JP2012103658A - タッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】工程時間及び工程コストを減少させ、厚さが薄いタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置を提供する。
【解決手段】本発明のタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置は、複数のゲート配線及び複数のデータ配線１３０が配置され、薄膜トランジスタＴＦＴ及び画素電極３０をそれぞれ含む複数の画素Ｐが形成された第１基板１０と、第１基板１０に対向する第２基板２０と、画素電極３０の上部に形成される絶縁層４０と、絶縁層４０の上部に第１方向に配列される複数の透明電極５０と、各透明電極５０の一の面に取り付けられる結合部及び駆動信号を受ける駆動配線を形成する複数の金属電極６０と、第２基板２０の上部に第１方向と交差する第２方向に配列される複数の感知電極７０と、第１基板２０と第２基板２０との間に形成された液晶層８０と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、タッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置に関し、より詳細には、駆動配線を金属で形成し、駆動配線の抵抗を最小化させるタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置に関する。

近年、情報ディスプレイへの関心が高まり、携帯可能な情報媒体を利用しようとする要求が高くなるに伴い、既存の表示装置であるブラウン管（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ；ＣＲＴ）に代替する軽量薄型の平板表示装置（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ；ＦＰＤ）に関する研究及び商業化が重要になっている。特に、このような平板表示装置のうち、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ；ＬＣＤ）は、液晶の光学的異方性を利用してイメージを表現する装置であって、解像度、カラー表示、及び画質などに優れ、ノート型パソコンやデスクトップモニタなどに盛んに利用されている。

このような液晶表示装置に一般的に用いられる駆動方式としては、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）方式、ＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式があるが、なかでも、対向する基板の間に挟まれた液晶にフリンジ電界を印加して表示を行うＦＦＳ方式は、他の方式に比べて高い開口率及び透過率が得られるため、最近好まれている。

一方、入力の利便性に対するユーザの要求に応じて、このような液晶表示装置にも、画面に現れた指示内容を人の手または物体で選択し、ユーザの命令を入力できるようにしたタッチスクリーン機能が必要となっている。

タッチスクリーンパネルは、映像表示装置などの画面に現れた指示内容を人の手または物体で選択し、ユーザの命令を入力できるようにした入力装置である。

このため、タッチスクリーンパネルは、映像表示装置の前面（ｆｒｏｎｔ ｆａｃｅ）に備えられ、人の手または物体に直接接触した接触位置を電気的信号に変換する。これにより、接触位置で選択された指示内容が入力信号として受信される。

このようなタッチスクリーンパネルは、キーボードやマウスのように、映像表示装置に接続して動作する別の入力装置を代替できるため、その使用範囲が次第に拡大する傾向にある。

タッチスクリーンパネルを実現する方式としては、抵抗膜方式、光感知方式、及び静電容量方式などが知られており、このうち、静電容量方式のタッチスクリーンパネルは、人の手または物体が接触したとき、導電性感知パターンが周辺の他の感知パターンまたは接地電極などと形成する静電容量の変化を感知することにより、接触位置を電気的信号に変換する。

このようなタッチスクリーンパネルは、一般的に、液晶表示装置の外面に取り付けられて製品化される場合が多い。

しかし、このように、タッチスクリーンパネルが液晶表示装置の外面に取り付けられる場合、タッチスクリーンパネルと液晶表示装置との間の粘着層（接着層）が必要となり、液晶表示装置とは別途にタッチスクリーンパネルを形成する工程が求められるため、工程時間及び工程費用が増加するという欠点がある。

また、上記従来の構造の場合、タッチスクリーンパネルが液晶表示装置の外面に取り付けられることにより、液晶表示装置の全体的な厚さが増加するという欠点がある。

韓国公開特許第２００４−０００１３２４号公報 韓国公開特許第２００９−００１９９０２号公報 特開２００９−２４４９５８号公報

上記の問題を解決するためになされた本発明の目的は、工程時間及び工程コストを減少させ、厚さが薄いＦＦＳ方式のタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置を提供することである。

また、本発明の他の目的は、駆動配線を金属で形成し、駆動配線の抵抗を最小化させるタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置を提供することである。

上記の目的を達成するための本発明の特徴によれば、本発明は、複数のゲート配線及び複数のデータ配線が配置され、薄膜トランジスタ及び画素電極をそれぞれ含む複数の画素が形成された第１基板と、前記第１基板に対向する第２基板と、前記画素電極の上部に形成される絶縁層と、前記絶縁層の上部に第１方向に配列される複数の透明電極と、前記各透明電極の一の面に取り付けられる結合部及び駆動信号を受ける駆動配線を形成する複数の金属電極と、前記第２基板の上部に前記第１方向と交差する第２方向に配列される複数の感知電極と、前記第１基板と前記第２基板との間に形成された液晶層と、を備える。

また、前記結合部には、開口部が形成されることを特徴とする。

また、前記透明電極には、複数のスリットが形成されることを特徴とする。

また、前記透明電極は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）で形成されることを特徴とする。

また、前記薄膜トランジスタの第１電極は前記データ配線に接続され、ゲート電極は前記ゲート配線に接続され、第２電極は前記画素電極に接続されることを特徴とする。

また、前記金属電極の駆動配線に対して順次に駆動信号を供給する駆動電極駆動部をさらに備える。

また、前記第１基板及び第２基板の外側面にそれぞれ取り付けられる第１偏光板及び第２偏光板と、前記第２偏光板の外側面に取り付けられるウィンドウと、をさらに備える。

また、前記感知電極は、前記第２基板と前記ウィンドウとの間に形成されることを特徴とする。

また、前記第１基板の下部に形成されるブラックマトリクスと、カラーフィルタパターンと、をさらに備える。

また、前記第１基板の下部に位置し、光を提供するバックライトをさらに備える。

以上のような本発明によれば、液晶表示装置に備えられる共通電極を相互静電容量（ｍｕｔｕａｌ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）方式のタッチスクリーンパネルの駆動電極として用いることにより、工程時間及び工程コストを減少させ、厚さが薄いＦＦＳ方式のタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置を提供することができる。

また、本発明によれば、駆動配線を金属で形成し、駆動配線の抵抗を最小化させるタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置を提供することができる。

本発明の実施形態によるタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態によるタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置の一領域に関する断面図である。 金属電極と透明電極とをそれぞれ分離して示す図である。 図２に示す第１実施形態による透明電極と金属電極との結合状態を示す図である。 本発明の第２実施形態によるタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置の一領域に関する断面図である。 図５に示す第２実施形態による透明電極と金属電極との結合状態を示す図である。 感知電極、透明電極、及び金属電極の配列を示す図である。 本発明の第３実施形態によるタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置の一領域に関する断面図である。

その他、実施形態の具体的な事項は、詳細な説明及び図面に含まれている。

本発明の利点及び特徴、そして、それらを達成する方法は、添付した図面と共に詳細に後述する実施形態を参照すれば明確になるはずである。しかし、本発明は、以下に開示される実施形態に限定されず、互いに異なる多様な形態で実現可能であり、以下の説明において、ある部分が他の部分に接続されているとする場合、これは直接的に接続されている場合に限らず、その中間に他の素子を介して電気的に接続されている場合も含む。また、図面において、本発明と関係のない部分は、本発明の説明を明確にするために省略しており、明細書全体を通して類似の部分については同一の図面符号を付した。

以下、添付した図面を参考にして本発明について説明する。

図１は、本発明の実施形態によるタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置を示すブロック図であり、図２は、本発明の第１実施形態によるタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置の一領域に関する断面図である。特に、図２は、図４におけるＡ−Ｂ軸を基準として示す断面図である。

本発明の好ましい実施形態によるタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置は、第１基板１０と、第２基板２０と、絶縁層４０と、複数の透明電極５０と、複数の金属電極６０と、複数の感知電極７０と、液晶層８０とを備える。

第１基板１０は、アレイ基板であって、互いに交差するゲート配線Ｇ１〜Ｇｎとデータ配線Ｄ１〜Ｄｍとが配列され、薄膜トランジスタＴＦＴ及び画素電極３０をそれぞれ含む複数の画素Ｐが形成される。

第１基板１０の下部には、画像表示のために光を提供するバックライト３００が形成される。

また、第１基板１０は、画素Ｐが位置する表示領域と、各種駆動部及び配線が位置する非表示領域とを有する。このような非表示領域には、ゲート配線Ｇ１〜Ｇｎにゲート信号を供給するゲート駆動部３と、データ配線Ｄ１〜Ｄｍにデータ信号を供給するデータ駆動部４と、透明電極５０及び金属電極６０に駆動信号を供給する駆動電極駆動部５と、ゲート駆動部３、データ駆動部４、及び駆動電極駆動部５を制御するためのタイミング制御部６とが設置可能である。

ゲート配線Ｇ１〜Ｇｎとデータ配線Ｄ１〜Ｄｍとの交差地点には薄膜トランジスタＴＦＴが備えられ、各画素Ｐに形成された画素電極３０と一対一対応で接続される。

薄膜トランジスタＴＦＴは、図２に示すように、ゲート配線Ｇ１〜Ｇｎに接続されるゲート電極１１５と、第１電極１３３（例えば、ソース電極）及び第２電極１３５（例えば、ドレイン電極）と、ゲート電極１１５と第１電極１３３及び第２電極１３５との間に形成される半導体層１２３とから構成される。ここで、半導体層１２３は、アクティブ層１２３ａと、オームコンタクト層１２３ｂとを含む。

また、ゲート電極１１５の上部にはゲート絶縁膜１２０が形成され、第１電極１３３及び第２電極１３５の上部には保護層１４０が形成されている。保護層１４０は、第２電極１３５を露出するコンタクトホール１４３を備える。

また、保護層１４０の上部には画素電極３０が形成され、画素電極３０は、コンタクトホール１４３を介して第２電極１３５に接続される。

以下、このような構造を有するタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置の画像表示動作を簡単に説明する。

まず、各画素Ｐに備えられた薄膜トランジスタＴＦＴのゲート電極１１５にゲート信号が印加されると、アクティブ層１２３ａが活性化され、これにより、第１電極１３３は、第１電極１３３に接続されたデータ配線１３０から印加されるデータ信号を、下部のアクティブ層１２３ａを経て所定間隔離隔した第２電極１３５に伝達する。

このとき、第２電極１３５は、コンタクトホール１４３を介して画素電極３０と電気的に接続されているため、データ信号の電圧は画素電極３０に印加される。

これにより、画素電極３０に印加された電圧と、透明電極５０及び金属電極６０に印加された電圧との差に該当する電圧に対応して、液晶層８０内の液晶分子配列が調整されることにより、所定の画像が表示される。

画素電極３０の上部には絶縁層４０が形成され、絶縁層４０の上部には透明電極５０と金属電極６０とが形成される。特に、図２に示す第１実施形態は、透明電極５０が先に絶縁層４０にパターニング形成され、透明電極５０の上側に金属電極６０が形成された場合を示す。

図３は、金属電極と透明電極とをそれぞれ分離して示す図であり、図４は、図２に示す第１実施形態による透明電極と金属電極との結合状態を示す図である。

複数の透明電極５０は、第１方向に配列され、絶縁層４０の上部に形成される。透明電極５０は、透明導電性物質で形成されるが、特に、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）で形成されていることが好ましい。また、各透明電極５０は、表示領域に形成された各画素Ｐに対応して配置される。

また、各透明電極５０は、図４に示すように、対応する各画素Ｐの画素電極３０とフリンジ電界を形成するために、内部に多数のスリット５２が形成されることが好ましい。図４には、各画素Ｐと３つのスリット５２が対応するように示されているが、これは一実施形態であって、多様な変化が可能である。

複数の金属電極６０は、各透明電極５０の一の面に取り付けられる結合部６２と、駆動電極駆動部５から駆動信号を受ける駆動配線６４とから構成される。

結合部６２は、バックライト３００から提供される光が通過するため、内部に空いた空間である開口部６６を形成することが好ましい。

また、結合部６２は、各透明電極５０に取り付けられるため、画素Ｐが形成された表示領域に位置し、駆動配線６４は、非表示領域に位置する。

図４は、金属電極６０が透明電極５０の上面に取り付けられた場合であるため、透明電極５０の角部分が金属電極６０の結合部６２の下面に取り付けられ、透明電極５０のスリット５２が開口部６６を介して上側に露出する。

図５は、本発明の第２実施形態によるタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置の一領域に関する断面図であり、図６は、図５に示す第２実施形態による透明電極と金属電極との結合状態を示す図である。特に、図５は、図６におけるＣ−Ｄ軸を基準として示す断面図である。

図５に示す第２実施形態は、金属電極６０が先に絶縁層４０にパターニング形成され、金属電極６０の上側に透明電極５０が形成された場合を示す。その他の構成は、第１実施形態と同一である。

したがって、図６に示すように、透明電極５０の角部分が金属電極６０の結合部６２の上面に取り付けられる。

第２基板２０は、カラーフィルタ基板であって、第１基板１０に対向するように位置し、第１基板１０と第２基板２０との間には液晶層８０が介在する。

第２基板２０の下部には、ゲート配線Ｇ１〜Ｇｎ、データ配線Ｄ１〜Ｄｍ、及び薄膜トランジスタＴＦＴなどの非表示領域を遮るように、各画素Ｐ領域を囲む格子状のブラックマトリクス９０と、ブラックマトリクス９０の内部において、各画素Ｐに対応して順次に繰り返し配列された赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂのカラーフィルタパターン９２が形成される。

第１基板１０及び第２基板２０は、透明基板であって、例えば、ガラス、プラスチック、シリコン、または合成樹脂のような絶縁性を有する材質からなり得る。

第２基板２０の上部には複数の感知電極７０が形成されるが、感知電極７０は、互いに所定間隔離隔して前記第１方向と交差する第２方向に配列される。感知電極７０は、透明導電性物質（例えば、ＩＴＯ）で形成される。

結局、駆動信号を受ける駆動配線６４が金属で形成されるため、抵抗が減少し、特に、駆動配線６４と結合部６２とを金属で一体に形成し、結合部６２を透明電極５０に取り付けることにより、その抵抗をさらに最小化することができる。

また、駆動配線６４を金属で形成することにより、駆動配線６４の上側に位置するブラックマトリクス９０の一部領域は除去可能である。

また、金属電極６０の下部に絶縁層４０を介在することにより、ゲート配線などのような配線との干渉を低減できるようになる。

図７は、感知電極、透明電極、及び金属電極の配列を示す図である。

図７に示すように、互いに結合された透明電極５０と金属電極６０とは、第１方向（例えば、水平方向）に配列され、感知電極７０は、第１方向と交差する第２方向（例えば、垂直方向）に配列される。ここで、互いに結合された透明電極５０と金属電極６０とは、相互静電容量方式のタッチスクリーンパネルにおいて駆動信号Ｓｄを受ける駆動電極１１０となる。より詳細には、駆動電極１１０は、金属電極６０の結合部６２と透明電極５０とからなる。

駆動電極１１０及び感知電極７０の配列により互いに交差する地点では、駆動電極１１０と感知電極７０との間に相互静電容量が形成され、相互静電容量が形成される各交差点は、タッチ認識を実現する各々の感知セルとしての役割を果たす。

前記各感知セルで生成された相互静電容量は、各感知セルに接続された駆動電極１１０に駆動信号Ｓｄが印加された場合、各感知セルに接続された感知電極７０にカップリングされた感知信号を発生させる。したがって、ユーザの指などが液晶表示装置に接触した場合、相互静電容量の変化が発生し、これにより、感知信号も変化してタッチを認識することができる。

このようなユーザのタッチ座標を決定するために、駆動電極駆動部５は、自身と接続した駆動配線６４に対して順次に駆動信号Ｓｄを供給する。駆動信号Ｓｄは、駆動配線６４を介して駆動電極１１０に伝達される。

このように、駆動配線６４に順次に駆動信号Ｓｄを供給することにより、タッチ点のＹ軸座標を求めることができ、感知電極７０から感知信号を検出することにより、タッチ点のＸ軸座標を求めることができる。

図８は、本発明の第３実施形態によるタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置の一領域に関する断面図である。

図８に示すように、本発明の第３実施形態によるタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置は、第１基板１０及び第２基板２０の外側面にそれぞれ第１偏光板８０及び第２偏光板８２が取り付けられ、画像が表示される方向に位置する偏光板上には、透明基板としてのウィンドウ１９０が取り付けられる。

図８に示す第３実施形態は、バックライト３００が第１基板１０の下部に位置する構造であるため、画像が第２基板２０方向に表示され、これにより、ウィンドウ１９０は、粘着層１９２により第２偏光板８２上に取り付けられる。図８に示す実施形態では、第１偏光板８０が備えられたため、バックライト３００が第１偏光板８０の下部に位置する。

したがって、図８に示す第３実施形態では、第２偏光板８２及びウィンドウ１９０が設置された場合であるため、感知電極７０は、第２基板２０とウィンドウ１９０との間に形成可能である。したがって、具体例として、図８に示すように、感知電極７０は、第２偏光板８２の上面に形成されていてもよく、感知電極７０は、ウィンドウ１９０の下面に形成されていてもよい。あるいは、感知電極７０は、第２基板２０の上面または第２偏光板８２の下面に形成されていてもよい。

また、カラーフィルタパターン９２の下部には、別の保護層８４がさらに形成可能である。

３ ゲート駆動部、
４ データ駆動部、
５ 駆動電極駆動部、
６ タイミング制御部、
１０ 第１基板、
２０ 第２基板、
３０ 画素電極、
４０ 絶縁層、
５０ 透明電極、
５２ スリット、
６０ 金属電極、
６２ 結合部、
６４ 駆動配線、
６６ 開口部、
７０ 感知電極、
８０ 第１偏光板、
８２ 第２偏光板、
９０ ブラックマトリクス、
９２ カラーフィルタパターン、
１１０ 駆動電極、
１９０ ウィンドウ、
１９２ 粘着層、
３００ バックライト、
Ｐ 画素、
ＴＦＴ 薄膜トランジスタ。

Claims (10)

1. 複数のゲート配線及び複数のデータ配線が配置され、薄膜トランジスタ及び画素電極をそれぞれ含む複数の画素が形成された第１基板と、
   前記第１基板に対向する第２基板と、
   前記画素電極の上部に形成される絶縁層と、
   前記絶縁層の上部に第１方向に配列される複数の透明電極と、
   前記各透明電極の一の面に取り付けられる結合部及び駆動信号を受ける駆動配線を形成する複数の金属電極と、
   前記第２基板の上部に前記第１方向と交差する第２方向に配列される複数の感知電極と、
   前記第１基板と前記第２基板との間に形成された液晶層と、を備えることを特徴とするタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置。
2. 前記結合部には、開口部が形成されることを特徴とする請求項１に記載のタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置。
3. 前記透明電極には、複数のスリットが形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置。
4. 前記透明電極は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）で形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置。
5. 前記薄膜トランジスタの第１電極は前記データ配線に接続され、ゲート電極は前記ゲート配線に接続され、第２電極は前記画素電極に接続されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置。
6. 前記金属電極の駆動配線に対して順次に駆動信号を供給する駆動電極駆動部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置。
7. 前記第１基板及び第２基板の外側面にそれぞれ取り付けられる第１偏光板及び第２偏光板と、
   前記第２偏光板の外側面に取り付けられるウィンドウと、をさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置。
8. 前記感知電極は、前記第２基板と前記ウィンドウとの間に形成されることを特徴とする請求項７に記載のタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置。
9. 前記第１基板の下部に形成されるブラックマトリクスと、
   カラーフィルタパターンと、をさらに備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置。
10. 前記第１基板の下部に位置し、光を提供するバックライトをさらに備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置。

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