KR101106141B1 - 도트 인버전 방식의 액정패널 구동 방법 및 장치 - Google Patents

도트 인버전 방식의 액정패널 구동 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터치 검출 등을 위한 도트 인버전 방식의 액정패널 구동 방법 및 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 구동 방법은 (a) 교번 신호를 발생시키는 단계; (b) 교번 신호를 감마전압 생성부(72) 및 공통전압 생성부(73)에 인가하는 단계; (c) 공통전압 생성부(73)에서 생성된 교번 공통전압을 공통전극(220)에 인가하는 단계; 및 (d) 감마전압 생성부(72)에서 공통전압을 기준으로 극성이 반전되는 데이터전압을 생성하는 단계;를 포함하며, 이러한 방법에 따라 도트 인버전 방식에서 공통전압을 교번시키고 교번 공통전압을 기준으로 데이터전압을 반전시킴으로써, 고화질 LCD에서도 교번 공통전압을 이용하여 터치 검출 등을 수행할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

도트 인버전 방식의 액정패널 구동 방법 및 장치{Method and apparatus for driving LCD of dot inversion}
본 발명은 도트 인버전 방식의 액정패널을 구동하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공통전압을 교번하도록 구성하고 공통전압을 기준으로 데이터전압을 반전시킴으로써 도트 인버전 방식을 유지하면서도 공통전압을 교번시키고, 교번하는 공통전압을 이용하여 터치 검출 등을 수행할 수 있도록 하는 도트 인버전 방식의 액정패널 구동 방법 및 장치에 관한 것이다.
통상의 액정표시장치는 액정패널 상의 액정셀들의 광 투과율을 조절하여 비디오신호에 해당하는 화상을 표시한다. 액정패널 상의 액정셀들을 구동하는 방법으로는 라인 인버전 방식(Line Inversion System), 컬럼 인버전 방식(Column Inversion System), 도트 인버전 방식(Dot Inversion System) 등이 사용되고 있다. 라인 인버전 방식의 액정패널 구동방법에서는 액정패널에 공급되는 데이터신호들의 극성이 도 1a 및 도 1b에서와 같이 액정패널상의 로우라인(Row Line), 즉 게이트라인에 따라 그리고 프레임에 따라 반전된다.
도 2는 라인 인버전에 따른 데이타 전압(소스 출력, Source Output)과 공통전압과의 상관관계를 예시한 파형도이다. 도 2를 참조하면, 특정 그레이(Gray)를 표시하기 위하여, 점선으로 도시한 데이타전압과 실선으로 도시한 공통전압은 하나의 게이트라인마다 교번하여 상호 일정 레벨의 전압차를 유지한다. 이때 발생한 전압이 액정에 인가되어 빛의 양을 조절하고 그레이를 표시하게 된다. 예를 들면, 검정을 표시하기 위한 공통전압과 데이터전압의 전압차는 5V이다. 이 경우, 도 2의 좌측 파형구간에서는 공통전압이 데이터전압보다 큰 구간이므로 공통전압이 5V이고 데이터전압은 0V이다. 다음의 중앙 파형구간에서는 공통전압이 라인 인버전되어 공통전압이 작은 영역이 되므로, 공통전압은 0V이고 데이터전압은 5V이다. 이러한 라인구동방식은 액정구동 전압이 작아 소비전류가 적기 때문에 휴대용 기기에 많이 사용된다.
컬럼 인버전 방식의 액정패널 구동방법에서는 액정패널에 공급되는 데이터신호들의 극성이 도 3a 및 도 3b에서와 같이 액정패널상의 컬럼라인, 즉 데이터라인에 따라 그리고 프레임에 따라 반전된다.
도트 인버전 방식의 액정패널 구동방법은 도 4a 및 도 4b에서와 같이 게이트라인 상에서 인접한 액정셀들과 데이터라인 상에서 인접하는 액정셀들에 상반된 극성의 데이터신호가 공급되게 함과 아울러 프레임마다 액정패널 상의 모든 액정셀들에 공급되는 데이터신호들의 극성이 반전되게 한다. 다시 말하여, 도트 인버전 방식에서는, 기수 번째 프레임의 비디오신호가 표시될 경우에 도 4a에서와 같이 좌측상단의 액정셀로부터 우측의 액정셀로 진행함에 따라 그리고 아래 측의 액정셀들로 진행함에 따라 정극성(+) 및 부극성(-)이 번갈아 나타나게끔 데이터신호들이 액정패널 상의 액정셀들에 각각 공급되게 된다. 그리고 우수 번째 프레임의 비디오신호가 표시될 경우에는 도 4b에서와 같이 각 액정셀들에 공급되는 데이터신호들의 극성이 기수 번째 프레임과 상반되게 반전된다.
도 5는 도트 인버전방식에서 데이터전압을 생성하는 감마전압 생성부(또는 그레이 스케일부(Gray Scale Part))에 관한 일 실시예이다. 도 5를 참조하면, 감마전압 생성부(5)는 통상 LCD 구동IC의 외부에서 감마전압을 생성하여 저항 스트링부(7, Resistor String Part)에 공급한다. 저항 스트링부(7)는 감마전압을 더욱 세분화하여 필요한 계조로 표시한다. 본 실시예에서는 저항 스트링부(7)가 10개의 계조 즉, 10개의 데이터전압을 표시하는 것을 예시하였으나, 64개 또는 256개 등 화상 데이터에 따라 계조가 증가될 수 있다.
도트 인버전에서 이러한 감마전압 생성부(5)는 중심부에 위치하는 공통전압(Vcom)을 기준으로 하여 정의 영역(Positive area) 및 부의 영역(Negative Area)로 구분되며 정(Positive)과 부(Negative)는 저항 스트링부(7)에서 출력되는 데이터전압이 공통전압보다 높으면 정(Positive)의 영역이며 낮으면 부(Negative) 영역으로 정의한다. 외부에서 인가되는 화상 데이터가 빨강(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)별로 인가되면 화상데이터에 대응하는 데이터전압이 출력된다. 예를 들어 화상데이터가 빨강의 "08h"라고 한다면, 도트 인버전의 정 또는 부의 각 영역에서 08h번째에 해당되는 전압이 읽히고, 이 전압과 공통전압과의 차이로 인해 발생되는 전압이 액정에 인가되어 빨강영역의 빛의 양을 조절하여 화상을 표시하게 된다. 본 실시예어서 08h에 해당되는 정방향의 데이터전압은 r0와 r1 사이의 전압이 될 것이고 부방향의 전압은 r16과 r17 사이에서 출력되는 전압이 될 것이다. 이 두개의 전압은, 도 6에 도시된 바와 같이 공통전압을 기준으로 하여 각 도트별로 공통전압보다 크고 작고를 반복하므로 도트 인버전 구동방식이라고 한다.
감마전압 생성부(5)는 감마버퍼(5a, Gamma Buffer)를 통해 감마전압을 버퍼링하여 저항 스트링부(7)로 공급하며, 감마버퍼(5a)는 통상 복수개가 사용된다. 정(Positive)의 영역과 부(Negative) 영역으로 구분된 감마전압 생성부(5)는, 도 5에서는 공통전압버퍼(5b, Vcom Buffer)를 기준으로 상하로 대칭되어 있다. 도 5의 실시예에서, 정방향(Positive Side)의 최종단에 인가된 전압인 Vdd는 일실시예로 12V이며, 부방향(Negative Side)의 최종단에 인가된 전압은 0V(Zero Volt)이다. 또한 VGMA_P4는 11V이며 VGMA_N4는 1V이다. 감마전압 생성부(5)의 R5와 R6의 사이에서 공통전압버퍼(5b)에 의해 버퍼링된 공통전압(Vcom)이 LCD의 공통전극에 접속되며, 전압의 크기는 일실시예로 6V이다. 따라서 정의 방향에서 공통전압과 데이터전압 사이에 설정될 수 있는 가장 높은 전압은 5V이며 부의 방향에서도 5V가 된다. 이러한 데이터전압은 사용되는 액정의 전압특성에 따라 변동된다. 또한 엄밀한 공통전압의 설정을 위해서는 액정구동시 발생하는 킥백의 효과를 고려해야 하나, 도시된 예에서는 공통전압의 크기를 선정함에 있어서 킥백의 효과를 고려하지 않았다.
도 6은 도트 인버전에서 공통전압과 데이터전압과의 관계를 예시한 파형도이다. 도 6을 참조하면, 공통전압과 데이터 전압과의 전압차인 5V를 인가하기 위해, 첫번째 도트에서는 데이터전압이 공통전압인 6V보다 5V가 큰 11V로 인가되고 두번째 도트에서는 공통전압보다 5V 낮은 1V로 인가된다.
이러한 도트 인버전 방식은 높은 전압을 필요로 하고 매 도트마다 반전되므로 소비전류가 많이 소요된다. 반면에 화질이 우수하므로 노트북이나 모니터 또는 TV의 구동에 주로 사용된다.
그런데 도트 인버전 구동방식은 공통전압이 직류전압(DC voltage)이므로, 라인 인버전 방식처럼 공통전압이 교번하지 않는다. 따라서 교번하는 공통전압을 이용하여 제2의 목적(예컨대, 터치 검출 등에 사용하려는 목적)을 달성하는 것이 불가능하다.
본 발명은 도트 인버전 방식의 액정패널에서 터치 검출 등과 같은 제2의 목적을 달성하기 위하여 제안된 것으로서, 공통전압을 교번시키고 공통전압을 기준으로 데이터전압을 반전 구동함으로써, 도트 인버전 방식을 유지하여 화질에 이상이 없도록 하는 동시에 교번하는 공통전압을 이용하여 터치 검출 등과 같은 제2의 목적을 달성할 수 있도록 하는 도트 인버전 방식의 액정패널 구동 방법 및 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 도트 인버전 방식의 액정패널 구동 방법은, 감마전압 생성부에서 생성되는 공통전압을 기준으로 데이터전압을 반전 구동하는 도트 인버전 방식의 액정패널 구동 방법에 있어서, (a) 교번 신호를 발생시키는 단계; (b) 교번 신호를 감마전압 생성부(72) 및 공통전압 생성부(73)에 인가하는 단계; (c) 공통전압 생성부(73)에서 생성된 교번 공통전압을 공통전극(220)에 인가하는 단계; 및 (d) 감마전압 생성부(72)에서 공통전압을 기준으로 극성이 반전되는 데이터전압을 생성하는 단계;를 포함한다.
일실시예에 따르면, 상기 공통전압은 각 게이트라인마다 위상이 반전된다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 데이터전압은 상기 공통전압을 기준으로 각 도트별로 반전된다.
일실시예에 따르면, 상기 교번 신호는 교번하는 구형파이다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 교번 신호는 동위상을 가진 신호가 정방향 및 부방향으로 교번한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 도트 인버전 방식의 액정패널 구동 장치는, 감마전압 생성부에서 생성되는 공통전압을 기준으로 데이터전압을 반전 구동하는 도트 인버전 방식의 액정패널 구동 장치에 있어서, 교번 신호를 발생시키는 교번신호 발생수단; 상기 교번신호 발생수단으로부터 교번 신호를 공급받아 교번 공통전압을 생성하고 생성된 공통전압을 공통전극(220)측에 인가하는 공통전압 생성부(73); 및 상기 교번신호 발생수단으로부터 교번 신호를 공급받으며, 상기 공통전압 생성부(73)에서 생성된 공통전압을 기준으로 극성이 반전되는 데이터전압을 생성하는 감마전압 생성부(72);를 포함하여 구성된다.
일실시예에 따르면, 상기 교번신호 발생수단은 교번하는 구형파를 발생시키는 교번파형 발생기(70)이다.
일실시예에 따르면, 상기 교번파형 발생기(70)의 출력신호와 Vdd 신호를 가산하여 상기 감마전압 생성부(72)의 일측 입력단에 전달하는 제1가산기(71a)와, 상기 교번파형 발생기(70)의 출력신호와 Gnd 신호를 가산하여 상기 감마전압 생성부(72)의 타측 입력단에 전달하는 제2가산기(71b)를 더 포함한다.
일실시예에 따르면, 상기 공통전압은 각 게이트라인마다 위상이 반전된다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 데이터전압은 상기 공통전압을 기준으로 각 도트별로 반전된다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 교번 신호는 동위상을 가진 신호가 정방향 및 부방향으로 교번한다.
본 발명의 도트 인버전 방식의 액정패널 구동 방법 및 장치에 따르면, 공통전압을 교번하도록 구성하면서 이를 기준으로 데이터전압을 반전시킴으로써, 중대형 LCD 등에서 화질의 저하를 방지하면서도 교번 공통전압을 이용한 터치 검출 등을 수행할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1a 및 1b는 라인 인버전 방식의 극성 반전을 예시한 도면
도 2는 라인 인버전 방식에서의 극성 반전을 예시한 파형도
도 3a 및 3b는 컬럼 인버전 방식의 극성 반전을 예시한 도면
도 4a 및 4b는 도트 인버전 방식의 극성 반전을 예시한 도면
도 5는 종래 도트 인버전 방식에서의 감마전압 생성부를 보인 회로도
도 6은 종래 도트 인버전 방식에서 공통전압 및 데이터전압의 파형을 보인 파형도
도 7은 본 발명에 따른 구동 장치의 회로구성을 예시한 회로도
도 8은 공통전압 생성부의 다른 실시예를 보인 회로도
도 9a 및 9b는 교번 공통전압을 생성하는 다른 실시예를 보인 회로도
도 10은 본 발명에서 공통전압 및 데이터전압을 교번하는 예를 보인 파형도
도 11은 교번 공통전압을 이용한 터치 검출의 실시예를 예시한 파형도
도 12는 교번 공통전압을 이용한 터치 검출의 실시예를 예시한 단면도
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.
우선, 본 발명은 액정패널(Liquid Crystal Panel)의 구동 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 종래 도트 인버전 방식의 액정패널에서 공통전압을 DC 전압으로 공급하던 것과 달리, 공통전압을 교번시키고 교번 공통전압을 기준으로 데이터전압의 극성을 반전 구동하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 이하의 설명에서는 이러한 공통전압 및 데이터전압의 구동에 대하여 설명하겠으며, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 LCD 구동의 일반적인 구성에 대하여는 자세한 설명을 생략한다.
도 7은 본 발명에 따른 구동 장치의 회로구성을 예시한 회로도이다. 이를 참조하면, 감마전압 생성부(72)의 전단에는 교번파형 발생기(70)가 설치된다. 바람직하게는 교번파형 발생기(70)는 소정 주기로 교번하는 구형파를 발생시킨다. 일실시예로서, 교번파형 발생기(70)에서 발생되는 구형파의 크기는 4V p-p(peak to peak)이다. 교번파형 발생기(70)는 0V와 4V를 교호로 출력하거나, -2V와 2V를 교호로 출력할 수도 있다.
교번파형 발생기(70)에서 발생된 교번 신호는 감마전압 생성부(72)로 전달된다. 이때, 교번파형 발생기(70)의 출력신호와 Vdd 신호를 입력으로 하는 제1가산기(71a)와, 교번파형 발생기(70)의 출력신호와 Gnd 신호를 입력으로 하는 제2가산기(71b)가 사용된다. 제1가산기(71a)의 출력과 제2가산기(71b)의 출력은 각각 감마전압 생성부(72)의 양측 입력단으로 전달된다.
일예로서 Vdd는 12V이고, Gnd는 0V(zero volt)이다. 정방향의 제1가산기(71a)는 교번파형 발생기(70)로부터 4V p-p를 입력받고, 여기에 Vdd 12V를 합산한다. 그러면 제1가산기(71a)의 출력은 12V와 16V를 교번하게 될 것이다. 부방향의 제2가산기(71b)는 4V p-p에 Gnd 0V를 합산한다. 그러면 제2가산기(71b)의 출력은 0V와 4V를 교번하게 될 것이다.
이때 교번하는 신호는 라인별로 교번되는 것이 바람직하다. 예를 들어 첫번째 라인에서 인가되는 구형파의 크기가 0V인 경우 정방향의 최고 데이터 전압은 12V이고 부방향의 최저 데이터 전압은 0V가 된다. 두번째 라인에서는 구형파의 크기가 4V이므로 정방향의 최고 데이터 전압은 16V이며 부방향의 최저 데이터전압은 4V가 될 것이다. 한편, 본 발명의 일실시예로 사용된 정방향의 제1가산기(71a) 및 부방향의 제2가산기(71b)에 인가되는 교번 신호는 동위상인 것이 바람직하다. 동위상이 아닌 경우에는, 외부에서 인가되는 동일한 화상데이터를 표시하기 위해, 공통전압을 기준으로 하여 정방향과 부방향에서 취득되는 데이터 전압의 크기가 달라지므로 화질 이상이 발생하게 된다.
감마전압 생성부(72)는 감마버퍼(72a, Gamma Buffer)를 통해 감마전압을 버퍼링하여 저항 스트링부(75, Resistor string part)로 공급하며, 감마버퍼(72a)는 통상 복수개가 사용된다. 정(Positive)의 영역과 부(Negative)의 영역으로 구분된 감마전압 생성부(72)는 공통전압 생성부(73)를 기준으로 상하로 대칭되어 있다. 도시한 바와 같이 공통전압 생성부(73)는 일예로서 공통전압버퍼(73a)를 포함한다.
두개의 가산기(71a, 71b)에서 인가된 구형파에 의해서 감마버퍼(71a)에서 출력되는 감마전압인 [VGMA_P1:VGMA_P4] 및 [VGMA_N1:VGMA_N4]에서는, 기존의 데이터전압에 구형파가 더해진 상태의 전압 즉, 구형파를 오프셋(Offset)으로 하는 데이터전압이 출력된다. 따라서 구형파에 동기되어 높낮이가 변경되는 데이터전압은 교번 공통전압과 동위상이어서 오프셋 전압인 구형파가 추가되었다고 하더라고 기존의 감마전압과 공통전압과의 차이는 그대로 유지될 수 있다. 따라서 저항 스트링부(75)에서 생성되는 데이터전압도 감마전압 생성부(72)에서와 동일하게 구형파를 오프셋으로 하는 데이터전압이므로, 오프셋 전압이 인가되기 전의 공통전압과 데이터전압과의 차이가 동일하게 유지되어 화질에는 이상이 없게 된다.
도 8은 공통전압 생성부의 또 다른 실시예이다. 도 8을 참조하면, 도 7의 실시예에서 R5 및 R6의 교점에 접속된 공통전압버퍼(73a)가 제거된다. 대신에 공통전압 생성부(73)는 제3가산기(73b)를 포함한다. 도 8의 실시예에서는 교번파형 발생기(70)에서 발생된 구형파와 기준전압(Vref)이 제3가산기(73b)에서 합산된다. 일예로서, 기준전압은 도 7의 실시예에서와 같이 6V이고, 이는 교번 신호가 인가되기 전의 공통전압 레벨에 해당하는 전압이다. 도 8과 같이 공통전압 생성부(73)를 구성하면, R1 내지 R10으로 인한 신호지연을 방지하고 R1 내지 R10의 저항값의 차이로 인한 공통전압의 레벨변화를 방지할 수 있다.
도 9a 및 9b는 교번 공통전압을 생성하는 또 다른 실시예를 보여준다. 도 9a는 정방향의 감마전압 생성부(72)에 인가되는 신호를 생성하는 교번전압 생성부(71c)를 보여준다. 교번전압 생성부(71c)는 12V 및 16V의 Vdd 전압을 직접 교번하여 출력한다. 도 9b는 부방향의 감마전압 생성부(72)에 인가되는 신호를 생성하는 교번전압 생성부(71d)를 보여준다. 이 교번전압 생성부(71d) 역시 0V 및 4V의 Gnd 전압을 직접 교번하여 출력한다. 이러한 구성은 사전에 정의된 교번 신호가 없이도 원하는 교번 신호를 직접 생성한다는 것이므로 회로가 단순해질 수 있다.
교번되는 파형은 삼각파나 사인파 또는 구형파 등 파형의 종류에 무관하다. 이는 터치 검출 등과 같은 제2의 목적에 따라 결정된다. 터치 검출에는 구형파를 인가하는 것이 더 유리하다.
도 10은 본 발명에서 공통전압 및 데이터전압을 교번하는 예를 보인 파형도이다. 도 10을 참조하면, 각 게이트라인별로 반전되는 공통전압이 실선으로 도시되어 있다. 도시된 예에서 공통전압은 6V와 10V로 교번된다. 여기에 규정된 전압은 단지 일실시예이며 기준전압의 크기나 교번하는 전압의 크기는 다양하게 결정될 수 있다. 도 7의 실시예에서 저항 스트링부(75)로부터 출력되는 데이터전압은 각각의 공통전압을 기준으로 도트 반전된다. 데이터전압의 반전은 액정에 인가되는 전압의 극성이 정방향 또는 부방향인가에 따라 결정된다.
일실시예로서, 데이터전압이 공통전압과 3V의 차이를 갖도록 반전된다. 즉, 공통전압이 10V의 크기를 가질 때, 데이터전압은 정방향일때는 13V이고 부방향일때는 7V로 출력된다. 공통전압이 6V일 때는 정방향의 데이터전압이 9V이고 부방향의 데이터전압이 3V이다.
따라서 본 발명에서 공통전압을 교번하여 공급하여도, 공통전압에 대한 데이터전압의 극성 반전 및 두 전압간의 차이는 종래 공통전압이 DC로 제공되는 도트 인버전 방식과 동일하게 유지된다. 이는 교번 공통전압을 발생시켜도 화질의 저하가 발생하지 않는다는 것을 의미한다.
도 11 및 12는 액정패널의 공통전압이 교번하는 것을 이용하여 터치를 검출하는 예를 보인 것이다. 도 11 및 12의 실시예는 본 출원인의 특허출원 제10-2010-86574호에 포함되어 있다.
도 11은 터치 검출수단을 예시한 회로도이고, 도 12는 터치스크린패널의 구성을 보인 단면도이다. 도 11을 참조하면, 터치 검출수단은 센서패턴(10)과, 충전 수단(12)과, 레벨시프트 검출부(14)로 구성된다. 센서패턴(10)은 터치입력 검출을 위해 패터닝 된 전극으로서, 신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성한다. 도 12에 도시한 바와 같이 센서패턴(10)은 터치스크린패널을 구성하는 기판(50)의 상면에 형성된다. 도시하지 않았지만, 센서패턴(10)은 기판(50)의 하면에 형성될 수도 있다.
센서패턴(10)은 표시장치(200)의 위에 터치스크린패널이 올려지는 경우에 투명도전체로 형성된다. 예컨대, 센서패턴(10)은 ITO(Indium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), CNT(Carbon Nano Tube), IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 투명 물질 또는 이와 유사한 도전특성을 갖는 투명 물질로 형성된다. 만약, 표시장치(200)의 위가 아닌 터치 키보드, 터치패드 등의 터치스크린패널에서는 센서패턴(10)은 메탈(metal) 등으로 형성될 수도 있다.
센서패턴(10)은 다양한 형태로 패터닝 될 수 있다. 예컨대, 기판(50)의 액티브영역에서 고립된 섬(island)들이 매트릭스 형태로 배열되는 도트 매트릭스 형태이거나, 선형의 패턴들이 기판(50)을 종횡하도록 배열될 수 있다. 센서패턴(10)의 형태는 터치스크린패널의 유형 및 종류에 따라 다양하게 설계될 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이 표시장치(200)는 공통전극(220)을 갖는다. 그리고, 이 표시장치(200)는 도트 인버전 방식의 액정패널이다. 그렇지만, 공통전극(220)에는 앞서 도 7 내지 10에서 살펴본 바와 같이 교번하는 공통전압이 인가된다. 액정패널은 기본적으로 하측의 TFT기판(205)과 상측의 칼라필터(215) 사이에 액정이 봉입되어 액정층(210)을 형성하는 구조를 갖는다. 액정의 봉입을 위하여 TFT기판(205)과 칼라필터(215)는 그 외곽부에서 실런트(230)에 의해 접합된다. 도시하지 않았지만, 액정패널의 상하로는 편광판이 부착되며, 그밖에도 BLU(Back Light Unit)와, BEF(Brightness Enhancement Film) 등과 같은 광학시트들이 설치된다.
터치스크린패널의 기판(50)은 그 외곽부에서 DAT(Double Adhesive Tape) 등과 같은 접착부재(57)를 매개로 표시장치(200)의 상부에 부착된다. 그리고 기판(50)과 표시장치(200) 사이에는 에어갭(58)이 형성된다. 물론, 다른 접착수단을 통해 터치스크린패널이 표시장치(200)에 부착될 수도 있다. 또한 터치스크린패널은 표시장치 내에 내재화 될 수도 있을 것이다.
도시한 바와 같이, 센서패턴(10)과 표시장치(200)의 공통전극(220) 사이에는 공통전극정전용량(Cvcom)이 형성된다. 만약 센서패턴(10)에 어떤 충전신호를 인가하면 충전된 전압에 의해 공통전극정전용량(Cvcom)은 소정의 전압 레벨을 갖게 된다. 이때, 공통전극정전용량(Cvcom)의 일단은 공통전극(220)과 접지되어 있으므로, 공통전극(220)에 인가되는 교번 전계에 의해 공통전극정전용량(Cvcom)의 타단인 센서패턴(10)에서의 전위는 변동할 것이다. 즉, 센서패턴(10)의 전위는 공통전극정전용량(Cvcom)에 의해 전압변동 한다.
한편, 상술한 Ct 및 Cvcom 등은 커패시터의 이름 및 크기를 동시에 표현하는 기호로서, 예컨대 "Ct"는 Ct라는 이름을 가진 커패시터를 의미하는 동시에 Ct라는 크기의 커패시턴스를 의미한다.
충전 수단(12)은 센서패턴(10)에 충전신호를 필요한 시점에 선택적으로 공급하는 수단이다. 충전 수단(12)은 온/오프 제어단자에 공급되는 제어신호에 따라 스위칭동작을 수행하는 3단자형의 스위칭소자이거나, 제어신호에 따라 신호를 공급하는 OP-AMP 등의 선형소자이다.
도 11의 회로도를 참조하면, 충전 수단(12)의 출력단자에는 센서패턴(10)에 작용하는 Ct와 Cvcom이 연결된다. 따라서 충전 수단(12)을 턴 온 시킨 상태에서 입력단자에 임의의 전압이나 전류 등의 충전신호를 인가하면 Ct와 Cvcom이 충전된다. 이때, 도시하지 않은 기생정전용량(Cp;Parastic Capacitance) 역시 충전될 것이다. 이후 만약 충전 수단(12)을 턴 오프 시키면, Ct 및 Cvcom 등에 충전된 신호를 별도로 방전시키지 않는 한 충전된 신호는 고립된다. 충전된 신호를 안정적으로 고립시키기 위해서, 도 11에서와 같이 레벨시프트 검출부(14)의 입력단은 하이 임피던스(Hi-impedance 또는 Hi-z)를 갖는다. 만약 Ct 및 Cvcom에 충전된 신호를 방전시키면서 터치입력을 관찰하거나, 다른 수단으로 충전 신호를 고립시키거나, 방전 개시 시점에서 신속하게 신호를 관찰한다면, 레벨시프트 검출부(14)의 입력단이 반드시 Hi-z이어야 하는 것은 아니다.
레벨시프트 검출부(14)는 센서패턴(10)에서의 신호 레벨이 시프트 되는지 여부를 검출한다. 바람직하게는, 레벨시프트 검출부(14)는 터치 미발생시(즉, Ct가 형성되지 않을 때의) 센서패턴(10)에서의 전압변동에 대비하여, 터치 발생시(즉, Cvcom에 Ct가 병렬로 부가될 때의) 센서패턴(10)에서의 전압변동에 레벨시프트가 발생하는지를 검출하여 터치신호를 획득한다. 레벨시프트 검출부(14)는 다양한 소자 또는 회로구성을 가질 수 있다. 예컨대, 레벨시프트 검출부(14)는 증폭기, ADC(Analogue to Digital Converter), VFC(Voltage to Frequency Converter), 플립플롭(Flip-Flop), 래치(Latch), 버퍼(Buffer), TR(Transistor), TFT(Thin Film Transistor), 비교기 등으로 구성되거나 이러한 구성요소들의 조합으로 구성될 수 있다.
도 12를 참조하면, 손가락(25)과 센서패턴(10) 사이에는 터치정전용량(Ct)이 형성되며, 센서패턴(10)과 공통전극(220) 사이에는 공통전극정전용량(Cvcom)이 형성된다. 도 12에서 은선으로 표시된 것은 센서패턴(10)을 보호하기 위한 평탄층(24)이며, 만약 기판(50)의 상면에 강화 글래스 등과 같은 보호패널이 부착되면 위와 같은 평탄층(24)은 제거될 수 있다.
터치 미발생시 Cvcom에 의한 센서패턴(10)에서의 전압변동은 다음의 <수식1>에 의해 결정된다.
<수식1>
Figure 112010060885912-pat00001
터치 발생시 Cvcom에 Ct가 병렬로 부가되므로, 센서패턴(10)에서의 전압변동은 다음의 <수식2>에 의해 결정된다.
<수식2>
Figure 112010060885912-pat00002
위 <수식1> 및 <수식2>에서,
Figure 112010060885912-pat00003
는 센서패턴(10)에서의 전압변동분이며,
Figure 112010060885912-pat00004
는 공통전극(220)의 하이 레벨 전압이며,
Figure 112010060885912-pat00005
는 공통전극(220)의 로우 레벨 전압이며,
Figure 112010060885912-pat00006
은 공통전극정전용량이며,
Figure 112010060885912-pat00007
는 기생정전용량이며,
Figure 112010060885912-pat00008
는 터치정전용량이다.
레벨시프트 검출부(14)는 위와 같은 <수식1>과 <수식2>를 이용하여 센서패턴(10)에서의 레벨시프트를 검출하며, 이에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
위 수식들에서 VcomH 및 VcomL는 쉽게 설정할 수 있는 값이다. 그리고 Cvcom은 다음의 <수식3>으로부터 얻을 수 있다.
<수식3>
Figure 112010060885912-pat00009
<수식3>에서
Figure 112010060885912-pat00010
은 센서패턴(10)과 공통전극(220) 사이에 존재하는 매질의 유전율이다. 예컨대, 글래스의 경우 비유전율이 3~5이므로, 여기에 진공의 유전율을 곱한 값으로부터 기판(50)의 유전율을 얻을 수 있다. 또한 이와 같은 방식으로 다른 매질의 유전율도 얻을 수 있다.
Figure 112010060885912-pat00011
은 센서패턴(10)과 공통전극(220)의 대형면적이므로 쉽게 구할 수 있다. 도 7의 예에서와 같이 공통전극(220)이 칼라필터(215)의 하면 전체에 걸쳐 형성된 경우, 대향면적
Figure 112010060885912-pat00012
은 센서패턴(10)의 면적에 의해 결정된다. 또한,
Figure 112010060885912-pat00013
은 센서패턴(10)과 공통전극(220)간 거리이므로, 매질의 두께에 해당된다.
여기서, 도 7을 참조하면, 센서패턴(10)과 공통전극(220) 사이에는 복수의 매질이 존재한다. 도시된 예에서는 기판(50), 에어갭(58) 및 칼라필터(215)가 존재한다. 실제로는 여기에 편광판, BEF 등이 더 존재한다. 도시한 바와 같이 복수의 매질이 존재할 때, Cvcom은 유전체 각각의 대향면에서 발생하는 커패시터들이 직렬 연결된 것과 같으므로, 이로부터 Cvcom을 구할 수 있다.
살펴 본 바와 같이 Cvcom은 쉽게 구할 수 있는 값인 동시에, 설정할 수 있는 값이다.
Ct는 다음의 <수식4>로부터 얻을 수 있다.
<수식4>
Figure 112010060885912-pat00014
<수식4>에서
Figure 112010060885912-pat00015
은 센서패턴(10)과 손가락(25) 사이의 매질로부터 얻을 수 있다. 만약, 도 7에서 기판(50)의 상면에 강화 글래스를 부착한다면, 강화 글래스의 비유전율에 진공의 유전율을 곱한 값으로부터 유전율
Figure 112010060885912-pat00016
을 얻을 수 있다.
Figure 112010060885912-pat00017
는 센서패턴(10)과 손가락(25)의 대향면적에 해당한다. 만약 손가락(25)이 어떤 센서패턴(10)을 모두 덮고 있다면
Figure 112010060885912-pat00018
는 센서패턴(10)의 면적에 해당한다. 만약 손가락(25)이 센서패턴(10)의 일부를 덮고 있다면
Figure 112010060885912-pat00019
는 센서패턴(10)의 면적에서 손가락(25)과 대향하지 않은 면적만큼 줄어들 것이다. 또한,
Figure 112010060885912-pat00020
는 센서패턴(10)과 손가락(25)간 거리이므로, 기판(50) 상면에 올려진 강화 글래스 또는 평탄층(24) 등의 두께에 해당할 것이다.
살펴 본 바와 같이 Ct 역시 쉽게 구할 수 있는 값인 동시에, 기판(50) 상부에 올려지는 보호패널 또는 평탄층(24) 등을 이용하여 쉽게 설정할 수 있는 값이다. 특히, <수식4>에 의하면 Ct는 손가락(25)과 센서패턴(10)의 대향면적에 비례하므로, 이로부터 센서패턴(10)에 대한 손가락(25)의 터치 점유율을 연산할 수 있다.
도 11 및 12는 교번 공통전압을 이용하여 터치를 검출하는 일예를 언급한 것일 뿐이며, 본 발명에 따라 도트 인버전 방식의 액정패널을 구동하는 방법 및 장치는 도 11 및 12와 같은 실시예와 다른 터치 검출에서도 사용될 수 있다. 또한, 터치 검출이 아닌 다른 용도에서도 교번 공통전압을 이용할 필요가 있다면, 본 발명이 이용될 수 있을 것이다.
이와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
10 : 센서패턴 12 : 충전 수단
14 : 레벨시프트 검출부 24 : 평탄층
25 : 손가락 50 : 기판
57 : 접착부재 58 : 에어갭
70 : 교번파형 발생기 71a : 제1가산기
71b : 제2가산기 71c, 71d : 교번전압 생성부
72 : 감마전압 생성부 72a : 감마버퍼
73 : 공통전압 생성부 73a : 공통전압버퍼
73b : 제3가산기 75 : 저항 스트링부
200 : 표시장치 205 : TFT기판
210 : 액정층 215 : 칼라필터
220 : 공통전극 230 : 실런트

Claims (11)

  1. 감마전압 생성부에서 생성되는 공통전압을 기준으로 데이터전압을 반전 구동하는 도트 인버전 방식의 액정패널 구동 방법에 있어서,
    (a) 교번 신호를 발생시키는 단계;
    (b) 교번 신호에 서로 다른 전위의 신호를 가산하여 감마전압 생성부(72) 및 공통전압 생성부(73)의 입력단에 인가하는 단계;
    (c) 공통전압 생성부(73)에서 생성된 교번 공통전압을 공통전극(220)에 인가하는 단계; 및
    (d) 감마전압 생성부(72)에서 공통전압을 기준으로 극성이 반전되는 데이터전압을 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 도트 인버전 방식의 액정패널 구동 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 공통전압은 각 게이트라인마다 위상이 반전되는 것을 특징으로 하는 도트 인버전 방식의 액정패널 구동 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 데이터전압은 상기 공통전압을 기준으로 각 도트별로 반전되는 것을 특징으로 하는 도트 인버전 방식의 액정패널 구동 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 교번 신호는 교번하는 구형파인 것을 특징으로 하는 도트 인버전 방식의 액정패널 구동 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 교번 신호는 정방향 및 부방향으로 교번하는 것을 특징으로 하는 도트 인버전 방식의 액정패널 구동 방법.
  6. 감마전압 생성부에서 생성되는 공통전압을 기준으로 데이터전압을 반전 구동하는 도트 인버전 방식의 액정패널 구동 장치에 있어서,
    교번 신호를 발생시키는 교번신호 발생수단;
    상기 교번 신호에 서로 다른 전위의 신호를 가산하는 교번신호 가산수단;
    상기 교번신호 가산수단으로부터 교번 신호를 공급받아 교번 공통전압을 생성하고 생성된 공통전압을 공통전극(220)측에 인가하는 공통전압 생성부(73); 및
    상기 교번신호 가산수단으로부터 교번 신호를 공급받으며, 상기 공통전압 생성부(73)에서 생성된 공통전압을 기준으로 극성이 반전되는 데이터전압을 생성하는 감마전압 생성부(72);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 도트 인버전 방식의 액정패널 구동 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 교번신호 발생수단은 교번하는 구형파를 발생시키는 교번파형 발생기(70)인 것을 특징으로 하는 도트 인버전 방식의 액정패널 구동 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 교번신호 가산수단은 상기 교번파형 발생기(70)의 출력신호와 Vdd 신호를 가산하여 상기 감마전압 생성부(72)의 일측 입력단에 전달하는 제1가산기(71a)와, 상기 교번파형 발생기(70)의 출력신호와 Gnd 신호를 가산하여 상기 감마전압 생성부(72)의 타측 입력단에 전달하는 제2가산기(71b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 도트 인버전 방식의 액정패널 구동 장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 공통전압은 각 게이트라인마다 위상이 반전되는 것을 특징으로 하는 도트 인버전 방식의 액정패널 구동 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 데이터전압은 상기 공통전압을 기준으로 각 도트별로 반전되는 것을 특징으로 하는 도트 인버전 방식의 액정패널 구동 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 교번 신호는 정방향 및 부방향으로 교번하는 것을 특징으로 하는 도트 인버전 방식의 액정패널 구동 장치.
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