KR101002308B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터치 패널을 커버 글래스 한쪽면에 형성하여, 공정 수를 줄이고 조립의 용이를 꾀한 액정 표시 장치에 관한 것으로, 그 중앙에 표시 영역이 정의되고, 그 외곽에 비표시 영역이 정의된, 서로 대향된 제 1 기판, 제 2 기판과, 상기 제 1, 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 이루어진 액정 패널과, 상기 액정 패널 상에 형성되며, 상기 액정 패널과 대향되는 면에, 투명하며 서로 수직으로 교차하는 복수개의 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하여 이루어지는 터치 감지부를 구비한 커버 글래스 및 상기 액정 패널의 표시 영역으로부터 벗어난 상기 커버 글래스의 일측에, 상기 터치 감지부와 동일면에 형성된 터치 패널 신호 인가부를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
터치 패널, 정전용량 방식

Description

액정 표시 장치 {Liquid Crystal Display Device}
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로 특히, 터치 패널을 커버 글래스 한쪽 면에 형성하여, 공정 수를 줄이고 조립의 용이를 꾀한 액정 표시 장치에 관한 것이다.
최근, 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 전기적 정보신호를 시각적으로 표현하는 디스플레이(display)분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 여러 가지 다양한 평판 표시장치(Flat Display Device)가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 빠르게 대체하고 있다.
이 같은 평판 표시장치의 구체적인 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display device: FED), 전기발광표시장치(Electro luminescence Display Device : ELD) 등을 들 수 있는데, 이들은 공통적으로 화상을 구현하는 평판 표시패널을 필수적인 구성요소로 하는 바, 평판 표시패널은 고유의 발광 또는 편광물질층을 사이에 두고 한 쌍의 투명 절연기판을 대면 합착시킨 구성을 갖는다.
이중 액정 표시장치는 전계를 이용하여 액정의 광 투과율을 조절함으로써 화상을 표시하게 된다. 이를 위하여, 화상 표시장치는 액정셀을 가지는 표시패널과, 표시패널에 광을 조사하는 백 라이트 유닛 및 액정셀을 구동하기 위한 구동회로를 포함하여 구성된다.
표시패널은 복수의 게이트 라인과 복수의 데이터 라인이 교차하여 복수의 단위 화소영역이 정의 되도록 형성된다. 이때, 각 화소영역에는 서로 대향하는 박막 트랜지스터 어레이 기판과 컬러필터 어레이 기판과, 두 기판 사이에 일정한 셀갭 유지를 위해 위치하는 스페이서와, 그 셀갭에 채워진 액정을 구비한다.
박막 트랜지스터 어레이 기판은 게이트 라인들 및 데이터 라인들과, 그 게이트 라인들과 데이터 라인들의 교차부마다 스위치소자로 형성된 박막 트랜지스터와, 액정셀 단위로 형성되어 박막 트랜지스터에 접속된 화소 전극 등과, 그들 위에 도포된 배향막으로 구성된다. 게이트 라인들과 데이터 라인들은 각각의 패드부를 통해 구동회로들로부터 신호를 공급받는다.
박막 트랜지스터는 게이트 라인에 공급되는 스캔신호에 응답하여 데이터 라인에 공급되는 화소 전압신호를 화소 전극에 공급한다.
컬러필터 어레이 기판은 액정셀 단위로 형성된 컬러필터들과, 컬러필터들간의 구분 및 외부광 반사를 위한 블랙 매트릭스와, 액정셀들에 공통적으로 기준전압을 공급하는 공통 전극 등과, 그들 위에 도포되는 배향막으로 구성된다.
이렇게 별도로 제작된 박막 트랜지스터 기판과 컬러필터 어레이 기판을 정렬 한 후 서로 대향 합착한 다음 액정을 주입하고 봉입함으로써 완성하게 된다.
이와 같이, 형성된 액정 표시 장치에, 최근 사람의 손이나 별도의 입력 수단을 통해 터치 부위를 인식하고 이에 대응하여 별도의 정보를 전달할 수 있는 터치 패널을 부가하는 요구가 늘고 있다. 현재 이러한 터치 패널은 액정 표시 장치의 외부 표면에 부착하는 형태로 적용되고 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 터치 패널 부착형 액정 표시 장치를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 터치 패널 부착형 액정 표시 장치를 나타낸 개략도이다.
도 1과 같이, 일반적인 터치 패널 부착형 액정 표시 장치는 서로 대향된 제 1, 제 2 기판(1, 2)과, 그 사이에 충진된 액정층(3)과, 상기 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2)의 배면 각각에 부착된 제 1, 제 2 편광판(4a, 4b)을 포함하여 이루어진 액정 패널(10)과, 상기 액정 패널(10) 상에 놓여지며, 그 내부에 정전 용량 (capacitive) 방식으로 구동되는 터치 패널(20)과, 상기 터치 패널 (20)의 상부를 보호하는 커버 글래스(30)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 액정 패널(10)의 제 1 기판(1) 상에는, 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 라인(Gate) 및 데이터 라인(Data)과, 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에 형성되는 박막 트랜지스터(TFT)와, 상기 화소 영역에는 화소 전극(미도시)이 형성되는 박막 트랜지스터 어레이가 형성된다.
또한, 상기 제 2 기판(2) 상에는, 블랙 매트릭스층, 컬러 필터층 및 공통 전 극(미도시, Vcom(인가전압))이 형성된다.
여기서, 상기 터치 패널(20)은 그 방식에 따라 내부 구조를 달리하는데, 그 한 예로, 터치 지점에서의 정전 용량 변화로 터치를 감지하는 방식을 정전 용량 방식이라 하며, 이러한 방식의 구조는 서로 교차하는 제 1, 제 2 전극이 형성되고, 이들 전극 사이에 형성된 캐패시턴스 값의 변화에 의해 센싱이 이루어진다.
또한, 상기 터치 패널(20)을 보호하기 위해, 상기 터치 패널 상부에 커버 글래스(30)가 더 형성된다.
상술한 종래의 터치 패널 부착형 액정 표시 장치는, 상기 터치 패널(20)과 상기 액정 패널(10) 사이에 점착층이 요구된다. 이 경우, 액정 패널(10)과 별도로 터치 패널(20)의 형성 공정이 요구되고, 또한, 상기 터치 패널(20)과 액정 패널(10)의 부착 공정이 요구된다.
상기와 같은 종래의 터치 패널 부착형 액정 표시 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
터치 패널이 이를 보호하는 커버 글래스와 함께 액정 패널의 외장 형태로 형성되며, 상기 터치 패널과 상기 액정 패널 사이에 점착층이 요구된다. 이 경우, 별도의 부착 공정이 요구되며, 또한, 터치 패널과 액정 패널이 오정렬된 경우, 부착된 이후 다시 분리가 어렵고, 분리된다 하더라도 터치 패널의 훼손이 발생할 수 있다.
또한, 상기 터치 패널과 액정 패널 사이의 점착층의 부착 공정 등으로 공정 수가 늘어나 공정 시간 및 공정 비용의 증가가 우려된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 커버 글래스 한쪽면에 형성하여, 공정 수를 줄이고 조립의 용이를 꾀한 액정 표시 장치를 제공하는 데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치는, 그 중앙에 표시 영역이 정의되고, 그 외곽에 비표시 영역이 정의된, 서로 대향된 제 1 기판, 제 2 기판과, 상기 제 1, 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 이루어진 액정 패널과, 상기 액정 패널 상에 형성되며, 상기 액정 패널과 대향되는 면에, 투명하며 서로 수직으로 교차하는 복수개의 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하여 이루어지는 터치 감지부를 구비한 커버 글래스 및 상기 액정 패널의 표시 영역으로부터 벗어난 상기 커버 글래스의 일측에, 상기 터치 감지부와 동일면에 형성된 터치 패널 신호 인가부를 포함하여 이루어진 것에 그 특징이 있다.
상기 커버 글래스는 상기 액정 패널에 비해 돌출되어 형성되며, 상기 터치 패널 신호 인가부는 상기 액정 패널에 비해 돌출된 상기 커버 글래스의 영역에 형성된다.
여기서, 상기 제 1 전극은 X축 방향으로 긴 막대 형상의 전극으로 형성되며, 상기 제 2 전극은 상기 X 전극과 교차하며, Y 축 방향으로 긴 막대 형상으로 형성된 전극이다. 상기 제 1 전극과 제 2 전극은 서로 다른 층에 형성되며, 상기 제 1 전극과 제 2 전극의 층간에 투명 절연막이 더 형성된다. 그리고, 여기서, 상기 투명 절연막은 0.1~5㎛의 두께로 형성된다.
또는, 상기 복수개의 제 1 전극 및 제 2 전극은 상기 커버 글래스 상에 서로 이격되어 형성되며, 상기 제 1 전극은 수평 방향의 열에서 섬상으로 각각 복수개 나뉘어 형성되며, 상기 제 2 전극은 수직 방향의 열에서 일 방향의 막대 형상으로 형성된다. 각 수평 방향의 열에 형성된 제 1 전극들에 신호를인가하는 제 1 전극 신호 인가 배선이 상기 제 1 전극의 상측 또는 하측에 투명 절연막을 개재하여 더 형성되며, 상기 제 1 전극 신호 인가 배선은 상기 제 1 전극들에 대해 콘택홀을 통해 전기적으로 연결된다.
상기 액정 패널은 상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 라인과 데이터 라인 및 상기 화소 영역에 형성된 화소 전극을 구비한 박막 트랜지스터 어레이와, 상기 제 2 기판 상에 상기 화소 영역을 제외한 영역에 대응된 블랙 매트릭스층, 상기 화소 영역에 대응되는 컬러 필터층을 포함한 컬러 필터 어레이를 더 포함하여 이루어진다. 그리고, 상기 제 1 전극 신호 인가 배선은 액정 패널에서 영상이 표시되지 않는 부분에 형성되어 영상을 표현할 시 방해가 되지 않도록 형성된다. 예를 들어, 상기 블랙 매트릭스층에 대응되어 형성될 수 있다.
상기 제 1 전극 및 제 2 전극은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide) 중 어느 하나로 이루어진다.
상기 터치 패널 신호 제어부는 FPC(Flexible Printed CAble)로 이루어지며, 상기 액정 패널의 하측으로 접힌다.
그리고, 상기 터치 패널 신호 제어부에 대응되는 상기 커버 글래스 상에, 상기 터치 감지부의 제 1 전극 및 제 2 전극과 연결 배선을 통해 연결되는, 상기 제 1 전극에 전압 신호를 인가하는 전압 인가 패드와, 상기 제 2 전극에서 출력되는 신호를 검출하는 전압 검출 패드를 포함하며, 상기 전압 인가 패드 및 상기 전압 검출 패드는 상기 터치 패널 신호 제어부와 솔더링에 의해 연결된다.
상기와 같은 본 발명의 액정 표시 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
액정 패널이 이용되는 휴대폰, PMP 등 모바일 기기의 경우, 사용 환경의 특성상 슬림화가 요구된다. 정전 용량 방식으로 터치 패널을 구현할 경우, 전체 모듈의 두께는 적어도, 커버 글래스, 액정 모듈, 터치패널 및 편광판을 합한 두께의 값으로 결정된다. 그러나, 본 발명의 액정 표시 장치는 별도의 터치 패널을 생략하 고, 커버 글래스측에 X 전극, Y 전극과 그 사이에 절연막을 구성한 것으로, 추가적으로 터치 패널을 구비하지 않고, 커버 글래스 상에 어레이 공정을 진행하여 터치 감지부 일체형 커버 글래스를 형성하고, 이를 액정 패널에 부착하여 일체화한다.
즉, 본 발명의 액정 표시 장치는, 터치 패널을 별도 형성하지 않고, 터치 패널의 보호를 위해 형성하는 커버 글래스 내측면에 터치 감지부를 감지하는 것으로, 액정 표시 장치 전체의 모듈(module) 두께를 얇게 만들며 터치 패널의 접착 공정을 제거하여 비용을 절감할 수 있는 방법을 제공한다.
따라서, 추가적인 터치 패널의 형성이나, 터치 패널과 액정 패널을 부착하는 공정에서 요구되는 접착층을 생략하고, 또한, 그 오정렬시 터치 패널 등의 훼손을 방지하여 불량율을 낮추어 터치 패널 일체형의 액정 패널의 형성이 가능하다. 결과적으로 부착 공정의 생략으로 인해 공정 비용 및 공정 시간을 줄일 수 있어 수율 향상을 기대할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 액정 표시 장치의 커버 글래스의 내측을 나타낸 평면도이며, 도 3은 본 발명의 도 2의 I~I' 선상에 대응되는 액정 표시 장치의 구조 단면도이다.
도 2 및 도 3과 같이, 본 발명의 액정 표시 장치는, 커버 글래스(200)의 내측에 터치 감지를 위해 X 전극(210), Y 전극(212)과, 상기 X 전극(210)과 Y 전 극(212) 사이의 절연막(211)을 구성하여 이루어진다. 즉, 별도의 터치 패널을 구비하지 않고, 압력 및 외부 자극에 의한 터치 패널의 손상을 방지하기 위해 구비되는 커버 글래스(200) 내측에 터치 감지부를 어레이 형태로 구비하고,이러한 커버 글래스 일체형 터치 패널(2000)와 액정 패널(100)을 접착층(220)에 의해 합착하여 구성한다.
보다 구체적으로 설명하면, 본 발명의 액정 표시 장치에 있어서, 액정 패널(100)은 서로 대향된 제 1, 제 2 기판(110, 120)과 그 사이에 충진된 액정층(130)을 포함하여 이루어지며, 상기 제 1, 제 2 기판(110, 120)의 각 배면측에는 각각 제 1 편광판(140a)과 제 2 편광판(140b)이 형성되어 있다.
그리고, 구체적으로 도시되지는 않았지만, 상기 제 1 기판(110) 상에는 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 라인과 데이터 라인 및 상기 화소 영역에 형성되는 화소 전극을 포함하는 박막 트랜지스터 어레이가 형성되며, 상기 제 2 기판(120) 상에는 블랙 매트릭스층, 컬러 필터층 및 공통 전극을 포함하는 컬러 필터 어레이가 형성된다.
이 경우, 상기 공통 전극은 상술한 바와 같이, 제 2 기판 상에 전면에 형성될 수도 있고, 경우에 따라 상기 제 1 기판(110) 상 화소 영역에 화소 전극과 서로 교번된 형상으로 형성될 수도 있다. 어떤 공통 전극의 형상을 채용하는지는 액정 패널에 필요한 모드(TN(Twisted Nematic) 모드 및 IPS(In-Plane Switching) 모드)에 따라 결정된다.
또한, 상기 커버 글래스(200)의 일측을 상기 액정 패널(100)보다 약간 길게 형성하여, 돌출된 영역의 내측에 패드부를 정의한다. 상기 패드부에는 상기 X 전극(210)과 Y 전극(212)에 각각 신호를 인가하기 위해 복수개의 패드(242)가 형성되며, 이들 복수개의 패드(242)는 각각의 X 전극(210)과 Y 전극(212)에 연결 배선(252)에 의해 연결된다.
또한, 상기 복수개의 패드(242)는 연성의 FPC(Flexible Printed Cable)로 이루어지는 터치 패널 신호 인가부(300)와 솔더링(soldering)으로 연결되어 있다.
도 4는 본 발명의 액정 표시 장치에 있어서, X 전극과 Y 전극의 교차부를 나타낸 확대 평면도이다.
도 4에 도시된 X 전극(210)과 Y전극(212)의 교차부를 확대하여 살펴보면, 상기 X 전극(210)이 동일 폭이 아니라 상기 Y 전극(212)과 오버랩되는 부위에서 폭을 줄여 형성할 수 있다.
본 발명의 액정 표시 장치의 경우, 정전용량 방식으로 터치 지점에서 X 전극(210)과 Y 전극(212) 사이의 정전용량 변화를 검출하여, 터치 위치를 파악하고 있다. 이 경우, X 전극(210)과 Y 전극(212) 사이의 교차부의 면적이 클 경우, 이 부위에서 부하가 커져 정전용량 변화 검출이 어려울 수 있다. 이를 방지하기 위해 상대적으로 X 전극(210)과 Y 전극(212)의 교차부에서 선택적으로 X 전극(210)의 폭을 줄여 형성한 것이다. 도시된 예는 상기 X 전극(210)의 폭이 준 예를 나타내지만, 경우에 따라 Y 전극(212)의 폭을 줄여 형성할 수도 있고, 두 전극의 폭을 모두 줄여 형성할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 액정 표시 장치에 있어서, X 전극과 Y 전극의 형상의 변형예를 나타낸 평면도이다.
도 5는, 변형예로, X 전극(310)과 Y 전극(312)이 갖는 면적을 균일하게 하고, X 전극(310)과 Y 전극(312)의 교차부에서 각각 X 전극(310)과 Y 전극(312)의 폭을 줄여 교차부에서 면적을 줄여 정전용량 검출시 발생할 수 있는 부하를 최소한 방지한 구조이다. 도시된 구조에서는 각각의 X 전극(310)과 Y 전극(312)이 마름모꼴로 나타내었지만, 그 밖에도 X 전극(310)과 Y 전극(312)이 커버 글래스(200) 상에서 차지하는 면적을 균일하게 나타낼 수 있다면, 그 외의 형태로도 변형 가능하다.
도 6은 본 발명의 액정 표시 장치의 있어서, 커버 글래스와 액정 패널을 부착하고, 각각 터치 신호 인가부와 영상 신호 감지부를 연결한 상태를 나타낸 평면도이다.
도 6과 같이, 본 발명의 액정 표시 장치는, 제 1, 제 2 기판(110, 120)이 액정층(미도시)을 개재하여 합착하여 이루어진 액정 패널(100)에, 커버 글래스(200)가 접착층(도 3의 220 참조)을 개재하여 부착된다.
여기서, 상기 액정 패널(100)을 살펴보면, 상기 제 1 기판(110)은 상기 제 2 기판(120)에 비해 상대적으로 돌출되어 형성된다. 돌출된 영역을 제 1 영역으로 정의하면, 상기 제 1 영역에 상기 제 1 기판(110)에 형성되는 게이트 라인(미도시) 및 데이터 라인(미도시)에 신호를 인가하는 패드 전극들(미도시)이 형성되며, 이들 패드 전극들과 각 게이트 라인과 데이터 라인이 연결되며, 상기 패드 전극들은 또한, 외부의 영상 신호 인가부(150)와 솔더링(soldering) 등의 방법으로 연결된다. 도시된 도면에서는 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 패드전극들이 액정 패널(100)의 일측(제 1 영역: 도면에서는 하측면에 정의)에 형성된 형태를 나타내고 있다. 이 경우, 상기 게이트 라인들은, 그 양측으로 수직 연결배선과 이와 연결된 수평 연결 배선을 통해 우회하여 각 패드 전극에 연결된다.
한편, 상기 제 1, 제 2 기판(110, 120)이 오버랩되는 영역 중 그 중앙에 표시가 이루어지는 영역을 액티브 영역(AA)이라 한다.
상기 커버 글래스(200)는 상기 액정 패널(100)에 비해 돌출된 제 2 영역을 구비하고, 상기 커버 글래스(200)의 제 2 영역에는 X 전극과 Y 전극에 신호를 인가하기 위한 패드 전극(미도시)과 이와 솔더링으로 연결된 터치 패널 신호 인가부(300)가 형성된다.
이와 같이, 상기 커버 글래스(200)는 상기 터치 패널 신호 인가부(300)의 연결을 위해 상기 액정 패널(100)과 오버랩하지 않는 제 2 영역을 구비하도록 설명되어 있으나, 상기 커버 글래스(200)의 패드 전극 형성 부위를 상기 액정 패널(100)의 액티브 영역(AA)의 외곽에 들어오도록 하여, 상기 액정 패널(100)로부터 돌출된 제 2 영역을 최소화하는 것도 고려해볼 수 있다.
여기서, 상기 영상 신호 인가부(150) 및 상기 터치 패널 신호 인가부(300)는 각각 연성의 FPC(Flexible Printed Cable)로 이루어지며, 이들은 액정 모듈에 조립 시 액정 패널(100)의 하측으로 접혀진다.
하기에는, 상술한 형태의 커버 글래스(200)의 돌출된 제 2 영역을 다르게 배치한 예를 살펴본다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 액정 표시 장치의, 터치 신호 인가부의 연결 방법의 다른 예를 나타낸 평면도이다.
도 7a는 상기 커버 글래스(200)에 형성된 터치 감지부와 터치 패널 신호 인가부(300)가 하측변에서 연결된 상태를 나타내고, 도 7b는 상기 커버 글래스(200)에 형성된 터치 감지부와 터치 패널 신호 인가부(300)가 좌측변에서 연결된 상태, 도 7c는 상기 커버 글래스(200)에 형성된 터치 감지부와 터치 패널 신호 인가부(300)가 우측변에서 연결되어, 각각 연결 부위를 달리한다.
도 7a의 경우, 상기 터치 패널 신호 인가부(300)와 상기 액정 패널(100)에 영상 신호를 인가하는 영상 신호 인가부(150)가 일부 중첩하지만, 각각의 인가부(300, 150)의 배선이 서로 대향되는 측이 아닌 반대면에 위치하여 금속 배선간의 쇼트가 발생할 위험은 없다. 즉, 도 7a에 있어서, 상기 커버 글래스(200)와 연결된 터치 패널 신호 인가부(300)는, 커버 글래스(200)의 안쪽면에 형성된 패드 전극에 솔더링에 연결되는 금속 배선을 구비하는 것으로, 도시된 도면상의 표면에 해당되는 측에 금속 배선이 위치하며, 상기 액정 패널(100)과 연결된 영상 신호 인가부(150)는 상기 액정 패널(100)의 각 게이트 라인 패드 전극, 데이터 라인 패드 전극과 연결되도록 상기 영상 신호 인가부(150)의 배면(도시된 도면의 이면에 해당)상에 금속 배선이 위치하는 것으로, 이들 각 터치 패널 신호 인가부(300)와 영상 신호 인가부(150)의 금속 배선은 그 형성면이 반대로, 쇼트의 위험이 없다.
도 7a의 구조의 경우, 상기 커버 글래스(200)의 입장에서는 상기 액정 패널(100)으로부터 돌출 영역을 최소화하거나 생략할 수 있는 것으로, 집적화에 유리하다. 그러나, 상기 액정 패널(100) 하측에 위치하는 광원이나 회로 기판과의 관계를 고려하여 상기 터치 패널 신호 인가부(150)의 위치가 제한될 수 있으므로, 하부 구성물의 구성과 최적화의 이점을 모두 고려하여 상기 터치 패널 신호 인가부(150)의 위치를 결정한다.
도 7b 및 도 7c는 터치 패널 신호 인가부(150)를 상기 액정 패널(100)의 좌측 또는 우측에 대응시켜 형성한 것으로, 도 6, 7b 및 7c의 구조는 경우에 따라 도 7a의 구조를 취할 경우, 영상 신호 인가부(150)와 터치 패널 신호 인가부(300)간의 전기적 간섭이 일어나는 문제점을 방지하기 위해 선택적으로 택할 수 있다.
이하, X 전극과, Y 전극간의 교차부에서 발생하는 부하가 클 경우 터치 감지에 오류가 발생함을 감안하여 상기 X전극과 Y 전극간의 교차부를 최소화한 구조를 제안한 예를 설명낸다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 액정 표시 장치에 있어서, X 전극 및 Y 전극을 동일층에 배치한 일예를 나타낸 평면도 및 단면도이다.
도 8a에 나타난 실시예에서는, 도 2 및 도 4의 X 전극과 Y 전극을 각각 막대 형상으로 형성하지 않고, X축 방향의 각 열상의 X 전극(411)을 각 X 축(수평선)상에서 선상으로 복수개 이격하여 형성하고, 이격된 각 X 전극들(411) 사이를 Y 축 방향으로 지나도록 막대 형상의 Y 전극(412)을 형성한다.
상기 X 전극(411) 및 Y 전극(412)은 서로 동일층에 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide) 중 어느 하나의 투명 전극으로 형성한다.
그리고, 상기 Y 전극(412)은 Y 축 방향으로 길게 연장하여 그 일측에 패드 전극을 구비한다.
상기 각 열의 X 전극(411)들은 도 8b와 같이, 투명 절연막(413)을 개재한 상측에 X 전극 신호 인가 배선(421)을 서로 이격된 각 열의 X 전극(411)들을 가로지르며 형성되며, 상기 X 전극 신호 인가 배선(421)은 각 투명 절연막(413)에 형성된 콘택홀(421a, 421b)에 의해 상기 X 전극(411)과 전기적으로 연결된다.
상기 X 전극 신호 인가 배선(421)은 X 전극(411)들이 형성된 열마다 하나씩 형성되며, 각 X 전극 신호 인가 배선(421)은 하나의 패드 전극(431)과 패드 콘택홀(433)을 통해 연결된다.
여기서, 상기 X전극 신호 인가 배선(421)은 금속으로 이루어지며, 이에 의한 개구율 감소를 방지하기 위해, 상기 액정 패널(100)의 제 2 기판(120) 상에 형성되는 블랙 매트릭스층에 대응되는 위치에 형성시킨다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 액정 표시 장치에 있어서, X 전극 및 Y 전극을 동일층에 배치한 변형예를 나타낸 평면도 및 단면도이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 액정 표시 장치에 있어서, 도 8a 및 도 8b의 구조와 비교하여, X 전극 신호 인가 배선(511)이 투명한 전극으로 이루어지는 상기 X 전극(521)과 Y 전극(523)의 하측에 위치하는 것으로, 상기 X 전극 신호 인가 배선(511)은 상에는 투명 절연막(512)이 형성되고, 상기 투명 절연막 상에 각각 서로 이격된 X 전극(521)과 Y 전극(523)이 형성된다. 이 경우, 평면상에서 X 전극(521)과 Y 전극(523)의 형상은 도 8a와 동일하며, 그 위치 관계만 역으로 된 것이다.
여기서, 각 열의 X 전극(521)은 하부에 형성되는 X 전극 신호 인가 배선(511)과 투명 절연막(512)에 형성되는 콘택홀(522a, 522b)을 통해 전기적으로 연결되고, 상기 X 전극 신호 인가 배선(511)의 일측과 오버랩하여 상기 X 전극(521)과 동일층에 투명한 전극으로 이루어지는 패드 전극(525)이 더 형성되며, 상기 패드 전극(525)은 하부 X 전극 신호 인가 배선(511)의 일측과 패드 콘택홀(522c)을 통해 전기적으로 연결된다.
상술한 도 8a 및 9a에서는 각각 X 전극은 섬상, Y 전극은 막대 형상으로 형성된 예를 설명하였으나, X 전극과 Y 전극을 모두 마름모꼴로 형상화할 수도 있다.
도 9c는 도 9a 및 9b의 방법을 마름모꼴 X, Y 전극의 배치를 동일층에 적용한 예를 나타낸 평면도 및 단면도이다.
도 9c를 참조하면, 제 1 전극(321)은 마름모꼴의 섬상으로 수평 방향으로 열로 이격하여 배치하고, 이들 열을 복수개 배치하여 형성되어 있으며, 제 2 전극(322)은 각 수직 방향의 열로 끊김없이 열결되며, 각 제 1 전극(321)과 인접 부위에서 마름모꼴을 유지하며, 그 교차부에서 작은 폭으로 연결되어 있음을 알 수 있다.
그리고, 상기 제 1 전극(321)과 제 2 전극(322)은 동일층의 투명 전극으로 형성하며, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 제 2 전극(322)은 가장자리 일측에서 패드 전극을 자체적으로 구비하여 신호를 인가받거나 검출하고, 서로 이격된 상기 제 1 전극(321)을 이들을 각 열상에서 서로 전기적으로 연결하기 위해 각 수평열상의 제 1 전극 신호 인가 라인(320)을 구비한다. 이들 상기 제 1 전극 신호 인가 라인(320)은 앞서 설명한 바와 같이, 상기 제 1 전극(321)/제 2 전극(322)의 상측 또는 하측 상에 투명 절연막을 개재하여 위치할 수 있으며, 상기 투명 절연막에는 각 제 1 전극(321)과 상기 제 전극 신호 인가 라인(320)을 연결하는 콘택홀(325)이 형성된다.
도 10은 두 전극 사이의 절연막 두께에 따른 X 전극-Y 전극간 정전용량 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10은, 상기 X 전극과 Y 전극 사이의 제 1 절연막 두께에 대해 변화하는 정전 용량 캐패시턴스 값을 나타낸 것으로, 제 1 절연막 두께가 두꺼워질수록 터치 없을 때와 터치가 있을 경우 별 차이가 없는 것으로 관측되며, 제 1 절연막 두께가 너무 두꺼워질 경우에는 터치가 있을 경우보다 없을 경우 그 터치가 있는 경우 정전용량이 커지는 역전현상이 일어나기 전의 범위에서 상기 제 1 절연막의 두께가 정해진다.
실험상으로는, 각각의 X 전극과 Y 전극이 갖는 배선 저항과, 이들의 교차부에 걸리는 정전용량 값을 감안하면, 약 50 femto F 이상의 값으로, 터치시와 미터 치시 차이값을 가질 때 터치여부의 감지가 가능하였다. 이를 그래프에서 수치상으로 살펴보면, 상기 X 전극과 Y 전극 사이의 투명 절연막의 두께를 약 42㎛ 이하의 두께를 가질 경우, 정전용량 감지가 유효함을 알 수 있었다.
그러나, 제품에 적용시 슬림화를 고려해야 하고, 터치시 전후의 정전용량 변화가 일정 값 이상이여야 터치 여부가 식별이 가능하므로, 본 발명의 액정 표시 장치에 있어서, X 전극과 Y 전극 사이의 절연막의 두께는, 0.1~5㎛의 범위로 정한다.
이 경우, 상기 X 전극과 Y 전극 사이의 절연막은 포토 아크릴, BCB (Benzo Cyclo Butene) 등의 유기 절연막도 가능하며, 게이트 절연막이나 질화막의 무기 절연막도 이용 가능하다.
상술한 본 발명의 액정 표시 장치에 있어서, 도 2를 참조하여, 상기 액정 패널(100)을 설명하면,
크게, 서로 대향된 제 1 기판(110)과, 제 2 기판(120)과, 상기 제 1 기판(110) 상에 형성된 박막 트랜지스터 어레이(미도시)와, 상기 제 2 기판(120) 상에 형성된 컬러 필터 어레이(미도시), 상기 박막 트랜지스터 어레이와 컬러 필터 어레이 사이에 충진된 액정층(130) 및 상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(12)의 배면에 각각 형성된 제 1 편광판(140a)과 제 2 편광판(140b)을 포함하여 이루어진다.
상기 제 1 기판(110) 상에 형성된 박막 트랜지스터 어레이는 , 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 복수개의 게이트 라인(미도시), 데이터 라인(미도시), 상기 화소영역들에 형성된 화소 전극(미도시) 및 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에 형성된 박막 트랜지스터(미도시)를 포함하여 이루어진다.
상기 제 2 기판(120) 상에 형성되는 컬러 필터 어레이 기판(120)은 상기 제 2 기판(120) 상에 형성된, 블랙 매트릭스층(미도시), 컬러 필터층(미도시), 오버코트층(미도시) 및 상기 오버코트층 전면에 형성된 공통 전극(미도시)으로 포함하여 이루어진다.
상술한 본 발명의 액정 표시 장치에 있어서, 상기 커버 글래스(200)에 형성된 터치 감지부는, 멀티 터치(multi touch)가 가능한 것으로, 각 수평열의 X 전극에 차례로 전압을 인가하고, 수직열의 Y 전극으로부터 전류 값을 감지하여, 감지된 전류 값에 변동에 의해 터치 여부를 감지한다. 이 경우, X 전극과 Y 전극은 서로 그 순서를 달리하여 형성할 수도 있고, 혹은 전압 인가에 따른 전류 감지를 서로 바꾸어 주어 할 수도 있다.
본 발명의 액정 표시 장치는, 터치 패널을 별도 형성하지 않고, 터치 패널의 보호를 위해 형성하는 커버 글래스 내측면에 터치 감지부를 감지하는 것으로, 액정 표시 장치 전체의 모듈(module) 두께를 얇게 만들며 터치 패널의 접착 공정을 제거하여 비용을 절감할 수 있는 방법을 제공한다.
터치 유무를 추출하기 위한 구동방법은 다음과 같다.
우선 드라이빙 X 전극(혹은 제 1 전극)에 펄스 형태로 전압을 인가하면서 순차적으로 X 전극(혹은 제 1 전극)을 스캔한다. 상기 X 전극(혹은 제 1 전극)에 펄스 형태에 전압이 인가가 되면 전압 변동에 의해 Y 전극( 혹은 제 2 전극)과 X 전 극(제 1 전극) 사이의 캐패시터에 전하량 변동이 발생하게 된다. 이러한 전하량 변동량을 상기 Y전극(혹은 제 2 전극) 쪽에서 측정을 하게 되는데 터치 유무에 따라 X 전극(제 1 전극)과 Y 전극(제 2 전극) 사이의 정전 용량이 달라지기 때문에 전하 변동량도 달라지게 된다. 따라서 터치 유무에 따라 변동되는 전하량의 차이를 검출하여 터치여부를 판단하게 된다.
본 발명의 액정 표시 장치는, 커버 글래스 내에 X 전극과 Y 전극을 구비한 터치 감지부를 형성하고, 커버 글래스 상에 터치를 행한 후, 터치 여부를 감지하기 때문에 기존의 구조에 비해 외부 장착형 터치 패널을 생략할 수 있어서, 터치 패널 구비 액정 표시 장치에 있어서, 전체적으로 더욱 얇은 모듈을 제작할 수 있다. 또한 상기 커버 글래스의 한쪽 면에 전극들을 위치시킴으로써 공정을 단순화 할 수 있으며, 이에 따라 X 전극과 Y 전극간 오정렬(misalign) 정도를 줄일 수 있으며, 패드 전극을 상기 터치 감지부(X 전극 또는 Y 전극의 형성면)가 형성된 상기 커버 글래스 한쪽면에 위치시키기 때문에 터치 패널 신호 인가부의 FPC 등의 본딩(bonding) 면에서 유리하다. 그리고 별도 구성되었던 터치 패널을 커버 글래스 내에 집적하여 형성하기 때문에, 터치 패널에 이용되는 글래스의 이용 생략과 함께, 상기 터치 패널용 글래스와 커버 글래스와의 접착공정이 없기 때문에 접착으로 인해 생기는 불량등으로 인한 비용을 절감 할 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1은 일반적인 터치 패널 부착형 액정 표시 장치를 나타낸 개략도
도 2는 본 발명의 액정 표시 장치의 커버 글래스의 내측을 나타낸 평면도
도 3은 본 발명의 도 2의 I~I' 선상에 대응되는 액정 표시 장치의 구조 단면도
도 4는 본 발명의 액정 표시 장치에 있어서, X 전극과 Y 전극의 교차부를 나타낸 확대 평면도
도 5는 본 발명의 액정 표시 장치에 있어서, X 전극과 Y 전극의 형상의 변형예를 나타낸 평면도
도 6은 본 발명의 액정 표시 장치의 있어서, 커버 글래스와 액정 패널을 부착하고, 각각 터치 신호 인가부와 영상 신호 감지부를 연결한 상태를 나타낸 평면도
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 액정 표시 장치의, 터치 신호 인가부의 연결 방법의 다른 예를 나타낸 평면도
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 액정 표시 장치에 있어서, X 전극 및 Y 전극을 동일층에 배치한 일예를 나타낸 평면도 및 단면도
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 액정 표시 장치에 있어서, X 전극 및 Y 전극을 동일층에 배치한 변형예를 나타낸 평면도 및 단면도
도 9c는 도 9a 및 9b의 방법을 마름모꼴 X, Y 전극의 배치를 동일층에 적용한 예를 나타낸 평면도 및 단면도
도 10은 두 전극 사이의 절연막 두께에 따른 X 전극-Y 전극간 정전용량 변화를 나타낸 그래프
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 액정 표시 장치 110 : 제 1 기판
120 : 제 2 기판 130 : 액정층
140, 140a, 140b: 편광판
150 : 영상신호 인가부 200 : 커버 글래스
210, 310 : X 전극 211 : 제 1 투명 유기 절연막
212, 312 : Y 전극 220 : 접착층
240 : 패드부 241 : 전압 인가 패드
242 : 검출 패드 251, 252 : 연결 배선
300 : 터치 패널 신호 인가부 411, 521 : 제 1 전극
412, 523 : 제 2 전극 413, 512 : 절연막
421, 511 : X 전극 신호 인가 배선
421a, 421b : 콘택홀 431, 525 : 패드 전극
433, 522c : 패드 콘택홀 522a, 522b : 콘택홀

Claims (12)

  1. 그 중앙에 표시 영역이 정의되고, 그 외곽에 비표시 영역이 정의된, 서로 대향된 제 1 기판, 제 2 기판과, 상기 제 1, 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 이루어진 액정 패널;
    상기 액정 패널 상에 형성되며, 상기 액정 패널의 표시 영역에 대응하여, 상기 액정 패널과 대향되는 면에, 투명하며 서로 수직으로 교차하고 서로 전기적으로 이격되는 복수개의 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하여 이루어지는 터치 감지부를 구비한 커버 글래스; 및
    상기 액정 패널의 표시 영역으로부터 벗어난 상기 커버 글래스의 일측에, 상기 터치 감지부와 동일면에 형성된 터치 패널 신호 인가부를 포함하여 이루어진 액정 표시 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 커버 글래스는 상기 액정 패널에 비해 돌출되어 형성되며, 상기 터치 패널 신호 인가부는 상기 액정 패널에 비해 돌출된 상기 커버 글래스의 영역에 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 X축 방향으로 긴 막대 형상의 전극으로 형성되며, 상기 제 2 전극은 상기 X 전극과 교차하며, Y 축 방향으로 긴 막대 형상으로 형성된 전극인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1 전극과 제 2 전극은 서로 다른 층에 형성되며, 상기 제 1 전극과 제 2 전극의 층간에 투명 절연막이 더 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 투명 절연막은 0.1~5㎛의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 복수개의 제 1 전극 및 제 2 전극은 상기 커버 글래스 상에 서로 이격되어 형성되며,
    상기 제 1 전극은 수평 방향의 열에서 섬상으로 각각 복수개 나뉘어 형성되며,
    상기 제 2 전극은 수직 방향의 열에서 일 방향의 막대 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    각 수평 방향의 열에 형성된 제 1 전극들에 신호를 인가하는 제 1 전극 신호 인가 배선이 상기 제 1 전극의 상측 또는 하측에 투명 절연막을 개재하여 더 형성되며, 상기 제 1 전극 신호 인가 배선은 상기 제 1 전극들에 대해 콘택홀을 통해 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 액정 패널은
    상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 라인과 데이터 라인 및 상기 화소 영역에 형성된 화소 전극을 구비한 박막 트랜지스터 어레이와,
    상기 제 2 기판 상에 상기 화소 영역을 제외한 영역에 대응된 블랙 매트릭스층, 상기 화소 영역에 대응되는 컬러 필터층을 포함한 컬러 필터 어레이를 더 포함한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 전극 신호 인가 배선은 상기 블랙 매트릭스층에 대응되어 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 제 2 전극은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide) 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하 는 액정 표시 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 터치 패널 신호 제어부는 FPC(Flexible Printed CAble)로 이루어지며, 상기 액정 패널의 하측으로 접히는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 터치 패널 신호 제어부에 대응되는 상기 커버 글래스 상에, 상기 터치 감지부의 제 1 전극 및 제 2 전극과 연결 배선을 통해 연결되는, 상기 제 1 전극에 전압 신호를 인가하는 전압 인가 패드와, 상기 제 2 전극에서 출력되는 신호를 검출하는 전압 검출 패드를 포함하며,
    상기 전압 인가 패드 및 상기 전압 검출 패드는 상기 터치 패널 신호 제어부와 솔더링에 의해 연결된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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