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
【課題】タッチセンサ、これを有する液晶表示パネルおよびタッチセンサのセンシング方法を提供する。
【解決手段】タッチセンサは、タッチ動作をセンシングするために液晶表示パネルに内蔵され、フォトダイオードからなる光感知部と、液晶キャパシタからなる容量感知部と、ゲート部とを含む。光感知部は、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し、容量感知部は前記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前記制御信号を変化させる。センシング信号出力部は、前記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。このように容量感知部が具備されることによって、光感知方式を採用するタッチセンサで発生する影効果による誤動作または照度が低い環境での誤動作を補うことができる。
【解決手段】タッチセンサは、タッチ動作をセンシングするために液晶表示パネルに内蔵され、フォトダイオードからなる光感知部と、液晶キャパシタからなる容量感知部と、ゲート部とを含む。光感知部は、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し、容量感知部は前記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前記制御信号を変化させる。センシング信号出力部は、前記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。このように容量感知部が具備されることによって、光感知方式を採用するタッチセンサで発生する影効果による誤動作または照度が低い環境での誤動作を補うことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2006−244446号公報
【特許文献2】特開2003−131798号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
【課題を解決するための手段】
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【発明の効果】
【0013】
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。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】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2】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。
【図3】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4】図1に示した液晶表示パネルの模式図である。
【図5】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6】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7】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】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。
【図9】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10】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11】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。
【図12】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13】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。
【図14】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15A】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。
【図15B】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。
【図15C】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。
【図16】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。
【発明を実施するための形態】
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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、1cm2)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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【数1】
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。
【0037】
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。
【数2】
ここで、Vlowは、n番目のゲート信号のロー電圧である。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
図3及び図4を参照すると、第1ポイントPA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PB、及びPCは、指またはタッチペンの影領域であり、第4ポイントPDは、ノータッチ領域である。
【0045】
タッチされた第1ポイントPA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VPAにカップリングされ、外部光が第1ポイントPB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VPAを維持する。第2ポイントPBは、タッチペンの影領域であるが、第1ポイントPA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PBは、影領域であるので、第1ポイントPA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PBでのゲートノードNgは、第1カップリング電圧VPAより低い第2カップリング電圧VPB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VPBを維持する。
【0046】
一方、第3ポイントPCのゲートノードNgでの第3カップリング電圧VPCは、初期には第2カップリング電圧VPBと同一にカップリングされるが、第1ポイントPA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PD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PDの第4カップリング電圧VPDは、影領域である第3ポイントPcの第3カップリング電圧VPCより大きい割合で減少する。
【0047】
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。
【0048】
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PAと影領域PB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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
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。
【0068】
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。
【0069】
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。
【0070】
図10に示すように、タッチされた第1ポイントPAと外部光量の大きさがほぼ同一な第2ポイントPB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PAとノータッチ領域である第4ポイントPD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。
【0071】
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。
【0072】
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。
【0073】
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。
【0074】
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。
【0075】
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。
【0076】
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。
【0077】
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。
【0078】
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。
【0079】
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。
【0080】
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。
【0081】
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。
【0082】
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。
【0083】
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。
【0084】
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。
【0085】
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。
【0086】
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。
【0087】
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。
【0088】
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。
【0089】
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。
【0090】
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。
【0091】
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。
【0092】
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。
【符号の説明】
【0093】
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
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2006−244446号公報
【特許文献2】特開2003−131798号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
【課題を解決するための手段】
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【発明の効果】
【0013】
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。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】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2】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。
【図3】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4】図1に示した液晶表示パネルの模式図である。
【図5】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6】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7】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】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。
【図9】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10】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11】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。
【図12】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13】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。
【図14】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15A】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。
【図15B】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。
【図15C】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。
【図16】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。
【発明を実施するための形態】
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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、1cm2)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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【数1】
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。
【0037】
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。
【数2】
ここで、Vlowは、n番目のゲート信号のロー電圧である。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
図3及び図4を参照すると、第1ポイントPA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PB、及びPCは、指またはタッチペンの影領域であり、第4ポイントPDは、ノータッチ領域である。
【0045】
タッチされた第1ポイントPA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VPAにカップリングされ、外部光が第1ポイントPB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VPAを維持する。第2ポイントPBは、タッチペンの影領域であるが、第1ポイントPA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PBは、影領域であるので、第1ポイントPA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PBでのゲートノードNgは、第1カップリング電圧VPAより低い第2カップリング電圧VPB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VPBを維持する。
【0046】
一方、第3ポイントPCのゲートノードNgでの第3カップリング電圧VPCは、初期には第2カップリング電圧VPBと同一にカップリングされるが、第1ポイントPA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PD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PDの第4カップリング電圧VPDは、影領域である第3ポイントPcの第3カップリング電圧VPCより大きい割合で減少する。
【0047】
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。
【0048】
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PAと影領域PB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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
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。
【0068】
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。
【0069】
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。
【0070】
図10に示すように、タッチされた第1ポイントPAと外部光量の大きさがほぼ同一な第2ポイントPB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PAとノータッチ領域である第4ポイントPD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。
【0071】
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。
【0072】
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。
【0073】
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。
【0074】
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。
【0075】
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。
【0076】
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。
【0077】
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。
【0078】
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。
【0079】
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。
【0080】
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。
【0081】
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。
【0082】
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。
【0083】
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。
【0084】
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。
【0085】
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。
【0086】
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。
【0087】
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。
【0088】
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。
【0089】
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。
【0090】
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。
【0091】
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。
【0092】
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。
【符号の説明】
【0093】
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
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図15C】
【図16】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図15C】
【図16】
【公開番号】特開2009−282501(P2009−282501A)
【公開日】平成21年12月3日(2009.12.3)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−70307(P2009−70307)
【出願日】平成21年3月23日(2009.3.23)
【出願人】(390019839)三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】SAMSUNG ELECTRONICS CO.,LTD.
【住所又は居所原語表記】416,Maetan−dong,Yeongtong−gu,Suwon−si,Gyeonggi−do 442−742(KR)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成21年12月3日(2009.12.3)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年3月23日(2009.3.23)
【出願人】(390019839)三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】SAMSUNG ELECTRONICS CO.,LTD.
【住所又は居所原語表記】416,Maetan−dong,Yeongtong−gu,Suwon−si,Gyeonggi−do 442−742(KR)
【Fターム(参考)】
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