図１２に示したリセット信号を変化させる回路のブロック図である。 ゲート−ソース電圧によるドレイン電流を示すグラフである。 ノータッチの場合の、時間による積分器の出力電圧を示すグラフである。 ノータッチの場合の、時間による積分器の出力電圧を示すグラフである。 ノータッチの場合の、時間による積分器の出力電圧を示すグラフである。 タッチ／ノータッチイベントの場合に、時間による出力電圧を示すグラフである。

以下、添付の図面を参照して本発明の望ましい実施形態をより詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の平面図である。

図１を参照すると、液晶表示装置４００は、液晶表示パネル１００と、データドライバ２１０と、ゲートドライバ２２０と、コントローラ３００と、を含む。

コントローラ３００に外部から映像データＩ−ｄａｔａと各種の制御信号ＣＳが受信される。コントローラ３００は、各種の制御信号ＣＳを変換してデータ制御信号ＣＳ１とゲート制御信号ＣＳ２とを生成する。コントローラ３００は、データ制御信号ＣＳ１と、映像データＩ−ｄａｔａとをデータドライバ２１０に伝送し、ゲート制御信号ＣＳ２をゲートドライバ２２０に伝送する。

データドライバ２１０は、データ制御信号ＣＳ１に応答して映像データＩ−ｄａｔａをデータ信号に変換して出力する。ゲートドライバ２２０は、ゲート制御信号ＣＳ２に応答して第１または第２ゲート駆動電圧Ｖｏｎ、Ｖｏｆｆをゲート信号として複数のゲートラインＧＬ１〜ＧＬｎに出力する。

液晶表示パネル１００には、複数の画素がマトリクス形態に具備される。具体的には、液晶表示パネル１００には、互いに絶縁されるように交差する複数のデータラインＤＬ１〜ＤＬｍと複数のゲートラインＧＬ１〜ＧＬｎが具備され、複数のデータラインＤＬ１〜ＤＬｍと複数のゲートラインＧＬ１〜ＧＬｎとによってマトリクス形態で形成された複数の画素領域には複数の画素１１０が各々具備される。図１に示すように、各画素１１０は薄膜トランジスタ１１１及び第１液晶キャパシタＣＬＣ１からなる。図示してはいないが、各画素１１０は、第１液晶キャパシタＣＬＣ１に並列接続されたストレージキャパシタをさらに具備してもよい。

データラインＤＬ１〜ＤＬｍは、データドライバ２１０に電気的に接続されて、データ信号を受信し、ゲートラインＧＬ１〜ＧＬｎは、ゲートドライバ２２０に電気的に接続されて、ゲート信号が順次に受信される。

薄膜トランジスタ１１１は、対応するゲートラインと対応するデータラインに電気的に接続され、ゲート信号に応答してデータ信号が受信される。第１液晶キャパシタＣＬＣ１は、対応する薄膜トランジスタ１１１の出力端に電気的に接続されて、データ信号が受信される。

一方、液晶表示パネル１００には、複数のタッチセンサ１２０が内蔵される。本発明の一例として、各タッチセンサ１２０は、フォトダイオードＤｐと、第２液晶キャパシタＣＬＣ２と、カップリングキャパシタＣｃｐとを含む。各タッチセンサ１２０は、画素領域の周辺に形成されたブラックマトリクス領域内に具備される。但し、フォトダイオードＤｐが外部光量を感知するように、フォトダイオードＤｐが具備された領域はブラックマトリクスが部分的に除去されており、フォトダイオードＤｐは外部光を受信することができる。さらに、フォトダイオードＤｐは、液晶表示パネル１００の外部から提供された光のうち、液晶表示パネル１００の内部から反射された光を感知することもできる。

フォトダイオードＤｐは、液晶表示パネル１００をタッチする動作が発生するときに変化する外部光量に反応して動作する。すなわち、タッチされた領域では、外部光量が減少するため、フォトダイオードＤｐには、光電流がほとんど流れない。しかし、ノータッチ（タッチされていない）領域では外部光量が減少しないことから、フォトダイオードＤｐには光電流が多く流れる。

一方、第２液晶キャパシタＣＬＣ２は、画素領域に具備される第１液晶キャパシタＣＬＣ１と区別される。すなわち、第２液晶キャパシタＣＬＣ２は、液晶表示パネル１００がタッチされると、液晶表示パネル１００のセルギャップが変わるため、これを感知するためのものである。具体的には、液晶表示パネル１００がタッチされると、液晶表示パネル１００のセルギャップが減少し、第２液晶キャパシタＣＬＣ２のキャパシタンスが増加する。しかし、ノータッチ領域では第２液晶キャパシタＣＬＣ２のキャパシタンスが増加しない。

タッチセンサ１２０は、第１及び第２トランジスタＴ１、Ｔ２をさらに含んでもよい。図１及び図２に示すように、各タッチセンサ１２０は、フォトダイオードＤｐが第２液晶キャパシタＣＬＣ２に接続された構造を有するので、外部光量だけでなく、セルギャップの変化によって液晶表示パネル１００のタッチされた位置を感知することができる。したがって、タッチセンサ１２０が内蔵された液晶表示パネル１００のタッチ感度を向上することができ、且つタッチされた位置を正確に判別することができる。

また、タッチセンサ１２０の数、別の言い方をすれば密度（液晶表示パネル単位面積（例えば、１ｃｍ^２）あたりの数）は所望するタッチ感度と開口率によって異なるように設定されてもよい。すなわち、タッチ感度を向上するためには、タッチセンサ１２０の密度を増加させると良く、開口率を向上するためには、タッチセンサ１２０の密度を減少させると良い。

図２は、本発明の第１の実施形態に係るタッチセンサの回路図であり、図３は、ｎ番目のゲート信号と、ｎ−１番目のゲート信号と、ゲートノードＮｇの電位とを示す波形図である。

図２を参照すると、タッチセンサ１２０は、フォトダイオードＤｐと、第２液晶キャパシタＣＬＣ２と、カップリングキャパシタＣｃｐと、第１及び第２トランジスタＴ１、Ｔ２とを含む。

フォトダイオードＤｐは、第２液晶キャパシタＣＬＣ２の第１電極と第１信号ラインとの間に接続される。特に、フォトダイオードＤｐのアノードは、第１信号ラインに接続され、カソードは、第２液晶キャパシタＣＬＣ２の第１電極に接続される。ここで、フォトダイオードＤｐと第２液晶キャパシタＣＬＣ２の第１電極が接続されたノードをゲートノードＮｇと定義する。また、第１信号ラインは、図１に示したゲートラインのうちのいずれか一つからなることができるが、図２では、第１信号ラインがｎ番目のゲートラインＧＬｎからなる構造を一例として示す。

カップリングキャパシタＣｃｐは、ゲートノードＮｇと第１信号ラインＧＬｎとの間に接続される。第１トランジスタＴ１は、ゲートノードＮｇに接続された制御端、駆動電圧ラインＶＤＤＬに接続された入力端及び第２トランジスタＴ２に接続された出力端からなる。第２トランジスタＴ２は、リードアウト信号が受信される第２信号ラインに接続された制御端、第１トランジスタＴ１の出力端に接続された入力端及びリードアウトラインＲＬに接続された出力端からなる。

ここで、第２信号ラインＧＬｎ−１は、ゲートラインのうち、ｎ−１番目のゲートラインＧＬｎ−１からなることができる。したがって、第２信号ラインには、ｎ−１番目のゲート信号がリードアウト信号として受信される。

一方、リードアウトラインＲＬは、図１に示すように、データラインＤＬ１〜ＤＬｍと平行な方向に延長され、図１に示したデータドライバ２１０に内蔵されたセンサドライバ２３０に電気的に接続される。

センサドライバ２３０内には、リードアウトラインＲＬに接続された積分器２３１が具備される。積分器２３１のマイナス端子−には、リードアウトラインＲＬが接続され、プラス端子＋には基準電圧Ｖｒｅｆが供給される。したがって、積分器２３１から出力された出力電圧Ｖｏｕｔは基準電圧Ｖｒｅｆに対してマイナスの極性を有する。

前述のように構成されるタッチセンサ１２０は次のように動作する。

図２及び図３に示すように、ｉ番目のフレーム（ｉは、１以上の自然数）から第１信号ラインＧＬｎに提供されるｎ番目のゲート信号がハイ状態になると、フォトダイオードＤｐがターン−オンされてゲートノードＮｇの電位が上昇する。すなわち、ゲートノードＮｇは、ｎ番目のゲート信号（リセット信号）に応答して下記の式１によって定義されたリセット電圧Ｖｒｅｓｅｔにリセットされる。ここで、ｎ番目のゲート信号のハイ区間をリセット区間Ｔｒｅｓｅｔと定義することができる。

ここで、Ｖｈｉｇｈは、ｎ番目のゲート信号のハイ電圧であり、Ｖｔｈは、フォトダイオードＤｐの閾値電圧である。

以後、ｎ番目のゲート信号がロー状態に遷移されると、ゲートノードＮｇの電位はカップリングキャパシタＣｃｐと第２液晶キャパシタＣＬＣ２によってチャージカップリングされて下降する。ここで、ゲートノードＮｇの電位が下降する区間を調整区間Ｔｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎと定義することができる。一方、チャージカップリングによって下降されたゲートノードＮｇの電位（以下、カップリング電圧Ｖｃｏｕｐ）は下記の式２によって定義される。

ここで、Ｖｌｏｗは、ｎ番目のゲート信号のロー電圧である。

式２に示すように、カップリング電圧Ｖｃｏｕｐは、第２液晶キャパシタＣＬＣ２とカップリングキャパシタＣｃｐのキャパシタンス割合（Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ｒａｔｉｏ）によって変化する。すなわち、液晶表示パネルがタッチされると、セルギャップの減少によって、第２液晶キャパシタＣＬＣ２のキャパシタンスが上昇する。したがって、ノータッチ領域よりもタッチされた領域において、カップリング電圧Ｖｃｏｕｐが高くなる。

一方、カップリング電圧Ｖｃｏｕｐは、ｎ番目のゲート信号がロー状態に転換された以後は、フォトダイオードＤｐによって変化するようになる。すなわち、タッチ領域では、フォトダイオードＤｐに入射される外部光が遮断されるので、フォトダイオードＤｐに逆方向電流が少ない一方、ノータッチ領域では外部光がフォトダイオードＤｐに入射されるので、光電流が相対的に多い。

したがって、ｎ番目のゲート信号がロー状態に転換された後から、ｎ−１番目のゲート信号がハイ状態になる前まで、タッチ領域でのゲートノードＮｇの電位はカップリング電圧Ｖｃｏｕｐに維持されるが、ノータッチ領域でのゲートノードＮｇの電位はフォトダイオードＤｐの光電流によってカップリング電圧Ｖｃｏｕｐから徐々に減少する。

このようにタッチ領域とノータッチ領域との間でゲートノードの電位差が発生し、その結果、第１トランジスタＴ１から出力される電流値Ｉｏｕｔが変わる。

以後、ｉ＋１番目のフレームにおいて、第２信号ラインＧＬｎ−１に印加されるｎ−１番目のゲート信号がハイ状態に上昇すると、第２トランジスタＴ２がターンオンされる。したがって、第１トランジスタＴ１から出力された電流値Ｉｏｕｔは、第２トランジスタＴ２とリードアウトラインＲＬとを経由してセンサドライバ２３０（図１に示す）に具備された積分器２３１に提供される。積分器２３１は、リードアウトラインＲＬを通じて供給された電流値Ｉｏｕｔに対応する電圧Ｖｏｕｔを出力する。したがって、センサドライバ２３０は、積分器２３１から出力される電圧Ｖｏｕｔの電圧レベルに基づいてタッチ領域とノータッチ領域とを判断することができる。

図４は、指またはタッチペンのタッチ動作によるゲートノードでのカップリング電圧を説明するための概念図である。

図３及び図４を参照すると、第１ポイントＰ_Ａは、本発明の一実施形態として、指またはタッチペン（図示せず）によってタッチされた領域であり、第２及び第３ポイントＰ_Ｂ、及びＰ_Ｃは、指またはタッチペンの影領域であり、第４ポイントＰ_Ｄは、ノータッチ領域である。

タッチされた第１ポイントＰ_Ａにおいて、ゲートノードＮｇは、液晶キャパシタンス増加によって相対的に高い第１カップリング電圧ＶＰ_Ａにカップリングされ、外部光が第１ポイントＰ_Ｂで完全に遮断された状態であるので、ｎ−１番目のゲート信号の発生まで第１カップリング電圧ＶＰ_Ａを維持する。第２ポイントＰ_Ｂは、タッチペンの影領域であるが、第１ポイントＰ_Ａに近接するので、外部光が完全遮断されると仮定し得る。しかし、第２ポイントＰ_Ｂは、影領域であるので、第１ポイントＰ_Ａよりも液晶キャパシタンスが増加しないので、第２ポイントＰ_ＢでのゲートノードＮｇは、第１カップリング電圧ＶＰ_Ａより低い第２カップリング電圧ＶＰ_Ｂにカップリングされ、ｎ−１番目のゲート信号の発生まで第２カップリング電圧ＶＰ_Ｂを維持する。

一方、第３ポイントＰ_ＣのゲートノードＮｇでの第３カップリング電圧ＶＰ_Ｃは、初期には第２カップリング電圧ＶＰ_Ｂと同一にカップリングされるが、第１ポイントＰ_Ａと離れている影領域であり、外部光が少しは入射されるので、ｎ−１番目のゲート信号が発生するまで徐々に減少する。第４ポイントＰ_Ｄは、ノータッチ領域であるので、外部光が遮断されないだけでなく、液晶キャパシタンスが増加しないので、第４ポイントＰ_Ｄの第４カップリング電圧ＶＰ_Ｄは、影領域である第３ポイントＰ_ｃの第３カップリング電圧ＶＰ_Ｃより大きい割合で減少する。

図５は、図２に示した積分器からのタッチポイントの位置に従った出力電圧を示す波形図である。図５において、第１区間Ａ１は液晶キャパシタンスの変化量に基づいた差であり、第２区間Ｂ１は、フォトダイオードＤｐの光電流値に基づいた差である。

図５に示すように、液晶キャパシタンスの変化によってタッチされた領域Ｐ_Ａと影領域Ｐ_Ｂとの間の出力電圧Ｖｏｕｔ（図２に示す）の差が明確に示されることから、影効果による誤動作を防止することができる。結果的に、センサドライバ２３０は出力電圧に基づいて正確にタッチ動作を認識することができる。その結果、タッチ動作に基づいて外部信号処理を正確に行うことができる。

図６は、本発明の第２の実施形態に係るタッチセンサの回路図である。

図６を参照すると、タッチセンサ１２１は、フォトダイオードＤｐと、第２液晶キャパシタＣＬＣ２と、カップリングキャパシタＣｃｐと、第１トランジスタＴ１と、第２トランジスタＴ２と、第３トランジスタＴ３とを含む。

フォトダイオードＤｐは、第２液晶キャパシタＣＬＣ２の第１電極と液晶表示パネル１００（図１に示す）において共通電圧Ｖｓｔが印加される共通電圧ライン（図示せず）との間に接続される。特に、フォトダイオードＤｐのアノードは、共通電圧ラインに接続され、カソードは第２液晶キャパシタＣＬＣ２の第１電極に接続される。ここで、フォトダイオードＤｐと第２液晶キャパシタＣＬＣ２の第１電極が接続されたノードをゲートノードＮｇと定義する。第３トランジスタＴ３は、第１信号ラインに接続された制御端、駆動電圧ラインＶＤＤＬに接続された入力端及びゲートノードＮｇに接続された出力端からなる。

第１信号ラインは、図１に示したゲートラインのうちｎ番目のゲートラインＧＬｎからなるので、第３トランジスタＴ３は、第１信号ラインＧＬｎに印加されるｎ番目のゲート信号のハイ区間でターンオンされる。したがって、ゲートノードＮｇは、ｎ番目のゲート信号のハイ区間で駆動電圧にリセットされる。

以後、ｎ番目のゲート信号がロー状態に遷移されると、ゲートノードＮｇの電位はカップリングキャパシタＣｃｐと第２液晶キャパシタＣＬＣ２によってチャージカップリングされて下降される。チャージカップリングによって下降されたゲートノードＮｇの電位をカップリング電圧Ｖｃｏｕｐと定義する。カップリング電圧Ｖｃｏｕｐは、第２液晶キャパシタＣＬＣ２とカップリングキャパシタＣｃｐのキャパシタンスの割合によって変化する。すなわち、液晶表示パネル１００がタッチされると、第２液晶キャパシタＣＬＣ２のキャパシタンスが上昇する。したがって、ノータッチ領域よりタッチ領域でカップリング電圧Ｖｃｏｕｐが高い。

一方、カップリング電圧Ｖｃｏｕｐは、ｎ番目のゲート信号がロー状態に転換された後から、フォトダイオードＤｐによって変化する。すなわち、タッチ領域では、フォトダイオードＤｐに入射される外部光が遮断されるので、フォトダイオードＤｐに逆バイアスがかかって光電流がほとんど流れないが、ノータッチ領域では外部光がフォトダイオードＤｐに入射されるので、光電流が多く流れる。

したがって、ｎ番目のゲート信号がロー状態に転換された後からｎ−１番目のゲート信号がハイ状態になる前まで、タッチされた領域において、ゲートノードＮｇの電位はカップリング電圧Ｖｃｏｕｐに維持されるが、ノータッチ領域において、ゲートノードＮｇの電位はカップリング電圧Ｖｃｏｕｐから徐々に減少する。

このようにタッチ領域とノータッチ領域との間でカップリング電圧の差が発生すると、第１トランジスタＴ１から出力される電流値Ｉｏｕｔが変わる。

以後、ｉ＋１番目のフレームにおいて、第２信号ラインＧＬｎ−１に印加されるｎ−１番目のゲート信号がハイ状態に上昇すると、第２トランジスタＴ２がターンオンされる。したがって、第１トランジスタＴ１から出力された電流値Ｉｏｕｔは、リードアウトラインＲＬを経由してセンサドライバ２３０（図１に示す）に具備された積分器２３１に提供される。

図７は、本発明の第３の実施形態に係るタッチセンサの回路図である。図８は、ｎ番目のゲート信号と、ｎ−１番目のゲート信号と、駆動電圧とを示す波形図である。図９は、時間によるゲートノードＮｇの電位を示すグラフである。図９において、第１グラフＧ１はノータッチ領域での時間によるゲートノードＮｇの電位を示し、第２グラフＧ２はタッチされた領域での時間によるゲートノードＮｇの電位を示す。

図７乃至図９を参照すると、タッチセンサ１２２は、フォトダイオードＤｐと、第２液晶キャパシタＣＬＣ２と、カップリングキャパシタＣｃｐと、第４及び第５トランジスタＴ４、Ｔ５とからなる。

フォトダイオードＤｐは、第２液晶キャパシタＣＬＣ２の第１電極と駆動電圧ラインＶＤＤＬとの間に接続される。特に、フォトダイオードＤｐのカソードは、駆動電圧ラインＶＤＤＬに接続され、アノードは、第２液晶キャパシタＣＬＣ２の第１電極に接続される。ここで、フォトダイオードＤｐと第２液晶キャパシタＣＬＣ２の第１電極が接続されたノードをゲートノードＮｇと定義する。第４トランジスタＴ４は第１信号ラインに接続された制御端と、第２信号ラインに接続された入力端と、ゲートノードＮｇに接続された出力端とからなる。

第１信号ラインは、図１に示したゲートラインのうちｎ番目のゲートラインＧＬｎからなり、第２信号ラインは、ｎ−１番目のゲートラインＧＬｎ−１からなる。第４トランジスタＴ４は、第１信号ラインＧＬｎに印加されるｎ番目のゲート信号のハイ区間でターンオンされる。したがって、ゲートノードＮｇは、ｉ番目のフレームにおいて、ｎ番目のゲート信号のハイ区間で第２信号ラインＧＬｎ−１に印加されるｎ−１番目のゲート信号にリセットされる。ｎ番目のゲート信号のハイ区間をリセット区間Ｔｒｅｓｅｔと定義することができる。また、ｎ−１番目のゲート信号のロー電圧（例えば、−７Ｖ）をリセット電圧と定義する。

一方、駆動電圧ラインＶＤＤＬには、ｎ−１番目のゲート信号と同一の位相を有するパルス形態の駆動電圧ＶＤＤが印加される。本発明の一例として、駆動電圧ＶＤＤはロー区間でグラウンド電圧０Ｖを維持し、ハイ区間でｎ−１番目のゲート信号のハイ電圧（例えば、２５Ｖ）と同一の電圧レベルを維持する。

次に、リセット区間Ｔｒｅｓｅｔからｉ＋１番目のフレームで駆動電圧ＶＤＤがハイ状態になる前までを調整区間Ｔｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎと定義する。調整区間Ｔｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎの間、ゲートノードＮｇの電位はフォトダイオードＤｐの光電流によって決められる。すなわち、タッチ領域ではフォトダイオードＤｐに逆バイアスがかかって光電流が少なく流れるので、ゲートノードＮｇは、リセット電圧−７Ｖを維持する。しかし、ノータッチ領域では、フォトダイオードＤｐの光電流が多く流れるので、駆動電圧のロー電圧０ＶがゲートノードＮｇに充電される。このように、タッチ動作の有無によって、ゲートノードＮｇに７Ｖ程度の電圧差が発生する。

図９に示すように、第３区間Ａ２は、フォトダイオードＤｐに入射される外部光の光量によって、タッチ領域とノータッチ領域との間でゲートノードＮｇの電位差が発生する区間である。

一方、第５トランジスタＴ５は、ゲートノードＮｇに接続された制御端と、駆動電圧ラインＶＤＤＬに接続された入力端と、リードアウトラインＲＬに接続された出力端とからなる。カップリングキャパシタＣｃｐは駆動電圧ラインＶＤＤＬとゲートノードＮｇとの間に接続される。

次に、ｉ＋１番目のフレームにおいて、駆動電圧ＶＤＤがハイ状態になると、ゲートノードＮｇの電位は、カップリングキャパシタＣｃｐと第２液晶キャパシタＣＬＣ２によってチャージカップリングされて上昇する。ここで、駆動電圧ＶＤＤのハイ区間をリードアウト区間Ｔｒｅａｄｏｕｔと定義する。ゲートノードＮｇの電位は第２液晶キャパシタＣＬＣ２とカップリングキャパシタＣｃｐのキャパシタンスの割合によって変化する。すなわち、液晶表示パネル１００のタッチされた領域では、セルギャップが減少するので、第２液晶キャパシタＣＬＣ２のキャパシタンスはノータッチ領域より上昇する。したがって、ゲートノードＮｇの電位は、タッチ領域よりノータッチ領域でチャージカップリングによってより大きく上昇する。

図９の第４区間Ｂ２では、第２液晶キャパシタＣＬＣ２のキャパシタンスによってタッチ領域とノータッチ領域との間でゲートノードＮｇの電位差が発生する。

ゲートノードＮｇの電位によって、第４トランジスタＴ４から出力される電流値Ｉｏｕｔが変わり、電流値ＩｏｕｔはリードアウトラインＲＬを経由してセンサドライバ２３０に具備された積分器２３１に提供される。

図１０は、図７に示した積分器からのタッチポイントの位置に従った出力電圧を示す波形図である。図１０において、第５区間のＡ３は、液晶キャパシタンスの変化量に基づいた差であり、第６区間のＢ３は、フォトダイオードＤｐの光電流値に基づいた差である。

図１０に示すように、タッチされた第１ポイントＰ_Ａと外部光量の大きさがほぼ同一な第２ポイントＰ_Ｂとの間において、液晶キャパシタンスの変化によって、積分器２３１（図７に示す）からの出力電圧Ｖｏｕｔの差が明確に示されている。また、タッチ領域である第１ポイントＰ_Ａとノータッチ領域である第４ポイントＰ_Ｄとの間における出力電圧の差は、外部光量と液晶キャパシタンスとの量における違いによって発生する。したがって、影効果によるタッチセンサの誤動作を防止することができ、且つタッチ領域とノータッチ領域との間の電圧差が増加し、正確にタッチ動作を認識することができる。図１１は本発明の第４の実施形態に係るタッチセンサの回路図であり、図１２は、ｎ番目のゲート信号と、ｎ−１番目のゲート信号と、リセット電圧とを示すタイミング図である。

図１１を参照すると、タッチセンサ１２３は、フォトトランジスタＴｐｈｏｔｏと、第２液晶キャパシタＣＬＣ２と、カップリングキャパシタＣｃｐと、第１及び第２トランジスタＴ１、Ｔ２と、第１乃至第３信号ラインとを含む。本発明の一実施形態として、第１信号ラインは、リセット信号ＶＲＮＤが印加されるラインからなり、第２信号ラインは、図１に示したゲートラインのうちｎ−１番目のゲートラインＧＬｎ−１（ここで、ｎは２以上の自然数）からなり、第３信号ラインは、ｎ番目のゲートラインＧＬｎからなる。

フォトトランジスタＴｐｈｏｔｏは、第２液晶キャパシタＣＬＣ２の第１電極に接続された出力端と、第１信号ラインに接続されてリセット信号ＶＲＮＤが受信される入力端と、第３信号ラインＧＬｎに接続されてｎ番目のゲート信号が受信される制御端とを含む。

図１２に示すように、ｉ番目のフレーム（ｉは、１以上の自然数）において、第１信号ラインＧＬｎに提供されるｎ番目のゲート信号がハイ状態になると、フォトトランジスタＴｐｈｏｔｏは、ターンオンされ、ターンオンされたフォトトランジスタＴｐｈｏｔｏを通じてリセット信号ＶＲＮＤがゲートノードＮｇに印加される。ここで、リセット信号ＶＲＮＤは、ｎ番目のゲート信号と同一の位相で発生するので、ｎ番目のゲート信号のハイ区間でリセット信号ＶＲＮＤはハイ電圧レベルを有する。したがって、フォトトランジスタＴｐｈｏｔｏがターンオンされると、ゲートノードＮｇの電位が上昇する。ここで、ｎ番目のゲート信号のハイ区間をリセット区間Ｔｒｅｓｅｔと定義することができる。

以後、ｎ番目のゲート信号がロー状態に遷移すると、ゲートノードＮｇの電位はカップリングキャパシタＣｃｐと第２液晶キャパシタＣＬＣ２によってチャージカップリングされて下降する。ここで、ゲートノードＮｇの電位が下降する区間を調整区間Ｔｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎと定義することができる。

ゲートノードＮｇの電位は、第２液晶キャパシタＣＬＣ２とカップリングキャパシタＣｃｐのキャパシタンスの割合によって変化し得る。すなわち、液晶表示パネルがタッチされると、セルギャップの減少によって第２液晶キャパシタＣＬＣ２のキャパシタンスが上昇して、ノータッチ領域よりタッチ領域でゲートノードＮｇの電位は下降する。

また、調整区間Ｔｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎの間、フォトトランジスタＴｐｈｏｔｏに入射される外部光の大きさによって、ゲートノードＮｇの電位が変化し得る。すなわち、タッチ領域ではフォトトランジスタＴｐｈｏｔｏに入射される外部光が遮断されるので、光電流が少なく、ノータッチ領域では、外部光がフォトトランジスタＴｐｈｏｔｏにすぐ入射されるので、光電流が相対的に多く流れる。

したがって、調整区間Ｔｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎの間、タッチされた領域において、ゲートノードＮｇの電位はそのまま維持されるが、ノータッチ領域においてゲートノードＮｇの電位はフォトトランジスタＴｐｈｏｔｏの光電流によって徐々に放電される。

このようにタッチ領域とノータッチ領域との間でゲートノードの電位差が発生し、その結果、第１トランジスタＴ１から出力される電流値Ｉｏｕｔが変わる。

以後、ｉ＋１番目のフレームにおいて、第２信号ラインＧＬｎ−１に印加されるｎ−１番目のゲート信号がハイ状態に上昇すると、第２トランジスタＴ２がターンオンされる。したがって、第１トランジスタＴ１から出力された電流値Ｉｏｕｔは、第２トランジスタＴ２とリードアウトラインＲＬとを経由してセンサドライバ２３０（図１に示す）に具備された積分器２３１（図２に示す）に提供される。積分器２３１はリードアウトラインＲＬを通じて供給された電流値Ｉｏｕｔに対応する電圧Ｖｏｕｔを出力する。したがって、センサドライバ２３０は積分器２３１から出力される電圧Ｖｏｕｔの電圧レベルに基づいてタッチ領域とノータッチ領域とを判断することができる。

フォトトランジスタＴｐｈｏｔｏは、外部照度に応じて光電流が異なる特性を有する。すなわち、外部照度が高ければ、光電流が増加するが、外部照度が低ければ、光電流は減少する。このようにフォトトランジスタＴｐｈｏｔｏの光電流が外部照度に影響を受けて変化すると、ノータッチの場合に、ゲートノードＮｇでの放電量が変わる。結局、出力電圧に変化が発生し、タッチ／ノータッチイベントの区別が難しくなる。したがって、外部照度によって光電流が変化してゲートノードＮｇの放電量が変わることを防止するために、本発明の一実施形態では外部照度によってリセット信号ＶＲＮＤのオフ電圧ＶＲＮＤ_ＯＦＦを可変のものとする。図１３は、図１２に示したリセット信号を変化させる回路のブロック図であり、図１４は、ゲート−ソース電圧によるドレイン電流を示すグラフである。

図１３を参照すると、液晶表示装置４００は、リセット信号ＶＲＮＤのオフ電圧ＶＲＮＤ＿ＯＦＦを変化させるために外部照度センシング部３１０と、ルックアップテーブル３２０と、電圧変換回路３３０とをさらに含む。

外部照度センシング部３１０は、外部照度をセンシングする光センサを含む。外部照度センシング部３１０は、液晶表示パネル１００（図１に示す）に内蔵、または外設される形態であってもよい。また、外部照度センシング部３１０は、液晶表示装置４００でディミング（ｄｉｍｍｉｎｇ）のために使われている光センサで代替されてもよい。外部照度センシング部３１０は、外部照度によって他の値を有するセンシング信号ｌｕｍを出力してコントローラ３００に提供する。コントローラ３００は、ルックアップテーブル３２０でセンシング信号ｌｕｍに対応して既に格納された基準データＲＥＦを読み出し、基準データＲＥＦを電圧変換回路３３０に伝送する。

電圧変換回路３３０は、基準データＲＥＦに基づいてリセット信号ＶＲＮＤを変化させる。電圧変換回路３３０は、外部照度が基準照度より高ければ、基準データＲＥＦだけリセット信号ＶＲＮＤのオフ電圧ＶＲＮＤ＿ＯＦＦを増加させ、外部照度が基準照度より低ければ、リセット信号ＶＲＮＤのオフ電圧ＶＲＮＤ＿ＯＦＦを基準データＲＥＦだけ減少させる。このようにリセット信号ＶＲＮＤのオフ電圧ＶＲＮＤ＿ＯＦＦを調節すると、フォトトランジスタＴｐｈｏｔｏのゲート−ソース電圧Ｖｇｓが変化する。

図１４に示すように、フォトトランジスタＴｐｈｏｔｏのゲート−ソース電圧Ｖｇｓが減少すると、ドレイン電流Ｉｄが減少し、ゲート−ソース電圧Ｖｇｓが増加すると、ドレイン電流Ｉｄが増加する。したがって、高い外部照度によってフォトトランジスタＴｐｈｏｔｏの光電流が上昇する場合、リセット信号ＶＲＮＤのオフ電圧ＶＲＮＤ_ＯＦＦを増加させることによって、フォトトランジスタＴｐｈｏｔｏのゲート−ソース電圧Ｖｇｓを減少させ、その結果、フォトトランジスタＴｐｈｏｔｏのドレイン電流Ｉｄを減少させることができる。また、低い外部照度によってフォトトランジスタＴｐｈｏｔｏの光電流が減少する場合、リセット信号ＶＲＮＤのオフ電圧ＶＲＮＤ＿ＯＦＦを減少させることによって、フォトトランジスタＴｐｈｏｔｏのゲート−ソース電圧Ｖｇｓを増加させ、その結果、フォトトランジスタＴｐｈｏｔｏのドレイン電流Ｉｄを増加させることができる。

これによって、ノータッチの場合に、外部照度によるゲートノードＮｇの放電量の変化が防止され、その結果、タッチ／ノータッチイベントを正確に区分して認識することができる。

図１５Ａ乃至図１５Ｃは、ノータッチの場合に、時間による積分器の出力電圧を示すグラフである。ただし、図１５Ａは、外部照度が３５０ｌｕｘであり、リセット信号のオフ電圧ＶＲＮＤ＿ＯＦＦが−５Ｖの場合を示すグラフであり、図１５Ｂは、外部照度が１０００ｌｕｘであり、リセット信号のオフ電圧ＶＲＮＤ＿ＯＦＦが−５Ｖの場合を示すグラフであり、図１５Ｃは、外部照度が３５０ｌｕｘであり、リセット信号のオフ電圧ＶＲＮＤ＿ＯＦＦが−６Ｖの場合を示すグラフである。

図１５Ａを参照すると、外部照度が３５０ｌｕｘであり、リセット信号のオフ電圧ＶＲＮＤ＿ＯＦＦが−５Ｖである場合、ノータッチイベントが発生すると、積分器２３１（図２に示す）の出力電圧Ｖｏｕｔは、リードアウト区間ＲＰにおいて、５Ｖから略３．２Ｖまで徐々に減少する。

一方、 図１５Ｂに示すように、外部照度が１０００ｌｕｘに増加すると、ノータッチイベントの場合に、積分器２３１の出力電圧Ｖｏｕｔは略５Ｖに維持される。結果的に、外部照度が低ければ、フォトトランジスタＴｐｈｏｔｏの光電流が減少して、ゲートノードＮｇの放電量が減少する。したがって、リードアウト区間ＲＰにおいて、出力電圧Ｖｏｕｔが３．２Ｖに減少する。

図１５Ｃを参照すると、外部照度が３５０ｌｕｘである場合に、リセット信号のオフ電圧ＶＲＮＤ＿ＯＦＦを−６Ｖにダウンさせると、フォトトランジスタＴｐｈｏｔｏのゲート−ソース電圧Ｖｇｓが増加して、ゲートノードＮｇの放電量が再び増加する。したがって、ノータッチイベントの場合、積分器２３１の出力電圧Ｖｏｕｔは、略５Ｖに維持される。

図１６は、タッチ／ノータッチイベントの場合に、時間による出力電圧を示すグラフである。図１６において、第１区間Ｐ１は、ノータッチイベントが発生した区間であり、第２区間Ｐ２は、１００ｇＦの力でタッチイベントが発生した区間であり、第３区間Ｐ３は、１５０ｇＦの力でタッチイベントが発生した区間である。

図１６を参照すると、ノータッチイベントの場合に、積分器２３１（図２に示す）の出力電圧Ｖｏｕｔは、略５Ｖに維持されるが、１００ｇＦの力でタッチイベントが発生すると、積分器２３１の出力電圧Ｖｏｕｔは、略２．５Ｖまで減少する。また、１５０ｇＦの力でタッチイベントが発生すると、出力電圧Ｖｏｕｔは、略１．５Ｖまで減少する。したがって、タッチ／ノータッチイベントの間の電圧差が略３．５Ｖまで増加する。これによって、外部照度が変化してもタッチ／ノータッチイベントを正確に区別して認識することができる。

以上、本発明に係る実施形態を説明したが、当該技術分野の熟練された当業者であれば、特許請求の範囲に記載した本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に修正及び変更することができるであろう。

１００ 液晶表示パネル
１１０ 画素
１１１ 薄膜トランジスタ
１２０〜１２３ タッチセンサ
２１０ データドライバ
２２０ ゲートドライバ
２３０ センサドライバ
２３１ 積分器
３１０ 外部照度センシング部
３２０ ルックアップテーブル
３３０ 電圧変換回路
４００ 液晶表示装置

Claims (10)

1. 映像を表示する液晶表示パネルに内蔵されたタッチセンサにおいて、
   前記液晶表示パネルがタッチされるときに変化する外部光量に対応する制御信号を生成する光感知部と、
   前記液晶表示パネルがタッチされるときに変化するキャパシタンスの変化量に基づいて前記制御信号を変化させる容量感知部と、
   前記制御信号に応答してセンシング信号を生成し、前記生成されたセンシング信号を出力する時点を決めるセンシング信号出力部と、を含むことを特徴とするタッチセンサ。
2. 前記光感知部はフォトダイオードを含み、
   前記容量感知部は、前記フォトダイオードと接続された液晶キャパシタを含むことを特徴とする請求項１に記載のタッチセンサ。
3. 前記液晶キャパシタのキャパシタンスとの割合に基づいて前記制御信号を変化させるカップリングキャパシタをさらに含み、
   前記フォトダイオード、前記液晶キャパシタ及び前記カップリングキャパシタは、第１ノードで全て接続されることを特徴とする請求項２に記載のタッチセンサ。
4. 前記カップリングキャパシタの第１電極と前記フォトダイオードのアノードに共通接続され、リセット信号が受信される第１信号ラインと、
   前記センシング信号出力部に前記リードアウト信号を供給する第２信号ラインと、をさらに含み、
   前記フォトダイオードのカソードと前記カップリングキャパシタの第２電極は前記第１ノードに接続されることを特徴とする請求項３に記載のタッチセンサ。
5. 前記フォトダイオードのカソードは、前記ノードに接続され、アノードは前記液晶表示パネルに具備されて共通電圧が受信される共通電圧ラインに接続されることを特徴とする請求項３に記載のタッチセンサ。
6. スイッチング信号が受信される第１信号ラインと、
   リセット信号が受信される第２信号ラインと、
   前記リセット信号と同一位相を有するパルス形態の駆動電圧が受信される駆動電圧ラインと、
   前記センシング信号を出力するリードアウトラインと、をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載のタッチセンサ。
7. 前記光感知部は、フォトトランジスタを含み、
   前記容量感知部は、前記フォトトランジスタと接続された液晶キャパシタを含むことを特徴とする請求項１に記載のタッチセンサ。
8. 複数のゲートライン、複数のデータライン、対応するゲートラインと対応するデータラインに電気的に接続された複数の薄膜トランジスタ、及び前記複数の薄膜トランジスタに各々電気的に接続された複数の第１液晶キャパシタからなる映像を表示する液晶表示パネルと、
   前記液晶表示パネルに内蔵され、外部光量の変化及びセルギャップの変化を感知して、タッチ動作をセンシングするタッチセンサと、を含み、
   前記タッチセンサは、
   前記液晶表示パネルがタッチされるときに変化する外部光量に対応する制御信号を生成する光感知部と、
   前記液晶表示パネルがタッチされるときに変化するキャパシタンスの変化量に基づいて前記制御信号を変化させる容量感知部と、
   前記制御信号に応答してセンシング信号を生成し、前記生成されたセンシング信号を出力する時点を決めるセンシング信号出力部と、を含むことを特徴とする液晶表示装置。
9. 前記光感知部は、フォトダイオードを含み、
   前記容量感知部は、前記フォトダイオードと接続された第２液晶キャパシタを含むことを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
10. 前記光感知部は、フォトトランジスタを含み、
    前記容量感知部は、前記フォトトランジスタと接続された液晶キャパシタを含むことを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。