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KR102045809B1 - 터치센서 일체형 표시장치 - Google Patents

터치센서 일체형 표시장치 Download PDF

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KR102045809B1
KR102045809B1 KR1020120145345A KR20120145345A KR102045809B1 KR 102045809 B1 KR102045809 B1 KR 102045809B1 KR 1020120145345 A KR1020120145345 A KR 1020120145345A KR 20120145345 A KR20120145345 A KR 20120145345A KR 102045809 B1 KR102045809 B1 KR 102045809B1
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KR1020120145345A
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김주한
한만협
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 두께를 절감과 함께 터치 감도를 높일 수 있는 터치센서 일체형 표시장치에 관한 것으로, 서로 교차하도록 형성되는 복수의 게이트 라인들과 복수의 데이터 라인들; 상기 복수의 게이트 라인들과 데이터 라인들의 교차에 의해 정의되는 영역 내에 각각 형성되는 복수의 픽셀전극들; 상기 게이트 라인들 각각을 사이에 두고 서로 이웃하는 픽셀전극들 사이에서 상기 게이트 라인과 나란하게 형성되는 복수의 제 1 전극들; 상기 픽셀전극과 적어도 일부분이 중첩되도록 형성되고, 상기 데이터 라인과 나란하게 형성되는 복수의 제 2 전극들; 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 형성되는 차폐전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

터치센서 일체형 표시장치{TOUCH SENSOR INTEGRATED TYPE DISPLAY DEVICE}
본 발명은 사용자의 터치를 인식할 수 있는 터치센서 일체형 표시장치에 관한 것으로, 특히 터치 구동전극에 의한 정전용량의 변화량을 줄여 터치 센서의 감도를 높일 수 있는 터치센서 일체형 표시장치에 관한 것이다.
최근, 키보드, 마우스, 트랙볼, 조이스틱, 디지타이저(digitizer) 등의 다양한 입력장치(input device)들이 사용자와 가전기기 또는 각종 정보통신기기 사이의 인터페이스를 구성하기 위해 사용되고 있다. 그러나, 상술한 바와 같은 입력장치를 사용하는 것은 사용법을 익혀야 하고 공간을 차지하는 등의 불편을 야기하는 문제점이 있었다. 따라서, 편리하면서도 간단하고 오작동을 감소시킬 수 있는 입력장치에 대한 요구가 날로 증가되고 있다. 이와 같은 요구에 따라 사용자가 손가락이나 펜 등으로 화면과 직접 접촉하여 정보를 입력하는 터치센서(touch sensor)가 제안되었다.
터치센서는 간단하고, 오작동이 적으며, 별도의 입력기기를 사용하지 않고도 입력이 가능할 뿐 아니라 사용자가 화면에 표시되는 내용을 통해 신속하고 용이하게 조작할 수 있다는 편리성 때문에 다양한 표시장치에 적용되고 있다.
터치센서는 구조에 따라서, 상판 부착형(add-on type)과 상판 일체형(on-cell type)으로 나눌 수 있다. 상판 부착형은 표시장치와 터치 센서가 형성된 터치 패널을 개별적으로 제조한 후에, 표시장치의 상판에 터치 패널을 부착하는 방식이다. 상판 일체형은 표시장치의 상부 유리 기판 표면에 터치센서를 직접 형성하는 방식이다.
상판 부착형은 표시장치 위에 완성된 터치 패널이 올라가 장착되는 구조로 두께가 두껍고, 표시장치의 밝기가 어두워져 시인성이 저하되는 문제가 있다.
한편, 상판 일체형의 경우, 표시장치의 상면에 별도의 터치센서가 형성된 구조로 상판 부착형 보다 두께를 줄일 수 있지만, 여전히 터치센서를 구성하는 구동전극층과 센싱전극층 및 이들을 절연시키기 위한 절연층 때문에 전체 두께가 증가하는 문제점이 있었다.
따라서, 이러한 종래 기술에 의한 문제점들을 해결할 수 있는 표시장치의 필요성이 대두되었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 표시장치의 터치를 인식하기 위한 터치 구동전극 및 터치 센싱전극을 표시장치 구성요소와 겸용하게 함으로써 두께를 절감하고 터치 감도를 높일 수 있는 터치센서 일체형 표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 터치 구동전극들과 터치 센싱전극들 사이의 상호 정전용량을 줄임으로써 터치 감도의 저하와 함께 기생정전용량의 증가를 방지할 수 있는 터치센서 일체형 표시장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기 목적 달성을 위해 본 발명의 제 1 특징에 따르는 터치센서 일체형 표시장치는, 서로 교차하도록 형성되는 복수의 게이트 라인들과 복수의 데이터 라인들; 상기 복수의 게이트 라인들과 데이터 라인들의 교차에 의해 정의되는 영역 내에 각각 형성되는 복수의 픽셀전극들; 상기 게이트 라인들 각각을 사이에 두고 서로 이웃하는 픽셀전극들 사이에서 상기 게이트 라인과 나란하게 형성되는 복수의 제 1 전극들; 상기 픽셀전극과 적어도 일부분이 중첩되도록 형성되고, 상기 데이터 라인과 나란하게 형성되는 복수의 제 2 전극들; 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 형성되는 차폐전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 차폐전극은 상기 제 1 전극의 일측에 배치된 제 2 전극과 상기 제 1 전극의 사이에 형성되는 제 1 차폐전극과, 상기 제 1 전극의 타측에 배치된 제 2 전극과 상기 제 1 전극 사이에 배치되는 제 2 차폐전극을 포함한다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 차폐전극은 제 1 전극과 동일층에 형성되고, 상기 픽셀전극 및 상기 제 2 전극과는 다른 층에 형성된다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 차폐전극은 상기 픽셀전극 및 상기 제 2 전극과 동일층에 형성되고, 상기 제 1 전극과는 다른 층에 형성된다.
상기 목적 달성을 위해 본 발명의 제 2 특징에 따르는 터치센서 일체형 표시장치는, 서로 교차하도록 형성되는 복수의 게이트 라인들과 복수의 데이터 라인들; 상기 복수의 게이트 라인들과 데이터 라인들의 교차에 의해 정의되는 영역 내에 각각 형성되는 복수의 픽셀전극들; 상기 게이트 라인들 각각을 사이에 두고 서로 이웃하는 픽셀전극들 사이에서 상기 게이트 라인과 나란하게 형성되는 복수의 제 1 전극들; 상기 픽셀전극과 적어도 일부분이 중첩되도록 형성되고, 상기 데이터 라인과 나란하게 형성되는 복수의 제 2 전극들; 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 형성되는 차폐전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 차폐전극은 인접한 2개의 픽셀전극들 중 제 1 픽셀전극과 상기 제 1 픽셀에 인접한 제 1 전극 사이에 형성되는 제 1 차폐전극과, 상기 제 1 전극과 상기 2개의 픽셀전극들 중 제 2 픽셀전극 사이에 배치되는 제 2 차폐전극을 포함한다.
또한, 제 1 및 제 2 차폐전극들은 상기 제 1 전극들 및 상기 픽셀전극들과 동일층에 형성되고, 상기 제 1 전극들과 상기 제 2 전극들은 다른 층에 형성된다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 차폐전극들은 상기 제 1 전극들과 동일 층에 형성되고, 상기 제 1 전극들 및 상기 픽셀전극들과 다른 층에 형성된다.
본 발명의 특징에 의한 터치센서 일체형 표시장치에 따르면, 픽셀 전극과 함께 표시장치의 액정을 구동시키는 전계를 형성하기 위해 사용되는 공통전극을 터치 구동전극, 또는 터치 센싱전극으로 이용할 수 있기 때문에 터치 구동전극 또는 터치 센싱전극을 별도로 형성할 필요가 없다. 따라서, 터치 구동전극 또는 터치 센싱전극을 형성하기 위해 필요한 공정수를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 그 두께만큼 표시장치의 두께를 얇게 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한 본 발명의 특징에 따르는 터치센서 일체형 표시장치에 의하면, 제 1 및 제 2 차폐 전극패턴들이 공통전극 겸용 터치 구동전극과 터치 센싱전극 사이, 또는 공통전극 겸용 터치 센싱전극과 구동전극 사이에 형성되므로, 제 1 및 제 2 차폐 전극패턴들에 의한 전기장 차폐효과가 발생하여 액정의 거동을 감소시킬 수 있게 되므로 공통전극에 의한 정전용량의 변화량을 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치센서 일체형 표시장치를 개략적으로 도시한 블록도,
도 2는 도 1에 도시된 표시장치를 개략적으로 보여 주는 일부 분해 사시도,
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치센서 일체형 표시장치의 일부분을 도시한 평면도,
도 4a는 도 3의 I-I'라인을 따라 취한 단면도로서 제 1 및 제 2 차폐전극들이 제 1 보호막 상에 형성된 예를 도시한 단면도,
도 4b는 도 3의 I-I'라인을 따라 취한 단면도로서 제 1 및 제 2 차폐전극들이 제 2 보호막 상에 형성된 예를 도시한 단면도,
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치센서 일체형 표시장치의 일부분을 도시한 평면도.
도 6a는 도 5의 I-I'라인을 따라 취한 단면도로서, 제 1 및 제 2 차폐전극들이 제 1 보호막 상에 형성된 예를 도시한 단면도,
도 6b는 도 5의 I-I'라인을 따라 취한 단면도로서, 제 1 및 제 2 차폐전극들이 제 2 보호막 상에 형성된 예를 도시한 단면도.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서는 터치센서 일체형 표시장치의 일례로서 터치센서 일체형 액정 표시장치를 들어 구체적으로 설명하기로 한다.
우선, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 터치센서 일체형 표시장치에 대해 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치센서 일체형 표시장치를 개략적으로 도시한 블록도, 도 2는 도 1에 도시된 표시장치를 개략적으로 보여 주는 일부 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치센서 일체형 액정 표시장치는 액정 표시패널(LCP), 호스트 콘트롤러(10), 타이밍 콘트롤러(11), 데이터 구동부(12), 게이트 구동부(13), 전원 공급부(15), 터치 인식 프로세서(17) 등을 포함한다.
액정 표시패널(LCP)은 액정층(도시생략 )을 사이에 두고 형성되는 컬러필터 어레이(CFA)와 박막 트랜지스터 어레이(TFTA)를 포함한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 박막 트랜지스터 어레이(TFTA)는 제 1 기판(SUB1) 상에 제 1 방향(예를 들면, x방향)으로 나란하게 형성된 복수의 게이트 라인들(G1, G2, ...Gm), 상기 복수의 게이트 라인들(G1, G2, ...Gm)과 서로 교차하도록 제 2 방향(예를 들면, y방향)으로 나란하게 형성된 데이터 라인들(D1, D2, ...Dn), 상기 게이트 라인들(G1, G2, ...Gm)과 데이터 라인들(D1, D2, ...Dn)이 교차하는 영역에 형성되는 박막 트랜지스터들(TFT), 액정 셀들에 데이터전압을 충전시키기 위한 복수의 픽셀 전극들(Px), 상기 복수의 픽셀 전극들(Px)과 대향하도록 배치된 터치 구동전극 겸용 공통전극들(COM, Tx), 및 터치 센싱전극들(Rx)을 포함한다.
공통전극들(COM)은 TN(Twisted Nematic) 모드와 VA(Vertical Alignment) 모드와 같은 수직전계 구동방식에서 제 2 기판(SUB2)에 형성되며, IPS(In Plane Switching) 모드와 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같은 수평전계 구동방식에서는 픽셀 전극(Px)과 함께 제 1 기판(SUB1) 상에 형성된다. 이하의 본 발명의 실시예에서는 수평전계 구동방식을 예로 들어 설명하기로 한다.
공통전극들(COM)은 터치 구동전극으로서의 기능을 겸한다. 따라서, 공통전극(COM)은 필요에 따라 터치 구동전극(Tx), 공통전극 겸용 터치 구동전극(Tx), 또는 터치 구동전극 겸용 공통전극(COM)으로 칭하기도 한다. 본 발명의 실시예에서는 공통전극(COM)이 터치 구동전극(Tx)으로서의 기능을 겸하는 것으로 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 공통전극은 터치 센싱전극으로서의 기능을 겸하도록 구성할 수도 있으며, 이 경우, 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱전극은 터치 구동전극으로 된다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 일체형 표시장치의 공통전극(COM)은 제 1 방향(예를 들면, x축 방향) 또는 제 2 방향(예를 들면, y축 방향)으로 나란하게 분할(본 발명의 실시예에서는 x축 방향으로 배열되고 y축 방향으로 분할됨)된 복수의 공통전극들로 구성된다. 이들 공통전극(COM)은 터치센서를 구성하는 복수의 터치 센싱전극들(Rx)로서의 기능을 겸한다.
박막 트랜지스터 어레이(TFTA)의 복수의 터치 구동전극들(Tx)은 터치 센싱전극(Rx)들과 교차하는 제 1 방향(x축 방향)으로 나란하게 분리된다.
이하, 도 3 내지 도 4b를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막 트랜지스터 어레이(TFTA)에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치센서 일체형 표시장치의 박막 트랜지스터의 일부분을 도시한 단면도, 도 4a는 도 3의 I-I'라인을 따라 취한 단면도로서 제 1 및 제 2 차폐전극들이 제 1 보호막 상에 형성된 예를 도시한 단면도, 도 4b는 도 3의 I-I'라인을 따라 취한 단면도로서 제 1 및 제 2 차폐전극들이 제 1 보호막 상에 형성된 예를 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 4a를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 박막 트랜지스터 어레이(TFTA)는 제 1 기판(SUB1) 상에 서로 교차되도록 형성되는 게이트 라인들(GL) 및 데이터 라인들(DL)과, 상기 게이트 라인들(GL)과 데이터 라인들(DL)의 교차 영역에 형성되는 박막 트랜지스터들(TFT)과, 게이트 라인들(GL)과 데이터 라인들(DL)의 교차에 의해 정의되는 영역에 형성되는 픽셀전극들(Px)과, 게이트 라인(GL)을 사이에 두고 서로 인접한 픽셀전극들(Px) 사이에 형성되는 터치 센싱전극들(Rx)과, 상기 픽셀전극(Px)과 대향하도록 형성되는 터치 구동전극 겸용 공통전극들(COM)을 포함한다.
박막 트랜지스터(TFT)는 제 1 기판(SUB1) 상에 형성되며 게이트 라인(GL)으로부터 연장되는 게이트 전극(G)과, 게이트 라인(GL) 및 게이트 전극(G)을 커버하는 게이트 절연층(GI) 상에서 게이트 전극(G)과 대응하는 영역에 형성되는 활성층(A)과, 활성층(A)을 커버하는 제 1 보호막(PAS1) 상에 형성되는 데이터 라인(DL) 으로부터 연장되는 소스 전극(S)과, 이 소스 전극(S)과 대향하도록 형성되는 드레인 전극(D)을 포함한다. 이와 같이 형성된 박막 트랜지스터(TFT)는 제 1 보호막(PAS1)으로 덮여 있으며, 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(D)의 일부분은 제 1 보호막(PAS1)에 형성된 콘택홀(CH)을 통해 노출되도록 되어 있다.
박막 트랜지스터(TFT)와 데이터 라인(DL)을 커버하는 제 1 보호막(PAS1) 상에는 터치 구동전극(Tx)의 기능을 겸하는 복수의 공통전극들(COM)이 y축 방향으로 라인을 이루도록 형성된다. y축 방향으로 라인을 이루도록 형성되는 공통전극(COM)은 각 픽셀영역에서 콘택홀(CH)이 형성된 영역 및 박막 트랜지스터(TFT)가 형성된 영역과 중첩되지 않도록 형성된다. 박막 트랜지스터(TFT)의 양측에는 서로 분리되고, 공통전극(COM)으로부터 이격된 제 1 및 제 2 차폐전극들(Sx1, Sx2)이 각각 형성된다. 제 1 차폐전극(Sx1)은 소스전극(S) 측에 인접한 공통전극(COM)과 후술하는 터치 센싱전극(Rx) 사이의 제 1 보호막(PAS1) 상에 형성되고, 제 2 차폐전극(Sx2)은 상기 터치 센싱전극(Rx)과 드레인 전극(D) 측에 인접한 픽셀전극(Px) 사이의 제 1 보호막(PAS1) 상에 형성된다. 제 1 차폐전극(Sx1)과 제 2 차폐전극(Sx2)은 일정 거리를 두고 서로 떨어져 있으며, 이들 사이에는 제 2 보호막(PAS2)을 개재하여 후술하는 터치 센싱전극(Rx)이 형성된다.
터치 구동전극들(Tx1)과 제 1 및 제 2 차폐전극들(Sx1, Sx2)이 형성된 제 1 보호막(PAS1)의 전면 상에는 제 2 보호막(PAS2)이 형성되며, 드레인 전극(D)의 일부분이 노출되도록 제 1 보호막(PAS1)과 제 2 보호막(PAS2)을 관통하는 콘택홀(CH)이 형성된다.
콘택홀(CH)이 형성된 제 2 보호막(PAS2) 상에는 픽셀전극들(Px)과 터치 센싱전극들(Rx)이 형성된다. 픽셀전극들(Px)은 게이트 라인(GL)과 데이터 라인(DL)의 교차에 의해 정의되는 영역 내에 형성되며, 콘택홀(CH)을 통해 노출되는 박막 트랜지스터의 드레인 전극(D)에 연결된다. 픽셀전극들(Px)은 또한 제 1 차폐 전극패턴(Sx1)이 형성된 영역을 피하여 형성되지만, 제 2 차폐 전극패턴(Sx2)과는 중첩되도록 형성된다. 터치 센싱전극들(Rx)은 게이트 라인(GL)을 사이에 두고 서로 이웃하게 형성되는 픽셀전극들(Px) 사이에 형성된다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치 센서 일체형 표시장치에서는 도 3 및 도 4a에 도시된 바와 같이 제 1 보호층(PAS1) 상에 형성되는 터치 구동전극(Tx)은 슬릿이 없도록 형성되고, 제 2 보호층(PAS2) 상에 형성되는 픽셀전극(Px)은 슬릿(SL)을 갖도록 형성된다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 터치 구동전극(Tx)과 픽셀전극(Px)의 어느 하나가 슬롯이 있는 형상이면 다른 하나는 슬롯이 없는 형상을 갖도록 형성될 수 있다
컬러필터 어레이(CFA)는 제 2 기판(SUB2) 상에 형성되는 블랙매트릭스 및 컬러필터와, 액정셀의 셀갭(cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서(coluumn spacer)(도시생략)를 포함한다.
박막 트랜지스터 어레이(TFTA)의 제 1 기판(SUB1)과 컬러필터 어레이(CFA)의 제 2 기판(SUB2)의 외면에는 도 2에 도시된 바와 같이, 각각 편광판(POL1, POL2)이 부착되고, 액정과 접하는 제 1 및 제 2 기판들(SUB1, SUB2)의 내면에는 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막(도시생략)이 각각 형성된다.
도 4b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 변형예를 도시한 터치센서 일체형 표시장치에 관한 것으로, 제 1 및 제 2 차폐전극들(Sx1, Sx2)이 제 2 보호막(PAS2) 상에 형성되는 점을 제외하고는 도 4a의 실시예와 동일하므로 설명의 중복을 피하기 위해 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.
다음으로 도 5 내지 도 6b를 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치센서 일체형 표시장치에 대해 설명하기로 한다. 도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치센서 일체형 표시장치의 일부분을 도시한 평면도. 도 6a는 도 5의 I-I'라인을 따라 취한 단면도로서, 제 1 및 제 2 차폐전극들이 제 1 보호막 상에 형성된 예를 도시한 단면도, 도 6b는 도 5의 I-I'라인을 따라 취한 단면도로서, 제 1 및 제 2 차폐전극들이 제 2 보호막 상에 형성된 예를 도시한 단면도이다.
도 5 및 도 6a를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따르는 박막 트랜지스터 어레이(TFTA)는 제 1 기판(SUB1) 상에 서로 교차되도록 형성되는 게이트 라인들(GL) 및 데이터 라인들(DL)과, 상기 게이트 라인들(GL)과 데이터 라인들(DL)의 교차 영역에 형성되는 박막 트랜지스터들(TFT)과, 게이트 라인들(GL)과 데이터 라인들(DL)의 교차에 의해 정의되는 영역에 형성되는 픽셀전극들(Px)과, 게이트 라인(GL)을 사이에 두고 서로 인접한 픽셀전극들(Px) 사이에 형성되는 터치 구동전극들(Tx)과, 상기 픽셀전극(Px)과 대향하도록 형성되는 터치 센싱전극 겸용 공통전극들(COM)과, 터치 센싱전극 겸용 공통전극(COM과 터치 구동전극(Tx) 사이에 형성되어 공통전극(COM)과 전기장을 형성시킴으로써 공통전압에 의한 전기장이 액정에 미치는 것을 감축시키는 제 1 및 제 2 차폐 전극패턴들(Sx1, Sx2)을 포함한다.
박막 트랜지스터(TFT)는 제 1 기판(SUB1) 상에 형성되며 게이트 라인(GL)으로부터 연장되는 게이트 전극(G)과, 게이트 라인(GL) 및 게이트 전극(G)을 커버하는 게이트 절연층(GI) 상에서 게이트 전극(G)과 대응하는 영역에 형성되는 활성층(A)과, 활성층(A)을 커버하는 제 1 보호막(PAS1) 상에 형성되는 데이터 라인(DL) 으로부터 연장되는 소스 전극(S)과, 이 소스 전극(S)과 대향하도록 형성되는 드레인 전극(D)을 포함한다. 이와 같이 형성된 박막 트랜지스터(TFT)는 제 1 보호막(PAS1)으로 덮여 있으며, 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(D)의 일부분은 제 1 보호막(PAS1)에 형성된 콘택홀(CH)을 통해 노출되도록 되어 있다.
박막 트랜지스터(TFT)와 데이터 라인(DL)을 커버하는 제 1 보호막(PAS1) 상에는 픽셀전극들(Px), 터치 구동전극들(Tx) 및 제 1 및 제 2 차폐전극들(Sx1, Sx2)이 형성된다. 픽셀전극들(Px)은 데이터 라인(DL)과 게이트 라인(GL)의 교차에 의해 정의되는 영역에 각각 형성되며, 콘택홀(CH)을 통해 노출된 드레인 전극(D)과 연결된다. 터치 구동전극(Tx)은 게이트 라인(GL)을 사이에 두고 서로 인접한 픽셀전극들(Px) 사이에 형성된다. 제 1 및 제 2 차폐전극들(Sx1, Sx2)은 터치 구동전극(Tx)과, 게이트 라인(GL)을 사이에 두고 서로 인접한 픽셀전극들(Px) 사이에 각각 형성된다.
픽셀전극들(Px), 터치 구동전극들(Tx) 및 제 1 및 제 2 차폐전극들(Sx1, Sx2)이 형성된 제 1 보호막(PAS1)의 전면 상에는 제 2 보호막(PAS2)이 형성된다.
제 2 보호막(PAS2) 상에는 터치 센싱전극들(Rx)이 형성된다. 픽셀전극들(Px)은 게이트 라인(GL)과 데이터 라인(DL)의 교차에 의해 정의되는 영역 내에 형성되며, 콘택홀(CH)을 통해 노출되는 박막 트랜지스터의 드레인 전극(D)에 연결된다. 픽셀전극들(Px)은 또한 제 1 차폐 전극패턴(Sx1)이 형성된 영역을 피하여 형성되지만, 제 2 차폐 전극패턴(Sx2)과는 중첩되도록 형성된다. 터치 센싱전극들(Rx)은 픽셀전극들(Px)과 적어도 일부분이 중첩되도록 형성된다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치 센서 일체형 표시장치에서는 도 5 및 도 6a에 도시된 바와 같이 제 1 보호층(PAS1) 상에 형성되는 픽셀전극(Px)은 슬릿이 없도록 형성되고, 제 2 보호층(PAS2) 상에 형성되는 터치 구동전극 겸용 공통전극(COM)은 슬릿(SL)을 갖도록 형성된다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 터치 구동전극(Tx)과 픽셀전극(Px)의 어느 하나가 슬롯이 있는 형상이면 다른 하나는 슬롯이 없는 형상을 갖도록 형성될 수 있다
도 6b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 변형예를 도시한 터치센서 일체형 표시장치에 관한 것으로, 제 1 및 제 2 차폐전극들(Sx1, Sx2)이 제 2 보호막(PAS2) 상에 형성되는 점을 제외하고는 도 6a의 실시예와 동일하므로 설명의 중복을 피하기 위해 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.
도 1, 도 3, 및 도 5를 참조하면, 게이트 구동부(13)는 타이밍 콘트롤러(11)의 제어하에 디스플레이 모드에서 게이트 펄스(또는 스캔 펄스)를 순차적으로 출력하고 그 출력의 스윙전압을 게이트 하이 전압(VGH)과 게이트 로우 전압(VGL)으로 쉬프트시킨다. 게이트 구동부(13)로부터 출력되는 게이트 펄스는 데이터 구동부(12)로부터 출력되는 데이터 전압에 동기되어 게이트 라인들(G1~Gm)에 순차적으로 공급된다. 게이트 하이 전압(VGH)은 박막 트랜지스터(TFT)의 문턱 전압 이상의 전압이고, 게이트 로우 전압(VGL)은 박막 트랜지스터(TFT)의 문턱 전압보다 낮은 전압이다. 게이트 구동부(13)의 게이트 구동 IC(Integrated Circuit)들은 TAP(Tape Automated Bonding) 공정을 통해 박막 트랜지스터 어레이(TFTA)의 제 1 기판(SUB1) 상에 형성된 게이트 라인들(G1~Gm)에 연결되거나 GIP(Gate In Panel) 공정으로 픽셀과 함께 박막 트랜지스터 어레이(TFTA)의 제 1 기판(SUB1) 상에 직접 형성될 수 있다.
데이터 구동부(12)는 타이밍 콘트롤러(11)의 제어 하에 디지털 비디오 데이터(RGB)를 샘플링하고 래치한다. 데이터 구동부(12)는 전원 공급부(15)로부터 공급되는 정극성/부극성 감마보상전압(GMA1~GMAn)에 기초하여 디지털 비디오 데이터(RGB)의 데이터 전압의 극성을 반전시켜 정극성/부극성 데이터 전압을 출력한다. 데이터 구동부(12)로부터 출력되는 정극성/부극성 데이터전압은 게이트 구동부(13)로부터 출력되는 게이트 펄스에 동기된다. 데이터 구동부(12)의 소스 구동 IC(Integrated Circuit)들 각각은 COG(Chip On Glass) 공정이나 TAB(Tape Automated Bonding) 공정으로 디스플레이부의 데이터 라인들(D1~Dn)에 접속될 수 있다. 소스 구동 IC는 타이밍 콘트롤러(11) 내에 집적되어 타이밍 콘트롤러(11)와 함께 원칩 IC(one chip IC)로 구현될 수도 있다.
타이밍 콘트롤러(11)는 외부의 호스트 콘트롤러(10)로부터 공급되는 표시장치의 구동을 위해 필요한 타이밍 신호들을 이용하여 게이트 구동부(13) 및 데이터 구동부(12)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들을 발생한다. 게이트 구동부(13) 및 데이터 구동부(12)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들은 게이트 구동부(13)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 타이밍 제어신호와, 데이터 구동부(12)의 동작 타이밍과 데이터전압의 극성을 제어하기 위한 데이터 타이밍 제어신호를 포함한다.
게이트 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock, GSC), 게이트 출력 인에이블 신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함한다. 게이트 스타트 펄스(GSP)는 게이트 구동부(13)로부터 매 프레임기간마다 가장 먼저 게이트 펄스를 출력하는 첫 번째 게이트 구동 IC에 인가되어 그 게이트 구동 IC의 쉬프트 시작 타이밍을 제어한다. 게이트 쉬프트 클럭(GSC)은 게이트 구동부(13)의 게이트 구동 IC들에 공통으로 입력되어 게이트 스타트 펄스(GSP)를 쉬프트시키기 위한 클럭신호이다. 게이트 출력 인에이블 신호(GOE)는 게이트 구동부(13)의 게이트 구동 IC들의 출력 타이밍을 제어한다.
데이터 타이밍 제어신호는 소스 스타트 펄스(Source Start Pulse, SSP), 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성 제어신호(Polarity : POL), 및 소스 출력 인에이블 신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함한다. 소스 스타트 펄스(SSP)는 데이터 구동부(12)에서 가장 먼저 데이터를 샘플링하는 첫 번째 소스 구동 IC에 인가되어 데이터 샘플링 시작 타이밍을 제어한다. 소스 샘플링 클럭(SSC)은 라이징 또는 폴링 에지에 기준하여 소스 구동 IC들 내에서 데이터의 샘플링 타이밍을 제어하는 클럭신호이다. 극성제어신호(POL)는 소스 구동 IC들로부터 출력되는 데이터전압의 극성을 제어한다. 소스 출력 인에이블신호(SOE)는 소스 구동 IC들의 출력 타이밍을 제어한다. mini LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 인터페이스를 통해 데이터 구동부(12)에 디지털 비디오 데이터(RGB)가 입력된다면, 소스 스타트 펄스(SSP)와 소스 샘플링 클럭(SSC)은 생략될 수 있다.
전원 공급부(15)는 PWM(Pulse Width Modulation) 변조회로, 부스트 컨버터(boost converter), 레귤레이터(regulator), 차지펌프(charge pump), 분압회로, 연산 증폭기(Operation Amplifier) 등을 포함한 DC-DC 컨버터(DC-DC Converter)로 구현된다. 전원 공급부(15)는 호스트 콘트롤러(10)로부터의 입력전압을 조정하여 액정 표시패널(LCP), 데이터 구동부(12), 게이트 구동부(13), 타이밍 콘트롤러(11), 백라이트 유닛(도시생략)의 구동에 필요한 전원을 발생시킨다.
전원 공급부(15)로부터 출력되는 전원들은 고전위 전원전압(VDD), 게이트 하이전압(VGH), 게이트 로우전압(VGL), 공통전압(Vcom), 정극성/부극성 감마기준전압들(VGMA1∼VGMAn), 터치 구동전압(Vtsp) 등을 포함한다. 이들 전압 중 공통전압(Vcom)은 디스플레이 구동시 호스트 콘트롤러(10)의 제어하에 모든 공통전극들(COM)에 공급된다. 공통전압(Vcom)은 타이밍 콘트롤러(11)의 제어하에 모든 공통전극(COM)에 공급되도록 구성할 수도 있다. 한편, 터치 구동전압(Vtsp)은 터치 구동시 호스트 콘트롤러(10)의 제어하에 터치 구동전극들(Tx)에 각각 공급된다. 터치 구동전압(Vtsp)은 타이밍 콘트롤러(11)의 제어하에 터치 구동전극들(Tx)에 공급되도록 구성할 수도 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서는 터치 구동전압(Vtsp)이 전원 공급부(15)를 통해 터치 구동전극들(Tx)에 공급되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 터치 구동전압(Vtsp)은 호스트 콘트롤러(10) 또는 타이밍 콘트롤러(11)에 의해 제어되는 터치 인식프로세서(17)를 통해 터치 구동전극들(Tx)에 공급될 수도 있다.
호스트 콘트롤러(10)는 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)와, 디스플레이 구동에 필요한 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, MCLK)을 LVDS 인터페이스(Low Voltage Difference Signalling), TMDS(Transition Minimized Differential Signaling) 인터페이스 등의 인터페이스를 통해 타이밍 콘트롤러(11)에 전송한다. 호스트 콘트롤러(10)는 또한 액정 표시장치의 화면에 화상을 표시하기 위한 디스플레이 구동시에는 다수로 분할된 공통전극들(COM)에 동일한 공통전압(Vcom)이 공급될 수 있도록 제어신호(Vin)를 전원 공급부(15)에 공급하고, 터치 인식을 위한 터치 구동시에는 터치 구동전극들(Tx)에 터치 구동전압(Vtsp)이 공급될 수 있도록 제어신호(Vin)를 전원 공급부(15)에 공급한다.
터치 인식 프로세서(17)는 터치 센싱전극들(Rx) 각각의 초기 전용량의 전압과 터치 후의 터치 정전용량의 전압을 차동 증폭하고 그 결과를 디지털 데이터로 변환한다. 그리고, 터치 인식 프로세서(17)는 터치 인식 알고리즘을 이용하여 터치 센싱전극들(Rx) 각각의 초기 정전용량과 터치 후에 측정된 정전용량의 차이를 바탕으로 터치가 이루어진 터치 위치를 판단하고, 그 터치 위치를 지시하는 터치 좌표 데이터를 호스트 콘트롤러(10)에 출력한다.
상술한 바와 같이, 터치센서 일체형 표시장치는 터치센서와 표시장치가 일체로 형성되어 있기 때문에 디스플레이 구동을 위해 공통전극에 공통전압이 공급되는데, 이 공통전압 때문에 터치 구동전극과 터치 센싱전극 사이의 전기장에 변화가 발생하게 된다. 또한, 컬러필터 어레이(CFA)와 박막 트랜지서터 어레이(TFTA) 사이에 채워진 액정들은 상기 전기장의 변화에 의해 거동(회전)하게 되므로 터치 구동전극과 터치 센싱전극 사이의 정전용량의 변화를 유발시킨다. 이 때 터치 구동전극에 터치 구동전압이 인가되면, 터치 구동전극과 터치 센싱전극 사이의 상호 정전용량 변화가 있는 것으로 감지하게 되어 터치가 발생하지 않았음에도 터치가 수행된 것으로 인식하게 된다.
본 발명의 제 1 및 제 2 실시예들에 따르는 터치센서 일체형 표시장치에 의하면, 제 1 및 제 2 차폐 전극패턴들(Sx1, Sx2)이 공통전극 겸용 터치 구동전극과 터치 센싱전극 사이, 또는 공통전극 겸용 터치 센싱전극과 구동전극 사이에 형성되므로, 제 1 및 제 2 차폐 전극패턴들(Sx1, Sx2)에 의한 전기장 차폐효과가 발생하여 액정의 거동을 감소시킬 수 있게 되므로 공통전극에 의한 정전용량의 변화량을 줄일 수 있는 효과를 얻을 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 발명의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10 : 호스트 콘트롤러 11 : 타이밍 콘트롤러
12 : 데이터 구동부 13 : 게이트 구동부
15 : 전원 공급부 17 : 터치 인식 프로세서
SUB1, SUB12 : 기판 GL, G1~Gm : 게이트 라인
DL, D1~Dn: 데이터 라인 PAS1, PAS2 : 보호막
COM : 공통전극 Px : 픽셀전극
Tx : 터치 구동전극 Rx : 터치 센싱전극
SP : 차폐 전극패턴

Claims (8)

  1. 서로 교차하도록 형성되는 복수의 게이트 라인들과 복수의 데이터 라인들;
    상기 복수의 게이트 라인들과 데이터 라인들의 교차에 의해 정의되는 영역 내에 각각 형성되는 복수의 픽셀전극들;
    상기 게이트 라인들 각각을 사이에 두고 서로 이웃하는 픽셀전극들 사이에서 상기 게이트 라인과 나란하게 형성되는 복수의 제 1 전극들;
    상기 픽셀전극과 적어도 일부분이 중첩되도록 형성되고, 상기 데이터 라인과 나란하게 형성되는 복수의 제 2 전극들; 및
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 형성되는 차폐전극을 포함하며,
    상기 차폐전극은 상기 제 1 전극의 일측에 배치된 제 2 전극과 상기 제 1 전극의 사이에 형성되는 제 1 차폐전극과, 상기 제 1 전극의 타측에 배치된 제 2 전극과 상기 제 1 전극 사이에 배치되는 제 2 차폐전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치센서 일체형 표시장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 차폐전극은 제 1 전극과 동일층에 형성되고, 상기 픽셀전극 및 상기 제 2 전극과는 다른 층에 형성되는 것을 특징으로 하는 터치센서 일체형 표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 차폐전극은 상기 픽셀전극 및 상기 제 2 전극과 동일층에 형성되고, 상기 제 1 전극과는 다른 층에 형성되는 것을 특징으로 하는 터치센서 일체형 표시장치.
  5. 서로 교차하도록 형성되는 복수의 게이트 라인들과 복수의 데이터 라인들;
    상기 복수의 게이트 라인들과 데이터 라인들의 교차에 의해 정의되는 영역 내에 각각 형성되는 복수의 픽셀전극들;
    상기 게이트 라인들 각각을 사이에 두고 서로 이웃하는 픽셀전극들 사이에서 상기 데이터 라인과 나란하게 형성되는 복수의 제 1 전극들;
    상기 픽셀전극과 적어도 일부분이 중첩되도록 형성되고, 상기 게이트 라인과 나란하게 형성되는 복수의 제 2 전극들; 및
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 형성되는 차폐전극을 포함하며,
    상기 차폐전극은 인접한 2개의 픽셀전극들 중 제 1 픽셀전극과 상기 제 1 픽셀에 인접한 제 1 전극 사이에 형성되는 제 1 차폐전극과, 상기 제 1 전극과 상기 2개의 픽셀전극들 중 제 2 픽셀전극 사이에 배치되는 제 2 차폐전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치센서 일체형 표시장치.
  6. 삭제
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 차폐전극들은 상기 제 1 전극들 및 상기 픽셀전극들과 동일층에 형성되고, 상기 제 1 전극들과 상기 제 2 전극들은 다른 층에 형성되는 것을 특징으로 하는 터치센서 일체형 표시장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 차폐전극들은 상기 제 1 전극들과 동일 층에 형성되고, 상기 제 1 전극들 및 상기 픽셀전극들과 다른 층에 형성되는 것을 특징으로 하는 터치센서 일체형 표시장치.
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