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KR102395843B1 - 표시 장치 - Google Patents

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KR102395843B1
KR102395843B1 KR1020170184455A KR20170184455A KR102395843B1 KR 102395843 B1 KR102395843 B1 KR 102395843B1 KR 1020170184455 A KR1020170184455 A KR 1020170184455A KR 20170184455 A KR20170184455 A KR 20170184455A KR 102395843 B1 KR102395843 B1 KR 102395843B1
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 복수의 화소가 이루는 센서 화소 유닛, 센서 화소 유닛에 배치된 포토 터치 센서, 제2 방향으로 배열되고, 상기 포토 터치 센서에 의한 터치 감지 신호를 전달하는 리드아웃배선, 제2 방향으로 배열되고, 상기 포토 터치 센서에 센서 데이터 신호를 인가하는 센서 데이터 배선 및 제2 방향과 상이한 제1 방향으로 배열되고, 상기 포토 터치 센서에 센서 게이트 신호를 인가하면서 상기 복수의 화소에 디스플레이 게이트 신호를 인가하는 센서 디스플레이 게이트 배선을 포함할 수 있다.

Description

표시 장치{DISPLAY DEVICE}
본 명세서는 표시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 포토 터치 센서가 배치된 표시 장치에 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 다양한 표시 장치(Display Device)가 개발되고 있다. 이와 같은 표시 장치의 예로는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 유기 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Display Device: OLED) 등을 들 수 있다.
최근 표시 장치는 버튼, 키보드, 마우스 등의 통상적인 입력 방식에서 탈피하여 사용자가 손쉽게 정보 혹은 명령을 직관적이고 편리하게 입력할 수 있도록 하는 터치 스크린이 많이 이용되고 있다. 다시 말해, 터치 스크린은 화상표시장치에 설치되어 사용자가 화상표시장치를 보면서 터치스크린 내의 터치 센서를 가압하여 미리 정해진 정보를 입력하는 입력장치의 한 종류이다.
터치스크린은 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 터치스크린 일체형 표시장치가 많이 이용되고 있다.
터치스크린 일체형 표시장치의 터치 센서로, 광 세기에 따라 터치를 인식하는 포토 터치 센서와 커패시턴스 가변에 따라 터치를 인식하는 커패시턴스 터치 센서가 주로 이용된다.
특히, 포토 터치 센서는 터치 물체에 의한 입사광 또는 반사광으로부터 발생되는 포토 트랜지스터의 광 누설 전류를 통해 터치를 인식한다. 이러한 포토 터치 센서를 표시 패널에 내장하는 경우 포토 터치 센서에 구동 신호를 인가하는 구동 배선 및 스토리지 배선 등이 더 구비되어야 한다. 이에 따라, 포토 터치 센서를 구비하는 터치스크린 일체형 표시장치는 개구율이 감소하는 문제가 있다.
본 명세서가 해결하고자 하는 과제는 포토 터치 센서에 게이트 신호를 인가하는 센서 게이트 배선과 디스플레이 게이트 배선을 병합하여 표시 장치의 개구율을 향상시킬 수 있는 표시 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 명세서가 해결하고자 하는 과제는 게이트 배선 별로 정전용량을 고려하여 분산 배치함으로써 표시 장치의 시인성을 향상시킬 수 있는 표시 장치를 제공하려는 것이다.
본 명세서의 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 표시 장치는 복수의 화소가 이루는 센서 화소 유닛, 센서 화소 유닛에 배치된 포토 터치 센서, 제2 방향으로 배열되고, 상기 포토 터치 센서에 의한 터치 감지 신호를 전달하는 리드아웃배선, 제2 방향으로 배열되고, 상기 포토 터치 센서에 센서 데이터 신호를 인가하는 센서 데이터 배선 및 제2 방향과 상이한 제1 방향으로 배열되고, 상기 포토 터치 센서에 센서 게이트 신호를 인가하면서 상기 복수의 화소에 디스플레이 게이트 신호를 인가하는 센서 디스플레이 게이트 배선을 포함할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 포토 터치 센서에 센서 게이트 신호와 전기적으로 연결된 일부 화소들에 디스플레이 게이트 신호를 함께 인가하는 센서 디스플레이 게이트 배선을 배치함으로써 센서 게이트 신호와 디스플레이 게이트 신호를 각각 전달하는 배선을 구비할 필요가 없어 표시장치의 개구율을 감소시킬 수 있다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치는 제1 방향으로 배치된 복수의 게이트 배선, 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 배치된 복수의 데이터 배선 및 광 세기에 대응하여 터치 감지가 이루어지는 포토 터치 센서를 포함하는 표시패널, 포토 터치 센서 각각에서 출력되는 터치 감지 신호를 전달받는 터치 구동회로 및 표시패널에서 출력되는 터치 감지 신호를 상기 터치 구동회로로 전달하는 리드아웃배선을 포함하고, 복수의 게이트 배선 중 N번째(N은 양의 정수) 게이트 배선과 교차하는 리드아웃 배선에 배치된 포토 센서는 (N+2)번째 또는 (N+2M)번째(M은 양의 정수) 간격으로 배치된 게이트 배선과 그에 대응하여 교차하는 리드아웃 배선에 배치 될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치는 포토 터치 센서를 게이트 배선의 정전용량(capacitance)을 고려하여 분산 배치함으로써 포토 터치 센서가 규칙적으로 배치되지 않아 사용자가 개구율 차이로 인한 시인성 저하를 느낄 수 없게 할 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명은 포토 터치 센서에 게이트를 인가하는 센서 게이트 배선과 디스플레이 게이트 신호를 인가하는 디스플레이 게이트 배선을 병합하여 배치함으로써 포토 센서를 내장한 표시 장치의 개구율을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 포토 터치 센서를 게이트 배선 별로 정전용량(Cap)을 고려하면서 서로 다른 게이트 배선에 분산 배치함으로써 표시 장치의 시인성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 발명 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 패널에 배치된 어느 하나의 센서 화소 블록의 일 예를 나타낸 등가회로도이다.
도 3은 도 2에 따른 센서 화소 블록의 평면도이다.
도 4는 도 3의 I-I'선에 따른 단면도이다.
도 5는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ'선에 따른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 패널의 일 예를 나타낸 등가회로도이다.
도 7은 도 6의 일부 구조를 나타낸 평면도이다.
도 8은 도 7의 Ⅲ-Ⅲ'선에 따른 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 포토 터치 센서의 배치를 나타낸 평면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 포토 터치 센서의 배치에 대한 바람직한 일례를 나타낸 평면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 포토 터치 센서의 배치에 대한 바람직한 다른 예를 나타낸 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 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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 제한되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 발명 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 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.
또한 제1, 제2 등이 다양한 구성 요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성 요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성 요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성 요소일 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 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
본 발명의 실시예들은 액정표시장치를 기초로 설명하였으나, 본 발명은 액정표시장치에 한정되지 않고 유기발광표시장치 등의 게이트 구동회로가 구비된 모든 표시장치에 적용 가능하다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 표시패널(100), 게이트 구동회로(200), 데이터 구동회로(300), 타이밍 컨트롤러(400) 및 터치 구동회로(500)를 포함한다.
표시 패널(100)에는 제1 방향으로 배치된 게이트 배선(GL1 … GLn)과 공통 배선(CL1 … CLo) 및 제1 방향과 다른 방향인 제2 방향으로 배치된 데이터 배선(DL1 … DLm)이 배치될 수 있다. 복수 개의 화소(P)는 게이트 배선(GL1 … GLn), 데이터 배선(DL1 … DLm) 및 공통 배선(CL1 … CLo)과 전기적으로 연결되고, 게이트 배선(GL1 … GLn), 데이터 배선(DL1 … DLm) 및 공통 배선(CL1 … CLo)을 통해 인가된 화소 구동 신호 또는 화소 구동 전압에 의해 화상을 표시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 패널(100)은 인접하게 배치된 한 쌍의 화소(P)가 하나의 데이터 배선(DL)에 공통으로 접속되는 DRD(Double Rate Driving) 구조로 구성될 수 있다. DRD 구조란 일반적인 표시 패널에 비해 게이트 배선의 수는 2배로 늘리는 대신 데이터 배선의 개수를 1/2배로 줄여 데이터 구동회로를 이루는 데이터 집적회로의 수를 줄이면서 동일한 해상도를 구현하기 위한 방식이다. 이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 패널(100)은 DRD 구조를 가짐으로써 기존의 데이터 배선이 배치된 영역을 이용하여 센서 데이터 배선을 배치할 수 있고, 두 개의 게이트 배선이 인접하게 배치된 영역에 포토 터치 센서를 배치함으로써 일반적인 표시 장치와 비교하여 개구율 감소없이 터치를 감지하기 위한 포토 터치 센서(PS)를 구비할 수 있다.
표시 패널(100)은 복수의 화소(P)들을 포함하고, 각각의 화소(P)들이 표시하는 계조를 기반으로 화상을 표시한다. 복수의 화소(P) 각각은 게이트 배선(GL1 … GLn) 및 데이터 배선(DL1 … DLm)을 통해 인가된 신호에 의해 구동되는 화소 전극 및 공통 배선(CL1 … CLo)을 통해 구동되는 공통 전극을 포함한다. 복수의 화소(P) 각각은 화소 전극과 공통 전극의 전압 차에 의해 액정이 틸트(tilt)되어 영상을 표시한다. 도 1에서 표시된 복수 개의 화소(P)는 서로 다른 색을 표시하는 서브화소일 수 있고, 복수의 서브화소가 단위를 이뤄 하나의 화소를 이룰 수 있다. 예를 들어, 서브화소는 적색, 녹색 및 청색 또는 적색, 녹색, 청색 및 백색을 표시할 수 있다.
표시 패널(100)은 복수의 센서 화소 유닛(SPU)이 정의될 수 있다. 센서 화소 유닛(SPU)은 광 세기에 따라 변하는 오프 커런트(off current)의 변화에 따라 터치를 인식하는 포토 터치 센서(PS)를 포함한다. 보다 구체적으로, 포토 터치 센서(PS)는 센서 트랜지스터와 센서 스토리지를 포함하고, 광 세기에 따라 센서 트랜지스터가 턴온되어 센서 스토리지에 전압이 충전되고, 충전된 전압이 미리 설정된 타이밍에 리드아웃배선(RL)으로 출력되어 터치를 인식한다. 이러한 복수의 센서 화소 유닛(SPU)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 표시 패널(100)의 게이트 배선(GL1, … GLn)들에 게이트 신호를 공급한다. 게이트 구동회로(200)는 시프트 레지스터 및 레벨 시프터 등을 포함할 수 있다. 게이트 구동회로(200)는 표시패널(100)과 독립되어 배치될 수도 있고, 표시 패널(100)의 기판 제조시 박막 형태로 표시 패널(100)의 화소(P)가 배치되지 않는 비표시 영역 상에 게이트 인 패널(Gate In Panel; GIP) 방식으로 내장될 수 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 데이터 배선(DL1, … DLm)들에 공급한다. 데이터 구동회로(300)는 칩 온 글래스(Chip On Glass; COG) 방식으로 표시 패널(100)의 본딩 패드에 연결되거나, 표시 패널(100)에 직접 배치될 수도 있으며, 경우에 따라 표시 패널(100)에 집적화되어 배치될 수도 있다. 또한, 데이터 구동회로(300)는 칩 온 필름(Chip On Film; COF) 방식으로 배치될 수 있다.
타이밍 컨트롤러(400)는 호스트 시스템으로부터 수신된 입력 영상신호(RGB)를 데이터 구동회로(300)로 전송한다. 타이밍 컨트롤러(400)는 입력영상신호(RGB)와 함께 수신되는 클럭신호(DCLK), 수평동기신호(Hsync), 수직동기신호(Vsync) 및 데이터 인에이블 신호(DE) 등의 타이밍 신호를 이용하여 게이트 구동 회로(200) 및 데이터 구동 회로(300)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어 신호를 생성한다. 타이밍 컨트롤러(400)는 타이밍 신호에 동기하여 게이트 구동회로(200)의 제어신호(GCS) 및 데이터 구동회로(300)의 제어신호(DCS)를 생성한다.
타이밍 컨트롤러(400)는 포토 터치 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 타이밍 컨트롤러(400)로부터 전송된 터치 구동 신호를 포토 터치 터치 센서(PS)에 인가할 수 있다. 터치 구동회로(500)는 포토 터치 센서(PS)에서 전송된 터치 감지 신호의 입력받아 터치 여부를 판단할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 패널에 배치된 어느 하나의 센서 화소 블록의 일 예를 나타낸 등가회로도이다. 도 3은 도 2에 따른 센서 화소 블록의 평면도이다. 도 4는 도 3의 I-I'선에 따른 단면도이다. 도 5는 도 3의 II-II'선에 따른 단면도이다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 패널(100)의 센서 화소 유닛(SPU)은 복수의 화소(P)가 배치되어 화상을 표시하는 화소 영역(PA)과 포토 터치 센서(PS)가 배치되어 터치에 의해 반사된 광을 감지하여 터치를 인식하는 센서 영역(SA)을 포함할 수 있다.
화소 영역(PA)은 복수 개의 화소(P)가 배치되고, 복수의 화소(P)는 각각 적색, 녹색 및 청색의 서브화소일 수 있다. 복수 개의 화소(P)는 DRD 방식으로 배치될 수 있다. 보다 상세하게, 복수 개의 화소(P) 중 인접하게 배치된 화소들, 예를 들어 제1 화소(P1)와 제2 화소(P2)는 동일한 데이터 배선인 제1 데이터 배선(DL1)과 전기적으로 연결되고, 서로 다른 게이트 배선, 예를 들어 각각 제1 게이트 배선(GL1)과 제2 게이트 배선(GL2)에 각각 연결될 수 있다. 화소 영역(PA)에는 제1 방향으로 배치된 제1 공통 배선(CL1) 및 제2 공통 배선(CL2), 제1 공통배선(CL1)과 제2 공통배선(CL2) 사이에 배치된 제1 게이트 배선(GL1) 및 제2 게이트 배선(GL2), 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 배치된 제1 데이터 배선 내지 제3 데이터 배선(DL1 ~ DL3), 제2 방향으로 배치되고 제1 데이터 배선(DL1) 및 제2 데이터 배선(DL2) 사이에 배치된 보조 배선(AL), 제2 데이터 배선(DL2) 및 제3 데이터 배선(DL3) 사이에 배치된 센서 데이터 배선(SDL) 및 제3 데이터 배선(DL3)과 인접하게 배치된 리드아웃배선(RL)이 배치될 수 있다. 이때, 제2 방향으로 배열된 배선들은 센서 영역(SA)까지 연장되어 배치된다. 이때, 센서 데이터 배선(SDL)은 센서 영역(PA)에 배치된 포토 터치 센서(PS)에 센서 데이터 신호, 즉 포토 터치 센서 구동 신호를 전달하는 배선이다.
도 2를 참조하면, 복수의 화소(P) 각각은 화소 박막 트랜지스터(TPx), 화소 박막 트랜지스터(TPx)와 병렬 접속된 화소 커패시터(PClc) 및 화소 스토리지 커패시터(PCst)를 포함한다. 각각의 화소(P)는 화소 박막 트랜지스터(TPx)와 접속된 화소 전극, 공통 전압을 공급하는 공통 전극 및 화소 전극과 공통 전극에 의해 수직 전계 또는 수평 전계에 의해 틸트되는 액정들이 배치된 액정층으로 구성된다. 화소 박막 트랜지스터(TPx)는 해당 게이트 배선(GL)으로부터 인가되는 게이트 신호에 응답하여 데이터 배선(DL)으로부터 인가되는 데이터 신호를 화소 커패시터(PClc) 및 화소 스토리지 커패시터(PCst)에 저장한다. 이렇게 화소 커패시터(PClc)에 저장된 데이터 신호에 따라 액정이 구동되고, 화소 스토리지 커패시터(PCst)는 화소 커패시터(PClc)의 데이터 신호를 안정적으로 유지시킨다. 도 2에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 패널(100)이 액정 패널인 경우를 예시로 하여 설명하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 패널(100)은 유기 발광 표시 패널일 수 있고, 유기 발광 표시 패널인 경우 화소 박막 트랜지스터(TPx)와 접속된 애노드, 유기물로 이루어진 발광층 및 캐소드를 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 각 화소(P)는 화소 전극(PE)과 공통 전극(CE)에 의해 화상이 표시되도록 하는 개구 영역 및 화상이 표시되지 않고 개구 영역의 화소 전극(PE)과 공통 전극(CE)의 구동을 위한 구동 소자, 예를 들어, 화소 박막 트랜지스터(TPx) 등이 배치된 비개구 영역을 포함한다.
개구 영역에는 화소 전극(PE)과 공통 전극(CE)이 배치된다.
화소 전극(PE)은 표시 패널(100)이 공통 전극(CE)과 전계를 형성하고, 이렇게 형성된 전계에 의해 액정층의 액정 분자들이 틸트(tilt)되어 영상을 표시하도록 한다. 화소 전극(PE)은 동일한 간격으로 나란히 배치되는 복수의 화소 가지 전극부(PEb) 및 복수의 화소 가지 전극부(PEb)를 연결하는 화소 줄기 전극부(PEc)를 포함한다. 화소 전극(PE)은 개구 영역에만 배치되는 것이 아니라 비개구 영역에도 확장되어 배치될 수 있다.
공통 전극(CE)은 동일한 간격으로 나란하게 배치되는 복수의 공통 가지 전극부(CEb)와 복수의 공통 가지 전극부(CEb)를 연결하는 공통 줄기 전극부(CEc)를 포함한다. 공통 가지 전극부(CEb)는 화소 전극(PE)의 복수의 화소 가지 전극부(PEb)와 번갈아 배치될 수 있고, 데이터 배선(DL)에 인접하여 배치될 수 있다. 공통 전극(CE)은 일반적으로 표시 패널(100) 전면에 배치될 수 있다.
비개구 영역에는 복수의 게이트 배선(GL3, GL4), 복수의 데이터 배선(DL2, DL3), 보조 배선(AL), 센싱 데이터 배선(SDL), 리드아웃배선(RL), 화소 박막 트랜지스터(TPx), 센싱 스토리지 배선(SSL), 센싱 게이트 배선(SGL), 센싱 박막 트랜지스터(Tss), 센싱 스위치 박막 트랜지스터(Tsw) 및 센싱 스토리지 커패시터(SCst)가 배치될 수 있다. 이때, 센싱 스토리지 배선(SSL), 센싱 게이트 배선(SGL), 센싱 박막 트랜지스터(Tss), 센싱 스위치 박막 트랜지스터(Tsw) 및 센싱 스토리지 커패시터(SCst)는 센서 영역(SA)에만 배치되는 구성으로 상세히 설명하도록 한다. 여기서, 제2 방향으로 배치된 보조 배선(AL), 제2 데이터 배선(DL2), 제3 데이터 배선(DL3), 센서 데이터 배선(SDL) 및 리드아웃배선(RL)에는 도면 부호로 지시하지는 않았으나, 광을 차폐하는 차폐배선이 각 배선을 감싸도록 배치될 수 있다. 이와 같이 제2 방향으로 배치된 보조 배선(AL), 센서 데이터 배선(SDL) 및 리드아웃배선(RL)은 별도의 배선을 배치하는 것이 아니라, DRD 방식이 아닌 일반적인 표시 장치에서 데이터 배선이 배치되는 영역에 배치된 신호 배선들이기 때문에 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 패널(100)은 포토 터치 센서(PS)를 배치하기 위해 별도의 배선을 부가할 필요가 없다.
화소 박막 트랜지스터(TPx)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 게이트 전극 역할을 제3 게이트 전극(GL3), 제2 데이터 배선(DL2) 또는 제3 데이터 배선(DL3)로부터 분기된 소스 전극과 소스 전극과 이격되어 배치된 드레인 전극을 포함한다.
센싱 데이터 배선(SDL)은 제2 데이터 배선(DL2)과 제3 데이터 배선(DL3) 사이에 배치되고 센싱 박막 트랜지스터(Tss)와 연결되어 센싱 박막 트랜지스터(Tss)에 센서 구동 신호 또는 센서 구동 전압을 인가할 수 있다. 센싱 박막 트랜지스터(Tss)에 인가되는 센서 구동 전압은 터치 구동회로(500)로부터 인가되거나 타이밍 컨트롤러(200)로부터 인가될 수 있다.
리드아웃배선(RL)은 개구 영역의 공통 전극과 포토 터치 센서 영역(PA)의 센서 스위치 박막 트랜지스터(Tsw)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라 리드아웃배선(RL)은 공통 전극에 의한 터치 감지 신호와 포토 터치 센서(PS)에 의한 터치 감지 신호를 터치 구동회로(500)에 전달할 수 있다. 리드아웃배선(RL)은 센서 화소 유닛(SPU)과 1:1로 대응되도록 배치될 수 있다.
이와 같이 구성되는 화소 영역(PA)의 단면 구조를 보다 상세히 살펴보기로 한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널(100)은 기판(SUB) 상에 게이트 절연막(GI)이 배치된다. 게이트 절연막(GI)은, 예를 들어, 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화막(SiNx) 또는 이들의 다층으로 이루어질 수 있다. 게이트 절연막(GI) 상에는 액티브층(ACT)이 배치된다.
액티브층(ACT)은, 예를 들어, 다결정 실리콘, 저온 폴리실리콘 및 산화물 반도체 등과 같은 반도체 물질 중 어느 하나의 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 액티브층(ACT) 상에는 제3 데이터 배선(DL3)이 배치된다.
제3 데이터 배선(DL3)은, 예를 들어, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 제3 데이터 배선(DL3) 상에는 절연막(INS)이 배치될 수 있다.
절연막(INS)은 제3 데이터 배선(DL3)과 상부 층의 구성들을 절연하기 위한 것으로, 예를 들어, 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화막(SiNx) 또는 이들의 다층으로 이루어질 수 있다. 절연막(INS) 상에는 평탄화층(PAC)이 배치된다. 도 4에서는 도시하지 않았으나, 절연막(INS) 상에는 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나의 컬러필터가 배치되거나 두 개 이상의 컬러필터가 적층된 형태로 배치될 수 있다.
평탄화층(PAC)은 하부의 단차를 평탄화하기 위한 것으로, 예를 들어, 포토아크릴(photo acryl), 폴리이미드(polyimide), 벤조사이클로부틴계 수지(benzocyclobutene resin), 아크릴레이트계 수지(acrylate resin) 등의 유기물로 이루어질 수 있다. 평탄화막(PAC) 상에는 화소 전극(PE)과 공통 전극(CE)이 배치된다.
화소 전극(PE)과 공통 전극(CE)은 평탄화층(PAC) 상에서 번갈아 배치된다. 보다 상세하게, 개구 영역 내에서 공통 가지 전극부(CEb)와 화소 가지 전극부(PEb)가 번갈아가며 배치될 수 있다. 공통 전극(CE)은 화소 전극(PE)과 액정을 틸트(tilt)하기 위한 전계를 형성한다. 공통 전극(CE)과 화소 전극(PE)은 투명 도전막으로 이루어질 수 있다. 투명 도전막은, 예를 들어, ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같이 투명하면서도 도전성을 가진 재료일 수 있다. 도 4에서는 공통 전극(CE)과 화소 전극(PE)이 동일층에 배치된 것으로 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 공통 전극(CE)과 화소 전극(PE)은 서로 다른 층에 배치될 수 있고, 서로 다른 층에 배치되는 경우, 예를 들어, 공통 전극(CE)이 평탄화막(PAC) 상에 배치되면 공통 전극(CE) 상에 제2 절연막이 배치되고 제2 절연막 상에 화소 전극(PE)이 배치될 수 있다. 또한, 공통 전극(CE)과 전기적으로 연결된 복수의 센싱 배선을 포함하는 경우 센싱 배선이 평탄화막(PAC)에 배치된다면 제2 절연막 상에 공통 전극(CE)과 화소 전극(PE)이 배치될 수 있다.
다음으로 센서 영역(SA)에 대해 살펴보기로 한다.
센서 영역(SA)에는 포토 터치 센서(PS)가 배치된 영역이다. 보다 상세하게, 센서 영역(SA)에는, 도 2를 참조하면, 제1 방향으로 배치된 제3 게이트 배선(GL3) 및 제4 게이트 배선(GL4), 제3 게이트 배선(GL3) 및 제4 게이트 배선(GL4) 사이에 배치된 센서 스토리지 배선(SSL)와 센서 게이트 배선(SGL), 제2 방향으로 배치된 센서 데이터 배선(SDL)과 리드아웃배선(RL)이 배열될 수 있다. 센서 영역(PA)은 영상이 표시되지 않는 비개구 영역만을 포함할 수 있다. 여기서, 센서 스토리지 배선(SSL)은 센서 스토리지 커패시터(SCst)의 배치로 인해 배치된 배선이고, 센서 게이트 배선(SGL)은 센서 스위치 박막 트랜지스터(Tsw)에 게이트 신호를 전달하는 배선이다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 센서 스토리지 배선(SSL), 센서 게이트 배선(SGL) 및 센서 데이터 배선(SDL)을 배치함으로써 포토 터치 센서(PS)를 배치할 수 있는데, DRD 구조로 화소를 배치하고 포토 터치 센서(PS)를 배치함으로써 센서 데이터 배선(SDL)을 배치할 별도의 영역을 마련할 필요가 없다.
포토 터치 센서(PS)는 입사 광 또는 반사 광의 광 세기에 따라 터치 여부를 판단하여 터치 감지 신호를 리드아웃배선(RL)으로 출력한다. 이러한 포토 터치 센서(PS)는 센서 화소 유닛(SPU) 단위에 대응하여 배치될 수 있다. 즉, 센서 화소 유닛(SPU) 당 하나의 포토 터치 센서(PS)가 배치될 수 있다.. 포토 터치 센서(PS)는 센서 박막 트랜지스터(Tss), 센서 스토리지 커패시터(SCst) 및 센서 스위치 박막 트랜지스터(Tsw)를 포함할 수 있다.
센서 박막 트랜지스터(Tss)는 입사 광 또는 반사광의 광 세기에 응답하여 광 누설 전류를 발생시키고, 광 누설 전류를 센서 스토리지 커패시터(SCst)에 저장한다. 센서 박막 트랜지스터(Tss)의 게이트 전극은 센서 스토리지 배선(SSL)에 연결되고, 제1 전극은 센서 데이터 배선(SDL)에 연결되며, 제2 전극은 센서 스토리지 커패시터(SCst)에 연결될 수 있다.
센서 스토리지 커패시터(SCst)는 센서 박막 트랜지스터(Tss)의 출력 신호를 저장한다. 센서 스토리지 커패시터(SCst)는 센서 박막 트랜지스터(Tss)의 제2 전극과 센서 스토리지 배선(SSL)에 연결될 수 있다.
센서 스위치 박막 트랜지스터(Tsw)는 센서 게이트 배선(SGL)의 게이트 신호에 응답하여 센서 스토리지 커패시터(SCst)에 저장된 신호를 리드아웃배선(RL)으로 출력한다. 센서 스위치 박막 트랜지스터(Tsw)의 게이트 전극은 센서 게이트 배선(SGL)에 연결되고, 제1 전극 및 제2 전극 각각은 센서 스토리지 커패시터(SCst)와 리드아웃배선(RL)에 연결될 수 있다.
이와 같이 구성되는 센서 영역(SA)의 단면 구조를 보다 상세히 살펴보기로 한다.
도 5를 참조하면, 기판(SUB) 상에 제4 게이트 배선(GL4), 센서 스토리지 배선(SSL), 센서 게이트 배선(SGL) 및 제3 게이트 배선(GL3)이 이격되어 배치된다. 제4 게이트 배선(GL4), 센서 스토리지 배선(SSL), 센서 게이트 배선(SGL) 및 제3 게이트 배선(GL3)은 동일한 물질로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 제4 게이트 배선(GL4), 센서 스토리지 배선(SSL), 센서 게이트 배선(SGL) 및 제3 게이트 배선(GL3) 상에는 게이트 절연막(GI)이 배치된다.
게이트 절연막(GI)은, 예를 들어, 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화막(SiNx) 또는 이들의 다층으로 이루어질 수 있다. 게이트 절연막(GI) 상에는 액티브층(ACT)이 배치된다.
액티브층(ACT)은, 예를 들어, 다결정 실리콘, 저온 폴리실리콘 및 산화물 반도체 등과 같은 반도체 물질 중 어느 하나의 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 액티브층(ACT) 상에는 센서 데이터 배선(SDL)에서 분기된 제1 소스 전극(SSE), 제1 소스 전극(SSE)으로부터 이격된 제1 드레인 전극(SDE), 제3 데이터 배선(DL3), 제2 드레인 전극(SWDE) 및 리드아웃배선(RL)으로부터 분기되어 배치된 제2 소스 전극(SWSE)가 배치된다. 여기서, 제1 소스 전극(SSE)과 제1 드레인 전극(SDE) 및 센서 스토리지 배선(SSL)이 게이트 전극이 되어 센서 박막 트랜지스터(Tss)를 이룬다. 즉, 제1 소스 전극(SSE)이 센서 박막 트랜지스터(Tss)의 제1 전극이 되고, 제1 드레인 전극(SDE)이 센서 박막 트랜지스터(Tss)의 제2 전극이 된다. 또한, 제2 소스 전극(SWSE)과 제2 드레인 전극(SWDE) 및 센서 게이트 배선(SGL)이 게이트 전극이 되어 센서 스위치 박막 트랜지스터(Tsw)를 이룬다. 즉, 제2 소스 전극(SWSE)이 센서 스위치 박막 트랜지스터(Tsw)의 제1 전극이 되고, 제2 드레인 전극(SWDE)이 센서 스위치 박막 트랜지스터(Tsw)의 제2 전극이 된다. 제1 소스 전극(SSE), 제1 드레인 전극(SDE), 제3 데이터 배선(DL3), 제2 드레인 전극(SWDE) 및 제2 소스 전극(SWSE)은, 예를 들어, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 제1 소스 전극(SSE), 제1 드레인 전극(SDE), 제3 데이터 배선(DL3), 제2 드레인 전극(SWDE) 및 제2 소스 전극(SWSE) 상에는 절연막(INS)이 배치된다.
절연막(INS)은 제1 소스 전극(SSE), 제1 드레인 전극(SDE), 제3 데이터 배선(DL3), 제2 드레인 전극(SWDE) 및 제2 소스 전극(SWSE)과 상부 층의 구성들을 절연하기 위한 것으로, 예를 들어, 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화막(SiNx) 또는 이들의 다층으로 이루어질 수 있다. 절연막(INS) 상에는 평탄화층(PAC)이 배치된다. 도 5에서는 도시하지 않았으나, 절연막(INS) 상에는 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나의 컬러필터가 배치되거나 두 개 이상의 컬러필터가 적층된 형태로 배치될 수 있다.
평탄화층(PAC)은 하부의 단차를 평탄화하기 위한 것으로, 예를 들어, 포토아크릴(photo acryl), 폴리이미드(polyimide), 벤조사이클로부틴계 수지(benzocyclobutene resin), 아크릴레이트계 수지(acrylate resin) 등의 유기물로 이루어질 수 있다. 평탄화층(PAC) 상에는 연결 금속 배선(CML)이 배치된다.
연결 금속 배선(CML)은 절연막(INS)과 평탄화층(PAC)에 형성된 제1 콘택홀(CH1)에 의해 제1 드레인 전극(SDE)과 전기적으로 연결되고, 절연막(INS) 과 평탄화층(PAC)에 형성된 제2 콘택홀(CH2)에 의해 제2 드레인 전극(SWDE)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같은 연결 금속 배선(CML)이 센서 스토리지 커패시터(SCst)를 이루게 된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 DRD 방식으로 화소들이 구성되기 때문에 별도의 센서 데이터 배선(SDL)을 배치할 영역을 마련할 필요가 없어 일반적인 표시 장치에 포토 터치 센서를 구비하는 경우에 비해 제2 방향으로의 개구율 감소를 최소화시킬 수 있다.
그러나, 제1 방향으로 센서 게이트 배선(SGL)과 센서 스토리지 배선(SSL)이 부가되기 때문에 이로 인한 개구율 손실이 발생할 수 있다. 이에 따라, 표시 장치의 제1 방향으로의 개구율의 감소를 최소화하기 위해 다음 실시예와 같은 표시장치를 제안하고자 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 패널의 일 예를 나타낸 등가회로도이다. 도 7은 도 6의 일부 구조를 나타낸 평면도이다. 도 8은 도 7의 III-III'선에 따른 단면도이다.
도 6 내지 도 8을 살펴보기 이전에, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 패널은 앞서 설명한 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널과 일부 구성이 일치된다. 보다 상세하게 도 6 내지 도 8에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시패널의 화소 영역(PA)과 도 2 내지 도 5에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널의 화소 영역은 동일하게 구성된다. 이에 따라, 다음 설명에서 화소 영역(PA)에 대해서는 상세한 설명을 생략하고, 센서 영역(SA) 위주로 설명하고자 한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시패널의 센서 영역(SA)은 제3 게이트 배선(GL3), 센서 스토리지 배선(SSL) 및 센서 디스플레이 게이트 배선(SDGL)이 제1 방향으로 배치되고, 센서 데이터 배선(SDL)과 리드아웃배선(RL)이 제1 방향과 다른 제2 방향으로 배열될 수 있다.
센서 스토리지 배선(SSL)은 센서 스토리지 커패시터(SCst)의 배치로 인해 배치된 배선이다. 센서 스토리지 배선(SSL)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 센서 스토리지 배선(SSL1)과 제2 센서 스토리지 배선(SSL2)을 포함한다. 제1 센서 스토리지 배선(SSL1)과 제2 센서 스토리지 배선(SSL2)은 센서 데이터 배선(SDL)과 인접하게 배치된 제1 콘택홀(CH1)에 의해 전기적으로 연결된다. 제1 센서 스토리지 배선(SSL1)과 제2 센서 스토리지 배선(SSL2)은, 도 8에 도시된 바와 같이, 서로 다른 층에 배치될 수 있다. 이와 같이, 제1 센서 스토리지 배선(SSL1)과 제2 센서 스토리지 배선(SSL2)을 서로 다른 층에 배치함으로써 비개구 영역인 센서 영역(SA)의 면적을 줄일 수 있다.
센서 디스플레이 게이트 배선(SDGL)은 화소 영역(PA)에 배치된 화소들(P)에 게이트 신호를 전달함과 동시에 센서 영역(SA)에 배치된 포토 터치 센서(SP)에 센서 게이트 신호를 전달할 수 있다. 즉, 센서 디스플레이 게이트 배선(SDGL)은 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치에서 센서 게이트 배선(SGL)과 제4 게이트 배선(GL4)을 병합하여 배치된 배선이다. 이에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시패널의 센서 영역(SA)은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 패널(100)의 센서 영역(SA)의 면적보다 작은 면적을 가질 수 있어 포토 터치 센서(PS) 배치로 인한 개구율 감소를 최소화시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 포토 터치 센서(PS)는 센서 박막 트랜지스터(Tss), 센서 스토리지 커패시터(SCst) 및 센서 스위치 박막 트랜지스터(Tsw)를 포함할 수 있다.
센서 박막 트랜지스터(Tss)는 입사 광 또는 반사광의 광 세기에 응답하여 광 누설 전류를 발생시키고, 광 누설 전류를 센서 스토리지 커패시터(SCst)에 저장한다. 센서 박막 트랜지스터(Tss)의 게이트 전극은 센서 스토리지 배선(SSL)에 연결되고, 제1 전극은 센서 데이터 배선(SDL)에 연결되며, 제2 전극은 센서 스토리지 커패시터(SCst)에 연결될 수 있다.
센서 스토리지 커패시터(SCst)는 센서 박막 트랜지스터(Tss)의 출력 신호를 저장한다. 센서 스토리지 커패시터(SCst)는 센서 박막 트랜지스터(Tss)의 제2 전극과 센서 스위치 박막 트랜지스터(Tsw)의 제2 전극을 전기적으로 연결함으로써 형성될 수 있다.
센서 스위치 박막 트랜지스터(Tsw)는 센서 디스플레이 게이트 배선(SDGL)으로부터 인가된 센서 게이트 신호에 응답하여 센서 스토리지 커패시터(SCst)에 저장된 터치 감지 신호를 리드아웃배선(RL)으로 출력한다. 센서 스위치 박막 트랜지스터(Tsw)의 게이트 전극은 센서 디스플레이 게이트 배선(SDGL)에 연결되고, 제1 전극 및 제2 전극 각각은 센서 스토리지 커패시터(SCst)와 리드아웃배선(RL)에 연결될 수 있다.
이와 같이 구성되는 센서 영역(SA)의 단면 구조를 보다 상세히 살펴보기로 한다.
도 8을 참조하면, 기판(SUB) 상에 제1 센서 스토리지 배선(SSL), 센서 디스플레이 게이트 배선(SGL)이 배치된다. 제1 센서 스토리지 배선(SSL) 및 센서 디스플레이 게이트 배선(SGL)은 동일한 물질로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 제1 센서 스토리지 배선(SSL), 센서 디스플레이 게이트 배선(SGL) 상에는 게이트 절연막(GI)이 배치된다.
게이트 절연막(GI)은, 예를 들어, 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화막(SiNx) 또는 이들의 다층으로 이루어질 수 있다. 게이트 절연막(GI) 상에는 액티브층(ACT)이 배치된다.
액티브층(ACT)은, 예를 들어, 다결정 실리콘, 저온 폴리실리콘 및 산화물 반도체 등과 같은 반도체 물질 중 어느 하나의 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 액티브층(ACT) 상에는 센서 데이터 배선(SDL)에서 분기된 제1 소스 전극(SSE), 제1 소스 전극(SSE)으로부터 이격된 제1 드레인 전극(SDE), 제2 드레인 전극(SWDE) 및 리드아웃배선(RL)으로부터 분기되어 배치된 제2 소스 전극(SWSE)이 배치된다. 여기서, 제1 소스 전극(SSE)과 제1 드레인 전극(SDE) 및 제1 센서 스토리지 배선(SSL)이 센서 박막 트랜지스터(Tss)를 이룬다. 즉, 제1 소스 전극(SSE)이 센서 박막 트랜지스터(Tss)의 제1 전극이 되고, 제1 드레인 전극(SDE)이 센서 박막 트랜지스터(Tss)의 제2 전극이 되며, 제1 센서 스토리지 배선(SSL)이 센서 박막 트랜지스터(Tss)의 게이트 전극이 된다. 또한, 제2 소스 전극(SWSE)과 제2 드레인 전극(SWDE) 및 센서 디스플레이 게이트 배선(SDGL)이 센서 스위치 박막 트랜지스터(Tsw)를 이룬다. 즉, 제2 소스 전극(SWSE)이 센서 스위치 박막 트랜지스터(Tsw)의 제1 전극이 되고, 제2 드레인 전극(SWDE)이 센서 스위치 박막 트랜지스터(Tsw)의 제2 전극이 되며, 센서 디스플레이 게이트 배선(SDGL)이 센서 스위치 박막 트랜지스터(Tsw)의 게이트 전극이 된다. 또한, 제2 소스 전극(SWSE)은 리드아웃배선(RL)이 될 수도 있다. 제1 소스 전극(SSE), 제1 드레인 전극(SDE), 제2 드레인 전극(SWDE) 및 제2 소스 전극(SWSE)은, 예를 들어, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 제1 소스 전극(SSE), 제1 드레인 전극(SDE), 제2 드레인 전극(SWDE) 및 제2 소스 전극(SWSE) 상에는 절연막(INS)이 배치된다.
절연막(INS)은 제1 소스 전극(SSE), 제1 드레인 전극(SDE), 제2 드레인 전극(SWDE) 및 제2 소스 전극(SWSE)과 상부 층의 구성들을 절연하기 위한 것으로, 예를 들어, 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화막(SiNx) 또는 이들의 다층으로 이루어질 수 있다. 절연막(INS) 상에는 평탄화층(PAC)이 배치된다. 도 9에서는 도시하지 않았으나, 절연막(INS) 상에는 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나의 컬러필터가 배치되거나 두 개 이상의 컬러필터가 적층된 형태로 배치될 수 있다.
평탄화층(PAC)은 하부의 단차를 평탄화하기 위한 것으로, 예를 들어, 포토아크릴(photo acryl), 폴리이미드(polyimide), 벤조사이클로부틴계 수지(benzocyclobutene resin), 아크릴레이트계 수지(acrylate resin) 등의 유기물로 이루어질 수 있다. 평탄화층(PAC) 상에는 제2 센서 스토리지 배선(SSL2)과 연결 금속 배선(CML)이 배치된다.
제2 센서 스토리지 배선(SSL2)은 게이트 절연막(GI), 절연막(INS) 및 평탄화층(PAC)에 형성된 제1 콘택홀(CH1)을 통해 하부의 제1 센서 스토리지 배선(SSL1)과 전기적으로 연결된다. 이와 같이, 포토 터치 센서(PS) 배치를 위한 센서 스토리지 배선(SSL)을 서로 다른 층에 제1 센서 스토리지 배선(SSL1)과 제2 센서 스토리지 배선(SSL2)을 배치하고 콘택홀을 통해 전기적으로 연결되도록 형성함으로써 비개구 영역의 폭을 줄일 수 있고, 디자인 측면으로도 센서 스토리지 배선(SSL)의 배치 자유도를 향상시킬 수 있다. 제2 센서 스토리지 배선(SSL2)은, 예를 들어, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
연결 금속 배선(CML)은 절연막(INS) 및 평탄화층(PAC)에 형성된 제2 콘택홀(CH2)을 통해 제1 드레인 전극(SDE)과 전기적으로 연결되고, 절연막(INS) 및 평탄화막(PAC)에 형성된 제3 콘택홀(CH3)을 통해 제2 드레인 전극(SWDE)와 전기적으로 연결된다. 이와 같은 연결 금속 배선(CML)이 센서 스토리지 커패시터(SCst)를 이루게 된다.
이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치는 포토 터치 센서(PS)에 센서 게이트 신호를 전달하는 배선과 해당 화소에 게이트 신호를 인가하는 게이트 배선을 통합하여 배치함으로써 터치 터치 센서(PS)의 배치에도 불구하고 개구율 감소를 최소화시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 포토 터치 센서의 배치를 나타낸 평면도이다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 하나의 센서 화소 유닛(SPU) 당 하나의 리드아웃배선(RL)이 배치된다. 또한, 센서 화소 유닛(SPU) 당 하나의 포토 터치 센서(PS)가 배치될 수 있다. 도 9를 참조하면, 복수의 리드아웃배선(RL1~RL12)에는 포토 터치 센서(PS, 도 9에서 점으로 표시)가 배치되고, 포토 터치 센서(PS)는 4개의 게이트 배선 단위로 배치될 수 있다. 즉, 포토 터치 센서(PS)는 일정한 간격, 예를 들어, (N+2)번째(N은 2 이상의 양의 정수) 게이트 배선과 교차되는 리드아웃배선에 (N+2)번째 게이트 배선을 따라 배치될 수 있다.예를 들어, 도 9를 참조하면, 포토 터치 센서(PS)는 제4 게이트 배선(GL4), 제8 게이트 배선(GL8), 제12 게이트 배선(GL12) 및 제16 게이트 배선(GL16)을 따라 복수의 포토 터치 센서가 배치될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 표시장치는 제4 게이트 배선(GL4), 제8 게이트 배선(GL8), 제12 게이트 배선(GL12) 및 제16 게이트 배선(GL16)에 대응되는 표시패널의 영역이 포토 터치 센서(PS)의 배치로 인해 개구율 저하될 수 있다. 더구나, 동일한 게이트 배선 상에 포토 터치 센서(PS)가 배치됨으로 인해 외부에서 이를 인식하기가 더욱 용이해질 수 있다. 이에 따라, 외부에서의 표시 장치의 시인성이 저하될 수 있다.
이를 해결하기 위해 포토 터치 센서를 다음 도 10 또는 도 11에 도시된 바와 같이 배치하는 방안을 제시하고자 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 포토 터치 센서의 배치에 대한 바람직한 일례를 나타낸 평면도이다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 포토 터치 센서의 배치에 대한 바람직한 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 포토 터치 센서(PS)를 도 9에 도시된 바와 같이, 어느 하나의 게이트 배선에만 포토 터치 센서(PS)를 배열하는 것이 아니라 게이트 배선 별로 포토 터치 센서(PS)를 분산 배치할 수 있다. 보다 상세하게, 복수의 게이트 배선 중 N번째(N은 양의 정수) 게이트 배선과 교차하는 리드아웃배선에 배치된 포토 센서는 (N+2M)번째 (N+2M)번째(M은 양의 정수) 간격으로 배치된 게이트 배선과 그에 대응하여 교차하는 리드아웃배선에 배치될 수 있다.
도 10을 참조하면, DRD 방식으로 배열된 두 개의 게이트 배선, 예를 들어 제1 게이트 배선(GL1)과 제2 게이트 배선(GL2)을 한 쌍이라고 가정하면 한 쌍의 게이트 배선(GL1, GL2)은 일정한 간격을 두고 리드아웃배선(RL)에 대응하여 포토 터치 센서를 배치하되, 가장 인접하게 배치되는 포토 터치 센서는 동일한 게이트 배선 쌍이 아닌 인접하는 다른 게이트 배선 쌍과 리드아웃배선에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 게이트 배선(GL1) 및 제2 게이트 배선(GL2)이 제1 게이트 배선 쌍을 이루고 제1 게이트 배선 쌍과 제1 리드아웃배선(RL1)에 대응하여 제1 포토 터치 센서가 배치된다면 다음 제2 포토 터치 센서는 제3 게이트 배선(GL3)와 제4 게이트 배선(GL4)이 쌍을 이룬 제2 게이트 배선 쌍과 제2 리드아웃배선(RL2)에 대응하여 포토 터치 센서를 배치한다. 즉, 표시 패널 전체적으로 포토 터치 센서는 대각선 방향으로 연장되도록 배치될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치는 표시 패널에 게이트 배선 간 대칭 설계가 가능하도록 하여 배선 별로 정전용량(Cap)이 대칭되도록 설계할 수 있다. 또한, 표시 패널 전체적으로 포토 터치 센서에 의한 개구율 감소 영역을 분산 배치함으로써 사용자에게 시야되는 영상 품질 저하 영역도 분산 배치될 수 있어 사용자 입장에서의 시인성 저하를 최소화시킬 수 있다.
또한, 도면에서 명확하게 도시되지는 않았으나, 정전용량을 고려하여 포토 터치 센서가 게이트 배선에 분산되어 배치되기 때문에 앞서 설명한 도 9의 실시예에서 배치된 포토 터치 센서의 개수와 도 10의 실시예에 따라 배치된 포토 터치 센서의 개수는 동일할 수 있다.
또한, 개구율 차이로 인한 영상의 시인성 저하를 최소화시키는 다른 방법으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 포토 터치 센서를 랜덤(random)하게 배치하는 방법을 고려해볼 수 있다. 이때, 포토 터치 센서를 게이트 배선에 랜덤하게 배치하되, 게이트 배선별 정전용량(capacitance), 즉, 캡(Cap)을 고려하여 분배하여야 한다.
이와 같이, 게이트 배선 별 정전용량을 고려하면서 게이트 배선 별로 포토 터치 센서를 분산 배치하면 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 시인성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 표시장치는 다음과 같이 설명될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 복수의 화소가 이루는 센서 화소 유닛, 센서 화소 유닛에 배치된 포토 터치 센서, 제2 방향으로 배열되고, 상기 포토 터치 센서에 의한 터치 감지 신호를 전달하는 리드아웃배선, 제2 방향으로 배열되고, 상기 포토 터치 센서에 센서 데이터 신호를 인가하는 센서 데이터 배선 및 제2 방향과 상이한 제1 방향으로 배열되고, 포토 터치 센서에 센서 게이트 신호를 인가하면서 복수의 화소에 디스플레이 게이트 신호를 인가하는 센서 디스플레이 게이트 배선을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 포토 터치 센서는 센서 데이터 배선과 연결되고, 입사 광 또는 반사 광의 광 세기에 응답하여 출력신호를 발생시키는 센서 박막 트랜지스터, 센서 박막 트랜지스터에서 출력된 출력신호를 저장하는 센서 스토리지 커패시터 및 센서 게이트 신호에 응답하여 상기 센서 스토리지 커패시터에 저장된 출력신호를 상기 리드아웃배선으로 출력하는 센서 스위치 박막 트랜지스터를 포함할 수 있다.
본 발명의 또다른 특징에 따르면, 센서 화소 유닛은 센서 스토리지 커패시터를 배치하기 위해 제1 방향으로 배열된 센서 스토리지 배선을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또다른 특징에 따르면, 센서 화소 유닛에는 센서 스토리지 커패시터를 형성하기 위한 연결 금속 배선이 더 배치될 수 있다.
본 발명의 또다른 특징에 따르면, 연결 금속 배선은 센서 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 상기 센서 스위치 박막 트랜지스터의 드레인 전극을 전기적으로 연결할 수 있다.
본 발명의 또다른 특징에 따르면, 센서 스토리지 배선은 제1 센싱 스토리지 배선과 제2 센싱 스토리지 배선을 포함하고, 제1 센싱 스토리지 배선과 제2 센싱 스토리지 배선은 서로 다른 층에 배치되며, 제1 센싱 스토리지 배선과 상기 제2 센싱 스토리지 배선이 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 또다른 특징에 따르면, 센서 화소 유닛에는 제1 화소와 상기 제1 화소와 인접한 제2 화소가 배치되고, 제1 화소와 상기 제2 화소에 데이터 신호를 인가하는 제1 데이터 배선, 제1 화소에 게이트 신호를 인가하는 제1 게이트 배선 및 제2 화소에 게이트 신호를 인가하는 제2 게이트 배선을 포함할 수 있다.
본 발명의 또다른 특징에 따르면, 센서 화소 유닛은 제2 화소와 인접한 제3 화소 및 제3 화소와 인접한 제4 화소를 더 포함하고, 제3 화소와 상기 제4 화소는 상기 제1 데이터 배선과 인접한 제2 데이터 배선과 연결되며, 센서 데이터 배선은 상기 제1 데이터 배선과 상기 제2 데이터 배선 사이에 배치될 수 있다.본 발명의 또다른 특징에 따르면, 제3 화소와 상기 제4 화소는 이격되어 배치되고, 제3 화소는 상기 제4 화소 사이에 상기 포토 터치 센서가 배치되며, 포토 터치 센서는 정전 용량을 고려하여 분산 배치될 수 있다.
본 발명의 또다른 특징에 따르면, N번째(N은 양의 정수) 게이트 배선에 배치된 포토 터치 센서의 개수는 N+2M(M은 양의 정수)번째 게이트 배선에 배치된 포토 터치 센서의 개수와 동일할 수 있다.
본 발명의 또다른 특징에 따르면, 센서 화소 유닛과 리드아웃배선은 1:1 대응되도록 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치는 제1 방향으로 배치된 복수의 게이트 배선, 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 배치된 복수의 데이터 배선 및 광 세기에 대응하여 터치 감지가 이루어지는 포토 터치 센서를 포함하는 표시패널, 포토 터치 센서 각각에서 출력되는 터치 감지 신호를 전달받는 터치 구동회로 및 표시패널에서 출력되는 터치 감지 신호를 상기 터치 구동회로로 전달하는 리드아웃배선을 포함하고, 복수의 게이트 배선 중 N번째(N은 양의 정수) 게이트 배선과 교차하는 리드아웃 배선에 배치된 포토 센서는 (N+2)번째 또는 (N+2M)번째(M은 양의 정수) 간격으로 배치된 게이트 배선과 그에 대응하여 교차하는 리드아웃 배선에 배치될 수 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 포토 터치 센서는 표시 패널에 대각선 방향으로 배치될 수 있다.
본 발명의 또다른 특징에 따르면, 표시패널은 포토 터치 센서 배치를 위해 상기 제1 방향으로 배치된 센서 스토리지 배선, 센서 스토리지 배선과 상기 제2 방향으로 이격되어 배치되고, 포토 터치 센서에 터치 게이트 신호를 인가함과 동시에 상기 복수의 화소 중 전기적으로 연결된 화소들에 디스플레이 게이트 신호를 인가하는 센서 디스플레이 게이트 배선 및 제2 방향으로 배치되고, 상기 복수의 데이터 배선 중 인접한 데이터 배선 사이에 배치된 센서 데이터 배선을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또다른 특징에 따르면, 센서 스토리지 배선은 상기 포토 터치 센서가 배치된 영역에 대응하여 배치된 제1 센서 스토리지 배선 및 상기 제1 센서 스토리지 배선과 다른 층에 배치되되 상기 제1 센서 스토리지 배선과 전기적으로 연결된 제2 센서 스토리지 배선을 포함할 수 있다.
본 발명의 또다른 특징에 따르면, 복수의 게이트 배선과 상기 복수의 데이터 배선은 DRD(Double rate Driving) 방식으로 상기 복수의 게이트 배선과 상기 복수의 데이터 배선이 배열될 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 변형실시될 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
CL: 공통 배선
GL: 게이트 배선
DL: 데이터 배선
RL: 리드아웃배선
PS: 포토 터치 센서
Tss: 센서 박막 트랜지스터
SCst: 센서 스토리지 커패시터
Tsw: 센서 스위치 박막 트랜지스터
SSL: 센싱 스토리지 배선
SDL: 센싱 데이터 배선
SGL: 센싱 게이트 배선
SDGL: 센싱 디스플레이 게이트 배선

Claims (16)

  1. 복수의 화소가 이루는 센서 화소 유닛;
    상기 센서 화소 유닛에 배치된 포토 터치 센서;
    제2 방향으로 배열되고, 상기 포토 터치 센서에 의한 터치 감지 신호를 전달하는 리드아웃배선;
    상기 제2 방향으로 배열되고, 상기 포토 터치 센서에 센서 데이터 신호를 인가하는 센서 데이터 배선; 및
    상기 제2 방향과 상이한 제1 방향으로 배열되고, 상기 포토 터치 센서에 센서 게이트 신호를 인가하면서 상기 복수의 화소에 디스플레이 게이트 신호를 인가하는 센서 디스플레이 게이트 배선을 포함하고,
    상기 포토 터치 센서는,
    상기 센서 데이터 배선과 연결되고, 입사 광 또는 반사 광의 광 세기에 응답하여 출력신호를 발생시키는 센서 박막 트랜지스터;
    상기 센서 박막 트랜지스터에서 출력된 출력신호를 저장하는 센서 스토리지 커패시터; 및
    상기 센서 게이트 신호에 응답하여 상기 센서 스토리지 커패시터에 저장된 출력신호를 상기 리드아웃배선으로 출력하는 센서 스위치 박막 트랜지스터를 포함하는, 표시 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 센서 화소 유닛은 상기 센서 스토리지 커패시터를 배치하기 위해 상기 제1 방향으로 배열된 센서 스토리지 배선을 더 포함하는, 표시 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 센서 화소 유닛에는 상기 센서 스토리지 커패시터를 형성하기 위한 연결 금속 배선이 더 배치된, 표시장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연결 금속 배선은 상기 센서 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 상기 센서 스위치 박막 트랜지스터의 드레인 전극을 전기적으로 연결하는, 표시장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 센서 스토리지 배선은 제1 센싱 스토리지 배선과 제2 센싱 스토리지 배선을 포함하고,
    상기 제1 센싱 스토리지 배선과 상기 제2 센싱 스토리지 배선은 서로 다른 층에 배치되며,
    상기 제1 센싱 스토리지 배선과 상기 제2 센싱 스토리지 배선이 전기적으로 연결된, 표시장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 센서 화소 유닛에는 제1 화소와 상기 제1 화소와 인접한 제2 화소가 배치되고,
    상기 제1 화소와 상기 제2 화소에 데이터 신호를 인가하는 제1 데이터 배선;
    상기 제1 화소에 게이트 신호를 인가하는 제1 게이트 배선; 및
    상기 제2 화소에 게이트 신호를 인가하는 제2 게이트 배선을 포함하는, 표시 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 센서 화소 유닛은 상기 제2 화소와 인접한 제3 화소 및 상기 제3 화소와 인접한 제4 화소를 더 포함하고,
    상기 제3 화소와 상기 제4 화소는 상기 제1 데이터 배선과 인접한 제2 데이터 배선과 연결되며,
    상기 센서 데이터 배선은 상기 제1 데이터 배선과 상기 제2 데이터 배선 사이에 배치된, 표시 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제3 화소와 상기 제4 화소는 이격되어 배치되고,
    상기 제3 화소는 상기 제4 화소 사이에 상기 포토 터치 센서가 배치되며, 상기 포토 터치 센서는 정전 용량을 고려하여 분산 배치된, 표시 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    N번째(N은 양의 정수) 게이트 배선에 배치된 포토 터치 센서의 개수는 N+2M(M은 양의 정수)번째 게이트 배선에 배치된 포토 터치 센서의 개수와 동일한, 표시 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 센서 화소 유닛과 상기 리드아웃배선은 1:1 대응되도록 배치된, 표시 장치.
  12. 제1 방향으로 배치된 복수의 게이트 배선, 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 배치된 복수의 데이터 배선 및 광 세기에 대응하여 터치 감지가 이루어지는 복수의 포토 터치 센서를 포함하는 표시패널;
    상기 복수의 포토 터치 센서 각각에서 출력되는 터치 감지 신호를 전달받는 터치 구동회로; 및
    상기 표시패널에서 출력되는 터치 감지 신호를 상기 터치 구동회로로 전달하는 리드아웃배선을 포함하고,
    상기 복수의 게이트 배선 중 N번째(N은 양의 정수) 게이트 배선과 교차하는 리드아웃 배선에 배치된 포토 센서는 (N+2)번째 또는 (N+2M)번째(M은 양의 정수) 간격으로 배치된 게이트 배선과 그에 대응하여 교차하는 리드아웃 배선에 배치되고,
    상기 복수의 포토 터치 센서는 상기 표시 패널에 대각선 방향으로 연장되도록 배치된, 표시 장치.
  13. 삭제
  14. 제12항에 있어서,
    상기 표시패널은 상기 포토 터치 센서 배치를 위해 상기 제1 방향으로 배치된 센서 스토리지 배선;
    상기 센서 스토리지 배선과 상기 제2 방향으로 이격되어 배치되고, 상기 포토 터치 센서에 터치 게이트 신호를 인가함과 동시에 상기 복수의 화소 중 전기적으로 연결된 화소들에 디스플레이 게이트 신호를 인가하는 센서 디스플레이 게이트 배선; 및
    상기 제2 방향으로 배치되고, 상기 복수의 데이터 배선 중 인접한 데이터 배선 사이에 배치된 센서 데이터 배선을 더 포함하는, 표시장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 센서 스토리지 배선은 상기 포토 터치 센서가 배치된 영역에 대응하여 배치된 제1 센서 스토리지 배선 및 상기 제1 센서 스토리지 배선과 다른 층에 배치되되 상기 제1 센서 스토리지 배선과 전기적으로 연결된 제2 센서 스토리지 배선을 포함하는, 표시장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 게이트 배선과 상기 복수의 데이터 배선은 DRD(Double rate Driving) 방식으로 상기 복수의 게이트 배선과 상기 복수의 데이터 배선이 배열된, 표시장치.
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