KR101758756B1 - 터치 센서, 내장형 터치 액정 디스플레이 패널 및 액정 디스플레이 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터치 센서, 내장형 터치 액정 디스플레이 패널 및 액정 디스플레이를 제공하며 여기서 터치 센서는 복수의 구동 전극 및 상기 복수의 구동 전극과 교차하는 복수의 감지 전극을 포함하며 상기 구동 전극과 감지 전극 사이에는 상호 정전용량이 형성하며, 상기 매트릭스 구조에서 상기 구동 전극 및 감지 전극 외의 나머지 영역에는 또한 복수의 가상 전극이 배치되며 상기 가상 전극, 상기 구동 전극 및 상기 감지 전극은 동일한 층에 위치한다. 본 기술안에 의한 내장형터치 스크린을 갖춘 액정 디스플레이 패널의 투과율이 더 좋고 화면 밝기가 더 높으며, 터치 센서와 액정 패널 내의 구동 전극 및 감지 전극 외의 다른 전극 간의 기생 정전용량을 줄이는 동시에 충분히 큰 상호 정전용량을 보장하여 터치 감지 신호가 용이하게 검출될 수 있게 하며 손가락이 액정 디스플레이 패널을 터치할 경우 발생하는 정전기 영향을 제거한다.

Description

터치 센서, 내장형 터치 액정 디스플레이 패널 및 액정 디스플레이{TOUCH SENSOR, IN-CELL TOUCH LIQUID CRYSTAL DISPLAY PANEL AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 출원은, 2012년 08월 17일에 중국 특허청에 출원된 출원 번호 제201210293260.3호, “터치 센서, 내장형 터치 액정 디스플레이 패널 및 액정 디스플레이”를 발명 명칭으로 하는 중국 특허 출원의 우선권을 주장하며, 상기 중국 특허 출원의 전체 내용은 본 출원에 참조로서 통합된다.
본 발명은 터치 액정 디스플레이 기술 분야에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터치 센서, 내장형 터치 액정 디스플레이 패널 및 액정 디스플레이에 관한 것이다.
현재, 터치 스크린은 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 음악 플레이어와 같은 다양한 전자 제품에 많이 사용되고 있다. 터치 스크린은 사용자 상호 작용 작업의 인터페이스로서 저항막 방식, 정전용량 방식, 표면 탄성파 방식, 적외선 방식 등을 포함한다. 터치 스크린 기술에 있어서 정전용량 방식 터치 스크린은 저항막 방식 터치 스크린보다 수명이 길고 투과율이 높고 멀티 포인트 터치를 지원할 수 있으며 상호 정전용량 터치 센싱은 정전용량 방식 터치 스크린의 하나의 새로운 기술이며 노이즈와 대지 기생 정전용량을 잘 억제하며 멀티 포인트 터치를 실현할 수 있으므로 각 정전용량 방식 터치 스크린 칩 업체의 주요 발전 방향으로 되어 있다.
도 1에 도시된 바는 기존의 내장형 상호 정전용량 터치 스크린의 액정 디스플레이 패널의 구성 단면도이다. 도 1을 참조하면 상기 액정 디스플레이 패널은, 대향 배치된 어레이 기판(11)과 컬러필터 기판(13); 상기 어레이 기판(11)과 상기 컬러필터 기판(13) 간의 액정 층(12); 상기 컬러필터 기판(13) 상에 형성된 터치 감지 전극 구조(14); 및 상기 터치 감지 전극 구조(14) 상에 형성된 블랙 매트릭스(15)를 포함한다. 여기서 상기 어레이 기판(11)은 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT) 어레이와 픽셀 전극 어레이를 포함하며 상기 터치 감지 전극 구조(14)는 복수의 구동 전극과 복수의 감지 전극의 교차에 의해 형성된 매트릭스 구조를 포함하며 상기 구동 전극과 감지 전극 사이에는 상호 정전용량이 형성된다. 또한 상이한 타입의 액정 디스플레이 패널의 구조는 다소 차이가 있으며 예를 들어 평면 정렬 스위칭(In-Plane-Switching, IPS) 방식의 액정 패널 또는 프린지 필드 스위칭(Fringe Field Switching, FFS) 방식의 액정 패널의 경우 공통 전극은 상기 TFT 어레이와 픽셀 전극 어레이 층(11)에 있으며, 트위스티드 네마틱(Twisted Nematic, TN) 방식의 액정 패널 또는 수직 배향(Vertical Alignment, VA) 방식의 액정 패널의 경우 공통 전극은 상기 컬러필터 기판(13)의 일부이다. 실제적인 응용에서 일반적으로 TFT 어레이와 픽셀 전극 어레이(11) 및 블랙 매트릭스(15)의 외측에는 각각 유리 기판(도 1에 미도시)이 형성된다. 기존의 내장형 상호 정전용량 터치 스크린에서 구동 전극과 감지 전극 및 액정 패널의 다른 전극 간의 기생 정전용량을 줄이기 위해 구동 전극과 감지 전극의 면적을 가능한 한 감소하므로 터치 감지 전극 구조(14) 내의 구동 전극과 감지 전극 외의 모든 영역은 공백 영역이며 액정 디스플레이 패널의 투과율 분포가 불균일하여 디스플레이 효과에 영향을 준다.
또한 내장형 상호 정전용량 터치 스크린 내의 구동 전극과 감지 전극 및 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD) 내의 구동 전극과 감지 전극 외의 다른 전극(예를 들어 픽셀 전극, 공통 전극 등)과의 거리가 매우 가까우므로 내장형 상호 정전용량 터치 스크린 내의 구동 전극 및 상기 다른 전극(예를 들면 공통 전극), 및 내장형 상호 정전용량 터치 스크린 내의 감지 전극 및 상기 다른 전극(예를 들면 공통 전극) 사이에는 기생 정전용량이 형성된다. 도 2에 도시된 바는 내장형 상호 정전용량 터치 스크린의 등가 회로도이다. 도 2를 참조하면 등가 회로는 신호 소스(141), 구동 전극 저항(142), 구동 전극 및 감지 전극 간의 상호 정전용량(143), 감지 전극 저항(144), 검출 회로(145)를 포함한다. 구동 전극 및 공통 전극 사이에는 기생 정전용량(Cd)이 형성되며 감지 전극 및 공통 전극 사이에는 기생 정전용량(Cs)이 형성되므로 액정 디스플레이 패널에는 노이즈가 도입된다. 이는 두 가지 방면을 포함하며 한편으로는 구동 라인에 의해 입력된 신호 전류의 일부는 Cd에 의해 분류되며 다른 일부는 Cs를 통해 신호 수신단에 커플링되며 Cd와 Cs의 정전용량 값이 액정 층 내의 액정 분자의 방향 전환의 영향을 받아 지속적으로 변경되어 커플링된 신호 또한 지속적으로 변경되어 노이즈가 형성된다. 다른 한편으로는 공통 전극은 일반적으로 큰 저항의 인듐 주석 산화물(ITO) 재료이며 공통 전극에 존재하는 고유의 노이즈는 Cs를 통해 신호 수신단에 직접 커플링된다. 도입된 노이즈는 터치 스크린 감지 신호의 검출에 영향을 주며 즉 액정 디스플레이 패널은 사용자의 손가락의 터치를 정확하게 검출할 수 없으며 손가락의 터치에 적시에 피드백할 수 없다.
본 발명에 의해 해결될 과제는 내장형 상호 정전용량 터치 스크린을 갖춘 액정 디스플레이 패널의 투과율이 더 좋고 화면 밝기가 더 높아지도록 하고자 하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 실시예는 터치 센서를 제공하며 상기 터치 센서는 복수의 구동 전극 및 상기 복수의 구동 전극과 교차하는 복수의 감지 전극을 포함하며 상기 구동 전극과 감지 전극 사이에는 상호 정전용량이 형성되며, 이와 같은 매트릭스 구조에서 상기 구동 전극 및 감지 전극 외의 나머지 영역에는 또한 복수의 가상 전극이 배치되며 상기 가상 전극, 상기 구동 전극 및 상기 감지 전극은 동일한 층에 위치한다.
본 발명에 따른 실시예는 내장형 터치 액정 디스플레이 패널을 더 제공하며 상기 내장형 터치 액정 디스플레이 패널은 대향 배치된 제1 기판과 어레이 기판 및 제1 기판과 어레이 기판 사이에 배치된 액정 층을 포함하며; 상기 제1 기판은 제1 투명 기판, 블랙 매트릭스, 상기 터치 센서 및 컬러필터 층을 포함한다.
본 발명에 따른 실시예는 액정 디스플레이를 더 제공하며 상기 액정 디스플레이는 상기 내장형 터치 액정 디스플레이 패널을 포함한다.
종래 기술에 비해 본 발명에 따른 기술안은 하기 유익한 효과가 있다.
터치 센서 내의 구동 전극 및 감지 전극 외의 나머지 영역에는 복수의 가상 전극이 배치되어 기존의 공백 영역을 채우므로 액정 디스플레이 패널의 투과율 분포를 균일하게 하며 디스플레이 효과가 더 좋게 하며, 복수의 가상 전극은 구동 전극 및 감지 전극과 동일한 층에 있으므로 액정 패널 전체의 투과율을 좋게 하고 화면 밝기를 높게 한다. 또한 터치 센서와 어레이 기판 간의 기생 정전용량을 줄이는 동시에 충분히 큰 상호 정전용량을 보장하여 터치 감지 신호가 용이하게 검출될 수 있게 하며 손가락이 액정 디스플레이 패널을 터치할 경우 발생하는 정전기 영향을 제거한다.
도 1은 종래 기술에서 내장형 상호 정전용량 터치 스크린의 액정 디스플레이 패널의 구성의 단면 예시도이다.
도 2는 종래 기술에서 내장형 상호 정전용량 터치 스크린의 등가 회로 예시도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 실시예에 의한 터치 센서 내의 구동 전극의 패턴 구조의 예시도이다.
도 3b는 본 발명에 따른 실시예에 의한 터치 센서 내의 감지 전극의 패턴 구조의 예시도이다.
도 3c는 본 발명에 따른 실시예에 의한 구동 전극 및 감지 전극이 포함된 터치 센서의 평면도이다.
도 3d는 본 발명에 따른 실시예에 의한 다른 하나의 구동 전극 및 감지 전극이 포함된 터치 센서의 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예에 의한 터치 센서의 부분 구조의 예시도이다.
도 4a는 도 4에 도시된 터치 센서의 부분 구조의 a-a 방향을 따른 단면 예시도이다.
도 4b는 도 4에 도시된 터치 센서의 부분 구조의 b-b 방향을 따른 단면 예시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 실시예에 의한 내장형 터치 액정 디스플레이 패널의 구성의 단면 예시도이다.
종래 기술의 문제에 대해 본 발명자는 연구를 통해 터치 센서, 내장형 터치 액정 디스플레이 패널 및 액정 디스플레이를 제공한다. 본 기술안에 있어서 내장형 상호 정전용량 터치 스크린을 갖춘 액정 디스플레이 패널의 투과율이 더 좋고 화면 밝기가 더 높게 하며, 터치 센서와 액정 패널 내의 구동 전극 및 감지 전극 외의 다른 전극 간의 기생 정전용량을 줄이는 동시에 충분히 큰 상호 정전용량을 보장하여 터치 감지 신호가 용이하게 검출될 수 있게 하며 손가락이 액정 디스플레이 패널을 터치할 경우 발생하는 정전기 영향을 제거한다.
본 발명의 상기 목적, 특징 및 장점 더 분명하게 하기 위해 아래에 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적인 실시방식을 상세히 설명한다.
하기 설명에서 구체적인 디테일을 제시하여 본 발명을 충분히 이해하도록 한다. 그러나 본 발명은 여기에 설명된 방식과 다른 다양한 방식으로 실시될 수 있으며 해당 분야의 통상의 기술자는 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 전제하에서 여러 가지 변형을 진행할 수 있다. 따라서 본 발명은 하기 설명된 구체적인 실시방식에 제한되지 않는다.
도 3a에 도시된 바는 터치 센서 내의 구동 전극의 패턴의 구성 예시도이다. 도 3a를 참조하면 터치 센서는 병렬로 연결된 복수의 구동 전극(21')을 포함하며 상기 구동 전극(21')의 패턴 구조는 다이아몬드이다. 도 3b에 도시된 바는 터치 센서 내의 감지 전극의 패턴의 구성 예시도이다. 도 3b를 참조하면 터치 센서는 병렬로 연결된 복수의 감지 전극(2２')을 포함하며 상기 감지 전극(2２')의 패턴 구조는 다이아몬드이다. 설명해야 될 점이라면 실제적인 응용에서 구동 전극과 감지 전극의 패턴 구조는 직사각형, 스트립형과 같은 다른 일반적인 패턴일 수도 있으며 구동 전극 및 감지 전극의 패턴 구조는 각각 다른 패턴일 수도 있으며 예를 들어 구동 전극의 패턴 구조는 직사각형이며 감지 전극의 패턴 구조는 스트립형일 수 있다.
본 발명에 따른 실시예에 있어서 복수의 구동 전극(21') 및 복수의 감지 전극(2２')은 서로 교차되며 구동 전극(21') 및 감지 전극(2２')은 동일한 층에 위치하므로 상기 터치 센서에서 각 구동 전극(또는 감지 전극)은 복수의 감지 전극(또는 구동 전극)에 의해 복수의 세그먼트로 나누어질 수 있다. 도 3c에 도시된 바는 각 구동 전극(21')이 복수의 감지 전극(2２')에 의해 복수의 세그먼트로 나누어진 경우이며 이 경우에 동일한 구동 전극(21')의 복수의 세그먼트는 브리지(도 3c에 굵은 라인 세그먼트(25')로 도시됨)를 통해 서로 전기적으로 연결되어야 하며 감지 전극(2２')은 여전히 하나의 온전한 스트립이다. 도 ３d에 도시된 바는 각 감지 전극(2２')이 복수의 구동 전극(21')에 의해 복수의 세그먼트로 나누어진 경우이며 이 경우에 동일한 감지 전극(2２')의 복수의 세그먼트는 브리지(도 3d에 굵은 라인 세그먼트(25')로 도시됨)를 통해 서로 전기적으로 연결되어야 하며 구동 전극(21')은 여전히 하나의 온전한 스트립이다.
도 3c 및 도 3d에 도시된 두 가지의 구동 전극(21') 및 감지 전극(2２')이 포함된 터치 센서에서 복수의 구동 전극(21') 및 복수의 감지 전극(2２') 사이에는 상호 정전용량이 형성되며 상기 구동 전극(21') 및 복수의 감지 전극(2２')이 위치하는 층 내에 상기 복수의 구동 전극(21') 및 복수의 감지 전극(2２')이 위치하는 영역 외의 영역은 공백 영역(23')이며 본 발명에 따른 실시예에 있어서 상기 공백 영역(23')에는 가상 전극이 배치되며 구동 전극(21')과 평행한 방향 또는 바람직하게 감지 전극(2２')과 평행하는 방향에 인접된 가상 전극은 브리지(도 3c 및 도 3d에 얇은 라인 세그먼트(24')로 도시됨)를 통해 서로 전기적으로 연결된다. 바람직하게 상기 가상 전극은 상기 공백 영역(23')을 채워서 기존의 터치 센서 내의 공백 영역에 전극이 없음으로 인한, 공백 영역의 투과율과 구동 전극 및 감지 전극이 있는 영역의 투과율 간의 차이를 보상하여 투과율의 분포를 균일하게 하여 최종적으로 제조된 액정 디스플레이의 스크린 디스플레이를 균일하게 한다.
하기 하나의 구체적인 실시예로 본 발명에 따른 터치 센서를 설명한다.
도 4에 도시된 바는 본 발명에 따른 터치 센서의 구체적인 실시예의 부분 구조의 예시도이다. 본 실시예에 있어서 구동 전극(21)과 감지 전극(22)은 각각 서로 매칭되는 제1 패턴 구조 및 제2 패턴 구조를 갖춘다. 바람직하게 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제1 패턴 구조 및 제2 패턴 구조는 서로 매칭되는 브랜치(branch) 형상이다. 예를 들어 각 상기 구동 전극(21)은 브랜치 형상의 제1 패턴 구조를 갖추며 각 상기 감지 전극(22)은 브랜치 형상의 제2 패턴 구조를 갖추며 두 가지 브랜치 형상의 브랜치 부분(도 4에 폭 D로 표시된 부분)은 인레이할 수 있으며 서로 매칭될 수 있다.
도 4를 참조하면 상기 터치 센서는 복수의 구동 전극(21), 및 상기 복수의 구동 전극(21)과 교차하는 복수의 감지 전극(22)을 포함하며 본 실시예에 있어서 복수의 구동 전극(21)에 의해 나누어진 각 감지 전극(22)의 복수의 세그먼트는 모두 브리지를 통해 서로 연결된다. 구체적으로 각 감지 전극(22)이 복수의 구동 전극(21)에 의해 복수의 세그먼트로 나누어진 경우 상기 터치 센서는 제1 브리지(25)를 더 포함하며 동일한 감지 전극(22)의 복수의 세그먼트는 상기 제1 브리지(25)를 통해 전기적으로 연결되며 상기 구동 전극(21) 또는 감지 전극(22)이 위치하는 층에는 하나의 절연 층이 더 배치되어 제1 브리지(25)와 구동 전극(21) 사이의 절연을 보장한다. 구체적으로 도 4a에 도시된 바는 도 4에 도시된 터치 센서의 부분 구조의 a-a 방향을 따른 단면 예시도이다. 도 4a에 도시된 바와 같이 감지 전극(22)은 구동 전극(21)에 의해 두 세그먼트로 나누어지며 감지 전극(22)의 두 세그먼트는 제1 브리지(25)를 통해 전기적으로 연결되며 또한 상기 구동 전극(21) 또는 감지 전극(22)이 위치하는 층에는 하나의 절연 층(26)이 배치되며 상기 절연 층(26)은 제1 브리지(25)와 구동 전극(21) 사이의 절연을 보장한다.
본 실시예에 있어서 상기 구동 전극(21) 및 상기 감지 전극(22)의 위치는 교환될 수 있다. 즉, 도 4의 구동 전극(21)의 위치에는 감지 전극(22)이 배치될 수 있으며 감지 전극(22)의 위치에는 구동 전극(21)이 배치될 수도 있다. 따라서 각 구동 전극(21)이 복수의 감지 전극(2２)에 의해 복수의 세그먼트로 나누어질 경우 동일한 구동 전극(21)의 복수의 세그먼트는 상기 제1 브리지(25)를 통해 서로 전기적으로 연결되며 상기 구동 전극(21) 또는 감지 전극(22)이 위치하는 층에는 하나의 절연 층이 배치되어 상기 제1 브리지(25)와 감지 전극(22) 사이의 절연을 보장한다. 보다시피 실제로 상기 제1 브리지(25)는 복수의 구동 전극(21)과 복수의 감지 전극(22)이 교차하는 위치에 배치된다. 실제적인 응용에 있어서 브리지를 통해 구동 전극(21)의 복수의 세그먼트 또는 감지 전극(22)의 복수의 세그먼트를 각각 연결하는 것에 제한되지 않으며 해당 분야의 통상의 기술자는 다른 전기 연결 방식을 이용할 수도 있으며 여기서 더 이상 설명하지 않는다.
종래 기술과 달리 도 4에 도시된 바와 같이 터치 센서 내의 구동 전극(21)과 감지 전극(22) 외의 나머지 영역에는 복수의 가상 전극(23)이 더 배치된다. 본 실시예에 있어서 복수의 구동 전극(21)과 복수의 감지 전극(22)이 동일한 층에 위치하며 상기 나머지 영역은 상기 층에 복수의 구동 전극(21)과 복수의 감지 전극(22)이 위치하는 영역 외의 모든 공백 영역을 의미한다. 본 실시예에 있어서 도 4에 도시된 바와 같이 상기 나머지 영역은 복수의 수평 방향으로 인접된 두 개의 구동 전극(21)에 의해 둘러싸인 서브 공백 영역, 즉 도 4의 가상 전극(23)이 위치하는 영역을 포함한다. 이해할 수 있다시피 구동 전극(21) 및 감지 전극(22)이 위치하는 층 전체에는 복수의 이러한 서브 공백 영역을 포함한다. 다른 실시예에 있어서 상기 구동 전극(21) 및 감지 전극(22)의 위치는 교환될 수 있다. 즉, 도 4의 구동 전극(21)의 위치에는 감지 전극(22)이 배치될 수 있으며 감지 전극(22)의 위치에는 구동 전극(21)이 배치될 수도 있으므로 상기 나머지 영역은 복수의 수평 방향으로 인접된 두 개의 감지 전극(22)에 의해 둘러싸인 서브 공백 영역을 포함한다. 상기 나머지 영역에 복수의 가상 전극(23)이 배치됨으로써 기존의 터치 센서 내의 구동 전극 및 감지 전극 외의 공백 영역에 전극이 없음으로 인한, 공백 영역의 투과율과 구동 전극 및 감지 전극이 있는 영역의 투과율 간의 차이를 보상하여 투과율의 분포를 균일하게 하고 최종적으로 제조된 액정 디스플레이의 스크린 디스플레이를 균일하게 할 수 있다. 또한 본 실시예에 있어서 상기 가상 전극(23) 및 상기 구동 전극(21), 상기 감지 전극(22)이 동일한 층에 위치하므로 가상 전극(23)을 배치하기 위해 터치 센서 내에 층을 추가할 필요가 없어 추가된 층으로 인한 투과율이 감소된 문제를 피면하여 제조된 액정 디스플레이 패널의 투과율을 더 좋게 하고 화면 밝기를 높게 한다.
가상 전극(23)이 터치 센서에 배치되므로, 상기 가상 전극(23)이 손가락의 터치로 인한 정전기 유도를 받은 후 액정 층 내의 액정 분자의 전복 상태를 변경시킬 수 있어 디스플레이 효과에 영향을 줄 수 있다. 따라서 다른 하나의 실시예에 있어서 상기 가상 전극(23)은 접지되거나 또는 고정 전위에 연결되어 정전기 영향을 제거한다. 바람직하게 상기 고정 전위를 -20V 내지 +20V로 하며, 즉 -20V보다 작지 않고 +20V보다 크지 않게 한다.
본 실시예에 있어서 도 4에 도시된 바와 같이 상기 터치 센서는 제2 브리지(24)를 더 포함하며 바람직하게 감지 전극(22)의 연장 방향에서 인접된 가상 전극(23)은 상기 제2 브리지(24)를 통해 전기적으로 연결되며 상기 제2 브리지(24) 및 상기 구동 전극(21)은 절연 층에 의해 절연된다. 구체적으로 도 4b에 도시된 바는 도 4에 도시된 터치 센서의 부분 구조의 b-b 방향을 따른 단면 예시도이다. 도 4b에 도시된 바와 같이 인접된 가상 전극(23)은 감지 전극(22)의 연장 방향에서 제2 브리지(24)를 통해 전기적으로 연결되며 상기 제2 브리지(24)와 상기 구동 전극(21)은 상기 절연 층(26)을 통해 절연된다. 설명해야 될 점이라면 실제적인 공정에서 또한 상기 구동 전극(21) 및 상기 감지 전극(22)이 위치하는 층에는 통일된 하나의 절연 층이 형성된 후 상기 절연 층에서 전기적으로 연결되어야 할 감지 전극(22) 또는 구동 전극(21)의 위치에 바이어 홀을 펀치하며 상기 바이어 홀을 통해 감지 전극(22) 또는 구동 전극(21)을 전기적으로 연결하는 제1 브리지(25)를 형성하며 인접된 가상 전극(23)을 동일한 방법으로 바람직하게 감지 전극(22)의 연장 방향으로 제2 브리지(24)를 동해 전기적으로 연결할 수 있다. 바람직하게 상기 제1 브리지(25)와 제2 브리지(24)도 동일한 층에 위치하므로 공정 과정에서 공정 단계를 줄여 제조 효율을 향상시킬 수 있다.
본 실시예의 하나의 변형으로 구동 전극(21)의 연장 방향에서 인접된 가상 전극(23)은 상기 제2 브리지(24)를 통해 전기적으로 연결되며 상기 제2 브리지(24)와 상기 구동 전극(21) 및 감지 전극(22)은 상기 절연 층(26)에 의해 절연될 수도 있다. 본 실시예에 있어서 도 4의 상기 구동 전극(21) 및 상기 감지 전극(22)의 위치는 교환될 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 구동 전극(21)의 위치에는 감지 전극(22)이 배치될 수 있고 감지 전극(22)의 위치에는 구동 전극(21)이 배치될 수 있으며 가상 전극(23)의 위치는 변하지 않는다. 이 경우에 상기 가상 전극(23)은 감지 전극(22)에 의해 둘러싸이며 구동 전극(21)의 연장 방향에서 바람직하게 감지 전극(22)의 연장 방향에서 인접된 가상 전극(23)은 상기 제2 브리지(24)를 통해 전기적으로 연결되며 상기 제2 브리지(24)와 감지 전극(22)은 상기 절연 층(26)에 의해 절연되거나 또는 감지 전극(22)과 구동 전극(21)은 상기 절연 층(26)에 의해 절연된다.
여기서 상기 절연 층(26)은, 상기 구동 전극(21)과 감지 전극(22)이 위치하는 층과 일반적인 액정 디스플레이 패널 구조 내의 컬러필터 층(도 4에 미도시) 사이에 배치될 수 있으며 상기 구동 전극(21)과 감지 전극(22)이 위치하는 층과 블랙 매트릭스(도 4에 미도시) 사이에 배치될 수도 있다. 실제적인 응용에서 브리지를 통해 가상 전극(23)을 연결하는 것에 제한되지 않으며 해당 분야의 통상의 기술자는 회로 연결과 같은 다른 전기 연결 방식을 이용할 수도 있다. 본 발명에 따른 실시예에 있어서 인접된 가상 전극(23)이 전기적으로 연결되기만 하면 본 발명은 구체적으로 어떤 회로 연결을 채용하는 것에 제한되지 않으며 여기서 더 이상 설명하지 않는다. 상기 제2 브리지(24)는 구동 전극(21) 또는 감지 전극(22) 및 공통 전극(도 4에 미도시) 사이를 차폐시키며 구동 전극(21), 공통 전극 및 감지 전극(22) 사이의 기생 회로를 차단시켜 액정 층 내의 액정 분자의 전복으로 인한 기생 회로의 전류 변화에 의해 발생하는 노이즈를 감소시킨다.
해당 분야의 통상의 기술자가 이해할 수 있다시피 서로 교차된 구동 전극(21) 및 감지 전극(22) 사이에는 상호 정전용량이 형성되며 상기 상호 정전용량의 크기는 구동 전극(21) 및 감지 전극(22)의 면적 크기에 비례하며 구동 전극(21)과 감지 전극(22)이 교차하는 에지의 길이에도 비례한다. 종래 기술의 문제에 따라 구동 전극(21) 및 감지 전극(22)의 면적이 클수록 기생 정전용량이 커지게 되며, 구동 전극(21) 및 감지 전극(22)의 면적의 감소를 통해 기생 정전용량의 영향을 억제할 수 있으나 이는 상호 정정용량을 어느 정도 감소하여 터치 신호의 변화를 용이하게 검출할 수 없게 한다. 따라서 발명자는, 구동 전극(21) 및 감지 전극(22)의 면적을 감소하는 동시에 구동 전극(21) 및 감지 전극(22)이 교차하는 에지 길이를 증가함으로써 면적의 감소로 인한 상호 정전용량의 감소를 보상하는 것을 고려하였다.
따라서 본 실시예에 있어서 상기 구동 전극(21)을 제1 패턴 구조로 설계하였고 상기 감지 전극(22)을 제2 패턴 구조로 설계하였으며, 상기 제1 패턴 구조의 형상과 상기 제2 패턴 구조의 형상은 서로 매칭된다. 두 가지의 형상이 매칭되는 구동 전극(21)과 감지 전극(22)이 서로 교차됨으로써 구동 전극(21) 및 감지 전극(22)의 면적은 동시에 감소한다. 브랜치 형상의 형상 특징에 따라 구동 전극(21) 및 감지 전극(22)의 면적을 감소하는 동시에 구동 전극(21) 및 감지 전극(22)이 교차하는 에지의 길이를 증가하며 브랜치 형상의 브랜치의 개수가 많을수록 에지의 길이가 길어진 것을 실현할 수 있다.
또한 본 실시예에 있어서 터치 센서가 충분히 강한 터치 신호를 수신하도록 보장하기 위해 상기 구동 전극(21)의 브랜치 부분과 상기 감지 전극(22)의 브랜치 부분의 폭은 모두 0.2mm보다 크거나 상기 구동 전극(21)의 브랜치 부분 또는 상기 감지 전극(22)의 브랜치 부분의 폭이 0.2mm보다 클 수도 있다. 도 4를 더 참조하면 도 4에 표시된 폭 d는 상기 구동 전극(21) 또는 상기 감지 전극(22)의 브랜치 부분의 폭이다. 제1 브리지(25)와 제2 브리지(24)의 영역에서 상기 영역은 단지 구동 전극(21) 및 감지 전극(22)의 교차 영역이며 수신된 터치 신호의 강도에 영향받지 않으므로 상기 브리지 영역의 폭은 0.2mm보다 클 필요가 없다. 해당 분야의 통상의 기술자가 이해할 수 있다시피 터치 센서의 수신 신호 강도에 대한 상이한 요구에 따라 브랜치 부분에 대해 상이한 폭을 설정할 수 있으며 이는 본 발명의 사상을 벗어나지 않는다.
설명해야 할 점이라면 도 4에 도시되 상기 구동 전극(21)의 브랜치 형상 및 상기 감지 전극(22)의 브랜치 형상은 단지 예시도 뿐이며 브랜치 형상에 제한되는 것이 아니다. 또한 상기 제1 패턴 구조 및 상기 제2 패턴 구조는 서로 매칭되는 브랜치 형상에 제한되지 않으며 다른 서로 매칭되는 형상일 수도 있으며 예를 들어 서로 매칭되는 L형의 패턴 구조 등이 될 수 있으며, 여기서 더 이상 설명하지 않는다.
상기 터치 센서에서 감지 전극(22) 및 액정 디스플레이 패널 내의 구동 전극(21)과 감지 전극(22) 외의 다른 전극 사이에 형성된 기생 정전용량은 터치 센서의 신호에 더 큰 영향을 미치므로, 본 실시예에 있어서 바람직하게 상기 감지 전극(22)의 면적은 상기 구동 전극(21)의 면적보다 작고 가상 전극(23)은 인접된 두 개의 구동 전극(21)에 의해 둘러싸이며 감지 전극(22)의 연장 방향에서 인접된 가상 전극(23)은 브리지를 통해 서로 연결된다(도 4에 도시된 바와 같이). 다른 실시예에 있어서 가상 전극(23)은 인접된 두 개의 감지 전극(22)에 의해 둘러싸이며 바람직하게 감지 전극(22)의 연장 방향에서 인접된 가상 전극(23)은 브리지를 통해 서로 연결된다.
본 실시예에 있어서 상기 구동 전극(21), 상기 감지 전극(22) 및 상기 가상 전극(23)의 재료는 인듐 주석 산화물 또는 인듐 아연 산화물을 채용할 수 있으나 실제적인 응용에서 이에 제한되지 않는다.
상기 터치 센서를 바탕으로 하여 본 발명에 따른 실시예는 내장형 터치 액정 디스플레이 패널을 더 제공하며 부착형 터치 액정 디스플레이 패널에 비해 디스플레이 모듈 전체의 두께와 무게의 증가를 피면할 수 있다. 도 5에 도시된 바는 본 발명에 따른 내장형 터치 액정 디스플레이 패널의 구체적인 실시예의 구성 예시도이다.
도 5를 참조하면 상기 내장형 터치 액정 디스플레이 패널은 대향 배치된 제1 기판(31)과 어레이 기판(32) 및 제1 기판(31)과 어레이 기판(32) 사이에 배치된 액정 층(33)을 포함한다. 여기서 상기 제1 기판(31)은 어레이 기판(32)을 향한 방향으로 순차적으로 제1 투명 기판(311), 블랙 매트릭스(312), 상기 터치 센서(313) 중의 어느 하나 및 컬러필터 층(314)을 포함한다. 바람직하게 상기 블랙 매트릭스(312), 상기 터치 센서(313) 및 컬러필터 층(314)은 상기 액정 층(33)을 향한 상기 제1 투명 기판(311)의 표면에 순차적으로 배치된다. 상기 어레이 기판(32)은 제1 기판(31)을 향한 방향으로 순차적으로 제2 투명 기판(321) 및 TFT 어레이와 픽셀 어레이(322)를 포함한다. 다른 실시예에 있어서 상기 터치 센서(313) 및 상기 컬러필터 층(314)의 위치는 교환될 수 있다. 즉, 상기 터치 센서(313)는 상기 컬러필터 층(314) 및 상기 액정 층(33) 사이에 배치될 수 있다.
상기 내장형 터치 액정 디스플레이 패널은, 주로 공통 전극(도 5에 미도시)이 TFT 어레이와 픽셀 전극 어레이(322)에 배치된 IPS 방식의 액정 패널 또는 FFS 방식의 액정 패널이며 TN 방식의 액정 패널 또는 VA 방식의 액정 패널의 경우 본 발명에 따른 상기 내장형 터치 액정 디스플레이 패널은 하나의 공통 전극 층을 더 포함한다. 구체적으로 본 발명에 따른 다른 실시예로서 상기 제1 기판(31)은 상기 액정 층(33)을 향한 상기 컬러필터 층(314)의 표면에 배치되는 공통 전극 층(도 5에 미도시)을 더 포함한다. 즉, 공통 전극 층은 액정 층(33)을 향한 컬러필터 층(314)의 표면에 배치되어 어레이 기판(32) 상의 픽셀 전극과 협력하여 액정 층(33)에 전계를 제공한다.
또한 상기 터치 센서(313)에서 상기 구동 전극(21), 상기 감지 전극(22) 및 상기 가상 전극(23)은 인듐 주석 산화물 또는 인듐 아연 산화물과 같은 동일한 투명 전도성 재료일 수 있으며 금속과 상기 투명 전도성 재료가 포함된 복합 재료일 수도 있다. 상기 금속은 격자 형상으로 배치되며 상기 금속 격자는 상기 블랙 매트릭스에 의해 가려질 수 있다. 예를 들어, 블랙 매트릭스는 상기 내장형 터치 액정 디스플레이 패널에 수직인 방향으로 상기 금속 격자와 겹쳐 상기 내장형 터치 액정 디스플레이 패널의 전체는 여전히 투명하게 된다.
본 발명에 따른 실시예는 액정 디스플레이를 더 제공하며 상기 액정 디스플레이는 본 발명에 따른 상기 실시예 중의 어느 하나에 의한 내장형 터치 액정 디스플레이 패널을 포함한다.
요약해서 말하면 본 발명에 따른 기술안은 하기 유익한 효과가 있다.
터치 센서 내의 구동 전극(21) 및 감지 전극(22) 외의 나머지 영역에는 복수의 가상 전극(23)이 배치되어 기존의 공백 영역을 채우므로 액정 디스플레이 패널의 투과율 분포를 균일하게 하며 디스플레이 효과를 더 좋게 한다. 복수의 가상 전극은 구동 전극(21) 및 감지 전극(22)과 동일한 층에 있으므로 액정 패널 전체의 투과율을 좋게 하고 화면 밝기를 높게 한다.
또한 배치된 가상 전극(23)은 접지되거나 또는 고정 전위에 연결되어 손가락의 터치로 인한 정전기 영향을 제거하여 가상 전극(23)이 정전기 유도를 받은 후 액정 층 내의 액정 분자의 전복 상태를 변경시키는 것을 피면할 수 있다.
또한 터치 센서의 충분히 큰 상호 정전용량을 보장하는 동시에 기생 정전용량을 감소하기 위해 구체적인 실시예에 있어서 구동 전극(21) 및 감지 전극(22)은 형상이 매칭되는 패턴 구조로 설계된다. 바람직하게 구동 전극(21) 및 감지 전극(22)은 형상이 매칭되는 브랜치 형상으로 설계됨으로써 구동 전극(21) 및 감지 전극(22)의 면적을 감소하여 기생 정전용량을 억제하는 동시에 브랜치 형상의 구조 특징으로 구동 전극(21) 및 감지 전극(22)이 교차하는 에지의 길이를 증가하여 면적의 감소로 인한 상호 정전용량의 감소를 보상할 수 있어 터치 감지 신호가 용이하게 검출될 수 있도록 한다.
비록 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 분야의 통상의 기술자라면 기본적인 창조성 개념만 알게 된다면 이러한 실시예에 대해 다른 변경과 수정을 진행할 수 있다. 따라서, 첨부되는 청구범위는 바람직한 실시예 및 본 발명의 범위에 속하는 모든 변경과 변형을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
보다시피, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명에 따른 실시예의 사상과 범위를 벗어나지 않는 전제하에서 본 발명에 따른 실시예에 대한 여러 가지 변경과 변형을 진행할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예에 대한 이러한 변경과 변형도 본 발명의 특허청구범위 및 그와 균등한 기술의 범위 내에 속한다면 본 발명에도 이러한 변경과 변형이 포함되어야 할 것이다.
11, 32 : 어레이 기판
12, 33 : 액정 층
13 : 컬러필터 기판
14 : 터치 감지 전극 구조
15, 312 : 블랙 매트릭스
141 : 신호 소스
142 : 구동 전극 저항
143 : 구동 전극 및 감지 전극 간의 상호 정전용량
144 : 감지 전극 저항
145 : 검출 회로
21', 21 : 구동 전극
22', 22 : 감지 전극
23' : 공백 영역
23 : 가상 전극
24', 25' : 라인 세그먼트
24 : 제 2 브리지
25 : 제 1 브리지
26 : 절연 층
31 : 제 1 기판
311 : 제 1 투명 기판
313 : 터치 센서
314 : 컬러필터 층
321 : 제 2 투명 기판
322 : 픽셀 어레이

Claims (20)

  1. 복수의 구동 전극 및 상기 복수의 구동 전극과 교차하는 복수의 감지 전극을 포함하며 상기 구동 전극과 감지 전극 사이에는 상호 정전용량이 형성되는 터치 센서에 있어서,
    상기 터치 센서는 내장형 터치 액정 디스플레이 패널에 적용되고,
    상기 터치 센서 내의 상기 구동 전극 및 감지 전극 외의 나머지 영역에는 복수의 가상 전극이 더 배치되며 상기 가상 전극, 상기 구동 전극 및 상기 감지 전극은 동일한 층에 위치하고,
    상기 터치 센서에는 제1 브리지 및 제2 브리지가 더 포함되며 인접된 상기 가상 전극은 상기 제2 브리지를 통해 전기적으로 연결되고, 상기 가상 전극은 복수의 구동 전극이나 또는 복수의 감지 전극에 의해 둘러싸인
    것을 특징으로 하는 터치 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가상 전극은 접지되거나 또는 고정 전위에 연결되는
    것을 특징으로 하는 터치 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 구동 전극은 제1 패턴 구조를 갖추며 상기 감지 전극은 제2 패턴 구조를 갖추며 상기 제1 패턴 구조의 형상과 상기 제2 패턴 구조의 형상은 매칭되는
    것을 특징으로 하는 터치 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 패턴 구조 및 상기 제2 패턴 구조는 서로 매칭되는 브랜치 형상인
    것을 특징으로 하는 터치 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 구동 전극 및 상기 감지 전극 중의 적어도 하나의 브랜치 부분의 폭은 0.2mm보다 큰
    것을 특징으로 하는 터치 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 감지 전극의 면적은 상기 구동 전극의 면적보다 작은
    것을 특징으로 하는 터치 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 감지 전극은 각각 상기 복수의 구동 전극에 의해 복수의 세그먼트로 나누어지며 상기 터치 센서는 하나의 절연 층을 더 포함하며 상기 감지 전극의 복수의 세그먼트는 상기 제1 브리지를 통해 전기적으로 연결되며 상기 제1 브리지 및 상기 구동 전극은 상기 절연 층에 의해 절연되는
    것을 특징으로 하는 터치 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 구동 전극은 각각 상기 복수의 감지 전극에 의해 복수의 세그먼트로 나누어지며 상기 터치 센서는 하나의 절연 층을 더 포함하며 상기 구동 전극의 복수의 세그먼트는 상기 제1 브리지를 통해 전기적으로 연결되며 상기 제1 브리지 및 상기 감지 전극은 상기 절연 층에 의해 절연되는
    것을 특징으로 하는 터치 센서.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2 브리지와 상기 구동 전극은 상기 절연 층에 의해 절연되는
    것을 특징으로 하는 터치 센서.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 브리지와 상기 감지 전극은 상기 절연 층에 의해 절연되는
    것을 특징으로 하는 터치 센서.
  11. 제7항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연 층은 상기 구동 전극과 감지 전극이 위치하는 층과 컬러필터 층 사이에 배치되는
    것을 특징으로 하는 터치 센서.
  12. 제7항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연 층은 상기 구동 전극과 감지 전극이 위치하는 층과 블랙 매트릭스 사이에 배치되는
    것을 특징으로 하는 터치 센서.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 고정 전위는 -20V 이상이며 +20V 이하인
    것을 특징으로 하는 터치 센서.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 구동 전극 및 상기 감지 전극의 재료 중 적어도 하나는 인듐 주석 산화물 또는 인듐 아연 산화물을 채용하는
    것을 특징으로 하는 터치 센서.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 가상 전극의 재료는 인듐 주석 산화물 또는 인듐 아연 산화물을 채용하는
    것을 특징으로 하는 터치 센서.
  16. 대향 배치된 제1 기판과 어레이 기판 및 제1 기판과 어레이 기판 사이에 배치된 액정 층을 포함하며, 상기 제1 기판은 제1 투명 기판, 블랙 매트릭스, 제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 따른 터치 센서 및 컬러 필터 층을 포함하는
    것을 특징으로 하는 내장형 터치 액정 디스플레이 패널.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 터치 센서 내의 구동 전극, 감지 전극 및 가상 전극은 금속 격자 및 투명 전도성 층의 복합 구조를 포함하며 상기 금속 격자는 블랙 매트릭스에 의해 가려지는
    것을 특징으로 하는 내장형 터치 액정 디스플레이 패널.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스, 상기 터치 센서 및 컬러필터 층은 상기 액정 층을 향한 상기 제1 투명 기판의 표면에 순차적으로 배치되는
    것을 특징으로 하는 내장형 터치 액정 디스플레이 패널.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 제1 기판은 상기 액정 층을 향한 상기 컬러필터 층의 표면에 배치되는 공통 전극 층을 더 포함하는
    것을 특징으로 하는 내장형 터치 액정 디스플레이 패널.
  20. 제16항에 따른 내장형 터치 액정 디스플레이 패널을 포함하는
    것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
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