KR101495347B1 - 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터치 인식의 알고리즘을 단순화함과 아울러 터치 인식의 신뢰성을 높이도록 한 액정표시장치에 관한 것이다.
이 액정표시장치는 게이트라인들과 데이터라인들의 교차 영역마다 화소 회로와 터치 여부에 따라 광전류를 다르게 발생하는 터치 센서 회로를 포함하는 다수의 화소들을 가지며, 제1 기간 동안 노멀 데이터(RGB)를 표시하고 상기 제1 기간에 이은 제2 기간 동안 블랙 데이터(BD)를 표시하는 액정표시패널; 상기 제1 기간 및 상기 제2 기간 동안 상기 액정표시패널의 배면에 광을 조사하기 위한 백라이트 유닛;상기 터치 센서 회로로부터의 광전류를 광감지 데이터로 변환하는 리드아웃 집적회로; 하나의 메모리를 포함하고, 상기 제1 기간 동안 상기 리드아웃 집적회로로부터 공급되는 광감지 데이터를 상기 메모리에 저장한 후, 상기 메모리에 저장된 광감지 데이터와 상기 제2 기간 동안 상기 리드아웃 집적회로로부터 공급되는 광감지 데이터 간의 차값을 추출하여 외부광의 영향이 배제된 터치 위치정보를 발생하는 터치 위치정보 검출회로; 및 상기 터치 위치정보를 터치 인식 알고리즘에 적용하여 터치 인식을 위한 프로세서 과정을 수행하는 시스템을 구비하고; 상기 메모리는 상기 제1 기간 동안 상기 리드아웃 집적회로로부터 공급되는 광감지 데이터만을 저장하고, 상기 제2 기간 동안 상기 리드아웃 집적회로로부터 공급되는 광감지 데이터는 저장하지 않는다.
터치 센서, BDI, 외부광, 알고리즘, 단순화, 백라이트, 점멸

Description

액정표시장치{Liquid Crystal Display Device}
본 발명은 터치 패널 인 셀(Touch Panel In Cell) 방식의 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 터치 인식의 알고리즘을 단순화함과 아울러 터치 인식의 신뢰성을 높이도록 한 액정표시장치에 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. 특히, 액정셀마다 스위칭소자가 형성된 액티브 매트릭스(Active Matrix) 타입의 액정표시장치는 스위칭소자의 능동적인 제어가 가능하기 때문에 동영상 구현에 유리하다.
액티브 매트릭스 타입의 액정표시장치에 사용되는 스위칭소자로는 도 1과 같 이 주로 박막트랜지스터(Thin Film Transistor; 이하 "TFT"라 한다)가 이용되고 있다.
도 1을 참조하면, 액티브 매트릭스 타입의 액정표시장치는, 디지털 비디오 데이터를 감마기준전압을 기준으로 아날로그 데이터전압으로 변환하여 데이터라인(DL)에 공급함과 동시에 스캔펄스를 게이트라인(GL)에 공급하여, 데이터전압을 액정셀(Clc)에 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.
한편, 액정표시장치는 수동 발광 소자로서, 액정표시패널의 배면에 배치된 백라이트유닛으로부터 발생되는 백라이트를 이용하여 화면의 휘도를 조절한다.
최근, 이러한 액정표시장치 상에 터치스크린 패널(Touch Screen Panel)을 부착하는 기술이 제안된 바 있다. 터치스크린 패널은 일반적으로 표시장치상에 부착되어 손가락 또는 펜과 같은 불투명 물체와 접촉되는 터치지점에서 전기적인 특성 이 변하여 그 터치지점을 감지하는 유저 인터페이스를 말한다. 터치 스크린 패널이 부착된 액정 표시 장치는 사용자의 손가락 또는 터치 펜(touch pen) 등이 화면에 접촉될 때, 그 접촉 위치 정보를 검출하고 검출된 정보에 기반하여 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 증가라는 여러가지 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 터치 패널 인 셀 방식이 제안되고 있다. 터치 센서 회로는 외부로부터 입사되는 광량 변화에 따라 광전류(i)를 다르게 발생하는 센서 TFT, 광전류(i)에 의한 전하들을 저장하는 센서 커패시터(Cst2), 및 센서 커패시터(Cst2)에 저장된 전하들의 출력을 스위칭하는 스위치 TFT를 포함한다. 센서 TFT의 게이트전극에는 자신의 문턱전압 이하의 전압으로 설정된 바이어스 전압(Vbias)이 공급된다. 터치 센서 회로는, 백라이트보다 어두운 조도 환경(실내 환경)에서는 터치된 부분에 대응되는 센서 TFT의 광전류가 터치되지 않은 부분에 대응되는 센서 TFT의 광전류에 비해 큰 반면, 백라이트보다 밝은 조도 환경(실외 환경)에서는 터치된 부분에 대응되는 센서 TFT의 광전류가 터치되지 않은 부분에 대응되는 센서 TFT의 광전류에 비해 작은 것을 이용하여, 터치 또는 미 터치 된 부분에서의 광감지신호를 서로 다르게 발생한다. 액정표시장치는 이 터치 센서 회로의 광감지신호에 기반하여 동작되 는 터치 인식 알고리즘을 이용하여 사용자의 손가락 등의 접촉 위치정보를 알아낼 수 있게 된다.
도 3은 종래 터치 패널 인 셀 방식의 액정표시장치에서 터치된 부분을 센싱한 일 결과를 보여준다. 도 3에서 "A" 는 손가락에 의한 터치 지점을, "B" 는 손가락에 의해 외부광이 차단되는 부분을, "C" 는 외부광에 노출되는 부분을 각각 나타낸다. 여기서, "A" 는 터치로 인한 백라이트 광의 반사에 의해 "B" 보다 밝은 데이터값을 갖는다.
그런데, 이러한 터치 패널 인 셀 방식의 액정표시장치는 터치 된 부분을 추출하기 위해 "A" 외에 "C" 까지 모두 알고리즘에 적용하기 때문에 터치 인식 알고리즘의 복잡화를 초래한다. 또한, 이러한 터치 패널 인 셀 방식의 액정표시장치는 터치 된 부분을 추출하기 위해 "A" 외에 "C" 까지 모두 알고리즘에 적용하기 때문에 "A" 와 "C" 의 데이터값이 유사한 경우 즉, "A" 와 "C" 의 밝기가 유사한 경우 터치 인식의 신뢰성이 저하된다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 터치 인식의 알고리즘을 단순화함과 아울러 터치 인식의 신뢰성을 높이도록 한 액정표시장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치는 게이트라인들과 데이터라인들의 교차 영역마다 화소 회로와 터치 여부에 따라 광전류를 다르게 발생하는 터치 센서 회로를 포함하는 다수의 화소들을 가지며, 제1 기간 동안 노멀 데이터(RGB)를 표시하고 상기 제1 기간에 이은 제2 기간 동안 블랙 데이터(BD)를 표시하는 액정표시패널; 상기 제1 기간 및 상기 제2 기간 동안 상기 액정표시패널의 배면에 광을 조사하기 위한 백라이트 유닛; 상기 터치 센서 회로로부터의 광전류를 광감지 데이터로 변환하는 리드아웃 집적회로; 하나의 메모리를 포함하고, 상기 제1 기간 동안 상기 리드아웃 집적회로로부터 공급되는 광감지 데이터를 상기 메모리에 저장한 후, 상기 메모리에 저장된 광감지 데이터와 상기 제2 기간 동안 상기 리드아웃 집적회로로부터 공급되는 광감지 데이터 간의 차값을 추출하여 외부광의 영향이 배제된 터치 위치정보를 발생하는 터치 위치정보 검출회로; 및 상기 터치 위치정보를 터치 인식 알고리즘에 적용하여 터치 인식을 위한 프로세서 과정을 수행하는 시스템을 구비하고; 상기 메모리는 상기 제1 기간 동안 상기 리드아웃 집적회로로부터 공급되는 광감지 데이터만을 저장하고, 상기 제2 기간 동안 상기 리드아웃 집적회로로부터 공급되는 광감지 데이터는 저장하지 않는다.
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본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 구동방법은 터치 인식의 알고리즘을 단순화할 수 있음과 아울러 터치 인식의 신뢰성을 크게 높일 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도 4 내지 도 12를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치를 나타내는 블럭도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 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(P)들이 배치되며 블랙 데이터(BD) 삽입 방식에 의해 임펄스 구동되는 액정표시패널(10) 과, 데이터라인들(D1 내지 Dm)에 데이터전압을 공급하기 위한 데이터 구동회로(20)와, 게이트라인들(G1 내지 Gn)에 스캔펄스를 공급하기 위한 게이트 구동회로(30)와, 데이터 구동회로(20) 및 게이트 구동회로(30)의 구동 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 콘트롤러(40)와, 터치 센서 회로의 구동에 필요한 구동전압을 구동전압 공급라인들(VL1 내지 VLn)에 공급하는 구동전압 공급회로(50)와, 액정표시패널(10)의 배면에 광을 조사하기 위한 백라이트 유닛(60)과, 터치 센서 회로로부터의 광전류를 광감지 데이터(LSdata)로 변환하는 리드아웃 집적회로(70)와, 임펄스 구동을 위해 타이밍 콘트롤러(40)로부터 발생되는 제1 및 제2 게이트 스타트 펄스(GSP1,GSP2)와 리드아웃 집적회로(70)로부터의 광감지 데이터(LSdata)를 이용하여 외부광의 영향이 배제된 터치 위치정보(XY)를 발생하는 터치 위치정보 검출회로 (80)와, 터치 위치정보(XY)를 터치 인식 알고리즘에 적용하여 터치 인식을 위한 프로세서 과정을 수행하는 시스템(90)을 구비한다.
액정표시패널(10)은 컬러필터를 포함하는 상부기판과, 화소 회로 및 터치 센서 회로를 포함하는 화소(P)들이 형성되는 하부기판과, 상부기판과 하부기판 사이에 협지되는 액정층을 구비한다.
이 액정표시패널(10)의 하부기판 상에는 다수의 데이터라인들(D1 내지 Dm)과 다수의 게이트라인들(G0 내지 Gn)이 직교되고 또한, 게이트라인들(G0 내지 Gn)과 평행한 다수의 구동전압 공급라인들(VL1 내지 VLn), 게이트라인들(G0 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 교차 부에는 도 8과 같은 화소 TFT(TFT1), 액정셀들(Clc) 및 스토리지 커패시터(Cst1)를 포함하는 화소 회로(P1)가 형성되고, 구동전압 공급라인들(VL1 내지 VLn)과 리드아웃라인들(ROL1 내지 ROLm)의 교차부에는 도 8과 같은 센서 TFT(S-TFT), 센서 커패시터(Cst2) 및 스위치 TFT(TFT2)를 포함하는 터치 센서 회로(P2)가 형성된다. 구동전압 공급라인들(VL1 내지 VLn) 각각은 터치 센서 회로(P2)에 고전위 구동전압을 공급하기 위한 공급라인과, 터치 센서 회로(P2)에 바이어스 전압을 공급하기 위한 공급라인을 포함한다. 터치 센서 회로(P2)는 손가락 등과 같은 불투명 물체(이하 "손가락" 이라 함)의 터치 여부에 따라 광전류를 다르게 발생하고, 이 광전류를 리드아웃라인들(ROL1 내지 ROLm)을 통해 리드아웃 집적회로(70)로 공급한다.
액정표시패널(10)의 상부기판 상에는 화소(P)들 간 경계부를 가려주기 위한 블랙 매트릭스가 형성된다. 액정층을 사이에 두고 화소전극과 대향하여 공통전압이 공급되는 공통전극은 TN(Twisted Nematc) 모드 및 VA(Vertical Alignment) 모드와 같은 수직 전계 모드에서는 상부기판에 형성되고, IPS(In Plane Switching) 모드와 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같은 수평 전계 모드에서는 하부기판 상에 형성된다.
데이터 구동회로(20)는 타이밍 콘트롤러(40)로부터의 데이터 제어신호(DDC)에 응답하여 노멀 데이터(RGB)와 블랙 데이터(BD)를 감마기준전압 발생부(미도시)로부터의 감마기준전압들(GMA)을 기반하여 아날로그 감마보상전압으로 변환하고, 그 아날로그 감마보상전압을 데이터전압으로써 액정표시패널(10)의 데이터라인들(D1 내지 Dm)에 공급한다.
게이트 구동회로(30)는 타이밍 콘트롤러(40)로부터의 게이트 제어신호(GDC)에 응답하여 스캔펄스를 발생하고 그 스캔펄스를 게이트라인들(G1 내지 Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터전압이 공급되는 액정표시패널(10)의 수평라인을 선택한다.
타이밍 콘트롤러(40)는 임펄스 구동을 위한 블랙 데이터(BD)를 생성하고, 이 블랙 데이터(BD)와 시스템(90)으로부터의 노멀 데이터(RGB)를 액정표시패널(10)에 맞게 재정렬하여 데이터 구동회로(20)에 공급한다. 그리고, 타이밍 콘트롤러(40)는 시스템(90)으로부터의 타이밍 제어신호들(Vsync, Hsync, DCLK, DE)을 이용하여 데이터 구동회로(20)를 제어하기 위한 데이터 제어신호(DDC)와, 게이트 구동회로(30)를 제어하기 위한 게이트 제어신호(GDC)를 생성한다.
데이터 제어신호(DDC)는 라이징(Rising) 또는 폴링(Falling) 에지에 기준하여 데이터 구동회로(20) 내에서 데이터의 래치동작을 지시하는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock : SSC), 데이터 구동회로(20)의 출력을 지시하는 소스 출력 인에이블신호(SOE), 및 액정표시패널(10)의 액정셀들(Clc)에 공급될 데이터전압의 극성을 지시하는 극성제어신호(POL) 등을 포함한다.
게이트 제어신호(GDC)는 한 화면이 표시되는 1 프레임기간 중에서 스캔이 시작되는 시작 수평라인을 지시하는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse : GSP), 게이트 구동회로(30) 내의 쉬프트 레지스터에 입력되어 게이트 스타트 펄스(GSP)를 순차적으로 쉬프트시키기 위한 타이밍 제어신호로써 화소 TFT의 온(ON) 기간에 대응하는 펄스폭으로 발생되는 게이트 쉬프트 클럭신호(Gate Shift Clock : GSC), 및 게이트 구동회로(30)의 출력을 지시하는 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable : GOE) 등을 포함한다. 여기서, 게이트 스타트 펄스(GSP)는 도 5에 도시된 바와 같이, 1 프레임기간 중에서 노멀 데이터(RGB)의 스캔 시작 수평라인을 지시하는 제1 게이트 스타트 펄스(GSP1)와, 블랙 데이터(BD)의 스캔 시작 수평라인을 지시하는 제2 게이트 스타트 펄스(GSP2)를 포함한다.
구동전압 공급회로(50)는 터치 센서 회로(P2)의 구동에 필요한 고전위 구동전압과 바이어스 전압을 발생하여 구동전압 공급라인들(VL1 내지 VLn)에 공급한다.
백라이트 유닛(60)은 액정표시패널(10)의 배면에서 액정표시패널(116)과 중첩되게 설치되는 다수의 램프들을 구비한다. 백라이트 유닛(60)에 사용되는 램프는 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp; CCFL), 외부전극형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp; EEFL), 열음극형광램프(Heat Cathode Fluorescent Lamp; HCFL) 중 어느 하나일 수 있다. 램프들은 인버터(미도시)의 구동에 의해 액정표시패널(10)의 배면에 광을 조사한다. 한편, 백라이트 유닛(60)은 램프들 대신에 또는 램프들과 함께 다수의 발광다이오드들을 구비할 수도 있다.
리드아웃 집적회로(70)는 액정표시패널(10)의 리드아웃라인들(ROL1 내지 RLOm)에 각각 접속되는 다수의 회로들을 포함하며, 리드아웃라인들(ROL1 내지 RLOm)로부터의 광전류를 디지털 신호인 광감지 데이터(LSdata)로 변환하여 터치 위치정보 검출회로(80)에 공급한다.
터치 위치정보 검출회로(80)는 임펄스 구동을 위해 타이밍 콘트롤러(40)로부터 발생되는 제1 및 제2 게이트 스타트 펄스(GSP1,GSP2)와 리드아웃 집적회로(70)로부터의 광감지 데이터(LSdata)를 이용하여 외부광의 영향이 배제된 터치 위치정 보(XY)를 발생한다. 이를 위해, 터치 위치정보 검출회로(80)는 도 6에 도시된 바와 같이, RGB 스캔 저장부(82), BD 스캔 저장부(84), 및 차값 추출부(86)를 구비한다.
RGB 스캔 저장부(82)는 도 5와 같은 제1 게이트 스타트 펄스(GSP1)에 동기되는 제1 기간(T1) 동안, 리드아웃 집적회로(70)로부터 공급되는 광감지 데이터(LSdata)를 저장한다. 이러한 RGB 스캔 저장부(82)에 저장된 정보는 도 7a와 같다. 도 7a에서, "A" 는 손가락에 의한 터치 지점에 대한 정보를, "B" 는 손가락에 의해 외부광이 차단되는 부분에 대한 정보를, "C" 는 외부광에 노출되는 부분에 대한 정보를 각각 나타낸다.
BD 스캔 저장부(84)는 도 5와 같은 제2 게이트 스타트 펄스(GSP2)에 동기되는 제2 기간(T2) 동안, 리드아웃 집적회로(70)로부터 공급되는 광감지 데이터(LSdata)를 저장한다. 이러한 BD 스캔 저장부(84)에 저장된 정보는 도 7b와 같다. 도 7b에서, "B" 는 손가락에 의해 외부광이 차단되는 부분에 대한 정보를, "C" 는 외부광에 노출되는 부분에 대한 정보를 각각 나타낸다.
차값 추출부(86)는 RGB 스캔 저장부(82) 및 BD 스캔 저장부(84)로부터의 광감지 데이터들을 일대일로 비교하고, 그 결과 비교된 데이터들의 차값을 추출함으로써 외부광의 영향이 배제된 터치 위치정보(XY)를 발생한다. 이 추출된 차값 정보는 도 7c에 도시된 바와 같이 손가락에 의한 터치 지점에 대한 정보(A) 만을 포함한다.
한편, 터치 위치정보 검출회로(80)에서는 메모리 수 절감에 대응하기 위해 두 개의 메모리(82,84)가 하나의 메모리에 통합될 수도 있다. 이 통합된 메모리를 이용하여, 터치 위치정보 검출회로(80)는 먼저 제1 기간(T1) 동안 리드아웃 집적회로(70)로부터 공급되는 광감지 데이터(LSdata)를 저장한 후, 이 저장된 광감지 데이터(LSdata)로부터 제2 기간(T2) 동안 리드아웃 집적회로(70)로부터 공급되는 광감지 데이터(LSdata)를 감산하고, 이 차값을 제1 기간(T1) 동안 저장된 광감지 데이터(LSdata)에 오버 라이트(Overwrite) 할 수 있다.
시스템(90)은 인터페이스회로(미도시)를 통해 공급되는 외부로부터의 아날로그 영상 데이터를 디지털 노멀 데이터(RGB)로 변환하여 타이밍 콘트롤러(40)에 공급한다. 시스템(90)은 인터페이스회로로부터의 영상 데이터를 이용하여 복합 영상신호를 추출하고, 추출된 복합 영상신호를 이용하여 액정표시패널(10)의 해상도에 맞는 동기신호(H.V sync), 데이터 인에이블 신호(DE) 및 도트 클럭(DCLK)을 생성하여 타이밍 콘트롤러(40)에 공급한다.
특히, 시스템(90)은 터치 알고리즘 처리부(92)를 포함하여 터치 위치정보 검출회로(80)로부터 공급되는 터치 위치정보(XY)를 터치 인식 알고리즘에 적용함으로써, 터치 인식을 위한 프로세서 과정을 수행하며 그 수행 결과를 다시 액정표시패널(10)에 반영한다. 상술했듯이, 터치 위치정보(XY)에는 손가락에 의한 터치 지점에 대한 정보만이 포함되어 있으므로, 터치 알고리즘 처리부(92)에 내장된 터치 인식 알고리즘이 종래에 비해 크게 간소화될 수 있다. 또한, 터치 위치정보(XY)에는 손가락에 의한 터치 지점에 대한 정보만이 포함되어 있으므로, 터치 인식의 신뢰성 크게 향상될 수 있다.
도 8은 도 4에 도시된 화소(P)의 등가 회로도이다.
도 8을 참조하면, 화소(P)는 j 번째 게이트라인(Gj)과 j 번째 데이터라인(Dj)의 교차부에 형성되는 화소 회로(P1)와, j 번째 제1 공급라인(VLja) 및 j 번째 제2 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 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. 스토리지 커패시터(Cst1)는 화소 TFT(TFT1)의 드레인전극과 제2 공급라인(VLjb) 사이에 접속된다.
터치 센서 회로(P2)는 구동전압이 공급되는 기간 동안 터치 지점에 대응되는지 여부에 따라 광전류(i)를 다르게 발생하는 센서 TFT(S-TFT)와, 광전류(i)에 의한 전하들을 저장하는 센서 커패시터(Cst2), 및 센서 커패시터(Cst2)에 저장되어 있는 전하들을 리드아웃라인(ROLj)으로 스위칭하는 스위치 TFT(TFT2)를 구비한다.
센서 TFT(S-TFT)의 게이트전극은 제2 공급라인(VLjb)에 접속되고, 소스전극은 제1 공급라인(VLja)에 접속되며, 드레인전극은 제1 노드(N1)에 접속된다. 센서 TFT(S-TFT)의 게이트전극에는 자신의 문턱전압 이하의 전압으로 설정된 바이어스전압(Vbias)이 공급되고, 센서 TFT(S-TFT)의 소스전극에는 구동전압이 공급된다. 이러한 센서 TFT(S-TFT)는 화소 TFT(TFT1) 및 스위치 TFT(TFT2)와는 달리 상부기판의 블랙 매트릭스에 의해 가려지지 않기 때문에 외부로부터 입사되는 광에 반응하여 구동전압이 공급되는 기간 동안 광전류(i)를 발생하되, 터치 지점 여부에 따라 다른 크기의 광전류(i)를 발생한다. 다시 말해, 센서 TFT(S-TFT)는 백라이트보다 어두운 조도 환경(실내 환경)에서는 터치 지점에 대응되지 않을 때에 비해 터치 지점에 대응될 때에 큰 광전류(i)를 발생하는 반면, 백라이트보다 밝은 조도 환경(실외 환경)에서는 터치 지점에 대응되지 않을 때에 비해 터치 지점에 대응될 때에 작은 광전류(i)를 발생한다.
광전류(i)에 의한 전하들은 제1 노드(N1)와 제2 공급라인(VLjb) 사이에 접속된 센서 커패시터(Cst2)에 저장된다. 제1 노드의 전압(VN1)은 센서 커패시터(Cst2)에 저장되는 전하들에 의해, 스위치 TFT(TFT2)가 턴 온 될 때까지 점점 증가하게 된다. 제1 노드의 전압(VN1)은 구동전압이 공급되는 기간 동안 터치 지점에 대응되는지 여부에 따라 다른 크기를 갖는다. 다시 말해, 제1 노드의 전압(VN1)은 백라이트보다 어두운 조도 환경(실내 환경)에서는 터치 지점에 대응되지 않을 때에 비해 터치 지점에 대응될 때가 더 큰 값을 갖고, 백라이트보다 밝은 조도 환경(실외 환경)에서는 터치 지점에 대응되지 않을 때에 비해 터치 지점에 대응 될 때가 더 작은 값을 갖는다.
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 j-1 번째 게이트라인(Gj-1)에 공급되는 스캔펄스(SPj-1)에 응답하여 턴 온 됨으로써 제1 노드전압(VN1)을 광감지신호로써 리드아웃라인(ROLj)으로 출력한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치를 나타내는 블럭도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 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(P)들이 배치되는 액정표시패널(110)과, 데이터라인들(D1 내지 Dm)에 데이터전압을 공급하기 위한 데이터 구동회로(120)와, 게이트라인들(G1 내지 Gn)에 스캔펄스를 공급하기 위한 게이트 구동회로(130)와, 데이터 구동회로(120) 및 게이트 구동회로(130)의 구동 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 콘트롤러(140)와, 터치 센서 회로의 구동에 필요한 구동전압을 구동전압 공급라인들(VL1 내지 VLn)에 공급하는 구동전압 공급회로(150)와, 액정표시패널(110)의 배면에 순차적으로 점멸하는 광을 조사하기 위한 백라이트 유닛(160)과, 터치 센서 회로로부터의 광전류를 광감지 데이터(LSdata)로 변환하는 리드아웃 집적회로(170)와, 임펄스 구동을 위해 타이밍 콘트롤러(140)로부터 백라이트 제어신호(SBL)와 리드아웃 집적회로(170)로부터의 광감지 데이터(LSdata)를 이용하여 외부광의 영향이 배제된 터치 위치정보(XY)를 발 생하는 터치 위치정보 검출회로(180)와, 터치 위치정보(XY)를 터치 인식 알고리즘에 적용하여 터치 인식을 위한 프로세서 과정을 수행하는 시스템(190)을 구비한다.
액정표시패널(110) 및 구동전압 공급회로(150)는 도 4에 도시된 액정표시패널(10) 및 구동전압 공급회로(50)와 각각 실질적으로 동일하므로 이들에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
데이터 구동회로(120)는 타이밍 콘트롤러(140)로부터의 데이터 제어신호(DDC)에 응답하여 디지털 비디오 데이터(RGB)를 감마기준전압 발생부(미도시)로부터의 감마기준전압들(GMA)을 기반하여 아날로그 감마보상전압으로 변환하고, 그 아날로그 감마보상전압을 데이터전압으로써 액정표시패널(110)의 데이터라인들(D1 내지 Dm)에 공급한다.
게이트 구동회로(130)는 타이밍 콘트롤러(140)로부터의 게이트 제어신호(GDC)에 응답하여 스캔펄스를 발생하고 그 스캔펄스를 게이트라인들(G1 내지 Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터전압이 공급되는 액정표시패널(110)의 수평라인을 선택한다.
타이밍 콘트롤러(140)는 시스템(190)으로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 액정표시패널(110)에 맞게 재정렬하여 데이터 구동회로(120)에 공급한다. 그리고, 타이밍 콘트롤러(140)는 시스템(190)으로부터의 타이밍 제어신호들(Vsync, Hsync, DCLK, DE)을 이용하여 데이터 구동회로(120)를 제어하기 위한 데이터 제어신호(DDC)와, 게이트 구동회로(130)를 제어하기 위한 게이트 제어신호(GDC)와, 백라이트를 제어하기 위한 백라이트 제어신호(SBL)를 생성한다.
데이터 제어신호(DDC)는 라이징(Rising) 또는 폴링(Falling) 에지에 기준하여 데이터 구동회로(120) 내에서 데이터의 래치동작을 지시하는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock : SSC), 데이터 구동회로(120)의 출력을 지시하는 소스 출력 인에이블신호(SOE), 및 액정표시패널(110)의 액정셀들(Clc)에 공급될 데이터전압의 극성을 지시하는 극성제어신호(POL) 등을 포함한다.
게이트 제어신호(GDC)는 한 화면이 표시되는 1 프레임기간 중에서 스캔이 시작되는 시작 수평라인을 지시하는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse : GSP), 게이트 구동회로(130) 내의 쉬프트 레지스터에 입력되어 게이트 스타트 펄스(GSP)를 순차적으로 쉬프트시키기 위한 타이밍 제어신호로써 화소 TFT의 온(ON) 기간에 대응하는 펄스폭으로 발생되는 게이트 쉬프트 클럭신호(Gate Shift Clock : GSC), 및 게이트 구동회로(130)의 출력을 지시하는 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable : GOE) 등을 포함한다.
백라이트 제어신호(SBL)는 도 10 및 도 11과 같이 다수의 램프들(L1 내지 Lk)에 대응되는 다수의 제어신호들(SBL1 내지 SBLk)을 포함한다. 제어신호들(SBL1 내지 SBLk) 각각은 램프가 점등되는 제1 기간(T1)에 대응하여 하이 논리 레벨로 발생되는 점등 제어신호(BLon)와, 램프가 소등되는 제2 기간(T2)에 대응하여 로우 논리 레벨로 발생되는 소등 제어신호(BLoff)를 포함한다. 이러한 제어신호들(SBL1 내지 SBLk)은 일정한 위상 쉬프트 값을 가지고 순차적으로 발생된 후 램프들(L1 내지 Lk)에 일대일로 접속된 다수의 인버터(I1 내지 Ik)에 공급됨으로써 임펄스 구동을 구현한다.
백라이트 유닛(160)은 액정표시패널(110)의 배면에서 액정표시패널(116)과 중첩되게 설치되는 다수의 램프들을 구비한다. 백라이트 유닛(160)에 사용되는 램프는 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent; CCFL), 외부전극형광램프(External Electrode Flouscent; EEFL), 열음극형광램프(Heat Cathode Fluorescent; HCFL) 중 어느 하나일 수 있다. 램프들은 타이밍 콘트롤러(140)로부터의 백라이트 제어신호(SBL)에 응답하여 순차적으로 점멸되는 광을 액정표시패널(110)의 배면에 조사한다. 한편, 백라이트 유닛(160)은 램프들 대신에 또는 램프들과 함께 다수의 발광다이오드들을 구비할 수도 있다.
리드아웃 집적회로(170)는 액정표시패널(110)의 리드아웃라인들(ROL1 내지 RLOm)에 각각 접속되는 다수의 회로들을 포함하며, 리드아웃라인들(ROL1 내지 RLOm)로부터의 광전류를 디지털 신호인 광감지 데이터(LSdata)로 변환하여 터치 위치정보 검출회로(180)에 공급한다.
터치 위치정보 검출회로(180)는 임펄스 구동을 위해 타이밍 콘트롤러(140)로부터의 백라이트 제어신호(SBL)와 리드아웃 집적회로(170)로부터의 광감지 데이터(LSdata)를 이용하여 외부광의 영향이 배제된 터치 위치정보(XY)를 발생한다. 이를 위해, 터치 위치정보 검출회로(180)는 도 12에 도시된 바와 같이, 점등 스캔 저장부(182), 소등 스캔 저장부(184), 및 차값 추출부(186)를 구비한다.
점등 스캔 저장부(182)는 도 11과 같은 점등 제어신호(BLon)에 동기되는 제1 기간(T1) 동안, 리드아웃 집적회로(170)로부터 공급되는 광감지 데이터(LSdata)를 저장한다. 이러한 점등 스캔 저장부(182)에 저장된 정보는 도 7a와 같다. 도 7a에서, "A" 는 손가락에 의한 터치 지점에 대한 정보를, "B" 는 손가락에 의해 외부광이 차단되는 부분에 대한 정보를, "C" 는 외부광에 노출되는 부분에 대한 정보를 각각 나타낸다.
소등 스캔 저장부(184)는 도 11과 같은 소등 제어신호(BLoff)에 동기되는 제2 기간(T2) 동안, 리드아웃 집적회로(170)로부터 공급되는 광감지 데이터(LSdata)를 저장한다. 이러한 소등 스캔 저장부(184)에 저장된 정보는 도 7b와 같다. 도 7b에서, "B" 는 손가락에 의해 외부광이 차단되는 부분에 대한 정보를, "C" 는 외부광에 노출되는 부분에 대한 정보를 각각 나타낸다.
차값 추출부(186)는 점등 스캔 저장부(182) 및 소등 스캔 저장부(184)로부터의 광감지 데이터들을 일대일로 비교하고, 그 결과 비교된 데이터들의 차값을 추출함으로써 외부광의 영향이 배제된 터치 위치정보(XY)를 발생한다. 이 추출된 차값 정보는 도 7c에 도시된 바와 같이 손가락에 의한 터치 지점에 대한 정보(A) 만을 포함한다.
한편, 터치 위치정보 검출회로(180)에서는 메모리 수 절감에 대응하기 위해 두 개의 메모리(182,184)가 하나의 메모리에 통합될 수도 있다. 이 통합된 메모리를 이용하여, 터치 위치정보 검출회로(180)는 먼저 제1 기간(T1) 동안 리드아웃 집적회로(170)로부터 공급되는 광감지 데이터(LSdata)를 저장한 후, 이 저장된 광감지 데이터(LSdata)로부터 제2 기간(T2) 동안 리드아웃 집적회로(170)로부터 공급되는 광감지 데이터(LSdata)를 감산하고, 이 차값을 제1 기간(T1) 동안 저장된 광감지 데이터(LSdata)에 오버 라이트(Overwrite) 할 수 있다.
시스템(190)은 인터페이스회로(미도시)를 통해 공급되는 외부로부터의 아날로그 영상 데이터를 디지털 노멀 데이터(RGB)로 변환하여 타이밍 콘트롤러(140)에 공급한다. 시스템(190)은 인터페이스회로로부터의 영상 데이터를 이용하여 복합 영상신호를 추출하고, 추출된 복합 영상신호를 이용하여 액정표시패널(110)의 해상도에 맞는 동기신호(H.V sync), 데이터 인에이블 신호(DE) 및 도트 클럭(DCLK)을 생성하여 타이밍 콘트롤러(140)에 공급한다.
특히, 시스템(190)은 터치 알고리즘 처리부(192)를 포함하여 터치 위치정보 검출회로(180)로부터 공급되는 터치 위치정보(XY)를 터치 인식 알고리즘에 적용함으로써, 터치 인식을 위한 프로세서 과정을 수행하며 그 수행 결과를 다시 액정표시패널(110)에 반영한다. 상술했듯이, 터치 위치정보(XY)에는 외부광의 영향이 배제된 손가락에 의한 터치 지점에 대한 정보만이 포함되어 있으므로, 터치 알고리즘 처리부(192)에 내장된 터치 인식 알고리즘이 종래에 비해 크게 간소화될 수 있다. 또한, 터치 위치정보(XY)에는 외부광의 영향이 배제된 손가락에 의한 터치 지점에 대한 정보만이 포함되어 있으므로, 터치 인식의 신뢰성이 크게 향상될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치는 터치 인식의 알고리즘을 단순화할 수 있음과 아울러 터치 인식의 신뢰성을 크게 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 아니 라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
도 1은 액티브 매트릭스 타입의 액정표시장치의 등가회로도.
도 2는 터치 센서 회로의 동작 설명을 위한 도면.
도 3은 종래 터치 패널 인 셀 방식의 액정표시장치에서 터치된 부분을 센싱한 일 결과를 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치를 나타내는 블럭도.
도 5는 블랙 데이터 삽입을 통해 임펄스 구동을 구현하기 위한 제1 및 제2 게이트 스타트 펄스의 타이밍도.
도 6은 도 4에 도시된 터치 위치정보 검출회로의 세부 구성도.
도 7a는 도 6의 RGB 스캔 저장부 또는 도 12의 점등 스캔 저장부에 저장된 정보를 보여주는 도면.
도 7b는 도 6의 BD 스캔 저장부 또는 도 12의 소등 스캔 저장부에 저장된 정보를 보여주는 도면.
도 7c는 도 6 또는 도 12의 차값 추출부에 저장된 정보를 보여주는 도면.
도 8은 도 4에 도시된 화소의 등가 회로도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치를 나타내는 블럭도.
도 10은 도 9의 백라이트 유닛의 세부 구성도.
도 11은 백라이트 제어신호에 포함되는 다수의 제어신호들의 타이밍도.
도 12는 도 9에 도시된 터치 위치정보 검출회로의 세부 구성도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10,110 : 액정표시패널 20,120 : 데이터 구동회로
30,130 : 게이트 구동회로 40,140 : 타이밍 콘트롤러
50,150 : 구동전압 공급회로 60,160 : 백라이트 유닛
70,170 : 리드아웃 집적회로 80,180 : 터치 위치정보 검출회로
82 : RGB 스캔 저장부 84 : BD 스캔 저장부
86,186 : 차값 추출부 182 : 점등 스캔 저장부
184 : 소등 스캔 저장부 90,190 : 시스템
92,192 : 터치 알고리즘 처리부

Claims (9)

  1. 게이트라인들과 데이터라인들의 교차 영역마다 화소 회로와 터치 여부에 따라 광전류를 다르게 발생하는 터치 센서 회로를 포함하는 다수의 화소들을 가지며, 제1 기간 동안 노멀 데이터(RGB)를 표시하고 상기 제1 기간에 이은 제2 기간 동안 블랙 데이터(BD)를 표시하는 액정표시패널;
    상기 제1 기간 및 상기 제2 기간 동안 상기 액정표시패널의 배면에 광을 조사하기 위한 백라이트 유닛;
    상기 터치 센서 회로로부터의 광전류를 광감지 데이터로 변환하는 리드아웃 집적회로;
    하나의 메모리를 포함하고, 상기 제1 기간 동안 상기 리드아웃 집적회로로부터 공급되는 광감지 데이터를 상기 메모리에 저장한 후, 상기 메모리에 저장된 광감지 데이터와 상기 제2 기간 동안 상기 리드아웃 집적회로로부터 공급되는 광감지 데이터 간의 차값을 추출하여 외부광의 영향이 배제된 터치 위치정보를 발생하는 터치 위치정보 검출회로; 및
    상기 터치 위치정보를 터치 인식 알고리즘에 적용하여 터치 인식을 위한 프로세서 과정을 수행하는 시스템을 구비하고;
    상기 메모리는 상기 제1 기간 동안 상기 리드아웃 집적회로로부터 공급되는 광감지 데이터만을 저장하고, 상기 제2 기간 동안 상기 리드아웃 집적회로로부터 공급되는 광감지 데이터는 저장하지 않는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 기간에 대응하여 각각 제1 및 제2 게이트 스타트 펄스를 발생하는 타이밍 콘트롤러를 더 구비하고;
    상기 제1 및 제2 게이트 스타트 펄스는 1 프레임 기간을 시분할하여 순차적으로 발생되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
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