KR20120097765A - 터치 센서 일체형 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터치 센서 일체형 표시장치에 관한 것으로, 기판 상에 서로 교차되도록 형성되는 게이트라인 및 데이터 라인; 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인의 교차에 의해 정의되는 영역에 형성되는 복수의 화소전극들; 및 절연층을 사이에 두고 상기 복수의 화소전극들과 중첩되도록 형성되는 공통전극을 포함하며, 상기 공통전극은 적어도 2이상의 터치전극을 포함하며, 상기 터치전극의 각각은 제 1 방향 및 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향 중 어느 한 방향으로 배열되는 적어도 하나의 신호선에 접속되는 것을 특징으로 한다.

Description

터치 센서 일체형 표시장치{TOUCH SENSOR INTEGRATED DISPLAY DEVICE}
본 발명은 표시장치에 관한 것으로, 특히 터치 센서 일체형 표시장치에 관한 것이다.
터치 센서는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display, FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 전계발광 표시장치(Electroluminescence Device, EL), 전기영동 표시장치 등과 같은 화상표시장치에 설치되어 사용자가 화상표시장치를 보면서 터치 패널을 가압하여(누르거나 터치하여) 미리 정해진 정보를 입력하는 입력장치의 한 종류이다.
상술한 표시장치에 사용되는 터치 센서는 그 구조에 따라 상판 부착형(add-on type), 상판 일체형(on-cell type) 및 내장형(integrated type)으로 나눌 수 있다. 상판 부착형은 표시장치와 터치 센서를 개별적으로 제조한 후에, 표시장치의 상판에 터치 센서를 부착하는 방식이다. 상판 일체형은 표시장치의 상부 유리 기판 표면에 터치 세서를 구성하는 소자들을 직접 형성하는 방식이다. 내장형은 표시장치 내부에 터치 센서를 내장하여 표시장치의 박형화를 달성하고 내구성을 높일 수 있는 방식이다.
그러나, 상판 부착형 터치 센서는 표시장치 위에 완성된 터치 센서가 올라가 장착되는 구조로 두께가 두껍고, 표시장치의 밝기가 어두워져 시인성이 저하되는 문제가 있다. 또한, 상판 일체형 터치 센서는 표시장치의 상면에 별도의 터치 센서가 형성된 구조로서, 상판 부착형 보다 두께를 줄일 수 있지만, 여전히 터치 센서를 구성하는 구동전극층과 센싱전극층 및 이들을 절연시키기 위한 절연층 때문에 전체 두께가 증가하고 공정수가 증가하여 제조가격이 증가하는 문제점이 있었다.
한편, 내장형 터치 센서는 내구성 향상과 박형화가 가능하다는 점에서 상판 부착형과 상판 일체형의 터치 센서에 의해 발생하는 문제점들을 해결할 수 있는 장점이 있다. 이러한 내장형 터치 센서는 광 방식, 정전용량 방식 등이 있다.
광방식 터치 센서는 표시장치의 박막 트랜지스터 기판 어레이에 광센싱층을 형성하고, 백라이트 유닛으로부터의 광이나 적외선 광을 이용하여 터치된 부분에 존재하는 물체를 통해 반사된 광을 인식하는 방식이다. 그러나, 광 방식 터치 센서는 주변이 어두운 경우 비교적 안정된 구동성능을 보여주지만, 주변이 밝은 경우 반사된 광보다 더 강한 광들이 노이즈로 작용하게 된다. 실제 터치에 의해 반사되는 광의 세기는 매우 약하여 외부가 조금만 밝아도 터치인식에 오류가 발생할 수 있기 때문이다. 특히, 광 방식 터치 센서는 주변환경이 태양광에 노출되는 경우 광의 세기가 워낙 강하여 아에 터치 인식이 되는 않은 경우도 발생할 수 있는 문제점이 있다.
정전용량 방식 터치센서는 자기 정전용량방식(self capacitance Type)과 상호정전용량 방식(mutual capacitance type)이 있다. 상호 정전용량방식 터치 센서는 디스플레이용 공통전극을 분할하고, 이를 구동전극 영역과 센싱전극 영역으로 나누어 구동전극 영역과 센싱전극 영역 사이에 상호 정전용량(mutual capacitance)이 형성되도록 함으로써 터치시 발생하는 상호 정전용량의 변화량을 측정하여 터치를 인식하는 방법이다.
그러나, 상호 정전용량 방식 터치센서는 터치 인식시 발생하는 상호 정전용량의 크기는 매우 작은 반면, 표시장치를 구성하는 게이트 라인과 데이터 라인 사이의 기생용량(parasatic capacitance)은 매우 크기 때문에 터치위치를 정확하게 인식하기 곤란한 문제점이 있다.
또한, 상호 정전용량 방식 터치센서는 멀티 터치 인식을 위해 공통전극 상에 터치 구동을 위한 다수의 터치 구동라인과 터치 센싱을 위한 다수의 터치 센싱라인을 형성시키야 하기 때문에 매우 복잡한 배선구조를 필요로 하게 되는 문제점이 있다.
따라서, 상술한 종류의 터치센서에 의한 문제점들을 해결할 수 있는 터치 센서 일체형 표시장치의 필요성이 대두되었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 표시장치의 터치를 인식하기 위한 터치 센싱 소자를 표시장치의 구성요소와 겸용하게 함으로써 두께를 얇게 하고 내구성을 향상시킨 터치 센서 일체형 표시장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 게이트 라인과 데이터 라인 사이의 기생 정전용량에 의한 노이즈 문제를 개선하여 멀티 터치 인식의 정밀도를 높일 수 있는 터치 센서 일체형 표시장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상호정전용량 방식에 비해 터치인식을 위한 신호라인의 수를 줄여 배선구조가 간단한 터치 센서 일체형 표시장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적달성을 위해 본 발명의 실시예에 따르는 터치 센서 일체형 표시장치는 기판 상에 서로 교차되도록 형성되는 게이트라인 및 데이터 라인; 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인의 교차에 의해 정의되는 영역에 형성되는 복수의 화소전극들; 및 절연층을 사이에 두고 상기 복수의 화소전극들과 중첩되도록 형성되는 공통전극을 포함하며, 상기 공통전극은 적어도 2이상의 터치전극을 포함하며, 상기 터치전극의 각각은 제 1 방향 및 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향 중 어느 한 방향으로 배열되는 적어도 하나의 신호선에 접속되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적 달성을 위해 본 발명의 다른 실시예에 따르는 터치 센서 일체형 표시장치는 기판 상에 형성되는 게이트라인; 상기 게이트라인과 이격되어 상기 기판 상에서 상기 게이트 라인과 평행하게 형성되는 신호라인과; 상기 게이트라인과 상기 신호라인이 형성된 기판의 전면 상에 형성되는 게이트 절연막; 상기 게이트라인과 교차하도록 상기 게이트 절연막 상에 형성되는 데이터 라인; 상기 게이트 절연막 상에 형성되며 상기 데이터 라인에 접속되는 소스전극을 구비하는 박막 트랜지스터; 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극에 접속되도록 상기 게이트 절연막 상에 형성되는 화소전극; 상기 데이터 라인, 상기 박막트랜지스터 및 상기 화소전극이 형성된 게이트 절연막 상에 형성되며, 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인의 교차에 의해 정의되는 영역에 형성되는 층간절연막; 상기 층간절연막 상에 형성되며 상기 층간절연막에 형성된 콘택홀을 통해 상기 신호라인에 접속되는 공통전극을 포함하며, 상기 공통전극은 적어도 2이상의 터치전극을 포함하며, 상기 터치전극의 각각은 상기 신호선에 접속되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적 달성을 위해 본 발명의 다른 실시예에 따르는 터치 센서 일체형 표시장치는 기판 상에 형성되는 게이트라인; 상기 게이트라인이 형성된 기판의 전면 상에 형성되는 게이트 절연막; 상기 게이트라인과 교차하도록 상기 게이트 절연막 상에 형성되는 데이터 라인; 상기 게이트라인과 교차하도록 상기 게이트 절연막 상에 형성되며 상기 데이터 라인과 이격되어 상기 데이터 라인과 평행하게 형성되는 신호라인; 상기 게이트 절연막 상에 형성되며 상기 데이터 라인에 접속되는 소스전극을 구비하는 박막 트랜지스터; 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극에 접속되도록 상기 게이트 절연막 상에 형성되며, 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인의 교차에 의해 정의되는 영역에 형성되는 화소전극; 상기 데이터 라인, 상기 신호라인, 상기 박막트랜지스터 및 상기 화소전극이 형성된 게이트 절연막 상에 형성되는 층간절연막; 상기 층간절연막 상에 형성되며 상기 층간절연막에 형성된 콘택홀을 통해 상기 신호라인에 접속되는 공통전극을 포함하며, 상기 공통전극은 적어도 2이상의 터치전극을 포함하며, 상기 터치전극의 각각은 상기 신호선에 접속되는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에서, 상기 터치전극의 각각은 적어도 2이상의 화소전극에 대응하는 크기를 갖는다.
또한, 상기 터치 센서 일체형 표시장치는 디스플레이 구동시에는 터치 구동이 오프되고, 터치 구동시에는 디스플레이 구동이 오프되는 시분할로 구동되며, 상기 디스플레이 구동시에는 상기 신호선을 통해 상기 2이상의 터치전극에 동일한 공통전압이 공급되고, 상기 터치 구동시에는 상기 터치 전극에 순차적으로 터치 구동전압이 공급되도록 구성된다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 일체형 표시장치에 의하면 터치를 인식하기 위한 터치 센싱 소자를 표시장치의 구성요소와 겸용하게 함으로써 두께를 얇게 하고 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 일체형 표시장치에 의하면 터치 인식을 위한 터치 구동라인과 터치센싱 라인을 별도로 구성할 필요가 없기 때문에 신호라인의 수를 줄일 수 있어 간단한 배선구조로 멀티 터치를 인식할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 일체형 표시장치에 의하면 상호 정전용량방식에 비해 정전용량의 레벨을 높일 수 있으므로 멀티 터치 인식의 정밀도를 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 일체형 표시장치에 의하면 상호정전용량 방식에 비해 터치인식을 위한 신호라인의 수를 줄일 수 있으므로 배선구조가 간단한 터치 센서 일체형 표시장치를 제공하기 위한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 일체형 표시장치를 도시한 개략도,
도 2는 도 1에 도시된 표시패널을 개략적으로 보여 주는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 일체형 표시장치의 공통전극(터치전극)과 화소전극 및 배선들의 관계를 개략적으로 도시한 개략도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 일체형 표시장치의 공통전극(터치전극)과 화소전극의 배치관계의 일례를 도시한 개략도,
도 5a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치 센서 일체형 표시장치의 공통전극(터치전극)과 신호라인의 연결관계의 일례를 도시한 도면,
도 5b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치 센서 일체형 표시장치의 공통전극(터치전극)과 신호라인의 연결관계의 다른 예를 도시한 도면,
도 6a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치 센서 일체형 표시장치의 공통전극(터치전극)과 신호라인의 연결관계의 일례를 도시한 도면,
도 6b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치 센서 일체형 표시장치의 공통전극(터치전극)과 신호라인의 연결관계의 다른 예를 도시한 도면,
도 7a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치 센서 일체형 표시장치의 일부분을 확대 도시한 평면도,
도 7b는 도 7a에 도시된 I-I' 라인 및 II-II'라인을 따라 취한 단면도,
도 8a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치 센서 일체형 표시장치의 일부분을 확대 도시한 평면도,
도 8b는 도 8a에 도시된 III-III' 라인 및 IV-IV'라인을 따라 취한 단면도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 일체형 표시장치의 타이밍도.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다.
우선, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따르는 터치 스크린 일체형 표시장치에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 일체형 표시장치를 도시한 개략도, 도 2는 도 1에 도시된 표시장치의 표시패널을 개략적으로 보여 주는 사시도, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 일체형 표시장치의 공통전극과 화소전극 및 배선들의 관계를 개략적으로 도시한 개략도, 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치 센서 일체형 표시장치의 공통전극과 화소전극의 배치관계의 일례를 도시한 개략도이다.
이하의 설명에서는 터치 센서 일체형 표시장치의 일례로서 터치 센서 일체형 액정 표시장치를 들어 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 일체형 액정 표시장치는 액정표시패널(LCP), 호스트 콘트롤러(100), 타이밍 콘트롤러(101), 데이터 구동부(102), 게이트 구동부(103), 전원부(105), 터치 인식 프로세서(107) 등을 포함한다.
액정 표시패널(LCP)은 액정층을 사이에 두고 형성되는 컬러필터 어레이(CFA)와 박막트랜지스터 어레이(TFTA)를 포함한다.
박막 트랜지스터 어레이(TFTA)는 제 1 기판(SUBS1) 상에 제 1 방향(예를 들면, x방향)으로 나란하게 형성된 복수의 게이트 라인들(G1, G2, G3, ...Gm-1, Gm)과, 복수의 게이트 라인들(G1, G2, G3, ...Gm-1, Gm)과 서로 교차하도록 제 2 방향(예를 들면, y방향)으로 나란하게 형성된 데이터 라인들(D1, D2, D3, ...Dn-1, Dn)과, 이들 게이트 라인(G1, G2, G3, ...Gm-1, Gm)과 데이터 라인들(D1, D2, D3, ...Dn-1, Dn)이 교차하는 영역에 형성되는 박막 트랜지스터(TFT), 액정셀들에 데이터전압을 충전시키기 위한 다수의 화소전극(P), 및 상기 복수의 화소전극들(P)과 대향하도록 배치된 공통전극(COM)을 포함한다.
컬러필터 어레이(CFA)는 제 2 기판(SUBS2) 상에 형성되는 블랙매트릭스 및 컬러필터를 포함한다. 액정표시패널(LCP)의 상부 유리기판(SUBS1)과 하부 유리기판(SUBS2) 각각에는 편광판(POL1, POL2)이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 액정 표시패널(LCP)의 제 1 기판(SUBS1)과 제 2 기판(SUBS2) 사이에는 액정셀의 셀갭(cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성될 수 있다.
공통전극(COM)은 TN(Twisted Nematic) 모드와 VA(Vertical Alignment) 모드와 같은 수직전계 구동방식에서 제 1 기판에 형성되며, IPS(In Plane Switching) 모드와 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같은 수평전계 구동방식에서는 화소전극(P)과 함께 제 1 기판(SUBS1) 상에 형성된다. 본 발명의 실시예에서는 수평전계 구동방식을 예로 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 공통전극(COM)은 수개 또는 수십개 이상의 화소전극의 크기에 대응하는 크기를 갖도록 분할되는 복수의 터치전극들로 구성된다. 화소전극(P)은 게이트 라인들(G1~Gm)과 데이터 라인들(D1~Dn)의 교차에 의해 정의되는 영역에 할당된다. 설명의 편의를 위해 도 3 및 도 4에서는 공통전극(COM)이 가로 3개, 세로 3개, 총9개의 터치전극들(C11, C12, C13, C21, C22, C23, C31, C32, C33)로 분할되고, 이들 터치 전극 각각은 가로 2개, 세로 2개, 총 4개의 화소전극(P11, P12, P21, P22; P13, P14, P23, P24; P15, P16, P25, P26; P31, P32, P41, P42; P33, P34, P43, P44; P35, P36, P45, P46; P51, P52, P61, P62; P53, P54, P63, P64; P55, P56, P65, P66)의 크기에 대응하는 크기를 갖는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 예에 불과할 뿐 그 개수는 필요에 따라 얼마든지 변경될 수 있다.
공통전극(COM)을 구성하는 분할된 터치 전극들(C11, C12, C13, C21, C22, C23, C31, C32, C33)은 복수의 신호라인(TX11, TX12, TX13, TX21, TX22, TX23, TX31, TX32, TX33)에 의해 행단위 또는 열단위로 접속되며, 표시장치의 디스플레이를 구현하기 위한 구성요소 및 터치인식을 위한 터치센서의 구성요소로서의 기능을 동시에 수행한다.
도 5a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치 센서 일체형 표시장치의 공통전극(터치전극)과 신호라인의 연결관계의 일례를 도시한 도면, 도 5b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치 센서 일체형 표시장치의 공통전극(터치전극)과 신호라인의 연결관계의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 5a를 참조하면, 제 1 행에는 3개의 터치전극(C11, C12, C13)이 배열되고, 이들 3개의 터치전극의 각각은 제 1 행을 따라 배열된 제 1 내지 제 3 신호라인(TX11, TX12, TX13)의 각각에 접속되어 있다. 제 2 행에는 3개의 터치전극(C21, C22, C23)이 배열되고, 이들 3개의 터치전극의 각각은 제 2 행을 따라 배열된 제 4 내지 제 6 신호라인(TX21, TX22, TX23)의 각각에 접속되어 있다. 제 3 행에는 3개의 터치전극(C31, C32, C33)이 배열되고, 이들 3개의 터치전극의 각각은 제 3 행을 따라 배열된 제 1 내지 제 3 신호라인(TX31, TX32, TX33)의 각각에 접속되어 있다. 이와 같이 행방향을 따라 배열된 각각의 터치전극은 행 방향을 따라 배열된 하나의 신호라인에 연결되어 있으므로, 표시장치에 멀티 터치가 이루어지더라도 터치가 이루어진 위치를 정확하게 감지할 수 있다.
도 5b를 참조하면, 도 5a와 마찬가지로 제 1 행에는 3개의 터치전극들(C11, C12, C13)이 배열되고, 이들 3개의 터치전극의 각각은 제 1 행을 따라 배열된 제 1 내지 제 3 신호라인(TX11, TX12, TX13)의 각각에 접속되어 있다. 다만, 도 5b의 실시예서는 제 1 내지 제 3 신호라인들(TX11, TX12, TX13)의 각각이 3개로 분지되어 각 신호라인을 구성하는 3개의 분지 신호라인이 하나의 터치전극에 접속되도록 구성된다는 점에서 도 5a와 다르다. 제 2 행의 터치전극(C21, C22, C23)과 제 3 내지 제 6 신호라인(TX21, TX22, TX23)의 접속관계 및 제 3 행의 터치전극(C31, C32, C33)과 제 3 신호라인(TX31, TX32, TX33)의 접속관계 또한 제 1 행의 터치전극과 제 1 내지 제 3 신호라인의 접속관계와 동일하므로 이에 대해서는 설명을 생략한다.
도 6a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치 센서 일체형 표시장치의 공통전극(터치전극)과 신호라인의 연결관계의 일례를 도시한 도면, 6b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치 센서 일체형 표시장치의 공통전극(터치전극)과 신호라인의 연결관계의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 6a 및 도 6b의 실시예는 터치전극들이 열 단위로 신호라인에 접속된다는 점에서 터치전극들이 행 단위로 신호라인에 접속되는 도 5a 및 도 5b의 실시예와 다르다.
도 6a를 참조하면, 제 1 열에는 3개의 터치전극(C11, C21, C31)이 배열되고, 이들 3개의 터치전극의 각각은 제 1 열을 따라 배열된 제 1 내지 제 3 신호라인(TY11, TY12, TY13)의 각각에 접속되어 있다. 제 2 열에는 3개의 터치전극(C12, C22, C32)이 배열되고, 이들 3개의 터치전극의 각각은 제 2 열을 따라 배열된 제 4 내지 제 6 신호라인(TY21, TY22, TY23)의 각각에 접속되어 있다. 제 3 열에는 3개의 터치전극(C13, C23, C33)이 배열되고, 이들 3개의 터치전극의 각각은 제 3열을 따라 배열된 제 1 내지 제 3 신호라인(TY31, TY32, TY33)의 각각에 접속되어 있다. 이와 같이 열 방향으로 배열된 각각의 터치전극은 열 방향을 따라 배열된 하나의 신호라인에 연결되어 있으므로, 표시장치에 멀티 터치가 이루어지더라도 터치가 이루어진 위치를 정확하게 감지할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 도 5a와 마찬가지로 제 1 열에는 3개의 터치전극들(C11, C21, C31)이 배열되고, 이들 3개의 터치전극의 각각은 제 1 열을 따라 배열된 제 1 내지 제 3 신호라인(TY11, TY12, TY13)의 각각에 접속되어 있다. 다만, 도 5b의 실시예서는 제 1 내지 제 3 신호라인들(TY11, TY12, TY13)의 각각이 3개로 분지되어 각 신호라인을 구성하는 3개의 분지 신호라인이 하나의 터치전극에 접속되도록 구성된다는 점에서 도 6a와 다르다. 제 2 열의 터치전극(C12, C22, C32)과 제 3 내지 제 6 신호라인(TY21, TY22, TY23)의 접속관계 및 제 3 열의 터치전극(C13, C23, C33)과 제 3 신호라인(TY31, TY32, TY33)의 접속관계 또한 제 1 열의 터치전극과 제 1 내지 제 3 신호라인의 접속관계와 동일하므로 이에 대해서는 설명을 생략한다.
이상 설명한 도 5a, 도 5b, 도 6a 및 도 6b의 실시예에서는 3행 3열로 이루어진 터치전극 구성에 대해 설명하고 있지만 이는 예시적인 사항에 지나지 않으며 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 터치전극의 수와 터치전극에 접속되는 신호라인의 수는 터치전극의 크기 등 필요에 따라 적절히 조절할 수 있다. 또한, 각 터치 전극에는 적어도 하나의 신호라인이 접속될 수 있으며, 하나의 터치전극에 여러 개의 신호라인이 접속되도록 구성할 경우, 각 터치전극에 동일한 신호가 입출력되도록 이들 신호라인의 단부는 하나로 통합처리되는 것이 바람직하다.
도 7a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치 센서 일체형 표시장치의 일부분을 확대 도시한 평면도, 도 7b는 도 7a에 도시된 I-I' 라인 및 II-II'라인을 따라 취한 단면도이다. 도 7a 및 도 7b는 도 3에 도시된 공통전극(COM)의 터치 전극(C11) 중 화소전극(P11, P12)에 대응하는 영역을 예로 들어 도시한 평면도 및 단면도로서, 신호라인이 행방향으로 터치전극에 접속되는 경우의 예를 도시한 도면이다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 터치 센서 일체형 표시장치는 제 1 기판(SUBS1) 상에 형성되는 게이트 라인(G1) 및 게이트 라인(G1)으로부터 연장되는 게이트 전극(G)과, 게이트 라인(G1)과 이격되어 평행하게 배치되는 제 1 신호라인(TX11)을 포함한다.
또한, 상기 터치 센서 일체형 표시장치는 게이트 전극(G)을 구비하는 게이트 라인(G1) 및 제 1 신호라인(TX11)이 형성된 기판(SUBS1)상에 형성되는 게이트 절연막(GI)과, 게이트 전극(G)의 일부와 중첩되도록 게이트 절연막(GI) 상에 형성되는 반도체 패턴(A)을 포함한다. 반도체 패턴(A)은 후술하는 박막 트랜지스터(TFT)의 활성영역을 구성한다.
또한, 상기 터치 센서 일체형 표시장치는 게이트 절연막(GI)을 사이에 두고 게이트 라인(G1)과 교차되는 데이터 라인(D1, D2), 데이터 라인(D1, D2)으로부터 연장된 소스 전극(S), 소스 전극(S)과 대향하는 드레인 전극(D)을 포함하는 박막 트랜지스터(TFT), 및 게이트 라인(G1)과 데이터 라인(D1)의 교차에 의해 정의되는 영역에 형성되며, 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극과 접속되는 화소전극(P11, P12)을 포함한다.
또한, 상기 터치 센서 일체형 표시장치는 데이터 라인(D1, D2)과 트랜지스터(TFT) 및 화소전극(P11, P12)이 형성된 게이트 절연막(GI)의 전면 상에 형성된 층간 절연막(INS)과, 층간 절연막(INS) 상에 형성되는 공통전극(터치전극)(C11)을 포함한다. 공통전극(터치전극)(C11)은 게이트 절연막과 층간절연막을 관통하는 콘택홀(CH)을 통해 제 1 신호라인(TX11)과 연결된다.
도 8a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치 센서 일체형 표시장치의 일부분을 확대 도시한 평면도, 도 8b는 도 8a에 도시된 III-III' 라인 및 IV-IV'라인을 따라 취한 단면도이다. 도 8a 및 도 8b는 도 3에 도시된 공통전극(COM)의 터치 전극(C11) 중 화소전극(P11, P12)에 대응하는 영역을 예로 들어 도시한 평면도 및 단면도로서, 신호라인이 열방향으로 터치전극에 접속되는 경우의 예를 도시한 도면이다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따르는 터치 센서 일체형 표시장치는 제 1 기판(SUBS1) 상에 형성되는 게이트 라인(G1) 및 게이트 라인(G1)으로부터 연장되는 게이트 전극(G)을 포함한다.
또한, 상기 터치 센서 일체형 표시장치는 게이트 전극(G)을 구비하는 게이트 라인(G1)이 형성된 기판(SUBS1)상에 형성되는 게이트 절연막(GI)과, 게이트 전극(G)의 일부와 중첩되도록 게이트 절연막(GI) 상에 형성되는 반도체 패턴(A)을 포함한다. 반도체 패턴(A)은 후술하는 박막 트랜지스터(TFT)의 활성영역을 구성한다.
또한, 상기 터치 센서 일체형 표시장치는 게이트 절연막(GI)을 사이에 두고 게이트 라인(G1)과 교차되는 데이터 라인(D1, D2), 데이터 라인(D1, D2)으로부터 연장된 소스 전극(S), 소스 전극(S)과 대향하는 드레인 전극(D)을 포함하는 박막 트랜지스터(TFT), 상기 데이터 라인(D1, D2)으로부터 이격되어 데이터 라인(D1, D2)과 평행하게 형성되는 제 1 신호라인(TY11) 및 제 2 신호라인(TY12), 게이트 라인(G1)과 데이터 라인(D1)의 교차에 의해 정의되는 영역에 형성되며, 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극과 접속되는 화소전극(P11, P12)을 포함한다.
또한, 상기 터치 센서 일체형 표시장치는 데이터 라인(D1, D2)과 트랜지스터(TFT) 및 화소전극(P11, P12)이 형성된 게이트 절연막(GI)의 전면 상에 형성된 층간 절연막(INS)과, 층간 절연막(INS) 상에 형성되는 공통전극(터치전극)(C11)을 포함한다. 공통전극(터치전극)(C11)은 층간절연막(INS)을 관통하는 콘택홀(CH)을 통해 제 2 신호라인(TY12)과 연결된다.
다음으로 본 발명의 실시예에 따르는 터치 센서 일체형 액정 표시장치의 동작에 대해 설명하기로 한다. 이하의 설명에서는 60Hz 시분할 구동의 예를 들어 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따르는 터치 센서 일체형 액정 표시장치는 시분할로 구동된다. 또한, 시분할 구동의 1주기는 도 9에 도시된 바와 같이 디스플레이 구간과 터치 구간으로 구성되어 있으며, 디스플레이 시에는 터치 구동이 오프되고, 터치 시에는 디스플레이 구동이 오프되어 상호 간의 신호간섭이 최소화되도록 되어 있다. 일례로 60Hz 시분할 구동에서는 16.7ms가 1주기가 되며, 이를 디스플레이 구동 구간(약 10ms)과 터치 구동 구간(약 6.7ms)으로 나누어 사용하게 된다.
디스플레이 구간에서 호스트 콘트롤러(100)는 전원 공급부(105)를 제어하여 예를 들면 터치전극들(C11~C33)로 구성되는 공통전극(COM)에 예를 들면 도 5a의 신호라인들(TX11~TX33) 또는 도 6a의 신호라인들(TY11~TY33)을 통해 공통전압(Vcom)을 동시에 공급하고, 데이터 구동부(102)는 게이트 구동부(103)로부터 순차적으로 출력되는 게이트 펄스(Gate)에 동기되어 데이터 라인(D1~Dn)을 통해 화소전극(P11~P66)에 디지털 비디오 데이터에 대응하는 화소전압(Data)을 공급한다. 이와 같이 화소전극(P11~P66)과 공통전극(COM)에 각각 인가되는 공통전압(Vcom)과 화소전압(Data)에 의해 액정층에 전계가 형성되므로, 이 전계에 의해 액정 상태가 변화되어 디스플레이 동작이 수행된다. 이 때 각각의 신호라인(TX11~TX33)에 의해 복수의 터치전극(C11~C33)에 접속된 터치 인식 프로세서(107)는 터치전극들(C11~C33) 각각의 초기 정전용량의 전압값을 측정하여 저장한다.
다음으로, 터치 구동 구간에서 호스트 콘트롤러(100)는 전원 공급부(105)를 제어하여, 예를 들면 도 5a 및 도 5b의 신호라인들(TX11~TX33) 또는 도 6a 및 도 6b의 신호라인들(TY11~TY33)을 통해 공통전극(COM)을 구성하는 터치전극들(C11~C33)에 터치 구동전압(Vtsp)을 순차적으로 공급하도록 한다. 복수의 터치전극들(C11~C33)에 접속된 터치 인식 프로세서(107)는 저장된 터치전극들(C11~C33)의 각각의 초기 정전용량의 전압과 터치 구동구간에서 측정된 정전용량의 전압(Vd)을 차동 증폭하고 그 결과를 디지털 데이터로 변환한다. 또한, 터치 인식 프로세서(107)는 터치 인식 알고리즘을 이용하여 초기 정전용량과 터치 정전용량의 차이를 바탕으로 터치가 이루어진 터치 위치를 판단하고, 그 터치 위치를 지시하는 터치 좌표 데이터를 출력한다.
상기 터치 센서 일체형 액정 표시장치는 디스플레이 구동시에는 터치 구동이 오프되어 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)에 신호공급이 중단되고, 터치 구동시에는 디스플레이 구동이 오프되어, 공통전압(Vcom)이 공급되지 않는 시분할 구동으로 구동된다.
상술한 본 발명의 실시예에 의한 터치 센서 일체형 표시장치에 따르면, 터치를 인식하기 위한 터치 센서를 표시장치의 구성요소와 겸용할 수 있게 되므로 표시장치의 두께를 얇게 하는 동시에 내구성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 터치 센서 일체형 표시장치에 따르면, 터치 인식을 위한 터치 구동라인과 터치센싱 라인을 별도로 구성할 필요가 없기 때문에 신호라인의 수를 줄일 수 있어 간단한 배선구조로 멀티 터치를 인식할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 터치 센서 일체형 표시장치에 따르면 기생 정전용량에 의한 노이즈 문제를 해소시킬 수 있으므로 상호 정전용량방식에 비해 정전용량의 레벨을 높일 수 있어 멀티 터치 인식의 정밀도를 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 터치 센서 일체형 표시장치에 따르면 상호정전용량 방식에 비해 터치인식을 위한 신호라인의 수를 줄일 수 있으므로 배선구조를 간단히 할 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. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 설명하고 있는 제 1 방향이나 제 2 방향은 서로 반대되는 방향으로 변경하는 것이 가능하고, 공통전극의 크기 및 수와 형상, 공통전극을 구성하는 터치전극의 크기 및 수와 형상, 각각의 터치전극과 접속되는 신호라인의 수는 임의로 적절히 변경할 수 있는 사항이며, 본 발명의 실시예에 기재된 것으로 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 발명의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
100 : 호스트 콘트롤러 101 : 타이밍 콘트롤러
102 : 데이터 구동부 103 : 게이트 구동부
105 : 전원 공급부 107 : 터치 인식 프로세서
CFA : 컬러필터 어레이 TFTA : 박막 트랜지스터 어레이
Vcom : 공통전압 Vtsp : 터치 구동전압

Claims (6)

  1. 기판 상에 서로 교차되도록 형성되는 게이트라인 및 데이터 라인;
    상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인의 교차에 의해 정의되는 영역에 형성되는 복수의 화소전극들; 및
    절연층을 사이에 두고 상기 복수의 화소전극들과 중첩되도록 형성되는 공통전극을 포함하며,
    상기 공통전극은 적어도 2이상의 터치전극을 포함하며,
    상기 터치전극의 각각은 제 1 방향 및 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향 중 어느 한 방향으로 배열되는 적어도 하나의 신호선에 접속되는 것을 특징으로 하는 터치센서 일체형 표시장치.
  2. 기판 상에 형성되는 게이트라인;
    상기 게이트라인과 이격되어 상기 기판 상에서 상기 게이트 라인과 평행하게 형성되는 신호라인과;
    상기 게이트라인과 상기 신호라인이 형성된 기판의 전면 상에 형성되는 게이트 절연막;
    상기 게이트라인과 교차하도록 상기 게이트 절연막 상에 형성되는 데이터 라인;
    상기 게이트 절연막 상에 형성되며 상기 데이터 라인에 접속되는 소스전극을 구비하는 박막 트랜지스터;
    상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극에 접속되도록 상기 게이트 절연막 상에 형성되는 화소전극;
    상기 데이터 라인, 상기 박막트랜지스터 및 상기 화소전극이 형성된 게이트 절연막 상에 형성되며, 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인의 교차에 의해 정의되는 영역에 형성되는 층간절연막;
    상기 층간절연막 상에 형성되며 상기 층간절연막에 형성된 콘택홀을 통해 상기 신호라인에 접속되는 공통전극을 포함하며,
    상기 공통전극은 적어도 2이상의 터치전극을 포함하며, 상기 터치전극의 각각은 상기 신호선에 접속되는 것을 특징으로 하는 터치센서 일체형 표시장치.
  3. 기판 상에 형성되는 게이트라인;
    상기 게이트라인이 형성된 기판의 전면 상에 형성되는 게이트 절연막;
    상기 게이트라인과 교차하도록 상기 게이트 절연막 상에 형성되는 데이터 라인;
    상기 게이트라인과 교차하도록 상기 게이트 절연막 상에 형성되며 상기 데이터 라인과 이격되어 상기 데이터 라인과 평행하게 형성되는 신호라인;
    상기 게이트 절연막 상에 형성되며 상기 데이터 라인에 접속되는 소스전극을 구비하는 박막 트랜지스터;
    상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극에 접속되도록 상기 게이트 절연막 상에 형성되며, 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인의 교차에 의해 정의되는 영역에 형성되는 화소전극;
    상기 데이터 라인, 상기 신호라인, 상기 박막트랜지스터 및 상기 화소전극이 형성된 게이트 절연막 상에 형성되는 층간절연막;
    상기 층간절연막 상에 형성되며 상기 층간절연막에 형성된 콘택홀을 통해 상기 신호라인에 접속되는 공통전극을 포함하며,
    상기 공통전극은 적어도 2이상의 터치전극을 포함하며, 상기 터치전극의 각각은 상기 신호선에 접속되는 것을 특징으로 하는 터치센서 일체형 표시장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터치전극의 각각은 적어도 2이상의 화소전극에 대응하는 크기를 갖는 것을 특징으로 터치센서 일체형 표시장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터치 센서 일체형 표시장치는 디스플레이 구동시에는 터치 구동이 오프되고, 터치 구동시에는 디스플레이 구동이 오프되는 시분할로 구동되는 것을 특징으로 하는 터치 센서 일체형 표시장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 디스플레이 구동시에는 상기 신호선을 통해 상기 2이상의 터치전극에 동일한 공통전압이 공급되고, 상기 터치 구동시에는 상기 터치 전극에 순차적으로 터치 구동전압이 공급되는 것을 특징으로 하는 터치 센서 일체형 표시장치.
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