KR101349915B1 - 정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이 - Google Patents

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함용주
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실리콘 디스플레이 (주)
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Abstract

본 발명은 정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이에 관한 것으로, 정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이는, 기판 상에 형성되는 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터; 상기 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터의 게이트 전극과 접속되는 제1 전극; 상기 제1 전극을 포함하는 터치센서 리셋 박막 트랜지스터; 상기 제1 전극 상에 형성되는 절연막; 상기 절연막 상에 형성되는 제2 전극; 상기 제2 전극을 포함하는 디스플레이 스위칭 박막 트랜지스터;를 포함하고, 상기 제2 전극은 상기 디스플레이 스위칭 박막 트랜지스터의 드레인 전극에 접속되고, 상기 터치센서 리셋 박막 트랜지스터와 상기 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터는 상기 제1 전극을 공유하고, 상기 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터는 상기 제1 전극이 게이트 전극에 접속된다.

Description

정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이{THIN FILM TRANSISTOR LIQUID CRYSTAL DISPLAY INCLUDING CAPACITIVE TOUCH SENSOR}
본 발명은 박막 트랜지스터 액정 디스플레이에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이에 관한 것이다.
액정 디스플레이는 전계를 이용하여 액정의 광투과율을 조절함으로써 화상을 표시한다. 이러한 액정 디스플레이는 액정을 구동시키는 전계의 방향에 따라 수직 전계 인가형과 수평 전계 인가형으로 대별된다.
수직 전계 인가형 액정 디스플레이는 상하부 기판에 대향하게 배치된 화소 전극과 공통 전극 사이에 형성되는 수직 전계에 의해 TN(Twisted Nemastic) 모드의 액정을 구동하게 된다. 이러한 수직 전계 인가형 액정 디스플레이는 개구율이 큰 장점을 가지는 반면 시야각이 90도 정도로 좁은 단점이 있다.
수평 전계 인가형 액정 디스플레이는 하부 기판에 나란하게 배치된 화소 전극과 공통 전극 간의 수평 전계에 의해 인 플레인 스위치(In Plane Switch; 이하, IPS라 함) 모드의 액정을 구동하게 된다. 이러한 수평 전계 인가형 액정 디스플레이는 시야 각이 160도 정도로 넓은 장점을 갖으나, 개구율 및 투과율이 낮은 단점을 가진다.
이러한 수평 전계 인가형 액정 디스플레이의 단점을 개선하기 위하여 프린지 필드(Fringe Field)에 의해 동작되는 프린지 필드 스위치(Fringe Field Switch; 이하, "FFS"라 함) 타입의 액정 디스플레이가 제안되었다. FFS 타입의 액정 디스플레이는 각 화소 영역에 절연막을 사이에 둔 공통 전극과 화소 전극을 구비하고, 그 공통 전극과 화소 전극의 간격을 상하부 기판의 간격보다 좁게 형성하여 프린지 필드가 형성되게 한다. 그리고, 프린지 필드에 의해 상하부 기판 사이에 채워진 액정 분자들이 모두 동작되게 함으로써 개구율 및 투과율을 향상시킨다.
일반적으로 정전용량 방식의 터치 센서는 이와 같이 형성된 액정 디스플레이의 상부에 형성된다. 이는 터치 센서의 원리상, 손가락이 닿는 부분과 거리가 멀어질수록 손가락과 감지전극 사이에 형성되는 커패시턴스(capacitance)의 크기가 작아지므로, 손가락이 닿았을 때와 닿지 않았을 때의 전압 차이가 크지 않기 때문이다. 또한, 상기와 같은 커패시턴스의 크기는 감지전극의 면적이 넓어질수록 커지지만, 터치센서와 액정 디스플레이 구동부를 액정 디스플레이의 하부에 같이 구성하는 경우, 상기 터치센서의 감지전극 면적을 충분히 확보하기에는 한계가 있다.
즉, 종래기술에 따르면 액정 디스플레이와 정전용량 방식의 터치 센서가 상부와 하부, 각각의 기판 상에 형성되므로 공정이 복잡하여 생산 비용이 비싸며, 외부 환경에 의해 터치 센서가 쉽게 손상되는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 박막 트랜지스터 액정 디스플레이가 프린지 필드 스위치(Fringe Field Switch: FFS) 모드로 구동 하며, 디스플레이 화소부의 면적을 터치 센서부의 감지전극 면적으로 활용하도록 구성하여 하나의 액정 디스플레이층에 디스플레이 화소부와 터치 센서부를 구성하고자 한다.
본 발명은 박막 트랜지스터 액정 디스플레이의 하판 공정에 터치 센서의 공정을 포함시켜 공정을 보다 간소화하여 공정 효율을 높이고, 생산 비용을 절감하며 외부 환경에 의해 터치센서가 손상되는 취약점을 보완하는 한편, 디스플레이 및 터치센서 전체의 두께를 최소화하고자 한다.
전술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이는, 기판 상에 형성되는 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터; 상기 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터의 게이트 전극과 접속되는 제1 전극; 상기 제1 전극을 포함하는 터치센서 리셋 박막 트랜지스터; 상기 제1 전극 상에 형성되는 절연막; 상기 절연막 상에 형성되는 제2 전극; 및 상기 제2 전극과 연결된 디스플레이 스위칭 박막 트랜지스터;를 포함하고, 상기 제2 전극은 상기 디스플레이 스위칭 박막 트랜지스터의 드레인 전극에 접속되고, 상기 터치센서 리셋 박막 트랜지스터와 상기 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터의 게이트 전극은 상기 제1 전극을 공유하고, 상기 제1 전극이 상기 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터의 게이트 전극에 접속된다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이는, 기판 상에 형성되는 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터; 상기 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터의 게이트 전극과 접속되는 제1 전극; 상기 제1 전극과 연결된 터치센서 리셋 박막 트랜지스터; 및 상기 제1 전극과 동일 평면상에 형성되는 제2 전극과 연결된 디스플레이 스위칭 박막 트랜지스터;를 포함하고, 상기 제1 전극은 상기 디스플레이 스위칭 박막 트랜지스터의 드레인 전극에 접속되고, 상기 터치센서 리셋 박막 트랜지스터와 상기 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터의 게이트 전극은 상기 제1 전극을 공유하고, 상기 제1 전극이 상기 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터의 게이트 전극에 접속된다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 제1 전극에 드레인 전극이 접속되는 디스플레이 리셋 박막 트랜지스터;를 더 포함하여 구성된다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터의 게이트 전극과 연결되어 드레인 전극을 공유하는 터치센서 스위칭 박막 트랜지스터;를 더 포함하여 구성된다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 제2 전극은 화소 전극이다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 디스플레이 스위칭 박막 트랜지스터는, 저온 다결정 실리콘 반도체, 산화물 반도체 또는 비정질 실리콘 반도체로 형성되는 활성층을 포함하여 구성된다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 박막 트랜지스터 액정 디스플레이는, 센서 주사선 구동회로부; 디스플레이 주사선 구동회로부; 데이터 구동회로부; 및 센서 신호 선증폭(pre-amplifier) 회로부;를 더 포함하여 구성된다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 박막 트랜지스터 액정 디스플레이는, 디스플레이 주사선을 상하 대칭구조로 배치한다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 터치센서 스위칭 박막트랜지스터의 게이트 전극을 하부전극으로 하고 소스 팔로워 게이트 전극과 연결된 감지전극을 상부전극으로 하는 커플링 캐패시터를 포함한다.
본 발명에 따르면 박막 트랜지스터 액정 디스플레이를 프린지 필드 스위치(Fringe Field Switch: FFS) 모드로 구동하고, 디스플레이 화소부의 면적을 터치 센서부의 감지전극 면적으로 활용하도록 구성하여 하나의 액정 디스플레이층에 디스플레이 화소부와 터치 센서부를 구성할 수 있다.
본 발명에 따르면 박막 트랜지스터 액정 디스플레이의 하판 공정에 터치 센서의 공정을 포함시켜 공정을 보다 간소화하여 공정 효율을 높이고, 생산 비용을 절감하며 외부 환경에 의해 터치센서가 손상되는 취약점을 보완하는 한편, 디스플레이 및 터치센서 전체의 두께를 최소화할 수 있다.
도 1 및 2는 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이의 단면도이다.
도 3 및 4는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이의 등가 회로도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이의 각 구성 요소들의 구동 타이밍을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이의 구성도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 본 발명의 일실시예에 대해서 상세히 설명한다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 1 및 2는 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이의 단면도이다. 보다 상세하게 설명하면 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 박막 트랜지스터 액정 디스플레이의 터치 센서부의 단면을 도시한 도면이고, 도 2는 디스플레이 리셋부의 단면을 도시한 도면으로서, 도1 및 2는 액정 디스플레이가 FFS 모드로 동작하는 경우의 실시예를 도시한 도면이다.
도 1 및 2를 참조하여 정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이를 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이 정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이는 디스플레이 스위칭 박막 트랜지스터(120), 터치센서 리셋 박막 트랜지스터(130), 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터(140), 터치센서 스위칭 박막 트랜지스터(150) 및 도 2에 도시된 디스플레이 리셋 박막 트랜지스터(135)를 더 포함하여 구성된다.
상기 디스플레이 스위칭 박막 트랜지스터(120), 터치센서 리셋 박막 트랜지스터(130), 디스플레이 리셋 박막 트랜지스터(135), 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터(140) 및 터치센서 스위칭 박막 트랜지스터(150)는 각각 기판(100) 상에 형성된다.
디스플레이 스위칭 박막 트랜지스터(120)의 드레인 전극(123)은 액정 제2 전극(124)과 접속되며, 디스플레이 스위칭 박막 트랜지스터(120)는 저온 다결정 실리콘 반도체, 산화물 반도체 또는 비정질 실리콘 반도체로 형성되는 활성층(121)을 포함하여 구성된다.
상기 제1 전극(126)의 상부에는 절연막(125)이 형성되고, 상기 절연막(125)의 상부에는 제2 전극(124)이 형성되며, 제2 전극(124)은 상기 디스플레이 스위칭 박막 트랜지스터(120)의 데이터 전극(123)과 연결된다. 이때, 상기 제2 전극(124)은 화소전극으로 구성된다.
상기 제1 전극(126)은 터치센서 리셋 박막 트랜지스터(130)의 드레인전극(132)과 접속되며, 터치센서 리셋 박막 트랜지스터(130)을 통해 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터(140)의 게이트전극(143)과 접속된다. 즉, 제1 전극(126)은 터치센서 리셋 박막 트랜지스터(130)의 드레인전극(132)과 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터(140)의 게이트전극(143)과 접속되어 있다.
터치센서 스위칭 박막 트랜지스터(150)는 상기 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터(140)와 드레인 전극(151)을 공유하도록 구성된다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이 디스플레이 리셋 박막 트랜지스터(135)는 드레인전극(137)이 상기 제1 전극(126)에 접속되어 구성된다.
상기와 같이 형성된 박막 트랜지스터 액정 디스플레이의 상면에는 유리 상판(160)이 형성되고 상판(160)의 상부에는 편광판(170)이 형성된다.
도 3 및 4는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이의 단면도이다. 보다 상세하게 설명하면 도 3은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 박막 트랜지스터 액정 디스플레이의 터치 센서부의 단면을 도시한 도면이고, 도 4는 디스플레이 리셋부의 단면을 도시한 도면으로서, 도 3 및 4는 액정 디스플레이가 IPS(In Plane Switch) 모드로 동작하는 경우의 실시예를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이는, 디스플레이 스위칭 박막 트랜지스터(120), 터치센서 리셋 박막 트랜지스터(130), 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터(140), 터치센서 스위칭 박막 트랜지스터(150) 및 도 4에 도시된 디스플레이 리셋 박막 트랜지스터(135)를 더 포함하여 구성된다.
상기 디스플레이 스위칭 박막 트랜지스터(120), 터치센서 리셋 박막 트랜지스터(130), 디스플레이 리셋 박막 트랜지스터(135), 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터(140) 및 터치센서 스위칭 박막 트랜지스터(150)는 각각 기판(100) 상에 형성된다.
디스플레이 스위칭 박막 트랜지스터(120)의 드레인 전극(123)은 제2 전극(124)과 접속되며, 디스플레이 스위칭 박막 트랜지스터(120)는 저온 다결정 실리콘 반도체, 산화물 반도체 또는 비정질 실리콘 반도체로 형성되는 활성층(121)을 포함하여 구성된다.
제2 전극(124)과 제1 전극(126)은 동일한 평면 상에 존재하며, 그 상부에는 절연막(125)이 형성된다. 제2 전극(124)은 상기 디스플레이 스위칭 박막 트랜지스터(120)의 드레인 전극(123)과 연결된다.
상기 제2 전극(124) 제1 전극(126)은 도 3의 확대도(129)에 도시된 바와 같이, 상호 맞물리는 형태로 구성된다.
상기 제1 전극(126)은 터치센서 리셋 박막 트랜지스터(130)의 드레인전극(132)과 접속되며, 터치센서 리셋 박막 트랜지스터(130)을 통해 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터(140)의 게이트전극(143)과 접속된다. 즉, 제1 전극(126)은 터치센서 리셋 박막 트랜지스터(130)의 드레인전극(132)과 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터(140)의 게이트전극(143)과 접속되어 있다.
터치센서 스위칭 박막 트랜지스터(150)는 상기 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터(140)와 드레인 전극(151)을 공유하도록 구성된다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이 디스플레이 리셋 박막 트랜지스터(135)는 드레인전극(137)이 상기 제1 전극(126)에 접속되어 구성된다.
또한, 상기 디스플레이 스위칭 박막 트랜지스터(120)의 제2 전극(124)과 제1 전극(126)은 도 4의 확대도(139)에 도시된 바와 같이, 상호 맞물리는 형태로 구성된다.
상기와 같이 형성된 박막 트랜지스터 액정 디스플레이의 상면에는 유리 상판(160)이 형성되고 상판(160)의 상부에는 편광판(170)이 형성된다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이의 등가 회로도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이의 각 구성 요소들의 구동 타이밍을 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이는 크게 터치 센서부(310)와 디스플레이 리셋부(320)로 구분된다.
보다 상세하게 살펴보면, 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이는 디스플레이 화소부(127), 터치센서 리셋 박막 트랜지스터(130) 및 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터(140)를 포함하여 구성되며, 스위칭 박막 트랜지스터(150)와 디스플레이 리셋 박막 트랜지스터(135)를 더 포함하여 구성된다.
한편, 도 6의 (a), (b), (e), (f)는 디스플레이 스위칭 박막 트랜지스터(120)의 게이트 구동 신호이고, 도 6의 (c)는 터치센서 리셋 박막 트랜지스터(130)의 게이트 구동 신호이고, 도 6의 (d)는 터치 센서 게이트 신호 입력선(132)의 구동 신호이고, 도 6의 (g)는 디스플레이 리셋 박막 트랜지스터(135)의 게이트 구동 신호이다.
이후부터는 도 5 및 도 6을 참조하여 상기와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이의 동작 방법을 설명하기로 한다.
박막 트랜지스터 액정 디스플레이가 화면을 디스플레이 하기 위해서는, 디스플레이 스위칭 박막 트랜지스터(120)의 게이트에 구동 신호가 입력되고, 디스플레이 리셋 박막 트랜지스터(135)를 통해 도 1에 도시된 제1 전극(126)에 공통 전압(common voltage)이 인가되어야 한다.
이때, 도 6의 (a), (b), (e), (f)의 디스플레이 스위칭 박막 트랜지스터(120)의 게이트 구동 신호가 입력될 때, 도 6의 (b)와 (e) 사이의 디스플레이 스위칭 박막 트랜지스터(120) 게이트 구동 신호가 입력되는 타이밍에, 도 6의 (g)에서와 같이 디스플레이 리셋 박막 트랜지스터(135)를 턴-오프(turn-off) 시켜 상기 제1 전극(126)이 전기적으로 단락상태가 되도록 한다.
이때, 도 6의 (g)에서와 같이 상기 디스플레이 리셋 박막 트랜지스터(135)가 턴-오프 되는 타이밍 내에서 도 6의 (c)에서와 같이 터치센서 리셋 박막 트랜지스터(130)를 턴-온(turn-on) 한 후, 도 6의 (d)에서와 같이 터치 센서 게이트 신호 입력선(132)에 동작 신호를 입력하면, 상기 하부 전극(126)이 터치 센서의 감지전극으로서 동작하게 된다.
한편, 상기 도 6의 (c)의 터치센서 리셋 박막 트랜지스터(130)를 턴-온(turn-on) 하는 과정은 상기 제 1 전극(126)의 전압 상태를 초기화하기 위한 것이다.
이와 같이 터치 센서 게이트 신호 입력선(132)에 동작 신호가 입력되어 제 1 전극(126)이 터치 센서의 감지전극으로서 동작하면, 사용자의 터치가 이루어지는 경우, 커플링 커패시턴스(143)와 지문 커패시턴스(144)의 전압 커플링에 의해 감지전극 전압이 변화하여 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터(140)가 동작한다.
또한, 터치센서 스위칭 박막 트랜지스터(150)는 상기 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터(140)의 동작에 따라 변화된 전류 및 전압을 출력한다.
즉, 커플링 커패시턴스(143)와 지문 커패시턴스(144) 사이에 발생하는 전압 커플링 현상에 의해 지문이 있을 때와 없을 때의 전압 차이가 발생하는 것을 이용하여 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터(140)의 게이트 전압을 변화시키는 방식으로 동작하며, 게이트 라인의 수를 줄이기 위하여 하나의 게이트 라인으로 커플링 펄스 전압을 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터(140)의 드레인 측과 터치센서 스위칭 박막 트랜지스터(150)의 게이트 측에 동시에 인가한다.
이와 같이 박막 트랜지스터 액정 디스플레이의 하판 공정에 터치 센서의 공정을 포함시켜 공정을 보다 간소화하여 공정 효율을 높이고, 생산 비용을 절감하며 외부 환경에 의해 터치센서가 손상되는 취약점을 보완하고, 디스플레이 및 터치센서의 두께를 최소화 할 수 있다.
도 7는 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이의 구성도이다.
도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이는, 액정 디스플레이 화소부(525), 터치 센서 화소부(526), 디스플레이 리셋부(527)를 포함하여 구성된다.
액정 디스플레이 화소부(525)에는 디스플레이 스위칭 박막 트랜지스터가 구비되고, 터치 센서 화소부(526)에는 터치센서 리셋 박막 트랜지스터, 소스 팔로워 박막 트랜지스터와 스위칭 박막 트랜지스터가 구비되며, 디스플레이 리셋부(527)에는 디스플레이 리셋 박막 트랜지스터가 구비된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이는 터치센서 게이트 신호 입력선(521), 디스플레이 게이트 신호 입력선(522), 디스플레이 데이터 신호 입력선(523), 센서신호 출력선(524), 디스플레이 리셋 신호 입력선(528) 및 공통전극 신호 입력선(529)을 포함하여 구성된다.
한편, 디스플레이 데이터 신호 입력선(523)의 경우 액정 디스플레이 화소부(525)를 중심으로 좌우 대칭구조로 배치하여 센서 신호 출력선을 배치할 공간을 확보할 수 있다.
터치 센서 게이트 신호 입력선(521)은 센서 주사선 구동회로부(510)로부터 터치 센서의 각 주사선별 동작 신호를 입력 받아 각 액정 디스플레이 화소부(525)로 전달한다.
한편, 터치 센서 게이트 신호는 터치센서 선택 신호와 터치센서 리셋 신호 두 가지 경우를 포함하는데, 두 신호가 입력선을 공유하지 않는 경우와, 터치센서 리셋 박막 트랜지스터의 게이트 구동 신호가 전단 혹은 후단 터치센서의 선택 신호가 되어 신호 입력선의 개수를 절약하는 경우, 두 가지 경우를 모두 포함할 수 있다.
디스플레이 게이트 신호 입력선(522)은 디스플레이 주사선 구동회로부(511)로부터 디스플레이의 각 주사선별 동작 신호를 입력 받아 각 터치 센서 화소부(526)로 전달한다.
디스플레이 데이터 신호 입력선(523)은 디스플레이 영상신호 출력부(512)로부터의 구동 신호를 액정 디스플레이 화소부(525)로 전달한다.
센서신호 출력선(524)은 터치 센서 화소부(526)으로부터의 터치 감지 신호를 센서신호 선출력(pre-amplifier) 회로부(513)로 전달한다.
디스플레이 리셋 신호 입력선(528)은 디스플레이 영상신호 출력부 (512)로부터 디스플레이 리셋 박막 트랜지스터를 동작시키기 위한 신호를 디스플레이 리셋부(527)로 전달한다.
공통전극 신호 입력선(529)은 디스플레이 영상신호 출력부(512)로부터 공통전극 신호를 입력 받아 상기 디스플레이 리셋부(527)로 전달한다.
그러므로, 본 발명에 따르면 박막 트랜지스터 액정 디스플레이가 프린지 필드 스위치(Fringe Field Switch: FFS) 또는 인 플레인 스위치(In-plane switch : IPS) 모드로 구동을 위하여, 디스플레이 화소부의 면적을 터치 센서부의 감지전극 면적으로 활용하도록 구성하여 하나의 액정 디스플레이 층에 디스플레이 화소부와 터치 센서부를 구성할 수 있으며, 박막 트랜지스터 액정 디스플레이의 하판 공정에 터치 센서의 공정을 포함시켜 공정을 보다 간소화하여 공정 효율을 높이고, 생산 비용을 절감하며 외부 환경에 의해 터치센서가 손상되는 취약점을 보완하고 디스플레이 및 터치센서의 두께를 최소화 할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 기판
110: 액정
120: 디스플레이 스위칭 박막 트랜지스터
121: 활성층
123: 데이터 전극
124: 제2 전극
125: 절연막
126: 제1 전극
130: 터치센서 리셋 박막 트랜지스터
135: 디스플레이 리셋 박막 트랜지스터
140: 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터
143: 게이트 전극
150: 터치센서 스위칭 박막 트랜지스터
160: 상판
170: 편광판

Claims (9)

  1. 기판 상에 형성되는 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터;
    상기 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터의 게이트 전극과 접속되는 제1 전극;
    상기 제1 전극을 포함하는 터치센서 리셋 박막 트랜지스터;
    상기 제1 전극 상에 형성되는 절연막;
    상기 절연막 상에 형성되는 제2 전극; 및
    상기 제2 전극을 포함하는 디스플레이 스위칭 박막 트랜지스터;
    를 포함하고,
    상기 제2 전극은 상기 디스플레이 스위칭 박막 트랜지스터의 드레인 전극에 접속되고, 상기 터치센서 리셋 박막 트랜지스터와 상기 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터의 게이트 전극은 상기 제1 전극을 공유하고, 상기 제1 전극이 상기 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터의 게이트 전극에 접속되는 정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이.
  2. 기판 상에 형성되는 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터;
    상기 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터의 게이트 전극과 접속되는 제1 전극;
    상기 제1 전극을 포함하는 터치센서 리셋 박막 트랜지스터; 및
    상기 제1 전극과 동일 평면상에 형성되는 제2 전극을 포함하는 디스플레이 스위칭 박막 트랜지스터;
    를 포함하고,
    상기 제1 전극은 상기 디스플레이 스위칭 박막 트랜지스터의 드레인 전극에 접속되고, 상기 터치센서 리셋 박막 트랜지스터와 상기 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터의 게이트 전극은 상기 제1 전극을 공유하고, 상기 제1 전극이 상기 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터의 게이트 전극에 접속되는 정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 전극에 드레인 전극이 접속되는 디스플레이 리셋 박막 트랜지스터;
    를 더 포함하는 정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 터치센서 소스 팔로워 박막 트랜지스터와 드레인 전극을 공유하는 터치센서 스위칭 박막 트랜지스터;
    를 더 포함하는 정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 전극은, 화소 전극인 정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 디스플레이 스위칭 박막 트랜지스터는,
    저온 다결정 실리콘 반도체, 산화물 반도체 또는 비정질 실리콘 반도체로 형성되는 활성층을 포함하여 구성되는 정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터 액정 디스플레이는,
    센서 주사선 구동회로부;
    디스플레이 주사선 구동회로부;
    데이터 구동회로부; 및
    센서 신호 선증폭(pre-amplifier) 회로부;
    를 더 포함하여 구성되는 정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터 액정 디스플레이는,
    디스플레이 주사선을 상하 대칭구조로 배치하는 정전용량 터치 센서를 내장한 박막 트랜지스터 액정 디스플레이.
  9. 청구항 4에 있어서,
    상기 터치센서 스위칭 박막트랜지스터의 게이트 전극을 하부전극으로 하고 소스 팔로워 게이트 전극과 연결된 감지전극을 상부전극으로 하는 커플링 캐패시터를 포함하는 정전용량 터치센서를 내장한 박막트랜지스터 액정 디스플레이.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016110112A (ja) * 2014-12-02 2016-06-20 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置、表示装置

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101902929B1 (ko) * 2012-07-25 2018-10-01 삼성전자주식회사 터치 패널, 터치 스크린 장치 및 이의 구동 방법
KR20180087921A (ko) * 2017-01-25 2018-08-03 삼성디스플레이 주식회사 차량용 표시 장치 및 이를 포함하는 차량 제어 시스템
JP6827332B2 (ja) * 2017-02-01 2021-02-10 株式会社ジャパンディスプレイ 表示装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110027397A (ko) * 2009-09-10 2011-03-16 삼성전자주식회사 터치센서 및 이를 갖는 액정표시장치
US20110242044A1 (en) * 2010-04-06 2011-10-06 Au Optronics Corporation In-cell touch sensing panel

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8040326B2 (en) * 2007-06-13 2011-10-18 Apple Inc. Integrated in-plane switching display and touch sensor
TWI384277B (zh) * 2007-09-07 2013-02-01 Japan Display West Inc 液晶顯示裝置
KR101451938B1 (ko) * 2008-03-17 2014-10-17 삼성디스플레이 주식회사 터치스크린 내장형 표시 패널
BRPI0924517A2 (pt) * 2009-03-30 2016-03-01 Sharp Kk dispositivo de exibição e método de operação do mesmo
JP5329668B2 (ja) * 2009-08-27 2013-10-30 シャープ株式会社 表示装置
CN102870220B (zh) * 2010-04-30 2014-05-07 夏普株式会社 电路基板和显示装置
KR101735386B1 (ko) * 2010-06-25 2017-05-30 엘지디스플레이 주식회사 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치 및 그 구동 방법과 그 제조 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110027397A (ko) * 2009-09-10 2011-03-16 삼성전자주식회사 터치센서 및 이를 갖는 액정표시장치
US20110242044A1 (en) * 2010-04-06 2011-10-06 Au Optronics Corporation In-cell touch sensing panel

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016110112A (ja) * 2014-12-02 2016-06-20 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置、表示装置
JP2020160451A (ja) * 2014-12-02 2020-10-01 株式会社半導体エネルギー研究所 表示装置
US10809556B2 (en) 2014-12-02 2020-10-20 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and display device
US11698547B2 (en) 2014-12-02 2023-07-11 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and display device

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