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KR20210057532A - 표시장치 - Google Patents

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KR20210057532A
KR20210057532A KR1020190144388A KR20190144388A KR20210057532A KR 20210057532 A KR20210057532 A KR 20210057532A KR 1020190144388 A KR1020190144388 A KR 1020190144388A KR 20190144388 A KR20190144388 A KR 20190144388A KR 20210057532 A KR20210057532 A KR 20210057532A
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wirings
gate
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Abstract

본 발명은, 제1 방향으로 배치되는 복수의 게이트 배선, 복수의 게이트 배선 사이에서 제1 방향으로 배치되는 복수의 공통 배선, 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 배치되는 복수의 데이터 배선, 복수의 데이터 배선 사이에서 제2 방향으로 배치되는 복수의 리드아웃 배선, 복수의 데이터 배선 사이에서 제2 방향으로 배치되는 복수의 센싱 구동 배선, 복수의 게이트 배선과 복수의 데이터 배선과 공통 배선에 연결되는 복수의 화소 및 복수의 센싱 구동 배선과 복수의 리드아웃 배선과 공통 배선에 연결되는 복수의 포토 센서를 포함하고, 복수의 공통 배선은 복수의 화소와 복수의 포토 센서에 동일한 공통 전압을 인가할 수 있어, 표시장치의 포토 센서의 구동을 위한 배선을 삭제할 수 있어, 표시 장치의 개구율을 향상시킴과 동시에 공통 전압의 노이즈를 감소시킬 수 있다.

Description

표시장치{DISPLAY DEVICE}
본 발명은 표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 포토 센서(photo sensor) 방식의 표시장치에 관한 것이다.
정보화 시대로 접어듦에 따라 전기적 정보신호를 시각적으로 표현하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 박형화, 경량화, 저소비 전력화의 우수한 성능을 지닌 여러 가지 표시장치가 개발되고 있다.
이러한 표시장치의 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 유기발광 표시장치(Organic Light Emitting Display device: OLED) 등을 들 수 있다.
최근 표시장치는 버튼, 키보드, 마우스 등의 통상적인 입력 방식에서 탈피하여 사용자가 손쉽게 정보 혹은 명령을 직관적이고 편리하게 입력할 수 있도록 하는 터치 스크린(touch screen)을 구비하고 있다.
터치 스크린은, 표시장치에 설치되어 사용자가 표시장치를 보면서 터치 스크린 내의 터치 센서를 가압하여 미리 정해진 정보를 입력하는 입력장치의 한 종류이다.
터치 스크린은, 그 구조에 따라 부착형(add-on type), 상판형(on-cell type) 및 일체형(in-cell type)으로 나눌 수 있는데, 이 중 표시장치의 박형화 및 내구성 향상이 가능하다는 점에서 터치 스크린 일체형 표시장치가 많이 이용되고 있다.
터치 스크린 일체형 표시장치는, 터치 센서로 광 세기에 따라 터치를 인식하는 보조 공통 배선(photo touch sensor)와 커패시턴스 가변에 따라 터치를 인식하는 커패시턴스 터치 센서(capacitance touch sensor)가 주로 이용된다.
특히, 보조 공통 배선은 터치 물체에 의한 입사광 또는 반사광으로부터 발생되는 포토 트랜지스터의 광 누설 전류를 통해 터치를 인식한다. 이때, 센싱을 검출하기 위해서는 표시패널 내 X/Y 좌표의 센싱 데이터가 필요하다. 이를 위해 시분할을 통해 디스플레이와 센싱 구동을 나누어서 진행할 경우에는, 시분할로 인해 표시패널 내의 센서 노드(sensor node)를 한번에 읽어야 하므로, 1개의 센서 노드와 1개의 리드아웃 배선이 1:1로 매칭되어야 하는 단점이 있다. 반면, 센싱과 디스플레이 타이밍이 동시에 진행되는 포토 센서 방식은 디스플레이 구동 시에 센싱을 하여야 하기 때문에, 디스플레이 신호, 즉 데이터 신호 변화(transition)에 의한 공통 전압의 변동(ripple)이 리드아웃 배선에 전달되어 노이즈가 발생하게 된다.
디스플레이 구동 시 발생되는 공통 전압의 변동 량은 Q=CV 공식에 따라 노이즈의 전하량과 밀접한 관련이 있다. 즉, 노이즈의 세기는 리드아웃 배선에 걸리는 기생 커패시턴스에 비례하는데, 인치(inch) 및 해상도 증가에 따라 기생 커패시턴스가 급격하게 증가되어 센싱에 문제가 된다. 이에, 센서의 전하량을 극대화하여 센싱 값과 노이즈의 차이를 크게 하는 방법이 있으나, 센서 스토리지 커패시터는 표시패널의 개구율에 영향을 미치는 부작용(side effect)이 존재한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 센싱과 디스플레이 타이밍이 동시에 진행되는 포토 센서 방식의 표시장치에 있어, 개구율의 저하를 최소화하면서 데이터 신호의 변화에 의한 노이즈 영향을 최소화한 표시장치를 제공하려는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 휘도 균일도를 향상시킬 수 있는 표시장치를 제공하려는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는, 제1 방향으로 배치되는 복수의 게이트 배선, 복수의 게이트 배선 사이에서 제1 방향으로 배치되는 복수의 공통 배선, 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 배치되는 복수의 데이터 배선, 복수의 데이터 배선 사이에서 제2 방향으로 배치되는 복수의 리드아웃 배선, 복수의 데이터 배선 사이에서 제2 방향으로 배치되는 복수의 센싱 구동 배선, 복수의 게이트 배선과 복수의 데이터 배선과 공통 배선에 연결되는 복수의 화소 및 복수의 센싱 구동 배선과 복수의 리드아웃 배선과 공통 배선에 연결되는 복수의 포토 센서를 포함하고, 복수의 공통 배선은 복수의 화소와 복수의 포토 센서에 동일한 공통 전압을 인가할 수 있어, 표시장치의 포토 센서의 구동을 위한 배선을 삭제할 수 있어, 표시 장치의 개구율을 향상시킴과 동시에 공통 전압의 노이즈를 감소시킬 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명은 포토 센서(photo sensor) 방식을 적용하여 시분할 방식이 아닌, 디스플레이와 터치 구동을 동시에 진행함으로써 충전(charging) 특성 확보에 유리하고, 터치 회로 구조가 단순하여 원가 절감에 유리할 수 있다.
본 발명은 포토 센서 방식의 표시장치에 있어, 수평으로 연장되는 배선의 개수를 감소시켜, 표시장치의 개구율을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 공통 전압을 공급하기 위하여 복수개의 핀을 사용함으로써, 공통 전압의 노이즈를 최소화시킬 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치를 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널의 센서 화소 유닛의 일부를 보여주는 등가회로도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널의 센서 화소 유닛의 일부를 보여주는 적층도이다.
도 4은 하나의 센서 화소 유닛에 배치되는 배선들을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 표시패널과 터치 구동회로의 연결 관계를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 터치 구동회로에 구비되는 연상 증폭기를 도시한 도면이다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 터치 감지 구동을 설명하기 위한 파형도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 표시패널과 통합 구동회로의 연결 관계를 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어 '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
소자 또는 층이 다른 소자 또는 층 위(on)로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.
<표시 장치>
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치를 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는, 표시패널(100), 게이트 구동회로(gate driver; 200), 데이터 구동회로(data driver; 300), 타이밍 컨트롤러(timing controller; 400) 및 터치 구동회로(touch driver; 500)를 포함하여 구성될 수 있다.
표시패널(100)에는 제1 방향으로 복수의 게이트 배선(GL1 내지 GLn)이 배치되고, 제1 방향과 다른 방향인 제2 방향으로 복수의 데이터 배선(DL1 내지 DLm)이 배치될 수 있다.
그리고, 복수의 게이트 배선(GL1 내지 GLn) 사이에는 제1 방향으로 복수의 공통 배선(CL1 내지 CLo)이 배치될 수 있다.
또한, 복수의 데이터 배선(DL1 내지 DLm) 사이에는 제2 방향으로 리드아웃 배선(RO1 내지 ROq) 및 센싱 구동 배선(Vdr1 내지 Vdrs)이 배치될 수 있다.
일 예로, 복수의 게이트 배선(GL1 내지 GLn)과 복수의 데이터 배선(DL1 내지 DLm)이 교차하여 복수의 화소(P)를 정의할 수 있다.
복수의 화소(P)는 게이트 배선(GL1 내지 GLn), 데이터 배선(DL1 내지 DLm) 및 공통 배선(CL1 내지 CLo)과 전기적으로 연결되고, 게이트 배선(GL1 내지 GLn), 데이터 배선(DL1 내지 DLm) 및 공통 배선(CL1 내지 CLo)을 통해 인가된 화소 구동 신호 또는 화소 구동 전압에 의해 화상을 표시할 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널(100)은, 인접하게 배치된 한 쌍의 화소(P)가 하나의 데이터 배선(DL1 내지 DLm)에 공통으로 접속되는 DRD(Double Rate Driving) 구조로 구성될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 참고로, DRD 구조란 일반적인 표시패널에 비해 게이트 배선의 수는 2배로 늘리는 대신 데이터 배선의 수를 1/2배로 줄여, 데이터 구동회로를 이루는 데이터 집적회로(Integrated Circuit; IC)의 수를 줄이면서 동일한 해상도를 구현 하기 위한 방식이다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널(100)은, DRD 구조를 가짐으로써 기존의 데이터 배선(DL1 내지 DLm)이 배치된 일부 영역을 이용하여 리드아웃 배선(RO1 내지 ROq) 및 센싱 구동 배선(Vdr1 내지 Vdrs)을 배치함으로써 일반적인 표시장치와 비교하여 개구율 감소 없이 터치를 감지하기 위한 포토 센서(PS)를 구비할 수 있다.
표시패널(100)은 복수의 화소(P)를 포함하고, 각각의 화소(P)가 표시하는 계조를 기반으로 화상을 표시할 수 있다. 표시패널(100)의 예로 액정패널의 경우, 복수의 화소(P) 각각은 게이트 배선(GL1 내지 GLn)과 데이터 배선(DL1 내지 DLm)을 통해 인가된 신호에 의해 구동되는 화소 전극 및 공통 배선(CL1 내지 CLo)을 통해 공통 전압이 인가되는 공통 전극을 포함할 수 있다. 복수의 화소(P) 각각은 화소 전극과 공통 전극의 전압 차에 의해 액정이 틸트(tilt)되어 영상을 표시할 수 있다. 다만, 본 발명이 액정패널에 한정되는 것은 아니다.
도 1에 도시된 복수의 화소(P)는 서로 다른 색을 표시하는 서브-화소일 수 있고, 복수의 서브-화소가 단위를 이뤄 하나의 화소를 구성할 수 있다. 예를 들어, 서브-화소는 적색, 녹색 및 청색, 또는 적색, 녹색, 청색 및 백색을 표시할 수 있다.
표시패널(100)에는 복수의 센서 화소 유닛(150)이 정의될 수 있다.
센서 화소 유닛(150)은 복수의 화소(P) 및 포토 센서(PS)를 포함할 수 있다. 포토 센서(PS)를 통하여, 광 세기에 따라 변하는 센서 트랜지스터의 오프 커런트(off current)의 변화에 따라 터치를 인식할 수 있다. 보다 구체적으로, 포토 센서(PS)는 센서 트랜지스터와 센서 스토리지 커패시터를 포함하고, 광 세기에 따라 센서 트랜지스터가 턴-온되어 센서 스토리지 커패시터에 전압이 충전된다. 그리고, 충전된 전압이 미리 설정된 타이밍에 리드아웃 배선(RO1 내지 ROq)으로 출력되어 터치를 인식할 수 있다. 이러한 복수의 센서 화소 유닛(150)의 구조는 후술할 도면들을 참조하여 보다 상세히 살펴보기로 한다.
게이트 구동회로(200)는 타이밍 컨트롤러(400)로부터 전송된 게이트 구동 제어 신호(GCS)에 따라 순차적으로 표시패널(100)의 게이트 배선(GL1 내지 GLn)들에 게이트 신호를 공급할 수 있다. 게이트 구동회로(200)는 시프트 레지스터 및 레벨 시프터 등을 포함할 수 있다.
게이트 구동회로(200)는 표시패널(100)과 독립되어 배치될 수도 있고, 표시패널(100)의 기판 제조 시 박막 형태로 표시패널(100)의 화소(P)가 배치되지 않는 비표시 영역 상에 게이트-인-패널(Gate In Panel; GIP) 방식으로 내장될 수도 있다.
데이터 구동회로(300)는 타이밍 컨트롤러(400)로부터 전송된 데이터 구동 제어 신호(DCS)에 의해 샘플링 신호를 생성하고, 타이밍 컨트롤러(400)로부터 입력되는 영상 데이터를 샘플링 신호에 따라 래치하여 데이터 신호로 변경한 후, 소스 출력 인에이블(Source Output Enable; SOE) 신호에 응답하여 데이터 신호를 복수의 데이터 배선(DL1 내지 DLm)에 공급할 수 있다.
데이터 구동회로(300)는 칩-온-글래스(Chip On Glass; COG) 방식으로 표시패널(100)의 본딩 패드에 연결되거나, 표시패널(100)에 직접 배치될 수도 있으며, 경우에 따라 표시패널(100)에 집적화되어 배치될 수도 있다. 또한, 데이터 구동회로(300)는 칩-온-필름(Chip On Film; COF) 방식으로 배치될 수도 있다.
또한, 데이터 구동회로(300)는 공통 전압을 설정하여, 복수의 공통 배선(CL1 내지 CLo)에 공급할 수 있다. 이를 위하여, 데이터 구동회로(300)는 복수의 핀을 통하여, 복수의 데이터 배선(DL1 내지 DLm) 및 복수의 공통 배선(CL1 내지 CLo)과 전기적으로 연결될 수 있다.
타이밍 컨트롤러(400)는 호스트 시스템(미도시)으로부터 수신된 입력 영상신호(RGB)를 데이터 구동회로(300)로 전송할 수 있다.
또한, 타이밍 컨트롤러(400)는 입력 영상신호(RGB)와 함께 수신되는 클럭신호(DCLK), 수평동기신호(Hsync), 수직동기신호(Vsync) 및 데이터 인에이블 신호(DE) 등의 타이밍 신호를 이용하여 게이트 구동회로(200)와 데이터 구동회로(300)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어 신호를 생성할 수 있다. 타이밍 컨트롤러(400)는 타이밍 신호에 동기하여 게이트 구동회로(200)의 제어신호(GCS) 및 데이터 구동회로(300)의 제어신호(DCS)를 생성할 수 있다.
또한, 타이밍 컨트롤러(400)는 포토 센서(PS)의 구동을 위한 터치 구동 신호를 생성하여 터치 구동회로(500)에 전송할 수 있다. 또한, 타이밍 컨트롤러(400)는 터치 구동회로(500)로부터 터치 감지 신호를 입력받아 터치 정보를 산출할 수 있다.
터치 구동회로(500)는 센서 구동 전압 및 공통 전압을 포토 센서(PS)에 인가할 수 있다. 그리고, 터치 구동회로(500)는 포토 센서(PS)에서 전송된 터치 감지 신호를 입력받아 터치 여부를 판단할 수 있다.
즉, 터치 구동회로(500)는 센서 구동 전압을 센싱 구동 배선(Vdr1 내지 Vdrs)에 인가하고, 리드아웃 배선(RO1 내지 ROq)을 통하여 터치 감지 신호를 입력받을 수 있다.
이를 위하여, 터치 구동회로(500)는 복수의 핀을 통하여, 복수의 센싱 구동 배선(Vdr1 내지 Vdrs) 및 복수의 리드아웃 배선(RO1 내지 ROq)과 전기적으로 연결될 수 있다.
<화소 유닛>
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널의 센서 화소 유닛의 일부를 보여주는 등가회로도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널의 센서 화소 유닛의 일부를 보여주는 적층도이다.
도 4은 하나의 센서 화소 유닛에 배치되는 배선들을 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로 도 4는 18도트(dot)x6도트의 화소로 이루어진 하나의 센서 화소 유닛을 예로 보여주고 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널의 센서 화소 유닛(150)은, 빛을 발광 하는 복수의 화소(P1, P2)와 입사된 광을 감지하여 터치를 인식하는 적어도 한 쌍의 포토 센서(PS1, PS2)를 포함할 수 있다.
그리고, 센서 화소 유닛(150)에는 제1 방향으로 배치된 공통 배선(CL1 내지 CL18) 사이에 배치된 게이트 배선(GL1 내지 GL12)이 구비될 수 있다.
또한, 센서 화소 유닛(150)에는 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 배치된 데이터 배선(DL1 내지 DL8) 및 데이터 배선(DL1 내지 DL8) 사이에 배치된 보조 공통 배선(AL1 내지 AL6), 센싱 구동 배선(Vdr1, Vdr2), 리드아웃 배선(RO1)이 구비될 수 있다.
한편, 각 화소 유닛(150)은 화소 전극(118)과 공통 전극(108)에 의해 화상이 표시되도록 하는 개구 영역 및 화상이 표시되지 않고 개구 영역의 화소 전극(118)과 공통 전극(108)의 구동을 위한 구동 소자, 예를 들어 화소 트랜지스터(TPx) 등이 배치된 비개구 영역을 포함하도록 정의될 수 있다.
개구 영역에는 화소 전극(118)과 공통 전극(108)이 배치될 수 있다.
화소 전극(118)은 공통 전극(108)과 함께 전계를 형성하고, 이렇게 형성된 전계에 의해 액정층의 액정 분자들이 틸트(tilt)되어 영상을 표시하도록 할 수 있다. 화소 전극(118)은 동일한 간격으로 나란히 배치될 수 있으며, 복수의 화소 전극(118)의 일단은 제1 방향으로 배치된 화소 연결 전극(118a)에 연결될 수 있다. 화소 전극(118)은 개구 영역에만 배치되는 것이 아니라 비개구 영역에도 확장되어 배치될 수 있다.
공통 전극(108)은 동일한 간격으로 나란하게 배치될 수 있으며, 복수의 공통 전극(108)의 일단은 제1 방향으로 배치된 공통 연결 전극(108a)에 연결될 수 있다. 공통 전극(108)은 개구 영역 내에 화소 전극(118)과 번갈아 배치될 수 있다.
또한, 화소 연결 전극(118a)과 공통 연결 전극(108a)은 화소 유닛(150)의 상, 하부에 번갈아 배치될 수 있다.
그리고, 공통 전극(108)은 데이터 배선(DL3, DL4), 센싱 구동 배선(Vdr1, Vdr2), 및 보조 공통 배선(AL1, AL2) 위에 데이터 배선(DL3, DL4), 센싱 구동 배선(Vdr1, Vdr2), 및 보조 공통 배선(AL1, AL2)을 덮도록 배치될 수 있다.
다음으로, 비개구 영역에는 복수의 게이트 배선(GL5, GL6), 복수의 데이터 배선(DL3, DL4), 공통 배선(CL8), 보조 공통 배선(AL1, AL2), 센싱 구동 배선(Vdr1, Vdr2), 리드아웃 배선(RO1), 화소 트랜지스터(TPx), 센서 트랜지스터(Tss1-1, Tss1-2, Tss2-1, Tss2-2), 스위치 트랜지스터(Tsw1, Tsw2) 및 센서 스토리지 커패시터(SCst1, SCst2)가 배치될 수 있다. 비개구 영역에 배치되는 구성요소에 대한 구체적인 내용은 후술한다.
여기서, 게이트 배선(GL5, GL6)은 기존의 게이트 배선으로 구성된 경우를 예로 들고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 기존의 게이트 배선과는 다른 배선으로 구성될 수도 있다. 다만, 기존의 게이트 배선과는 다른 배선으로 게이트 배선(GL5, GL6)을 구성하는 경우 개구율 손실이 발생할 수 있다. 이에 따라, 표시장치의 제1 방향으로의 개구율의 감소를 최소화하기 위해, 게이트 배선(GL5, GL6)은 기존의 게이트 배선으로 구성할 수 있다.
이와 같이 제2 방향으로 배치된 보조 공통 배선(AL1, AL2), 센싱 구동 배선(Vdr1, Vdr2) 및 리드아웃 배선(RO1)은, 별도의 영역에 배선을 배치하는 것이 아니라, DRD 방식이 아닌 일반적인 표시장치에서 데이터 배선이 배치되는 영역에 배치될 수 있기 때문에 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널은 보조 공통 배선(AL1, AL2), 센싱 구동 배선(Vdr1, Vdr2) 및 리드아웃 배선(RO1)을 배치하기 위해 별도의 배선 영역을 설계할 필요가 없다. 따라서, 개구율이 감소되는 것을 최소화할 수 있다.
이 때, 복수의 화소(P1, P2) 및 복수의 포토 센서(PS1, PS2)는 복수의 게이트 배선 중 서로 인접한 게이트 배선(GL5, GL6) 사이에 배치될 수 있다.
구체적으로, 서로 인접한 제 5 게이트 배선(GL5) 및 제6 게이트 배선(GL) 사이에, 복수의 화소(P1, P2) 및 복수의 포토 센서(PS1, PS2)가 배치될 수 있다.
복수의 화소(P1, P2)는 각각 적색, 녹색 및 청색의 서브-화소일 수 있다.
그리고, 복수의 화소(P1, P2)는 DRD(Double Rate Driving) 방식으로 배치될 수 있다. 보다 상세하게, 복수의 화소(P1, P2) 중 인접하게 배치된 화소(P1, P2)들, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 화소(P1)와 제2 화소(P2)는 동일한 데이터 배선인 제3 데이터 배선(DL3)과 전기적으로 연결되고, 제1 화소(P1)은 제5 게이트 배선(GL5)과 연결될 수 있고, 제2 화소(P2)는 제6 게이트 배선(GL6)에 연결될 수 있다. 또한, 제1 화소(P1)와 제2 화소(P2)는 모두 제8 공통 배선(CL8)에 모두 연결되어, 공통 전압을 인가 받는다.
이와 같이 DRD 구조이므로, 도 3에 도시된 바와 같이, 2개의 화소(P1, P2)마다 1개의 공통 배선(CL1 내지 CL18)이 배치된다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에서는 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 배치되고, 공통 배선(CL1 내지 CL18)과 전기적으로 연결되는 보조 공통 배선(AL1 내지 AL6)을 추가로 배치함으로써 공통 배선(CL1 내지 CL18)의 총 저항을 획기적으로 줄일 수 있다. 이에, 공통 전압이 공통 배선(CL1 내지 CL18) 및 보조 공통 배선(AL1 내지 AL6)을 통해 인가됨으로써, 전압 강하를 최소화할 수 있다. 결국, 보조 공통 배선(AL1 내지 AL6)을 추가로 배치함으로써 휘도의 균일도를 향상시킬 수 있다.
도 2를 참조하면, 복수의 화소(P1, P2) 각각은 화소 트랜지스터(TPx), 화소 트랜지스터(TPx)와 병렬 접속된 화소 커패시터(PClc) 및 화소 스토리지 커패시터(PCst)를 포함할 수 있다.
화소 트랜지스터(TPx)는 해당 게이트 배선(GL1 내지 GL12)으로부터 인가되는 게이트 신호에 응답하여 데이터 배선(DL1 내지 DL8)으로부터 인가되는 데이터 신호를 화소 커패시터(PClc) 및 화소 스토리지 커패시터(PCst)에 저장할 수 있다.
이렇게 화소 커패시터(PClc)에 저장된 데이터 신호에 따라 액정이 구동될 수 있고, 화소 스토리지 커패시터(PCst)는 화소 커패시터(PClc)의 데이터 신호를 안정적으로 유지시킬 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널(100)이 액정패널인 경우를 예로 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널(100)은 유기발광 표시패널일 수 있고, 유기발광 표시패널인 경우 화소 트랜지스터(Px)와 접속된 애노드, 유기물로 이루어진 발광층 및 캐소드를 포함할 수 있다.
한편, 센싱 구동 배선(Vdr1, Vdr2)은 포토 센서(PS1, PS2)에 센서 데이터 신호, 즉 센서 구동 신호를 전달하는 배선이다.
그리고, 리드아웃 배선(RO1)은 제3 데이터 배선(DL3) 및 제4 데이터 배선(DL4) 사이에 제2 방향으로 배열되고, 리드아웃 배선(RO1)은 포토 센서(PS1, PS2)에 의한 터치 감지 신호를 터치 구동 회로(500)로 전달할 수 있다. 또한, 리드아웃 배선(RO1)은 포토 센서(PS1, PS2)의 초기화를 위하여, 포토 센서(PS1, PS2)에 기준 전압(Vref)을 공급할 수 있다.
리드아웃 배선(RO1)이 배열되지 않은 제3 데이터 배선(DL3) 및 제4 데이터 배선(DL4)의 다른 일측에는 제1 센싱 구동 배선(Vdr1) 및 제2 센싱 구동 배선(Vdr2)이 배열될 수 있다.
그리고, 포토 센서(PS1, PS2)는 한 쌍의 센서 트랜지스터, 센서 스토리지 커패시터 및 스위치 트랜지스터를 포함할 수 있다. 그리고, 포토 센서(PS1, PS2)는 센싱 구동 배선(Vdr1, Vdr2)로부터 센서 데이터 신호를 공급 받고, 입사된 광을 감지하여, 리드아웃 배선(RO1)에 터치 감지 신호를 출력한다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 포토 센서(PS1)는, 한 쌍의 제1 센서 트랜지스터(Tss1-1, Tss1-2), 제1 센서 스토리지 커패시터(SCst1) 및 제1 스위치 트랜지스터(Tsw1)를 포함한다.
한 쌍의 제1 센서 트랜지스터(Tss1-1, Tss1-2)은 제1 전극에 제1 센싱 구동 배선(Vdr1)이 연결되고, 제2 전극에 제1 센서 스토리지 커패시터(SCst1) 및 제1 스위치 트랜지스터(Tsw1)이 연결되고, 게이트 전극에 제8 공통 배선(CL8)이 연결된다.
제1 포토 센서(PS)에 소정의 광이 입사될 경우, 한 쌍의 제1 센서 트랜지스터(Tss1-1, Tss1-2)에 광전류가 흘러, 턴-온된다. 이에, 한 쌍의 제1 센서 트랜지스터(Tss1-1, Tss1-2)는 제1 센서 스토리지 커패시터(SCst1) 및 제1 스위치 트랜지스터(Tsw1)에 터치 감지 신호인 제1 출력 신호를 출력할 수 있다.
제1 센서 스토리지 커패시터(SCst1)는 제8 공통 배선(CL8)과 한 쌍의 제1 센서 트랜지스터(Tss1-1, Tss1-2)의 드레인 사이에 연결된다.
이에, 제1 센서 스토리지 커패시터(SCst1)는 한 쌍의 제1 센서 트랜지스터(Tss1-1, Tss1-2)에서 출력된 제1 출력 신호를 저장할 수 있다.
제1 스위칭 트랜지스터(Tsw1)은 제1 전극에 한 쌍의 제1 센서 트랜지스터(Tss1-1, Tss1-2) 및 제1 센서 스토리지 커패시터(SCst1)이 연결되고, 제2 전극에 리드아웃 배선(RO1)이 연결되고, 게이트 전극에 제6 게이트 라인(GL6)이 연결된다.
이에, 제6 게이트 라인(GL6)에 인가되는 게이트 전압이 하이레벨을 경우, 제1 스위칭 트랜지스터(Tsw1)는 턴 온되어, 제1 출력 신호를 리드아웃 배선(RO1)으로 출력함과 동시에, 제1 스위칭 트랜지스터(Tsw1)의 제1 전극을 기준 전압(Vref)으로 초기화시킬 수 있다.
이때, 한 쌍의 제1 센서 트랜지스터(Tss1-1, Tss1-2)가 하나의 제1 센서 스토리지 커패시터(SCst1)에 연결되는 것을 예로 들고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 포토 센서(PS2)는, 한 쌍의 제2 센서 트랜지스터(Tss2-1, Tss2-2), 제2 센서 스토리지 커패시터(SCst2) 및 제2 스위치 트랜지스터(Tsw2)를 포함한다.
한 쌍의 제2 센서 트랜지스터(Tss2-1, Tss2-2)은 제1 전극에 제2 센싱 구동 배선(Vdr2)이 연결되고, 제2 전극에 제2 센서 스토리지 커패시터(SCst2) 및 제2 스위치 트랜지스터(Tsw2)이 연결되고, 게이트 전극에 제8 공통 배선(CL8)이 연결된다.
제2 포토 센서(PS)에 소정의 광이 입사될 경우, 한 쌍의 제2 센서 트랜지스터(Tss2-1, Tss2-2)에 광전류가 흘러, 턴-온된다. 이에, 한 쌍의 제2 센서 트랜지스터(Tss2-1, Tss2-2)는 제2 센서 스토리지 커패시터(SCst2) 및 제2 스위치 트랜지스터(Tsw2)에 터치 감지 신호인 제2 출력 신호를 출력할 수 있다.
제2 센서 스토리지 커패시터(SCst2)는 제8 공통 배선(CL8)과 한 쌍의 제2 센서 트랜지스터(Tss2-1, Tss2-2)의 드레인 사이에 연결된다.
이에, 제2 센서 스토리지 커패시터(SCst2)는 한 쌍의 제2 센서 트랜지스터(Tss2-1, Tss2-2)에서 출력된 제2 출력 신호를 저장할 수 있다.
제2 스위칭 트랜지스터(Tsw2)은 제1 전극에 한 쌍의 제2 센서 트랜지스터(Tss2-1, Tss2-2) 및 제2 센서 스토리지 커패시터(SCst2)이 연결되고, 제2 전극에 리드아웃 배선(RO2)이 연결되고, 게이트 전극에 제5 게이트 라인(GL5)이 연결된다.
이에, 제5 게이트 라인(GL5)에 인가되는 게이트 전압이 하이레벨을 경우, 제2 스위칭 트랜지스터(Tsw2)는 턴 온되어, 제2 출력 신호를 리드아웃 배선(RO2)으로 출력함과 동시에, 제2 스위칭 트랜지스터(Tsw2)의 제1 전극을 기준 전압(Vref)으로 초기화시킬 수 있다.
이때, 한 쌍의 제2 센서 트랜지스터(Tss2-1, Tss2-2)가 하나의 제2 센서 스토리지 커패시터(SCst2)에 연결되는 것을 예로 들고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 일 예로, 65인치 UHD에 적용하기 위하여 센서 스토리지 커패시터는 약 1.2pf 이상의 용량을 필요로 한다. 그런데, 개구율 측면에서 커패시터 용량이 0.2pf만큼 증가할 경우 개구율은 10% 이상 감소하게 된다. 따라서, 개구율의 저하를 최소화하면서 스토리지 용량을 최대로 확보하는 것이 필요하다.
일 예로, 복수의 센서 트랜지스터(Tss1-1, Tss1-2, Tss2-1, Tss2-2) 중 하나의 경우, 60Hz와 1프레임(frame) = 16.6ms 기준에서, 폭/거리(W/L) = 25/4.8㎛ 수준에서 약 0.6pf까지 완전 충전이 가능하다.
이에 본 발명은, 제1 포토 센서(PS1) 및 제2 포토 센서(PS2) 중 하나가 감당할 수 있는 커패시터 용량이 0.6pf 수준이라 할 경우, 전술한 1.2pf의 커패시터 용량을 확보하기 위해 한번의 센싱 타이밍 동안 제1 포토 센서(PS1) 및 제2 포토 센서(PS2)에 저장된 전하를 더하여 리드아웃 배선(RO1)에 전달하는 것을 특징으로 한다. 이에 본 발명은 개구율의 저하를 최소화하면서 스토리지 용량을 최대로 확보할 수 있게 된다.
즉, 본 발명은, 2개의 게이트 배선, 일 예로 제6 게이트 배선(GL6)과 제5 게이트 배선(GL5)을 각각 제1 포토 센서(PS1)와 제2 포토 센서(PS2)에 연결하는 한편, 제1 포토 센서(PS1)와 제2 포토 센서(PS2) 각각의 커패시터 용량을 약 0.6pf씩 설계하며, 제1 포토 센서(PS1)와 제2 포토 센서(PS2) 각각에 한 쌍의 제1 센서 트랜지스터(Tss1-1, Tss1-2)와 한 쌍의 제2 센서 트랜지스터(Tss2-1, Tss2-2)를 배치하는 것을 특징으로 한다.
한편, 광원의 파장대(wavelength range)를 고려하여, 본 발명에 따른 한 쌍의 제1 센서 트랜지스터(Tss1-1, Tss1-2)는 적색 광원에서 반응하는 제1 적색 센서 트랜지스터(Tss1-1)와 녹색 광원에서 반응하는 제1 녹색 센서 트랜지스터(Tss1-2)로 구성될 수 있다.
또한, 한 쌍의 제2 센서 트랜지스터(Tss2-1, Tss2-2)는 적색 광원에서 반응하는 제2 적색 센서 트랜지스터(Tss2-1)와 녹색 광원에서 반응하는 제2 녹색 센서 트랜지스터(Tss2-2)로 구성될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 본 발명은, 제1 적색 센서 트랜지스터(Tss1-1)와 제1 녹색 센서 트랜지스터(Tss1-2)가 동일한 제1 센싱 구동 배선(Vdr1)에 연결되고, 제2 적색 센서 트랜지스터(Tss2-1)와 제2 녹색 센서 트랜지스터(Tss2-2)가 동일한 제2 센싱 구동 배선(Vdr2)에 연결되는 것을 특징으로 한다. 이 경우 리드아웃 배선(RO1)의 개수를 50% 감소시킬 수 있으며, 이에 집적회로의 개수도 감소시킬 수 있어 비용을 절감할 수 있게 된다. 또한, 본 발명은 줄어든 리드아웃 배선(RO1) 대신에 보조 공통 배선(AL1 내지 AL6)을 추가함으로써 노이즈를 최소화할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에서, 센싱과 디스플레이 타이밍이 동시에 진행되는 포토 센서(photo sensor) 방식의 표시장치에 있어, 리드아웃 배선(RO1) 양측에 포토 센서(PS1, PS2)를 구비하여 한번의 센싱 타이밍 동안 2개의 포토 센서(PS1, PS2)에 저장된 전하를 리드아웃 배선(RO1)에 전달하는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 본 발명의 일 실시예는, 포토 센서 방식을 적용하여 시분할 방식이 아닌, 디스플레이와 터치 구동을 동시에 진행함으로써 충전(charging) 특성 확보에 유리하고, 터치 회로 구조가 단순하여 원가 절감에 유리하다.
또한, 전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서 포토 센서(PS1, PS2)의 및 화소(P1, P2)의 가 하나의 공통 배선(CL8)을 공유할 수 있다.
구체적으로, 하나의 공통 배선(CL8)은 복수의 센서 트랜지스터(Tss1-1, Tss1-2, Tss2-1, Tss2-2) 및 화소 트랜지스터(TPx)에 연결되어, 포토 센서(PS1, PS2) 및 화소(P1, P2)에 동일한 공통 전압을 인가할 수 있다.
이와 관련하여, 복수의 센서 트랜지스터(Tss1-1, Tss1-2, Tss2-1, Tss2-2) 각각은 외부에서 광이 입사되기 전까지는 턴오프 상태이어야 한다. 복수의 센서 트랜지스터(Tss1-1, Tss1-2, Tss2-1, Tss2-2) 각각의 제2 전극과 게이트 전극 사이의 전압 차이는 복수의 센서 트랜지스터(Tss1-1, Tss1-2, Tss2-1, Tss2-2)의 문턱 전압 이하이어야 한다.
즉, 복수의 센서 트랜지스터(Tss1-1, Tss1-2, Tss2-1, Tss2-2) 각각의 게이트 전극에는 공통 배선(CL8)을 통해 일정한 공통 전압이 인가되고, 복수의 센서 트랜지스터(Tss1-1, Tss1-2, Tss2-1, Tss2-2) 각각의 제2 전극에는 게이트 전압이 하이레벨일 때, 리드아웃 배선(RO1)으로부터 기준 전압(Vref)이 인가된다.
기준 전압(Vref)과 공통 전압의 차이는 센서 트랜지스터(Tss1-1, Tss1-2, Tss2-1, Tss2-2)의 문턱 전압 이하로 설정될 수 있다. 이에, 복수의 센서 트랜지스터(Tss1-1, Tss1-2, Tss2-1, Tss2-2) 각각은 외부에서 광이 입사되기 전까지는 턴오프 상태일 수 있어, 포토 센서(PS1, PS2)는 포토 센싱 기능을 원활하게 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서 제1 센서 스토리지 커패시터(SCst1) 및 제2 센서 스토리지 커패시터(SCst2) 또한 상술한 공통 배선(CL8)에 연결될 수 있다.
종래의 표시장치는 센서 스토리지 커패시터가 공통 배선에 연결되지 않고, 공통 배선과 별개로 형성된 스토리지 배선에 연결되어, 터치 감지 신호를 저장하였다. 상술한 별개의 스토리지 배선 또한 불투명 금속으로 형성되어, 별개의 스토리지 배선 형성으로 인하여 개구율이 감소되는 문제점이 있었다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 기존에 별개로 형성되던 스토리지 배선을 삭제하고, 제1 센서 스토리지 커패시터(SCst1) 및 제2 센서 스토리지 커패시터(SCst2) 또한 상술한 공통 배선(CL8)에 연결시켜, 터치 감지 신호를 저장할 수 있다.
이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 배선 수를 감소시킬 수 있고, 이에 따라 개구율이 향상될 수 있다. 구체적으로는 수평으로 연장되는 배선의 개수가 40%정도 감소할 수 있고, 이는 전체 표시장치의 개구율을 10%향상 시킬 수 있는 효과가 있다.
<터치 구동회로>
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 표시패널과 터치 구동회로의 연결 관계를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하여 전술한 바와 같이, 터치 구동회로(500)는 센서 구동 전압 및 공통 전압을 포토 센서(PS)에 인가할 수 있다. 그리고, 터치 구동회로(500)는 포토 센서(PS)에서 전송된 터치 감지 신호를 입력받아 터치 여부를 판단할 수 있다.
즉, 터치 구동회로(500)는 센서 구동 전압을 센싱 구동 배선(Vdr1 내지 Vdrs)에 인가하고, 공통 전압을 복수의 공통 배선(CL1 내지 CLo)에 인가하고, 리드아웃 배선(RO1 내지 ROq)을 통하여 터치 감지 신호를 입력받을 수 있다.
이를 위하여, 터치 구동회로(500)는 복수의 핀을 통하여, 복수의 공통 배선(CL1 내지 CLo), 복수의 센싱 구동 배선(Vdr1 내지 Vdrs) 및 복수의 리드아웃 배선(RO1 내지 ROq)과 전기적으로 연결될 수 있다.
구체적으로 도 4에 도시된 바와 같이, 터치 구동회로(500)는 복수의 핀(PN1 내지 PNx, x는 자연수)을 을 포함할 수 있고, 복수의 핀(PN1 내지 PNx) 각각은 복수의 공통 배선(CL1 내지 CLo), 복수의 센싱 구동 배선(Vdr1 내지 Vdrs) 및 복수의 리드아웃 배선(RO1 내지 ROq)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 핀(PN1) 및 제2 핀(PN2)은 복수의 공통 배선(CL1 내지 CLo)에 연결되어, 터치 구동회로(500)는 제1 핀(PN1) 및 제2 핀(PN2)을 통하여, 복수의 공통 배선(CL1 내지 CLo)에 공통 전압을 인가할 수 있다.
그리고, 제3 핀(PN3)은 복수의 센싱 구동 배선(Vdr1 내지 Vdrs)에 연결되어, 터치 구동회로(500)는 제3 핀(PN3)을 통하여, 복수의 센싱 구동 배선(Vdr1 내지 Vdrs)에 센서 구동 전압을 인가할 수 있다.
그리고, 제4 핀(PN4)은 제1 리드아웃 배선(RO1)에 연결되어, 터치 구동회로(500)는 제4 핀(PN4)을 통하여, 제1 리드아웃 배선(RO1)에 연결되는 포토 센서(PS)로부터 터치 감지 신호를 입력받을 수 있다.
그리고, 제5 핀(PN5)은 제2 리드아웃 배선(RO2)에 연결되어, 터치 구동회로(500)는 제5 핀(PN5)을 통하여, 제2 리드아웃 배선(RO2)에 연결되는 포토 센서(PS)로부터 터치 감지 신호를 입력받을 수 있다.
그리고, 제(x-1) 핀(PN(x-1))은 제(q-1) 리드아웃 배선(RO(q-1))에 연결되어, 터치 구동회로(500)는 제(x-1) 핀(PN(x-1))을 통하여, 제(q-1) 리드아웃 배선(RO(q-1))에 연결되는 포토 센서(PS)로부터 터치 감지 신호를 입력받을 수 있다.
그리고, 제x 핀(PNx)은 제q 리드아웃 배선(ROq)에 연결되어, 터치 구동회로(500)는 제x 핀(PNx)을 통하여, 제q 리드아웃 배선(ROq)에 연결되는 포토 센서(PS)로부터 터치 감지 신호를 입력받을 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 터치 구동회로(500)는 복수의 공통 배선(CL1 내지 CLo)과 연결되는 적어도 2개의 핀(PN1, PN2)을 포함할 수 있다.
종래의 표시장치는 센서 스토리지 배선과 터치 구동회로를 전기적으로 연결시키기 위한 핀이 별도로 필요하였다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 기존에 별개로 형성되던 스토리지 배선을 삭제함으로써, 기존의 센서 스토리지 배선과 터치 구동회로를 전기적으로 연결시키기 위한 핀을 복수의 공통 배선(CL1 내지 CLo)과 연결되도록 할 수 있다.
이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 터치 구동회로의 적어도 2개의 핀을 복수의 공통 배선(CL1 내지 CLo)과 연결시킬 수 있다. 이에, 공통 배선(CL1 내지 CLo)에는 적어도 2개의 핀을 통해 공통 전압이 인가되어, 공통 전압이 안정적으로 인가될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치에 공급되는 공통 전압은 저항에 의한 전압 강하 및 지연이 최소화되어, 표시장치의 구동 안정성은 향상될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 터치 구동회로에 구비되는 연상 증폭기를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 터치 구동회로(500)는 복수의 리드아웃 배선(RO1 내지 ROq)을 통해 인가되는 터치 감지 신호를 처리하기 위한 연산 증폭기(operating　amplifier)를 포함한다. 참고로, 통상 연산 증폭기는 아날로그 컴퓨터용의 고이득 증폭기를 의미하며, 아날로그 컴퓨터에서는 그 이득이 귀환회로에 쓰이는 수동소자의 특성만으로 결정될 수 있도록 하기 위해, 큰 이득을 가지며, 입력 임피던스가 높고, 출력 임피던스가 낮은 증폭기가 필요하게 되었다. 이 증폭기는 그 후 아날로그 증폭기의 표준 집적회로(IC)로서 널리 사용되도록 되어 있다. 표준 IC로서의 연산증폭기는 차동입력형으로서, 이득은 30~100dB이며, 여기에 음귀환을 걸어서 적절한 이득의 증폭회로를 얻는다. 연산증폭기의 입력에 접속한 임피던스와 귀환회로에 접속한 임피던스의 비로서, 회로의 입출력 특성이 결정되도록 되어 있다.
터치 감지 신호를 처리하는 과정은, 리드아웃 배선(RO1)를 통해 센싱된 전류를 연산 증폭기에 의해 증폭하여 검출하는 것이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 연상 증폭기와 관련하여, (-) 입력 단자에 리드아웃 배선(RO1)이 연결되고, (+) 입력 단자에 기준 전압(Vref)이 인가될 수 있다. 또한, 출력 단자에서 출력된 전압은 센싱된 터치 감지 신호인 터치 감지 전압 값의 증폭한 값이다. 여기서, (-) 입력 단자와 출력 단자 사이에는 피드백 커패시터(Cfb)가 형성될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
<터치 감지 구동>
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 터치 감지 구동을 설명하기 위한 파형도이다.
도 7을 참조하면, 센서의 타이밍(timing)은, 2개의 게이트 배선(GATE; Nth, N+1th)에 게이트 하이 전압이 인가되는 동안에 전하가 복수의 리드아웃 배선(RO1 내지 ROq) 각각으로 이동하게 된다.
상술한, 2개의 게이트 배선(GATE; Nth, N+1th)은 도 2의 제5 게이트 배선(GL5) 및 제6 게이트 배선(GL6)에 대응될 수 있다.
이때, 일정 수평 기간(Ph) 동안 N번째 게이트 배선(GATE; Nth)에 게이트 하이 전압이 인가되고, 이후 일정 수평 기간(Ph) 동안 N+1번째 게이트 배선(GATE; N+1th)에 게이트 하이 전압이 순차적으로 인가되게 된다.
도 7에서는 N번째 게이트 배선(GATE; Nth)에 게이트 하이 전압이 인가되는 기간과 N+1번째 게이트 배선(GATE; N+1th)에 게이트 하이 전압이 인가되는 기간이 일부 중첩되어 있으나, 이에 한정되지 않고, 구동 상의 필요에 따라 N번째 게이트 배선(GATE; Nth)에 게이트 하이 전압이 인가되는 기간과 N+1번째 게이트 배선(GATE; N+1th)에 게이트 하이 전압이 인가되는 기간이 중첩되지 않을 수 있다.
제1 수평 기준 신호(SH0)가 하이 레벨일 동안에 복수의 리드아웃 배선(RO1 내지 ROq) 각각의 기준 전압(Vref)가 측정되고, 이후 2개의 게이트 배선(GATE; Nth, N+1th)에 게이트 하이 전압이 순차 인가되게 된다.
제2 수평 기준 신호(SH1)가 하이 레벨일 동안에 터치 구동회로(500)는 센서 스토리지 커패시터(SCst1, SCst2)에 축적된 전하량에 의한 터치 감지 전압을 측정하여, 기준 전압(Vref)과 비교하게 된다.
구체적으로, N번째 게이트 배선(GATE; Nth)에 연결된 제2 스위치 트랜지스터(Tsw2)가 턴-온(turn on)하게 되면, 제2 센서 스토리지 커패시터(SCst2)에 저장된 전하가 제2 스위치 트랜지스터(Tsw2)를 통해 제1 리드아웃 배선(RO1)으로 이동하게 된다.
이후, N+1번째 게이트 배선(GATE; N+1th) 연결된 제1 스위치 트랜지스터(Tsw1)가 턴-온하게 되면, 제1 센서 스토리지 커패시터(SCst1)에 저장된 전하가 제1 스위치 트랜지스터(Tsw1)를 통해 동일한 제1 리드아웃 배선(RO1)으로 이동하게 된다. 이후, 제1 스위치 트랜지스터(Tsw1) 및 제2 스위치 트랜지스터(Tsw2)가 턴-오프(turn off)된 후에, 터치 구동회로(500)은 제2 수평 기준 신호(SH1)가 하이 레벨일 동안에 제1 리드아웃 배선(RO1)에서 전하량인 터치 감지 신호를 센싱하게 된다.
기존은 데이터 신호의 변화(transition)에 의한 공통 전압의 변동(ripple)이 기생 커패시터 용량에 의하여 리드아웃 배선에 전압 변동을 유발하여 노이즈를 발생시킬 수 있다. 이는 터치 센서 특성의 저하를 가져오고, 터치 센서를 위한 전압 레벨의 마진이 줄어들게 된다. 즉, 일 예로 노이즈 값이 터치 감지 신호에 비해 큰 값을 가질 경우, 연산 증폭기를 통해 검출된 출력 전압이 노이즈 값인지 센싱 전압인지 구분할 수 없어 센싱의 정확도가 떨어지게 된다.
이를 개선하기 위해 본 발명은, 리드아웃 배선(RO1) 양측에 포토 센서(PS1, PS2)를 구비하여 한번의 센싱 타이밍 동안 2개의 포토 센서(PS1, PS2)에 저장된 전하를 리드아웃 배선(RO1)에 전달하게 된다.
이에 따라 본 발명의 일 실시예는, 데이터 신호의 변화에 의한 노이즈 영향을 최소화함으로써 표시패널의 인치 및 해상도 증가에 유리하며, DRD(Double Rate Driving) 구조에 적용이 가능하여 투과율 감소를 최소화할 수 있다.
<본 발명의 다른 실시예 >
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치에 대해서 서술한다.
본 발명의 다른 실시예는 본 발명의 일 실시예와 비교하여, 본 발명의 일 실시예의 표시장치의 터치 구동회로와 데이터 구동회로가 통합 구동회로로 일체화되어, 복수의 핀과 배선의 연결 관계만이 상이하다. 이에, 본 발명의 다른 실시예와 본 발명의 일 실시예의 중복되는 부분에 대한 설명을 생략하고, 통합 구동회로와 배선의 연결 관계에 대해서 구체적으로 서술한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 표시패널과 통합 구동회로의 연결 관계를 도시한 도면이다.
통합 구동회로(700)은 센서 구동 전압을 센싱 구동 배선(Vdr1 내지 Vdrs)에 인가하고, 리드아웃 배선(RO1 내지 ROq)을 통하여 터치 감지 신호를 입력받을 수 있을 뿐만 아니라, 복수의 데이터 배선(DL1 내지 DLm)에 데이터 신호를 인가할 수 있다.
이를 위하여, 통합 구동회로(700)는 복수의 핀(PN1 내지 PNy)을 통하여, 복수의 공통 배선(CL1 내지 CLo), 복수의 센싱 구동 배선(Vdr1 내지 Vdrs), 복수의 리드아웃 배선(RO1 내지 ROq) 및 복수의 데이터 배선(DL1 내지 DLm)과 전기적으로 연결될 수 있다.
구체적으로 도 8에 도시된 바와 같이, 통합 구동회로(700)는 복수의 핀(PN1 내지 PNy, y는 자연수)을 을 포함할 수 있고, 복수의 핀(PN1 내지 PNy) 각각은 복수의 공통 배선(CL1 내지 CLo), 복수의 센싱 구동 배선(Vdr1 내지 Vdrs), 복수의 리드아웃 배선(RO1 내지 ROq) 및 복수의 데이터 배선(DL1 내지 DLm)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 핀(PN1) 및 제2 핀(PN2)은 복수의 공통 배선(CL1 내지 CLo)에 연결되어, 통합 구동회로(700)는 제1 핀(PN1) 및 제2 핀(PN2)을 통하여, 복수의 공통 배선(CL1 내지 CLo)에 공통 전압을 인가할 수 있다.
그리고, 제3 핀(PN)3은 복수의 센싱 구동 배선(Vdr1 내지 Vdrs)에 연결되어, 통합 구동회로(700)는 제3 핀(PN3)을 통하여, 복수의 센싱 구동 배선(Vdr1 내지 Vdrs)에 센서 구동 전압을 인가할 수 있다.
그리고, 제4 핀(PN4)은 제3 데이터 배선(DL3)에 연결되어, 통합 구동회로(700)는 제4 핀(PN4)을 통하여, 제3 데이터 배선(DL3)에 데이터 신호를 인가할 수 있다.
그리고, 제5 핀(PN5)은 제1 리드아웃 배선(RO1)에 연결되어, 통합 구동회로(700)는 제5 핀(PN5)을 통하여, 제1 리드아웃 배선(RO1)에 연결되는 포토 센서(PS)로부터 터치 감지 신호를 입력받을 수 있다.
그리고, 제6 핀(PN6)은 제4 데이터 배선(DL4)에 연결되어, 통합 구동회로(700)는 제6 핀(PN6)을 통하여, 제4 데이터 배선(DL4)에 데이터 신호를 인가할 수 있다.
그리고, 제7 핀(PN7)은 제2 리드아웃 배선(RO2)에 연결되어, 통합 구동회로(700)는 제7 핀(PN7)을 통하여, 제2 리드아웃 배선(RO2)에 연결되는 포토 센서(PS)로부터 터치 감지 신호를 입력받을 수 있다.
그리고, 제(y-3) 핀(PN(y-3))은 제(q-1) 리드아웃 배선(RO(q-1))에 연결되어, 통합 구동회로(700)는 제(y-3) 핀(PN(y-3))을 통하여, 제(q-1) 리드아웃 배선(RO(q-1))에 연결되는 포토 센서(PS)로부터 터치 감지 신호를 입력받을 수 있다.
그리고, 제(y-2) 핀(PN(y-2))은 제(m-1) 데이터 배선(DL(m-1))에 연결되어, 통합 구동회로(700)는 제(y-2) 핀(PN(y-2))을 통하여, 제(m-1) 데이터 배선(DL(m-1))에 데이터 신호를 인가할 수 있다.
그리고, 제(y-1) 핀(PN(y-1))은 제q 리드아웃 배선(ROq)에 연결되어, 통합 구동회로(700)는 제(y-1) 핀(PN(y-1))을 통하여, 제q 리드아웃 배선(ROq)에 연결되는 포토 센서(PS)로부터 터치 감지 신호를 입력받을 수 있다.
그리고, 제y 핀(PNy)은 제m 데이터 배선(DLm)에 연결되어, 통합 구동회로(700)는 제y 핀(PNy)을 통하여, 제m 데이터 배선(DLm)에 데이터 신호를 인가할 수 있다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치에서, 통합 구동회로에 포함되는 복수에 핀에는 데이터 배선과 리드아웃 배선이 교번하여 연결될 수 있다.
이에, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치는 통합 구동회로가 데이터 신호의 공급 및 터치 감지의 기능을 모두 수행함으로써, 표시장치의 집적화를 도모할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예는 다음과 같이 설명될 수 있다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는, 제1 방향으로 배치되는 복수의 게이트 배선, 복수의 게이트 배선 사이에서 제1 방향으로 배치되는 복수의 공통 배선, 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 배치되는 복수의 데이터 배선, 복수의 데이터 배선 사이에서 제2 방향으로 배치되는 복수의 리드아웃 배선, 복수의 데이터 배선 사이에서 제2 방향으로 배치되는 복수의 센싱 구동 배선, 복수의 게이트 배선과 복수의 데이터 배선과 공통 배선에 연결되는 복수의 화소 및 복수의 센싱 구동 배선과 복수의 리드아웃 배선과 공통 배선에 연결되는 복수의 포토 센서를 포함하고, 복수의 공통 배선은 복수의 화소와 복수의 포토 센서에 동일한 공통 전압을 인가할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 복수의 화소 및 복수의 포토 센서는 복수의 게이트 배선 중 서로 인접한 게이트 배선 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 복수의 포토 센서는 제1 포토 센서 및 제2 포토 센서를 포함하고, 제1 포토 센서 및 제2 포토 센서는 복수의 리드아웃 배선 각각의 양측에 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 포토 센서는 복수의 센싱 구동 배선 중 제1 센싱 구동 배선과 연결되고, 광원에 응답하여 제1 출력 신호를 발생시키는 제1 센서 트랜지스터, 제1 센서 트랜지스터에서 출력된 제1 출력 신호를 저장하는 제1 센서 스토리지 커패시터 및 게이트 신호에 응답하여 제1 센서 스토리지 커패시터에 저장된 제1 출력 신호를 복수의 리드아웃 배선 중 어느 하나로 출력하는 제1 스위치 트랜지스터를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 센서 트랜지스터의 게이트 전극은 복수의 공통 배선 중 제1 공통 배선에 연결되고, 제1 센서 스토리지 커패시터의 일 전극은 제1 공통 배선에 연결될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 센서 트랜지스터는, 적색 광원에 반응하는 제1 적색 센서 트랜지스터와 녹색 광원에 반응하는 제1 녹색 센서 트랜지스터를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제2 포토 센서는 복수의 센싱 구동 배선 중 제2 센싱 구동 배선과 연결되고, 광원에 응답하여 제2 출력 신호를 발생시키는 제2 센서 트랜지스터, 제2 센서 트랜지스터에서 출력된 제2 출력 신호를 저장하는 제2 센서 스토리지 커패시터 및 게이트 신호에 응답하여 제2 센서 스토리지 커패시터에 저장된 제2 출력 신호를 복수의 리드아웃 배선 중 어느 하나로 출력하는 제2 스위치 트랜지스터를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제2 센서 트랜지스터의 게이트 전극은 복수의 공통 배선 중 제1 공통 배선에 연결되고, 제2 센서 스토리지 커패시터의 일 전극은 제1 공통 배선에 연결될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제2 센서 트랜지스터는 적색 광원에 반응하는 제2 적색 센서 트랜지스터와 녹색 광원에 반응하는 제2 녹색 센서 트랜지스터를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 복수의 리드아웃 배선 각각에는 기준 전압이 인가되고, 복수의 공통 배선 각각에는 공통 전압이 인가되고, 기준 전압과 공통 전압은 일정 전압차가 유지될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 표시장치는 복수의 데이터 배선 사이에 제2 방향으로 배치되고, 복수의 공통 배선과 전기적으로 연결되는 복수의 보조 공통 배선을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 표시장치는 복수의 공통 배선 각각에 공통 전압을 공급하는 터치 구동회로를 더 포함하고, 터치 구동회로는 복수의 공통 배선과 연결되는 적어도 2개의 핀을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 공통 배선에 공통 전압을 공급하고, 데이터 배선에 데이터 신호를 공급하는 통합 구동회로를 더 포함하고, 통합 구동회로는 공통 배선과 연결되는 적어도 2개의 핀을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 통합 구동회로에 포함되는 복수에 핀에는 복수의 데이터 배선과 복수의 리드아웃 배선이 교번하여 연결될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 표시패널
200: 게이트 구동회로
300: 데이터 구동회로
400: 타이밍 컨트롤러
500: 터치 구동회로
700: 통합 구동회로
AL1 내지 AL6: 보조 공통 배선
CL1 내지 CL18: 공통 배선
DL1 내지 DL8: 데이터 배선
GL1 내지 GL12: 게이트 배선
PS1: 제1 포토 센서
PS2: 제2 포토 센서
RO1: 리드아웃 배선
SCst1: 제1 센서 스토리지 커패시터
SCst2: 제2 센서 스토리지 커패시터
Tss1-1, Tss1-2: 제1 센서 트랜지스터
Tss2-1, Tss2-2: 제2 센서 트랜지스터
Tsw1: 제1 스위치 트랜지스터
Tsw2: 제2 스위치 트랜지스터
Vdr1, Vdr2: 센싱 구동 배선

Claims (16)

  1. 제1 방향으로 배치되는 복수의 게이트 배선;
    상기 복수의 게이트 배선 사이에서 상기 제1 방향으로 배치되는 복수의 공통 배선;
    상기 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 배치되는 복수의 데이터 배선;
    상기 복수의 데이터 배선 사이에서 상기 제2 방향으로 배치되는 복수의 리드아웃 배선;
    상기 복수의 데이터 배선 사이에서 상기 제2 방향으로 배치되는 복수의 센싱 구동 배선;
    상기 복수의 게이트 배선과 상기 복수의 데이터 배선과 상기 공통 배선에 연결되는 복수의 화소 및
    상기 복수의 센싱 구동 배선과 상기 복수의 리드아웃 배선과 상기 공통 배선에 연결되는 복수의 포토 센서를 포함하고,
    상기 복수의 공통 배선은 상기 복수의 화소와 상기 복수의 포토 센서에 동일한 공통 전압을 인가하는, 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 화소 및 상기 복수의 포토 센서는 상기 복수의 게이트 배선 중 서로 인접한 게이트 배선 사이에 배치되는, 표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 포토 센서는 제1 포토 센서 및 제2 포토 센서를 포함하고,
    상기 제1 포토 센서 및 상기 제2 포토 센서는 상기 복수의 리드아웃 배선 각각의 양측에 배치되는, 표시장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1 포토 센서는,
    상기 복수의 센싱 구동 배선 중 제1 센싱 구동 배선과 연결되고, 광원에 응답하여 제1 출력 신호를 발생시키는 제1 센서 트랜지스터;
    상기 제1 센서 트랜지스터에서 출력된 상기 제1 출력 신호를 저장하는 제1 센서 스토리지 커패시터; 및
    게이트 신호에 응답하여 상기 제1 센서 스토리지 커패시터에 저장된 상기 제1 출력 신호를 상기 복수의 리드아웃 배선 중 어느 하나로 출력하는 제1 스위치 트랜지스터를 포함하는, 표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 센서 트랜지스터의 게이트 전극은 상기 복수의 공통 배선 중 제1 공통 배선에 연결되고,
    상기 제1 센서 스토리지 커패시터의 일 전극은 상기 제1 공통 배선에 연결되는, 표시장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 센서 트랜지스터는, 적색 광원에 반응하는 제1 적색 센서 트랜지스터와 녹색 광원에 반응하는 제1 녹색 센서 트랜지스터를 포함하는, 표시장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2 포토 센서는,
    상기 복수의 센싱 구동 배선 중 상기 제2 센싱 구동 배선과 연결되고, 광원에 응답하여 제2 출력 신호를 발생시키는 제2 센서 트랜지스터;
    상기 제2 센서 트랜지스터에서 출력된 상기 제2 출력 신호를 저장하는 제2 센서 스토리지 커패시터; 및
    게이트 신호에 응답하여 상기 제2 센서 스토리지 커패시터에 저장된 상기 제2 출력 신호를 상기 복수의 리드아웃 배선 중 어느 하나로 출력하는 제2 스위치 트랜지스터를 포함하는, 표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 센서 트랜지스터의 게이트 전극은 상기 복수의 공통 배선 중 제1 공통 배선에 연결되고,
    상기 제2 센서 스토리지 커패시터의 일 전극은 상기 제1 공통 배선에 연결되는, 표시장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 센서 트랜지스터는, 적색 광원에 반응하는 제2 적색 센서 트랜지스터와 녹색 광원에 반응하는 제2 녹색 센서 트랜지스터를 포함하는, 표시장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 리드아웃 배선 각각에는 기준 전압이 인가되고,
    상기 복수의 공통 배선 각각에는 공통 전압이 인가되고,
    상기 기준 전압과 상기 공통 전압은 일정 전압차가 유지되는, 표시장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 기준 전압과 상기 공통 전압의 차이는 복수의 포토 센서에 포함되는 센서 트랜지스터의 문턱 전압 이하인, 표시장치.
  12. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 포토 센서 및 제2 포토 센서는,
    상기 리드아웃 배선 각각을 중심으로 점 대칭 구조를 가지는, 표시장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 데이터 배선 사이에 상기 제2 방향으로 배치되고, 상기 복수의 공통 배선과 전기적으로 연결되는 복수의 보조 공통 배선을 더 포함하는, 표시장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 공통 배선 각각에 공통 전압을 공급하는 터치 구동회로를 더 포함하고,
    상기 터치 구동회로는 상기 복수의 공통 배선과 연결되는 적어도 2개의 핀을 포함하는, 표시장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 공통 배선에 공통 전압을 공급하고,
    상기 데이터 배선에 데이터 신호를 공급하는 통합 구동회로를 더 포함하고,
    상기 통합 구동회로는 상기 공통 배선과 연결되는 적어도 2개의 핀을 포함하는, 표시장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 통합 구동회로에 포함되는 복수에 핀에는 상기 복수의 데이터 배선과 상기 복수의 리드아웃 배선이 교번하여 연결되는, 표시장치.
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