KR101449943B1 - 인셀터치 디스플레이 패널 구조 - Google Patents

인셀터치 디스플레이 패널 구조 Download PDF

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Abstract

인셀터치 디스플레이 패널은 제1 기판, 그 제1 기판에 평행한 제2 기판, 상기 제1 및 제2 기판 사이에 있는 액정 레이어, 그리고 액정 레이어를 마주보는 상기 제1 기판의 표면에 배치된 블랙 매트릭스 레이어를 포함한다. 이 블랙 매트릭스는 복수의 불투명 도선들을 포함한다. 그 불투명 도선들은 제1, 제2, 제3 그룹의 불투명 도선들로 나누어진다. 제2 그룹의 불투명 도선들은 N 다각형 영역들로 구성되는데 이때 N은 양의 정수이다. 이 다각형 영역들의 어느 하나에 있는 불투명 도선들은 전기적으로 함께 연결되지만 두 개의 다각형 영역들은 연결되지 않는다.

Description

인셀터치 디스플레이 패널 구조 {IN-CELL TOUCH DISPLAY PANEL STRUCTURE}
본 발명은 터치 디스플레이의 구조, 그리고, 보다 구체적으로, 인셀터치 디스플레이 패널(in-cell touch display panel)의 구조에 관한 것이다.
전통적인 터치 디스플레이 패널은 터치 패널과 터치 패널에 겹쳐진 디스플레이 유닛(display unit)으로 되어 있다. 터치 패널은 작동 인터페이스로 이루어져 있다. 터치 패널은 디스플레이 유닛에 의해 생성된 이미지가 터치 패널에 의해 가려지지 않고 보일 수 있도록 투명하다. 그렇게 잘 알려진 터치 패널 기술은 터치 디스플레이 패널의 중량과 두께를 증가시킬 수 있고, 터치 디스플레이 패널의 광 투과율(light penetration rate)을 더욱 감소시킬 수 있다.
온셀(on-cell) 기술과 인셀 기술은 위에서 서술한 전통적 터치 기술의 단점을 극복하기 위해 고안되었다. 온셀 기술은 컬러 필터 기판(color filter substrate) 뒷면에 센서를 배치하여 완성된 컬러 필터 기판을 형성하는 것이다. 온셀터치 기술의 한 가지는 터치 센서를 박막(thin film)에 배치하고 그 박막을 두 개 기판 중 위층에 붙이는 것이다.
인셀 기술은 그 센서를 LCD 셀 구조 내에 배치하는 것이다. 현재, 리지스티브(resistive), 캐패시티브(capacitive), 옵티컬(optical)의 3가지 주된 인셀 기술이 있다. 여기서 리지스티브 터치 기술은 터치 디스플레이 패널 상의 터치 위치를 정하기 위하여 두 개의 전도성 기판과 두 기판 사이의 공통 레이어(common layer)의 전압 변화를 사용한다.
인셀터치 기술은 디스플레이 유닛에 터치 패널의 능력을 제공하도록 터치 센서를 디스플레이 유닛 내에 통합하기 위한 것이다. 그러므로 그 터치 디스플레이 패널은 어셈블리 과정을 단순화하기 위하여 추가적인 터치 패널과의 접합(bond)이 필요하지 않다. 그러한 기술은 일반적으로 TFT LCD 제조업체들이 개발한다.
보다 오래된 터치 제어 기술은 아웃셀(out-cell)인데 이는 전형적으로 리지스티브 및 캐패시티브 터치 패널에 적용된다. 아웃셀터치 기술은 디스플레이 모듈(module)에 터치 모듈을 추가하기 위한 것이다. 터치 모듈과 디스플레이 모듈은 서로 다른 제조업체들이 만들 수도 있다.
그런데, 이 모든 인셀, 온셀, 아웃셀 터치 기술들은 모두 상부 또는 하부 유리 기판(substrate)에 센싱 레이어를 갖출 필요가 있고, 그것은 제조 비용을 증가시킬 뿐 아니라 제조공정을 복잡하게 한다. 그러므로 앞에서 언급한 터치 디스플레이 패널 구조가 개선되는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은 TFT 터치 LCD 패널의 중량과 두께를 크게 줄이고 또한 재료 및 제조 비용을 상당량 절감하는 것이다.
그 목표를 달성하기 위해서 인셀터치 디스플레이 패널 구조를 제공하였는데, 그것은 제1 기판(first substrate), 제2 기판(second substrate), 액정 레이어(liquid crystal layer), 그리고 전도성 블랙 매트릭스를 포함한다. 제2 기판은 제1 기판에 평행하다. 액정 레이어는 제1 기판과 제2 기판 사이에 있다. 블랙 매트릭스는 액정 레이어의 반대편 제1 레이어의 표면에 배치된다. 블랙 매트릭스는 3개의 요소로 이루어졌는데, 각각은 복수의 불투명한 도선(conductive line)으로 이루어진 그룹이다. 복수의 불투명한 도선들은 불투명 도선 제1 그룹, 불투명 도선 제2 그룹, 불투명 도선 제3 그룹으로 나누어진다. 불투명 도선 제2 그룹은 N 다각형 영역(polygonal region)으로 이루어지고 이 때 N은 양의 정수이다. 이 다각형 영역들 중 어느 하나에 있는 불투명 도선들이 전기적으로 함께 연결되고, 한편 어떤 두 개의 다각형 영역들도 전기적으로 연결되지 않아서 블랙 메트릭스 상에서 단일(single) 레이어 터치 패턴을 형성하게 된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인셀터치 디스플레이 패널 구조를 도시하고,
도 2는 선행(prior) 블랙 매트릭스 레이어를 도시하며,
도 3은 본 발명에 따른 블랙 매트릭스의 패턴 다이어그램이고,
도 4는 본 발명에 따른 블랙 매트릭스 레이어의 상세도이다.
도 1에서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인셀터치 디스플레이 패널 구조(100)를 볼 수 있다. 이 인셀터치 디스플레이 패널 구조(100)는 제1 기판(110), 제2 기판(120), 액정 레이어(130), 블랙 매트릭스 레이어(140), 컬러 필터 레이어(150), 오버(over) 코팅 레이어(160), 공통 전극(Vcom) 레이어(170), 제1 편광소자(polarizer) 레이어(180), 제2 편광소자 레이어(190), 그리고 박막트랜지스터(TFT) 레이어(200)를 포함한다.
상기 제1 기판(110)과 제2 기판(120)은 바람직하게 유리 기판들이며 서로 평행하다. 상기 액정 레이어(130)는 제1 기판(110)과 제2 기판(120) 사이에 배치된다.
상기 블랙 매트릭스 레이어(140)는 제1 기판(110)과 액정 레이어(130) 사이에 있고 상기 제1 기판(110) 바로 옆에 배치된다. 상기 블랙 매트릭스(140)는 복수의 불투명 도선들로 구성된다.
도2는 선행 블랙 매트릭스(250)를 보여준다. 도2에서 보는 바와 같이, 이 선행 블랙 매트릭스(250)는 흑색의 불투명한 절연물질의 선들로 구성된다. 이 흑색 절연물질의 선들은 체커보드(checkerboard) 형태로 정렬되고 컬러 필터(260)는 흑색 절연물질 가운데 배치된다.
본 발명에서, 상기 블랙 매트릭스 레이어(250)는 불투명한 전도성 물질로 대체되고, 그 블랙 메트릭스 상에 터치 센싱(sensing) 패턴 구조가 형성된다. 그러므로, 센싱 전극 레이어(ITO)를 LCD의 상층(upper) 유리 기판 또는 하층(lower) 유리 기판에 배치할 필요가 없고, 따라서 어셈블리 공정을 단순화하고 나아가 그 패널의 수율을 개선하여 제조 비용을 절감한다.
도3은 본 발명에 따른 블랙 메트릭스 레이어(140)의 패턴 다이어그램이다. 도3에서 보인 바와 같이, 상기 블랙 메트릭스 레이어(140)는 복수의 불투명 도선들로 구성된다. 이 블랙 매트릭스 레이어(140)의 불투명 도선들은 수직과 수평 방향으로 배열되어 서로 교차한다.
상기 블랙 매트릭스(140)의 불투명 도선들은 불투명함과 전기적 전도성 특징을 가진다. 이 실시예에서, 불투명 도선들은 흑색의 전도성 물질로 만들어진다.
복수의 불투명 도선들은 불투명 도선의 제1 그룹(310), 제2 그룹(320), 그리고 제3 그룹(330)으로 나누어진다.
상기 제2 그룹의 불투명 도선(320)은 321-32N로 표시된 N 다각형 영역(N은 양의 정수)들로 형성된다. 이 다각형 영역들 중 어느 하나에 있는 불투명 도선들은 전기적으로 함께 연결되어 있고, 한편 어떤 두 개의 다각형 영역도 전기적으로 연결되어 있지 않아서 블랙 매트릭스(140)에 단일 레이어 터치 센싱을 형성하게 된다. 다각형 영역 321-32N의 각각은 삼각형, 정사각형, 마름모, 육각형, 또는 둥근 형태로 만들어질 수 있다. 이 실시예에서 다각형 영역 321-32N은 무한한 수의 모서리(edge)를 가진 다각형으로 간주되는 둥근 형태로 되어 있다.
불투명 도선(330)의 제3 그룹은 331-33N로 표시된 N 전도성 궤적(trace)들로 형성되고, 이 때 N은 양의 정수이다. 각각의 전도성 궤적 N은 대응되는 다각형 영역 321-32N에 전기적으로 연결된다. 즉 전도성 궤적 331-33N은 전기적으로 다각형 영역 331-33N에 각각 전기적으로 연결되고, 한편 331-33N의 어느 두 개의 궤적도 전기적으로 연결되지 않는다.
도 4는 본 발명에 따른 블랙 매트릭스 레이어(140)의 상세도이다. 도 4에서 보인 것과 같이, 불투명 도선의 제1 그룹(310)은 불투명 도선의 제2 그룹(320) 및 제3 그룹(330)과 공간을 두고 떨어져 전기적으로 연결되어 있지 않다. 다른 말로 하면, 선행 블랙 매트릭스에서 제 1그룹의 불투명 도선(310)과 제2 그룹의 불투명 도선은, 도 4에서 작은 원들로 표시된 것과 같이 불투명 도선을 절단하였으므로, 불투명 도선으로 연결되어 있지 않다. 유사하게, 선행 블랙 매트릭스에서 제1 그룹의 불투명 도선(310)과 제3 그룹의 불투명 도선(330)은, 도선들을 도 4에서 작은 원들로 표시된 것과 같이 절단하였으므로, 연결되어 있지 않다. 그러므로 불투명 도선의 제2 그룹(320)은 블랙 매트릭스 레이어(140)에 단일 레이어 터치 센싱 패턴으로 형성될 수 있다. 여기서 도선들을 절단한다는 것이 도2에 보인 선행 블랙 매트릭스 레이어(250)를 먼저 형성하고 그 다음에 대응되는 도선들을 절단한다는 뜻은 아니다. 그 대신, 상기 블랙 매트릭스(140)의 마스크 레이아웃(mask layout)으로 진행할 때는 상기 제1 그룹의 불투명 도선(310)과 상기 제2 그룹의 불투명 도선(320)은, 마스크가 상기 제1 그룹의 불투명 도선(310), 제2 그룹의 불투명 도선(320) 및 제3 그룹의 불투명 도선(330)을 서로 떨어지게 할 수 있도록, 레이커(Laker) 또는 버튜소(Virtuso)와 같은 레이아웃 도구들에 의해 형성된다. 따라서, LCD 제조 공정에 추가적인 공정이 요구되지 않는다.
상기 컬러 필터 레이어(150)는 상기 블랙 매트릭스 레이어(140)의 불투명 도선들 사이에, 그리고 복수의 불투명 도선들의 표면에 배치된다.
상기 오버 코팅 레이어(160)은 상기 컬러 필터 레이어(150) 위에 배치 된다.
상기 공통 전극 레이어(170)은 상기 제1 기판(110)과 제2 기판(120) 사이에 배치된다. 바람직하게, 공통 전극 레이어(170)은 상기 오버 코팅 레이어(160)의 표면에 배치된다.
상기 제1 편광소자 레이어(180)은 상기 제1 기판(110)의 액정 레이어(130)를 향하고 있는 표면의 반대쪽에 있는 그 제1 기판(110)의 다른 표면에 배치된다.
상기 제2 편광소자(190)는 상기 제2 기판(120)의 액정 레이어(130)를 향하고 있는 표면의 반대쪽에 있는 그 제2 기판(120)의 다른 표면에 배치된다.
상기 박막 트랜지스터(TFT) 레이어(200)는 상기 액정 레이어(130)를 마주보는 제2 기판(120)의 표면에 배치된다. 이 TFT 레이어(200)는 TFT(202)와 투명 전극(201)으로 구성된다.
이상에서 볼 때, 본 발명은 상기 블랙 매트릭스(140)에 단일 레이어 터치 패턴(140)을 형성할 수 있고 다음과 같은 이점을 가짐을 알 수 있다.
1. LCD 패널의 상층 기판 또는 하층 기판에 센싱 전극 레이어를 가질 필요가 없으므로 제조 공정의 단계 수를 줄이고 비용이 절감된다.
2. 추가적인 터치 센싱 전극 레이어가 없으므로 제조 공정이 크게 단순화 될 수 있고 재료 및 처리(processing) 비용을 상당히 절감할 수 있다.
본 발명이 그 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 이하에서 청구되는 발명의 기조와 범위를 벗어나지 않는 많은 다른 변경과 변형이 가능하다.

Claims (10)

  1. 제1 기판;
    상기 제1 기판에 평행한 제2 기판;
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 있는 액정 레이어; 및
    상기 제1 기판의 표면에 배치되고 상기 액정 레이어를 마주 보는 블랙 매트릭스 레이어;
    로 이루어지고,
    상기 블랙 매트릭스 레이어가 복수의 불투명 도선으로 구성되고, 상기 복수의 불투명 도선들은 불투명 도선의 제1 그룹, 제2 그룹, 제3 그룹으로 나누어지며, 제2 그룹의 불투명 도선은 N 다각형 영역들로 형성되는데 이 때 N은 양의 정수이고, 각 다각형 영역에 존재하는 모든 불투명 도선들은 서로 전기적으로 연결되나, 하나의 다각형에 존재하는 불투명 도선들은 그 외 다른 다각형 영역의 불투명 도선들과 서로 전기적으로 연결되어 있지 않기 때문에 상기의 블랙 매트릭스에 단일 레이어 터치 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 인셀터치 디스플레이 패널 구조.
  2. 제1항에 있어서 상기 불투명 도선의 제3 그룹이 N 전도성 궤적으로 형성되고, 이 N 전도성 궤적 각각은 전기적으로 대응되는 다각형 영역에 전기적으로 연결되며, 한편 두 개의 궤적들은 전기적으로 연결되지 않는 것을 특징으로 하는 인셀터치 디스플레이 패널 구조.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 그룹의 불투명 도선들이 제2 그룹의 불투명 도선들과 제3 그룹의 불투명 도선들과 연결되지 않는 것을 특징으로 하는 인셀터치 디스플레이 패널 구조.
  4. 제3항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스 레이어의 복수의 불투명 도선들이 제1 방향 및 제2 방향으로 배열된 것을 특징으로 하는 인셀터치 디스플레이 패널 구조.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 방향이 상기 제2방향과 수직인 것을 특징으로 하는 인셀터치 디스플레이 패널 구조.
  6. 제5항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스 레이어의 복수의 불투명 도선들 사이에, 그리고 상기 불투명 도선들의 표면에 배치된 컬러 필터 레이어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인셀터치 디스플레이 패널 구조.
  7. 제6항에 있어서, 상기 컬러 필터 레이어에 배치된 오버 코팅 레이어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인셀터치 디스플레이 패널 구조.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치된 공통전극 레이어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인셀터치 디스플레이 패널 구조.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 액정 레이어를 마주 보는 제1 기판 표면의 반대쪽 표면에 배치된 제1 편광소자;
    상기 액정 레이어를 마주 보는 제2 기판 표면의 반대쪽 표면에 배치된 제2 편광소자; 및
    상기 액정 레이어를 마주 보는 상기 제2 기판 표면에 배치된 박막트랜지스터(TFT);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인셀터치 디스플레이 패널 구조.
  10. 제9항에 있어서, 상기 각 다각형 영역이 삼각형, 사각형, 마름모, 육각형, 팔각형, 또는 둥근 형태인 것을 특징으로 하는 인셀터치 디스플레이 패널 구조.
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