KR101901241B1

KR101901241B1 - 터치패널 일체형 표시장치

Info

Publication number: KR101901241B1
Application number: KR1020110048165A
Authority: KR
Inventors: 김성철; 송문봉
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2010-06-03
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2018-09-27
Also published as: TW201144905A; KR20110132976A; TWI475280B

Abstract

본 발명은 전체 두께 및 무게를 줄일 수 있고, 화질저하를 방지할 수 있는 터치패널 일체형 표시장치에 관한 것으로, 본 발명은 복수의 화소를 포함하여 화상을 표시하는 표시패널; 및 상기 표시패널 상부 가장자리에 형성되어 상기 표시패널 상부에서 발생된 터치를 감지하는 터치패널을 포함하는 터치패널 일체형 표시장치를 제공한다. 여기서, 상기 터치패널은, 상기 표시패널 상부 가장자리의 각 모서리마다 적어도 하나씩 배치되고, 상기 표시패널 상부를 향하는 광을 방출하는 복수의 광원; 상기 표시패널 상부 가장자리의 각 모서리에 일정 간격으로 이격하여 배치되고, 상기 복수의 광원에서 방출되어 상기 표시패널 상부를 가로지른 광을 수집하는 복수의 센서; 상기 표시패널 상부 가장자리에 배치되고, 상기 복수의 센서에 각각 연결되는 복수의 코어와, 상기 복수의 코어를 감싸는 클래딩을 포함하는 도파로; 및 상기 복수의 코어를 통해 상기 복수의 센서와 연결되어, 상기 복수의 센서 각각의 광 수집 여부를 감지하고, 상기 터치의 좌표를 도출하는 센서제어부를 포함한다.

Description

터치패널 일체형 표시장치{Touch Panel Integrated Display Device}

본 발명은 전체 두께 및 무게를 줄일 수 있고, 화질저하를 방지할 수 있는 터치패널 일체형 표시장치에 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) 및 전기습윤표시장치(Electro-Wetting Display: EWD) 등을 들 수 있다. 이와 같은 평판 표시장치들은, 고유의 발광 또는 편광물질층을 사이에 두고 한 쌍의 절연기판을 대면 합착한 구성을 가짐으로써 화상을 구현하는 표시패널을 필수적으로 구비한다.

이 중 액정표시장치는 전계에 따라 조절되는 액정의 광 투과율을 이용하여 화상을 표시하는 장치로, 소형화, 박형화 및 저전력 소모의 장점을 가지고 있어, 노트북 컴퓨터, 사무자동화 기기, 오디오/비디오 기기 등으로 널리 사용되고 있다.

일반적으로, 개인용 컴퓨터, 휴대용 통신장치, 그 밖의 개인전용 정보처리장치 등은 키보드, 마우스, 디지타이저(Digitizer) 등의 다양한 입력장치(Input Device)를 이용하여 사용자와의 인터페이스를 구성한다. 최근, 이동통신장비의 개발이 확대되면서, 키보드와 마우스 등과 같은 입력장치로는 제품의 완성도를 높이기 어려운 면이 있어, 더욱 간단한 방법으로 사용될 수 있고 휴대성이 높은 입력장치의 개발이 계속되고 있다. 이에, 사용자가 손이나 펜 등으로 화면을 직접 접촉하여 정보를 입력하는 터치패널(Touch Panel)이 제안되었다.

터치패널은 간단하고, 오작동이 적으며, 다른 입력기기를 없이 문자 입력이 가능하여 휴대가 용이하고, 사용자가 용이하게 사용방법을 인지할 수 있다는 장점이 있어 최근 다양한 정보처리장치에 적용되고 있다. 특히, 화면상에 표시된 아이콘 또는 키보드를 선택하면, 해당 아이콘 또는 자판이 선택되어 정보를 입력할 수 있도록, 터치패널이 부가된 평판표시장치가 개인용 컴퓨터, 휴대폰 등의 휴대용 정보처리장치에 자주 적용되고 있다. 이와 같이 터치패널이 부가된 평판표시장치 중 하나로서, 터치패널이 액정패널에 부착된 형태의 터치패널 부착형 액정표시장치가 제안되었다.

도 1은 종래기술에 따른 터치패널 부착형 액정표시장치를 나타낸 단면도이다.

종래의 터치패널 부착형 액정표시장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 액정셀의 방향으로 각 화소의 광투과율을 조절함으로써 화상을 표시하는 액정패널(10), 터치를 감지하는 터치패널(20), 및 액정패널(10)과 터치패널(20) 사이를 부착하는 점착층(30)을 포함하여 이루어진다.

액정패널(10)은 액정층을 사이에 두고 서로 대향 합착되는 한 쌍의 기판, 한 쌍의 기판 중 어느 하나에 구비되어, 각 화소에 대응한 각 화소영역을 정의하고 각 화소의 휘도를 제어하는 트랜지스터 어레이, 및 한 쌍의 기판 중 어느 하나에 구비되어, 각 화소에 대응한 색의 광을 투과하는 컬러필터 어레이부를 포함하여 이루어진다. 그리고, 액정패널(10)의 상, 하면에는, 액정패널(10)로 입사되는 광을 편광하는 제1 편광층(11)과, 액정패널(10)에서 방출되는 광을 편광하는 제2 편광층(12)이 각각 형성된다.

터치패널(20)은 광이 저손실로 투과되는 광도파로로 마련되는 투명기판(21), 투명기판(21) 일측에 배치되어 투명기판(21) 내부로 광을 조사하는 광원(22), 투명기판(21)의 다른 일측에 광원(22)과 대향하도록 형성되어, 투명기판(21) 내부를 관통한 광을 반사하여, 투명기판(21)의 상면에서 평행하게 직진하는 광을 공급하는 반사판(23), 및 투명기판(21) 상의 가장자리에 반사판(23)과 대향하도록 형성되어, 상면광을 수집하는 센서(24)를 포함하여 구성된다. 이러한 터치패널(20)은, 투명기판(21)의 상면에서 발생된 터치에 의해 상면광이 반사되는 것을 이용하여, 상면광을 수집하지 못한 센서(24)에 대응하는 좌표를 검출함으로써, 터치된 부분의 좌표를 도출한다.

이러한 종래 기술에 따르면, 광원(22)에서 방출된 광은 투명기판(21) 내부를 관통하는 과정, 반사판(23)에 의해 반사되는 과정 및 투명기판(21) 상면을 지나가는 과정을 거쳐야만, 센서(24)에 도달될 수 있다. 즉, 광원(22)에서 방출된 광의 광량(intensity of radiation, 光量)은 센서(24)까지의 긴 광경로에 의해 큰 감소율로 감소된다. 이에 따라, 센서(24)에 수집되는 상면광은 비교적 적은 광량을 가져서, 제어부(미도시)에서 유효하게 인지되지 못할 가능성이 높아지므로, 터치패널(20)의 터치 센싱 민감도를 향상시키는 데에 한계가 있는 문제점이 있다.

종래 기술에 따른 터치패널 부착형 액정표시장치는 한 쌍의 기판을 포함하는 액정패널(10)과, 별도의 투명기판(21)을 포함하는 터치패널(20)을 각각 마련한 후, 점착층(30)을 이용하여 액정패널(10)과 터치패널(20)을 부착하는 과정을 통해 제조된다. 이와 같이, 액정패널(10)의 한 쌍의 기판과, 터치패널(20)의 투명기판(21)을 별도로 포함함에 따라, 장치의 전체 무게 및 전체 두께를 감소시키는 것에 한계가 있는 문제점이 있다. 이 뿐만 아니라, 액정패널(10)과 터치패널(30)을 부착하는 공정을 포함해야 하므로, 제조공정이 복잡해져서, 수율 향상이 어려운 문제점이 있다.

또한, 영상을 표시하기 위하여 액정패널(10)에서 방출되는 광(이하, "표시광"으로 지칭함)은 터치패널(20) 및 접착층(30)을 거쳐야만 외부로 방출될 수 있다. 이에, 표시광의 투과율이 낮아지게 되어, 액정패널(10)의 화질이 저하되는 문제점이 있다.

이에 따라, 본 발명은, 터치패널과 표시패널을 포함하면서도, 전체 무게 및 두께를 종래보다 줄일 수 있고, 표시패널의 화질을 개선할 수 있으며, 표시패널의 터치 센싱 민감도를 향상시킬 수 있는 터치패널 일체형 표시장치를 제공한다.

이와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 복수의 화소를 포함하여 화상을 표시하는 표시패널; 및 상기 표시패널 상부 가장자리에 형성되어 상기 표시패널 상부에서 발생된 터치를 감지하는 터치패널을 포함하는 터치패널 일체형 표시장치를 제공한다. 여기서, 상기 터치패널은, 상기 표시패널 상부 가장자리의 각 모서리마다 적어도 하나씩 배치되고, 상기 표시패널 상부를 향하는 광을 방출하는 복수의 광원; 상기 표시패널 상부 가장자리의 각 모서리에 일정 간격으로 이격하여 배치되고, 상기 복수의 광원에서 방출되어 상기 표시패널 상부를 가로지른 광을 수집하는 복수의 센서; 상기 표시패널 상부 가장자리에 배치되고, 상기 복수의 센서에 각각 연결되는 복수의 코어와, 상기 복수의 코어를 감싸는 클래딩을 포함하는 도파로; 및 상기 복수의 코어를 통해 상기 복수의 센서와 연결되어, 상기 복수의 센서 각각의 광 수집 여부를 감지하고, 상기 터치의 좌표를 도출하는 센서제어부를 포함한다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 터치패널 일체형 표시장치는 표시패널 상부에 형성되는 터치패널을 포함함에 따라, 터치패널에 구비되는 별도의 지지기판을 제거할 수 있으므로, 장치의 전체 두께 및 두께를 감소시킬 수 있어, 휴대성을 향상시킬 수 있다.

그리고, 종래 기술에 따르면, 점착층을 이용하여 터치패널과 표시패널을 부착함에 따라, 점착층과 터치패널의 지지기판에 의해 표시패널의 광이 반사 또는 소실되어 화질이 저하되는 반면, 본 발명에 따른 터치패널 일체형 표시장치의 터치패널은 별도의 지지기판을 포함하지 않고 표시패널 상에 직접 형성됨에 따라, 표시패널의 광이 점착층과 터치패널의 지지기판을 거치지 않고 바로 외부로 방출될 수 있어, 화질이 향상될 수 있다. 이 뿐만 아니라, 터치패널의 지지기판 및 점착층을 제거함에 따라, 장치의 구조가 간단해지고 제조공정이 용이해져서, 수율이 향상될 수 있다.

더불어, 본 발명에 따르면, 광원에서 방출된 광이 표시패널 상부를 지나서 바로 센서로 수집되기 때문에, 광경로에 의한 광량 감소율이 종래보다 감소될 수 있으므로, 터치패널의 터치 센싱 민감도가 향상될 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 터치패널 부착형 액정표시장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치패널 일체형 액정표시장치를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치패널 일체형 액정표시장치의 TN방식 액정패널을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치패널 일체형 액정표시장치의 횡전계방식 액정패널을 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치패널 일체형 액정표시장치의 터치패널 일부를 나타낸 사시도이다.
도 6a는 도 5에 도시한 I-I'에 대응하여, 제1 지지기판, 제2 편광층 및 터치패널을 나타낸 YZ방향 단면도이고 도 6b는 도 5에 도시한 II-II'에 대응하여 제1 지지기판, 제2 편광층 및 도파로를 나타낸 XZ방향 단면도이다.
도 7a는 도 5에 도시한 터치패널에 있어서, 광원과 센서의 배치 형태를 나타낸 도면이고, 도 7b 내지 도 7e는 광원과 센서의 배치 형태에 관한 다른 예시들을 나타낸 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 도 5에 도시한 도파로를 나타낸 XY방향 상면도이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치패널 일체형 액정표시장치의 터치패널을 나타낸 평면도이다.
도 10a는 도 9에 도시된 평면도에 있어서 제1 지지기판의 외곽 중 상하측 모서리에 배치된 광원에 의한 광량유효영역을 나타낸 도면이다.
도 10b는 도 9에 도시된 평면도에 있어서 제1 지지기판의 외곽 중 좌우측 모서리에 배치된 광원에 의한 광량유효영역을 나타낸 도면이다.
도 11은 도 9에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치패널을 이용하여 터치된 부분을 검출하는 원리를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 12은 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치패널 일체형 액정표시장치의 터치패널을 나타낸 평면도이다.
도 13a와 도 13b는 종래의 터치패널 부착형 액정표시장치의 투과율과 본 발명의 실시예에 따른 터치패널 일체형 액정표시장치의 투과율을 비교한 예시이다.
도 14a와 도 14b는 종래의 터치패널 부착형 액정표시장치의 입사율과 본 발명의 실시예에 따른 터치패널 일체형 액정표시장치의 입사율을 비교한 예시이다.

이하에서는, 첨부한 도면을 참고하여, 본 발명의 실시예에 따른 터치패널 일체형 액정표시장치에 대해 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치패널 일체형 액정표시장치를 나타낸 단면도이다. 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치패널 일체형 액정표시장치의 TN방식 액정패널을 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치패널 일체형 액정표시장치의 횡전계방식 액정패널을 나타낸 사시도이다. 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치패널 일체형 액정표시장치의 터치패널 일부를 나타낸 사시도이다. 도 6a는 도 5에 도시한 I-I'에 대응하여, 제1 지지기판, 제2 편광층 및 터치패널을 나타낸 YZ방향 단면도이고 도 6b는 도 5에 도시한 II-II'에 대응하여 제1 지지기판, 제2 편광층 및 도파로를 나타낸 XZ방향 단면도이다. 도 7a는 도 5에 도시한 터치패널에 있어서, 광원과 센서의 배치 형태를 나타낸 도면이고, 도 7b 내지 도 7e는 광원과 센서의 배치 형태에 관한 다른 예시들을 나타낸 도면이다. 그리고, 도 8a 및 도 8b는 도 5에 도시한 센서와 제어부를 연결하는 도파로를 나타낸 XY방향 상면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 터치패널 일체형 표시장치는 복수의 화소를 포함하여 화상을 표시하는 액정패널(100), 액정패널(100)의 배면에 배치되어 액정패널(100)에 광을 조사하는 백라이트유닛(200), 액정패널(100) 상부 가장자리에 배치되어 액정패널(100) 상부에서 발생된 터치를 감지하는 터치패널(300)을 포함하여 구성된다.

도 2에 도시된 터치패널 일체형 표시장치에서, 액정패널(100)은 전계방출표시패널, 전기발광표시패널, 전기습윤표시패널 및 유기전계발광표시패널 등으로 대체될 수 있다. 그러나, 이하에서는 편의상 표시패널이 액정패널인 경우만을 예로 들어 설명한다.

도 2의 도시에서, 액정패널(100)이 투과형 또는 반투과형인 경우, 터치패널 일체형 액정표시장치는 액정패널(100)로 광을 조사하는 백라이트유닛(200)을 필수적으로 포함한다. 그러나, 액정패널(100)이 반사형인 경우, 백라이트유닛(200)은 제외될 수도 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 터치패널(300)은 후술하게 될 액정패널(100)의 제1 지지기판(121) 상에 직접 형성됨에 따라, 별도의 지지기판을 포함하지 않으나, 본 명세서에서는 편의상 패널(panel)로 지칭하기로 한다. 여기서, 제1 지지기판(121)은, 표시패널의 서로 대향 합착되는 한 쌍의 기판 중 터치 영역을 형성하면서 표시패널의 광을 방출하는 면을 포함하는 어느 하나이다.

도 2에 도시된 액정패널(100)은 서로 대향 합착되는 박막 트랜지스터 어레이 기판(110, Thin Film Transistor Array Substrate, 이하 "TFT기판"으로 지칭함)과 컬러필터 어레이 기판(120, Color Filter Array Substrate, 이하 "CF기판"으로 지칭함), TFT기판(110)과 CF기판(120) 사이에 충진되는 액정층(130), TFT기판(110)의 배면에 형성되어, 백라이트유닛(200)에서 액정층(130)으로 조사된 광을 편광하는 제1 편광층(140) 및 CF기판(120)의 상면에 형성되어, 액정층(130)에서 외부로 방출되는 광을 편광하는 제2 편광층(141)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 컬러필터 어레이 기판(120)은 투과성과 절연성을 갖는 물질로 이루어진 제1 지지기판(121)을 포함하고, 이때, 제1 지지기판(121)의 배면에는 컬러필터 어레이부(122)가 형성되고, 상면에는 터치패널(300)이 형성된다.

이러한 액정패널(100)은, 액정층(130)에 구비된 액정 셀의 방향을 조절하기 위한 전계의 형성방향에 따라, 트위스트네마틱(Twisted Nematic: TN)방식과 횡전계방식으로 구분된다.

도 3에 도시된 바와 같이, TN방식 액정패널에서, TFT기판(110a)은 제1 지지기판(121)에 대향하는 제2 지지기판(111), 제2 지지기판(111) 상에 서로 교차하도록 형성되어, 복수의 화소에 각각 대응하는 복수의 화소영역(P)을 정의하는 복수의 게이트라인(112)과 복수의 데이터라인(113), 복수의 게이트라인(112)과 복수의 데이터라인(113)이 교차하는 영역에 각각 형성되는 복수의 박막 트랜지스터(T), 및 복수의 화소영역(P)에 각각 형성되고, 복수의 박막 트랜지스터(T)와 각각 연결되는 복수의 화소전극(114)을 포함한다.

TN방식 액정패널에서, CF기판(120a)은 제1 지지기판(121), 제1 지지기판(121)의 배면에 형성되는 컬러필터 어레이부(122)를 포함한다. 컬러필터 어레이부(122)는 제1 지지기판(121) 배면의 복수의 화소영역(P) 외곽에 형성되어, 화소영역 외곽에서의 빛샘을 차단하는 블랙매트릭스층(1220), 제1 지지기판(121) 배면의 복수의 화소영역(P) 각각에 블랙매트릭스(1220)층과 서로 적어도 일부 중첩하여 형성되고, 각 화소에 대응한 소정 색의 광을 투과하는 컬러필터층(1221), 컬러필터층(1221) 상에 평평하게 형성되는 오버코트층(1222) 및 오버코트층(1222) 상에 복수의 화소에 대응하여 형성되는 공통전극(1223)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 컬러필터층(1221)은 복수의 화소영역(P)에 각각 대응하여 적색(RED), 녹색(GREEN) 및 청색(BLUE) 중 어느 하나에 해당하는 파장영역의 광을 방출하도록 형성될 수 있다.

이와 같은 TN방식의 액정패널은, 액정층(130)에 구비된 액정셀의 방향이 90도로 꼬여지도록 배향한 상태에서, 액정층(130)의 상, 하부에 각각 배치되는 공통전극(1223)과 화소전극(114)에 각각 공통전압과 화소전압을 인가하여, 전계에 따라 액정층(130)의 액정셀들의 방향을 조절함으로써, 복수의 화소영역(P) 각각의 광투과율을 조절하고, 그로 인해 각 화소의 휘도를 제어하여, 영상을 표시한다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 횡전계방식 액정패널에서, TFT기판(110b)은 제2 지지기판(111), 제1 지지기판(121)과 대향하는 제2 지지기판(110b)의 상면 위에 서로 교차하도록 형성되어, 복수의 화소에 각각 대응하는 복수의 화소영역(P)을 정의하는 복수의 게이트라인(112)과 복수의 데이터라인(113), 복수의 게이트라인(112)과 복수의 데이터라인(113)이 교차하는 영역에 각각 형성되는 복수의 박막 트랜지스터(T), 복수의 화소영역(P)에 각각 형성되고, 복수의 박막 트랜지스터(T)와 각각 연결되는 복수의 화소전극(114) 및 복수의 화소영역(P) 각각에 복수의 화소전극(114)과 교번하여 형성되는 공통전극(115)을 포함하여 이루어진다.

횡전계방식 액정패널에서, CF기판(120b)은 제1 지지기판(121) 및 제1 지지기판(121)의 배면에 형성되는 컬러필터 어레이부(122)를 포함한다. 컬러필터 어레이부(122)는 제1 지지기판(121) 배면의 복수의 화소영역(P) 외곽에 형성되어, 화소영역 외곽에서의 빛샘을 차단하는 블랙매트릭스층(1220), 제1 지지기판(121) 배면의 복수의 화소영역(P) 각각에 블랙매트릭스(1220)층과 서로 적어도 일부 중첩하여 형성되고, 각 화소에 대응한 소정 색의 광을 투과하는 컬러필터층(1221) 및 컬러필터층(1221) 상에 평평하게 형성되는 오버코트층(1222)을 포함하여 이루어진다. 즉, 횡전계방식 액정패널의 CF기판(120b)은, TN 방식과 달리 공통전극을 포함하지 않는다. 그리고, 컬러필터층(1221)은 복수의 화소영역(P)에 각각 대응하여 적색(RED), 녹색(GREEN) 및 청색(BLUE) 중 어느 하나에 해당하는 파장대의 가시광선을 방출하도록 형성될 수 있다.

이와 같은 횡전계방식의 액정패널은, 액정층(130)에 구비된 액정셀들의 방향을 배향막(미도시)에 나란하게 배향한 상태에서, 동일 평면 상에 배치되는 공통전극(115)과 화소전극(114) 각각 공통전압과 화소전압을 인가하여, 횡전계에 따라 액정층(130)의 액정셀들의 방향을 조절함으로써, 복수의 화소영역(P) 각각의 광투과율을 조절하고, 그로 인해 각 화소의 휘도를 제어하여, 영상을 표시한다.

이상과 같이, TN방식의 액정패널은 액정층(130)에 상하방향의 전계를 인가하여 각 화소영역(P)의 광투과율을 조절하는 반면, 횡전계방식의 액정패널은 액정층(130)에 횡방향(Horizontal)의 전계를 인가하여 각 화소영역(P)의 광투과율을 조절한다.

앞서 언급한 바와 같이, 제1 지지기판(121)은 투과성 및 절연성을 갖는 물질로 형성되는데, 그 예로는 유리 또는 아크릴 등을 들 수 있다. 이와 같이 제1 지지기판(121)은 투과성 및 절연성을 갖도록 형성됨에 따라, 액정패널(100)을 전기적으로 안정시킬 뿐만 아니라, 액정층(130)에서 외부로 방출되는 광을 저손실로 투과하여 화질을 향상시킬 수 있다.

터치패널(300)은 액정패널(100) 상부 가장자리에 형성된다. 즉, 도 2에 도시한 바와 같이, 액정패널(100)의 최상부에 제2 편광층(141)이 구비된 경우, 터치패널(300)은 제2 편광층(141) 상면 가장자리에 형성된다. 또는, 별도로 도시하고 있지는 않으나, 액정패널(100)이 제2 편광층(141)을 포함하지 않는 경우, 터치패널(300)은 제1 지지기판(121) 상면 가장자리에 형성된다. 즉, 터치패널(300)은 제1 지지기판(121)에 의해 지지된다.

이러한 터치패널(300)은 액정패널(100) 상부 가장자리의 각 모서리에 적어도 하나씩 배치되어, 액정패널(100) 상부를 향하는 광을 방출하는 복수의 광원(310), 액정패널(100) 상부 가장자리의 각 모서리에 일정 간격으로 이격하여 배치되고, 광원(310)에서 방출되어 액정패널(100) 상부를 거쳐(passing) 도달된 광을 수집하는 복수의 센서(320), 복수의 광원(310)과 복수의 센서(320)를 지지하고, 복수의 광원(310)과 복수의 센서(320)에 연결되어 구동전압을 공급하는 연성회로기판(Flexible Printed Circuit: FPC, 이하 "FPC"로 지칭함), 및 복수의 센서(320) 각각을 센서제어부(미도시, 도 5에서 식별번호 "350"에 해당함)에 연결하여, 센서(320)에 입력된 광을 센서제어부(미도시)로 전달하는 도파로(340, waveguide)를 포함하여 이루어진다. 이때, 센서제어부는 복수의 센서(320) 각각의 상면광 수집 여부를 감지하고, 상면광을 수집하지 않은 센서(320)들에 대응한 좌표들을 조합하여 터치 부분의 좌표를 도출한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 도파로(340)는 액정패널(도 2에서 식별번호 "100"에 해당함) 상부 가장자리를 두르도록 배치되고, FPC(330)는 도파로(340) 안측 면을 둘러서 부착된다. 센서제어부(350)는 액정패널(100) 상부 가장자리에 하나 이상 배치된다.

복수의 광원(310)은 도파로(340)와 접하지 않는 FPC(330)의 일면에 액정패널(100) 상부를 향하는 방향으로 고정된다. 이때, 각 광원(310)에서 방출되는 광은 복수의 센서(320) 전체를 통해 유효한 상면광으로 수집되는 것이 아니라, 각 광원(310)에 대응한 각 광량유효영역에서의 센서(320)들을 통해서만 유효한 상면광으로 수집된다.

즉, 액정패널(100) 상부는 복수의 광원(310)에 각각 대응하는 복수의 광량유효영역으로 분할되고, 이때, 복수의 광원(310) 각각의 위치, 높이 및 광 방출 방향 등을 이용하여, 복수의 광량유효영역이 서로 중첩되지 않도록 설정된다. 그리고, 어느 하나의 광원(310)에서 방출되어, 하나의 광원(310)에 대응한 하나의 광량유효영역에 배치된 센서(320)에 의해 수집된 광은 센서제어부(350)에서 유효하게 감지될 수 있는 광량을 갖는다. 이에 대해서는, 이하에서 보다 상세히 설명하기로 한다.

그리고, 복수의 센서(320)는, 복수의 광원(310)과 마찬가지로, FPC(330)의 일면에 액정패널(100) 상부를 향하는 방향으로 고정되고, 액정패널(100) 상부 가장자리의 각 모서리마다 서로 일정간격으로 이격된다.

한편, 도 6a 및 도 6b에 도시한 바와 같이, 도파로(340)는 복수의 센서(320)와 각각 연결되는 복수의 코어(341, core), 복수의 코어(341)을 둘러싸도록 형성되고, 복수의 코어(341)보다 낮은 굴절율을 갖는 클래딩(342, cladding), 및 복수의 코어(341)와 액정패널(100) 사이에 형성되는 버퍼층(343)을 포함한다. 이때, 버퍼층(343)의 높이를 조절함으로써, 코어(341)가 FPC(330)에 배치된 센서(320)와 이어지도록 배치될 수 있다.

그리고, 복수의 센서(320)이 배치된 FPC(330)와 도파로(340)를 부착 시에, 복수의 코어(341)와 복수의 센서(320)가 서로 일치하도록 정렬(얼라인: alignment)한 후에 실시한다.

한편, 액정패널(100) 상부 가장자리의 일측 모서리에 대응하여, FPC(330) 상에 복수의 광원(310)과 복수의 센서(320)가 배치되는 형태에 관한 예로써, 도 7a 내지 도 7e에 도시한 바를 들 수 있다.

즉, 도 5 및 도 7a에 도시한 바와 같이, 복수의 광원(310)은 FPC(330) 일면 상측에 X방향으로 나란하게 배치될 수 있다. 그리고, 복수의 센서(320)는 복수의 광원(320)보다 아래쪽인 FPC(330) 일면 하측에 X방향의 1열(여기서, "열"은 XZ 평면에서 가로열(row)을 의미함)을 이루면서 일정간격으로 이격되어 배치될 수 있다.

또는, 도 7b에 도시한 바와 같이, 복수의 광원(310)과 복수의 센서(320)의 상하 위치를 바꿔서, 복수의 광원(310)은 FPC(330) 일면 하측에 X방향으로 나란하게 배치되고, 복수의 센서(320)는 FPC(330) 일면 상측에 X방향의 2열을 이루면서 일정간격으로 이격되어 배치될 수 있다.

별도로 도시하고 있지 않으나, FPC(330) 일면 상측에 배치되는 복수의 센서(320)는, 도 7a와 같이, 2열이 아닌 X방향의 1열로 배치되는 것도 가능하다. 또한, 액정패널(100) 상부 가장자리의 서로 다른 영역에 배치되는 두 개 이상의 센서제어부(350)를 구비하고, 각 모서리에 배치되는 센서(320)들을 양측으로 분할시켜서, 서로 다른 센서제어부(350)에 연결함(이하, "분할구조"로 지칭함)으로써, 센서제어부(350)에 많은 개수의 코어(341)가 연결됨에 따른 너비 증가를 최소화할 수 있다.

이와 같이, 복수의 센서(320)를 복수개의 열로 배치하면, 센서(320)의 개수가 증가됨에 따라 터치영역의 각 단위면적에 대응한 터치 센싱 민감도가 증가될 수 있으면서도, 도파로(340)에 구비되는 각 코어(341)가 감소된 단면적을 가지면서 복층구조로 배열됨에 따라, 도파로(340)의 베젤너비(BEZEL WIDTH, 또는 "폭")을 감소시킬 수 있다. 이와 함께, 각 모서리에 배치되는 센서(320)들을 양측으로 나누어 서로 다른 센서제어부(350)에 연결시키는 분할구조를 이용하여, 도파로(340)의 베젤너비를 감소시킬 수 있다.

또는, 도 7c에 도시한 바와 같이, 복수의 광원(310)은 FPC(330) 일면 상측에 X방향으로 나란하게 배치될 수 있다. 그리고, 복수의 센서(320)는 FPC(330) 일면 하측에, 지그재그 형태를 갖는 X방향의 2열을 이루면서 일정간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 이때, 복수의 센서(320)는 동일한 Z방향의 줄(여기서, "줄"은 XZ 평면에서 세로열(column)을 의미함)을 갖는 X방향의 2열로 배치, 즉, 매트릭스 배열되는 도 7b와 달리, Z방향의 줄에서 교번하는 순서로 X방향의 2열을 이루어 배치되는 것도 가능하다. 달리 설명하면, 2열 중 상측인 X방향의 제1열에 배치되는 센서들은 Z방향의 짝수번째 줄에 배치되고, 하측인 X방향의 제2열에 배치되는 센서들은 Z방향의 홀수번째 줄에 배치될 수 있다. 이와 같이, 복수의 센서(320)를 지그재그 형태로 배치하면, 코어(341)의 단면적을 넓히거나, 센서(320)의 개수를 증가시키지 않고서도, 터치영역의 각 단위면적에 대응한 터치 센싱 민감도를 유지할 수 있다. 이에 따라, 장치의 제조 비용이 감소될 수 있고, 감소된 센서(320)로 인해, 터치 감지의 제어가 더욱 용이해질 수 있다.

또는, 도 7d 및 도 7e에 도시한 바와 같이, 복수의 센서(320)는 사각형 단면이 아닌, 원형 단면을 갖는 것으로 선택될 수도 있다. 도 7d에 도시된 바는, 복수의 센서(320)가 원형의 XZ방향 단면을 갖는다는 점과 광원(310)보다 하측에 배치된다는 점을 제외하면, 도 7b에 도시된 바와 동일하므로, 이하에서 중복되는 설명은 생략한다.

그리고, 도 7e에 도시된 바는, 복수의 센서(320)가 원형의 XZ방향 단면을 갖는다는 점을 제외하면, 도 7c에 도시된 바와 동일하므로, 이하에서 중복되는 설명은 생략한다.

한편, 복수의 센서(320)에 각각 대응하는 복수의 코어(341)가 배치되는 형태에 관한 예로써, 도 7a 및 도 7b를 들 수 있다.

즉, 도 7a에 도시된 바와 같이, 복수의 코어(341)는 서로 혼선되지 않도록, XY평면에서 서로 이격되어 나란하게 배치될 수 있다. 또는, 도 7b에 도시된 바와 같이, 도파로(340)의 베젤너비를 줄이기 위하여, 복수의 코어(341)는 XY평면에서 서로 적어도 일부 중복되고, 서로 혼선되지 않도록 Z방향으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 또는, 별도로 도시하진 않았으나, 복수의 코어(341)는 적어도 두 개의 코어(341)로 이루어진 그룹 단위로, Z방향에서 이격되면서 XY평면에서 서로 적어도 일부 중복되도록 배치되어, 도파로(340)의 베젤너비 및 높이를 적정 수준으로 조절할 수도 있다.

이어서, 도 9 내지 도 12를 참고하여, 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 터치패널에 대해 더욱 구체적으로 설명한다. 참고로, 도 9 및 도 12는 평면도인 바, 각 구성요소들이 혼동되는 것을 방지하기 위하여, 도 9 및 도 12에서 각 구성요소는 도 2 내지 도 8b와 다른 무늬로 도시되었다.

도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치패널 일체형 액정표시장치의 터치패널을 나타낸 평면도이다. 도 10a는 도 9에 도시된 평면도에 있어서 제1 지지기판의 외곽 중 상하측 모서리에 배치된 광원에 의한 광량유효영역을 나타낸 도면이고, 도 10b는 도 9에 도시된 평면도에 있어서 제1 지지기판의 외곽 중 좌우측 모서리에 배치된 광원에 의한 광량유효영역을 나타낸 도면이다. 도 11은 도 9에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치패널을 이용하여 터치된 부분을 검출하는 원리를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치패널(300)은 제2 편광층(141)의 상면 가장자리를 두르는 형태로 서로 이격하여 배치되고, 상면광을 방출하는 복수의 광원(311~318, 도 2 및 도 3 내지 도 8b에서 식별번호 "310"에 해당함), 제2 편광층(141) 제1 지지기판(121)의 상면 위를 가로지른 상면광을 감지하는 복수의 센서(320), 복수의 센서(320)에 각각 연결되는 코어(341)를 포함하는 도파로(340), 및 도파로(340)를 통해 복수의 센서(320)와 연결되어, 복수의 센서(320) 각각의 상면광 수집 여부를 감지하는 센서제어부(350)를 포함한다. 이때, 도파로(340)는 복수의 센서(320) 각각과 센서제어부(350) 사이를 연결하고, 서로 혼선되지 않도록 배치되며, 클래딩(도 6a 및 도 6b에서 식별번호"342"에 해당함)에 의해 둘러싸이는 복수의 코어(341)를 포함한다.

복수의 광원(311~318) 각각은 자외선(UltraViolet ray: UV) 또는 적외선(infrared ray)에 해당되는 파장대역의 상면광을 방출하는 복수의 발광소자로 각각 형성된다. 이때, 발광소자는 LED(Light Emitting Diode) 또는 램프(LAMP)등으로 마련될 수 있다. 이와 같이, 복수의 광원(311~318)은 시인성이 낮은 자외선(UltraViolet ray: UV) 또는 적외선(infrared ray)에 해당되는 파장대역의 상면광을 방출함으로써, 액정패널(100)의 화질에 영향을 미치지 않도록 한다.

그리고, 복수의 광원(311~318)은 액정패널(100) 상부 가장자리에, 서로 소정 간격으로 이격되어 배치되어, 서로 중첩하지 않는 복수의 광량유효영역을 형성한다.

예를 들어, 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 제1 광원 내지 제8 광원(311~318)은 A 내지 H 광량유효영역을 각각 형성한다.

도 10a에 도시된 바와 같이, 제1 광원 내지 제5 광원(311~315)은 상하방향(도 5에서 Y방향에 대응됨)의 A 내지 E 광량유효영역을 형성한다. 그리고, 도 10b에 도시된 바와 같이, 제6 광원 내지 제8 광원(316~318)은 좌우방향(도 5에서 X방향에 대응됨)의 F 내지 H 광량유효영역을 형성한다.

도 10a에 도시된 바를 더욱 구체적으로 설명하면, 제2 편광층(141) 상면 가장자리의 제1 모서리(도 10a에서 상측 모서리에 해당함) 일측(도 10a에서 좌측에 해당함)에 배치된 제1 광원(311)은 제1 모서리에 마주하는 제2 모서리(도 10a에서 하측모서리에 해당함) 일측을 향하는 상면광을 방출하여, 상하방향의 A광량유효영역을 형성한다. 이때, 복수의 센서(320) 중 제1 광원(311)에 대향하여 제2 편광층(141) 상면 가장자리의 제2 모서리 일측에 배치된 일부의 센서(320)를 통해 수집되는 A광량유효영역의 상면광은 센서제어부(350)에서 유효하게 감지될 수 있다.

특히, A광량유효영역의 상면광이 A광량유효영역에 인접한 B광량유효영역의 일부 센서(320)를 통해 수집되더라도, 유효한 범위 미만의 광량을 가짐에 따라, 센서제어부(350)에서 유효하게 감지되지 않는다.

제1 광원(311)과 마찬가지로, 제2 편광층(141) 상면 가장자리의 제1 모서리 다른 일측(도 10a에서 우측에 해당함)에 배치된 제2 광원(312)은 제2 모서리 다른 일측에 배치된 일부의 센서(320)에 의해 유효하게 수집되는 B광량유효영역의 상면광을 방출한다. 제2 편광층(141) 상면 가장자리의 제2 모서리 일측에 배치된 제3 광원(313)은 제2 편광층(141) 상면 가장자리의 제1 모서리 일측에 배치된 일부의 센서(320)에 의해 유효하게 수집되는 C광량유효영역의 상면광을 방출한다. 제2 편광층(141) 상면 가장자리의 제2 모서리 중앙에 배치된 제4 광원(314)은 제2 편광층(141) 상면 가장자리의 제1 모서리 중앙 부분에 배치된 일부의 센서(320)에 의해 유효하게 수집되는 D광량유효영역의 상면광을 방출한다. 제2 편광층(141) 상면 가장자리의 제2 모서리 다른 일측에 배치된 제5 광원(315)은 제2 편광층(141) 상면 가장자리의 제1 모서리 다른 일측에 배치된 일부의 센서(320)에 의해 유효하게 수집되는 E광량유효영역의 상면광을 방출한다.

그리고, 도 10b에 도시된 바를 더욱 구체적으로 설명하면, 제2 편광층(141) 상면 가장자리의 제3 모서리(도 10b에서 우측 모서리에 해당함) 일측(도 10b에서 상측에 해당함)에 배치된 제6 광원(316)은 제3 모서리에 대향하는 제2 편광층(141) 상면 가장자리의 제4 모서리(도 10b에서 좌측 모서리에 해당함) 일측을 향하는 상면광을 방출하여, 좌우방향의 F광량유효영역을 형성한다. 여기서, 복수의 센서(320) 중 제6 광원(316)에 대향하여 제2 편광층(141) 상면 가장자리의 제4 모서리 일측에 배치된 일부 센서(320)를 통해 수집된 F광량유효영역의 상면광은 센서제어부(350)에서 유효하게 감지된다. 만약 F광량유효영역의 상면광이 F광량유효영역에 인접한 G광량유효영역의 센서(320)를 통해 수집되더라도, 유효한 범위 미만의 광량을 가짐에 따라, 센서제어부(350)에서 유효하게 감지되지 않는다.

제6 광원(316)과 마찬가지로, 제2 편광층(141) 상면 가장자리의 제3 모서리 다른 일측(도 10b에서 하측에 해당함)에 배치된 제7 광원(317)은 제2 편광층(141) 상면 가장자리의 제4 모서리 다른 일측에 배치된 일부의 센서(320)에 의해 유효하게 수집되는 G광량유효영역의 상면광을 방출한다. 그리고, 제2 편광층(141) 상면 가장자리의 제4 모서리 중앙에 배치된 제8 광원(318)은 제2 편광층(141) 상면 가장자리의 제3 모서리에 배치된 일부의 센서(320)에 의해 유효하게 수집되는 H광량유효영역의 상면광을 방출한다.

이상과 같이, 제2 편광층(141)의 상면은 상하방향을 따라 제1 광원 내지 제5 광원(311~315)에 대응한 A 내지 E광량유효영역으로 구분되고, 좌우방향을 따라 제6 광원 내지 제8 광원(316~318)에 대응한 F 내지 H광량유효영역으로 구분된다. 그러므로, 제2 편광층(141)의 상면 중 임의의 지점을 건드리는 터치가 발생된 경우, 제2 편광층(141) 상면 가장자리의 제1 및 제2 모서리에 배치되는 센서들(320) 중에서 터치에 의해 상면광을 수집하지 못한 적어도 하나와, 제3 및 제4 모서리에 배치되는 센서들(320) 중에서 터치에 의해 상면광을 수집하지 못한 적어도 하나를 감지하고, 감지한 센서들에 대응하는 좌표를 검출함으로써 터치지점의 좌표를 도출한다.

즉, 도 11에 도시된 바와 같이, 터치지점(TP)이 발생되면, 제1 및 제2 모서리에 배치되는 센서들(320) 중 D광량유효영역의 제1 센서(321) 및 제3 및 제4 모서리에 배치되는 센서들(320) 중에서 H광량유효영역의 제2 센서(322)가 상면광을 수집하지 못하게 된다. 이때, 터치제어부(350)는 복수의 센서(320) 중 상면광을 수집되지 못한 제1 센서(321)와 제2 센서(322)를 감지하고, 이를 통해, 제1 센서(321)와 제2 센서(322)가 배치된 위치를 조합함으로써, 터치지점(TP)의 좌표를 도출할 수 있다.

다음, 도 12를 참고하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치패널에 대해 설명한다.

도 12은 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치패널 일체형 액정표시장치의 터치패널을 나타낸 평면도이다.

도 12에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치패널(300)은 복수의 센서(320)가 각 광량유효영역(A~H) 별로 광원(311~318)을 향하여 틀어져서 배치된다는 점을 제외하고는, 도 2 내지 도 11에 도시된 제1 실시예와 동일하므로, 이하에서 중복되는 설명은 생략한다.

즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치패널(300)은, 제1 실시예와 마찬가지로, 제2 편광층(141)의 상면 가장자리를 두르는 형태로 서로 이격하여 배치되고, 상면광을 방출하는 복수의 광원(311~318), 제2 편광층(141) 제1 지지기판(121)의 상면 위를 가로지른 상면광을 감지하는 복수의 센서(320), 및 도파로(340)를 통해 복수의 센서(320)와 연결되어, 복수의 센서(320) 각각의 상면광 수집 여부를 감지하는 센서제어부(350)를 포함한다. 이때, 도파로(340)는 복수의 센서(320) 각각과 센서제어부(350) 사이를 연결하고, 서로 혼선되지 않도록 배치되며, 클래딩(도 6a 및 도 6b에서 식별번호"342"에 해당함)에 의해 둘러싸이는 복수의 코어(341)를 포함한다.

그리고, 복수의 센서(320)는 각 광량유효영역에 대응하는 적어도 하나의 센서(320)들 끼리 해당 광량유효영역을 형성하는 광원을 향해 틀어져서, 각 광량유효영역에 대응한 센서(320)들이 전체적으로 오목한 형태를 띄도록 배치된다.

더욱 구체적으로 설명하면, 제1 광원(311)에서 방출된 A광량유효영역의 상면광을 유효하게 수집하는 제1 그룹(①)의 센서들은 오목렌즈 형상으로 제1 광원(311)을 향해 틀어져서 배치된다. 이에 따라, A광량유효영역과 제1 그룹(①)의 센서들은 전체적으로 부채꼴 형상을 띄게 된다.

제2 광원(312)에서 방출된 B광량유효영역의 상면광을 유효하게 수집하는 제2 그룹(②)의 센서들은 오목렌즈 형상으로 제2 광원(312)을 향해 틀어져서 배치되어, B광량유효영역과 제2 그룹(②)의 센서들은 전체적으로 부채꼴 형상을 띄게 된다.

이와 마찬가지로, 제3 광원(313)에서 방출되는 C광량유효영역의 상면광을 유효하게 수집하는 제3 그룹(③)의 센서들은 제3 광원(313)을 향하여 틀어져서, 오목렌즈 형상으로 배치되고, 제4 광원(314)에서 방출되는 D광량유효영역의 상면광을 유효하게 수집하는 제4 그룹(④)의 센서들은 제4 광원(314)을 향하여 틀어져서, 오목렌즈 형상으로 배치된다. 그리고, 제5 광원(315)에서 방출되는 E광량유효영역의 상면광을 유효하게 수집하는 제5 그룹(⑤)의 센서들은 제5 광원(315)을 향하여 틀어져서, 오목렌즈 형상으로 배치된다. 이때, C광량유효영역과 제3 그룹(③)의 센서들에 의한 전체적인 형상은, E광량유효영역과 제5 그룹(⑤)의 센서들에 의한 전체적인 형상에 선대칭하여, 두 형상은 이분된 부채꼴 형태가 된다.

제6 광원(316)에서 방출되는 F광량유효영역의 상면광을 유효하게 수집하는 제6 그룹(⑥)의 센서들은 제6 광원(316)을 향하여 틀어져서, 오목렌즈 형상으로 배치된다. 제7 광원(317)에서 방출되는 G광량유효영역의 상면광을 유효하게 수집하는 제7 그룹(⑦)의 센서들은 제7 광원(317)을 향하여 틀어져서, 오목렌즈 형상으로 배치된다. 그리고, 제8 광원(318)에서 방출되는 H광량유효영역의 상면광을 유효하게 수집하는 제8 그룹(⑧)의 센서들은 제8 광원(318)을 향하여 틀어져서, 오목렌즈 형상으로 배치된다. 이때, F광량유효영역과 제6 그룹(⑥)의 센서들에 의한 전체적인 형상은, G광량유효영역과 제7 그룹(⑦)의 센서들에 의한 전체적인 형상에 선대칭하여, 두 형상은 이분된 부채꼴 형태가 된다.

일반적으로 광은 직진성을 갖고, 발광소자는 소정의 광각 범위에서 사방(상하좌우)으로 발광하는 점에서, 각 광원(310, 311~318)에서 방출된 상면광은 제2 편광층(141) 위에서 원뿔형태로 퍼지면서 직진하여 센서(320)로 입력된다. 이에 따라, 센서(320)가 틀어져서 배치되어, 센서(320)의 광수집면이 광원(310, 311~318)을 향하게 되면, 센서(320)의 광수집면이 상면광과 접촉하는 면적이 넓어져서, 센서(320)에 수집된 상면광이 더 큰 광량을 가질 수 있으므로, 터치패널의 터치 센싱 민감도가 더욱 향상될 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 터치패널 일체형 액정표시장치는, 배면에 컬러필터 어레이(122)가 형성되고 상면에 터치패널(300)이 형성되는 제1 지지기판(121)을 포함하여, 컬러필터 어레이 기판(120)과 터치패널(300)이 제1 지지기판(121)을 공유하는 구조로 이루어진다. 즉, 터치패널(300)이 제1 지지기판(121) 상에 직접 형성됨에 따라, 터치패널(300)을 컬러필터 어레이 기판(120)에 부착하기 위한 점착층을 제거할 수 있어, 장치의 구조가 더욱 간단해진다. 이 뿐만 아니라, 점착층에 의한 내구성 저하가 방지되고, 제조공정이 용이해져서 수율이 향상될 수 있다. 또한, 터치패널(300)이 별도의 지지기판을 포함하지 않고, 제1 지지기판(121) 상에 직접 형성됨에 따라, 터치패널 일체형 액정표시장치의 전체 무게 및 두께가 종래보다 감소될 수 있다.

그리고, 광원(310)에서 발생된 광은 액정패널(100) 상부 위에서 액정패널(100) 상부를 가로지르는 경로로 센서(320)에 도달될 수 있으므로, 광경로가 종래보다 짧아짐에 따라, 광경로에 의한 광량 감소량을 줄일 수 있다. 이에 따라, 동일 광량을 방출하는 광원을 포함한다고 가정할 때, 센서(320)에 도달되는 상면광의 광량은 종래보다 커질 수 있으므로, 터치 센싱 민감도가 향상될 수 있다.

한편, 종래의 터치패널 부착형 액정표시장치는 터치패널과 컬러필터 어레이 기판에 각각 구비된 2개의 지지기판, 및 터치패널을 컬러필터 어레이 기판에 부착하는 점착층을 포함하므로, 액정패널에서 발생된 광은 굴절율이 변동하는 많은 개수의 계면을 거쳐야만 외부로 방출된다.

이에 반해, 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 터치패널 일체형 액정표시장치는 1개의 지지기판(121)을 공유하는 터치패널과 컬러필터 어레이 기판(120)을 포함하여, 액정패널에서 발생된 광은 종래보다 적은 개수의 계면을 거치면 외부로 방출될 수 있어, 투과율 또는 입사율이 향상될 수 있다.

이에 대해, 도 13a, 도 13b, 도 14a 및 도 14b를 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 13a와 도 13b는 종래의 터치패널 부착형 액정표시장치의 투과율과 본 발명의 실시예에 따른 터치패널 일체형 액정표시장치의 투과율을 비교한 예시이다. 그리고, 도 14a와 도 14b는 종래의 터치패널 부착형 액정표시장치의 입사율과 본 발명의 실시예에 따른 터치패널 일체형 액정표시장치의 입사율을 비교한 예시이다.

앞서 언급한 바와 같이, 종래의 터치패널 부착형 액정표시장치는, 터치패널과 컬러필터 어레이 기판에 각각 구비된 2개의 지지기판을 포함하므로, 2개의 지지기판을 서로 부착하기 위한 접착층(30)을 포함해야 한다.

이에 따라, 도 13a에 도시된 바와 같이, 액정패널(10)에서 발생되는 표시광(TL)은 접착층(30) 및 터치패널(20)의 지지기판을 거쳐야만 외부로 방출될 수 있다. 이때, 표시광(TL)은 굴절율이 변동하는 계면, 즉, 액정패널(10)과 접착층(30) 사이 및 터치패널(20)의 지지기판과 접착층 사이에서 반사되거나 소실됨에 따라, 표시광의 투과율 저하가 불가피하므로, 화질을 향상시키는 데에 한계가 있다.

이에 반해, 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 터치패널 일체형 액정표시장치는, 터치패널(300)과 컬러필터 어레이 기판(120)이 제1 지지기판(121)을 공유하는 구조를 갖는다.

이에 따라, 도 13b에 도시된 바와 같이, 액정패널(100)에서 발생되는 표시광(TL)은 터치패널의 지지기판을 통과할 필요 없이, 액정패널(100)에서 바로 외부로 방출될 수 있으므로, 종래보다 투과율이 향상될 수 있다. 특히, 모의실험을 통해, 종래의 터치패널 부착형 액정표시장치의 구조에서 표시광(TL)은 92%의 투과율을 나타내는 반면, 본 발명의 실시예에 따른 터치패널 일체형 액정표시장치의 표시광(TL) 투과율은 종래보다 8%가 향상된 100%인 것으로 확인하였다.

도 14a에 도시된 바와 같이, 종래의 터치패널 부착형 액정표시장치가 반사형 액정패널을 포함하는 경우에도, 투과형 액정패널의 경우와 마찬가지로, 외부에서 입사되는 외부 광(IL)은 터치패널(30) 및 접착층(40)을 거쳐야만 액정패널(10)로 입사될 수 있다. 이에 따라, 입사광(IL)은 굴절율이 변동하는 외부와 터치기판(30) 사이의 경계면, 터치패널(30)과 접착층(40)사이의 경계면, 및 접착층(40)과 액정패널(10)사이의 경계면에서 반사되거나 소실되어, 입사율의 저하가 불가피하다.

이에 반해, 도 14b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따르면, 외부 광(IL)은 액정패널(100)에 바로 입사되므로, 외부와 액정패널(100) 사이의 경계면에서만 반사되거나 소실된다. 특히, 모의실험을 통해, 본 발명의 실시예에 따른 터치패널 일체형 액정표시장치의 외부 광(IL) 반사율은, 종래의 터치패널 부착형 액정표시장치의 구조보다 7%만큼 감소되는 것을 확인하였다.

이상과 같이, 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 터치패널 일체형 액정표시장치는 터치패널과 컬러필터 어레이 기판이 1개의 지지기판을 공유하는 구조를 가지므로, 전체 무게 및 두께를 줄일 수 있고, 슬림하게 디자인 될 수 있어 휴대성이 향상될 수 있다. 또한, 간단해진 구조에 의해 제조공정이 용이해지고, 투과광 또는 입사광의 투과율 또는 입사율이 종래기술보다 향상될 수 있어, 화질이 개선될 수 있다. 또한, 수광부에 도달되는 상면광의 광량이 광경로에 의해 감소되는 것이 방지되어, 터치 센싱 효율이 향상될 수 있다.

한편, 도 2 내지 도 12에 도시된 터치패널(300)은 본 발명의 실시예를 간략하게 설명하기 위한 예시일 뿐이며, 본 발명에 따른 터치패널 일체형 액정표시장치는 그에 국한되지 않는다. 즉, 광원의 성능에 따라 8개가 아닌 다른 개수의 광원을 포함할 수 있고, 또는 좌우방향의 광원과 상하방향의 광원이 서로 다른 성능을 갖는 것으로 구비될 수도 있다. 그로 인해, 광량유효영역은 다양한 형태 및 개수로 분할될 수 있음은 당연하다. 또한, 도 10 내지 도 12에 도시된 터치패널(300)은 2개의 센서제어부(350)를 포함하는 것으로 도시되었으나, 이는 단지 일 예일 뿐이며, 전체 센서들과 연결될 수 있는 채널을 포함하는 센서제어부(350)인 경우 한 개만으로 구비될 수 있고, 또는 처리 가능한 채널의 개수에 따라 2개 이상으로 구비될 수도 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다.

100: 액정패널
110: 트랜지스터 어레이 기판
120: 컬러필터 어레이 기판
130: 액정층
140, 141: 제1 및 제2 편광층
200: 백라이트 유닛 300: 터치패널
310: 광원 320: 센서
330: FPC 340: 도파로
341: 코어 342: 클래딩
350: 센서제어부 A~G: 광량유효영역

Claims

복수의 화소를 포함하여 화상을 표시하는 표시패널; 및
상기 표시패널 상부 가장자리에 형성되어 상기 표시패널 상부에서 발생된 터치를 감지하는 터치패널을 포함하고,
상기 터치패널은,
상기 표시패널 상부 가장자리의 각 모서리마다 적어도 하나씩 배치되고, 서로 중첩하지 않는 복수의 광량유효영역을 형성하면서 상기 표시패널의 상부면을 지나는 광을 방출하는 복수의 광원;
상기 표시패널 상부 가장자리의 상기 복수의 광원에 대향하는 각 모서리에 상기 복수의 광원들 각각의 광량유효영역에 복수 개가 일정 간격으로 이격하여 상기 각 광량유효영역 별로 각 광원을 향해 광입사면이 틀어져서 배치되고, 상기 복수의 광원에서 방출되어 상기 표시패널 상부를 거쳐 도달된 광을 수집하는 복수의 센서;
상기 복수의 센서와 연결되어, 상기 복수의 센서 각각의 광 수집 여부를 감지하고, 상기 터치의 좌표를 도출하는 센서제어부; 및
상기 복수의 센서에 각각 연결되는 복수의 코어와, 상기 복수의 코어를 둘러싸도록 형성되고 상기 복수의 코어보다 낮은 굴절율을 갖는 클래딩을 포함하여 이루어지고 상기 표시패널 상부 가장자리를 두르도록 배치되어 상기 복수의 센서에 입력된 광을 상기 센서제어부로 전달하는 도파로를 포함하는 터치패널 일체형 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 광원은 자외선 또는 적외선에 해당되는 파장대역의 광을 발광하는 복수의 발광소자인 터치패널 일체형 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 광원 중 어느 하나에 대응하는 하나의 광량유효영역에서, 상기 하나의 광원에서 방출되어 상기 하나의 광량유효영역에 배치되는 적어도 하나의 센서에 의해 수집된 광은, 상기 센서제어부에서 유효하게 감지될 수 있는 광량을 갖는 터치패널 일체형 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 센서는 오목렌즈 형태로 배치되는 터치패널 일체형 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 표시패널 상부 가장자리의 각 모서리에서, 상기 복수의 센서는 적어도 하나의 열로 나란하게 배치되는 터치패널 일체형 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 표시패널 상부 가장자리의 각 모서리에서, 상기 복수의 센서는 지그재그 형태를 갖는 적어도 두 개의 열로 배치되는 터치패널 일체형 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 표시패널 상부 가장자리의 각 모서리에서, 상기 광원은 상기 센서보다 상측에 배치되는 터치패널 일체형 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 표시패널은, 대향 합착되는 트랜지스터 어레이 기판과 컬러필터 어레이 기판, 및 트랜지스터 어레이 기판과 컬러필터 어레이 기판 사이에 충진되는 액정층을 포함하는 액정패널이고,
상기 트랜지스터 어레이 기판은,
제1 지지기판에 대향하는 제2 지지기판;
상기 제2 지지기판 상에 서로 교차하도록 형성되어, 상기 복수의 화소에 각각 대응하는 복수의 화소영역을 정의하는 복수의 게이트라인과 복수의 데이터라인;
상기 복수의 게이트라인과 복수의 데이터라인이 교차하는 영역에 각각 형성되는 복수의 박막 트랜지스터; 및
상기 제2 지지기판 상의 상기 복수의 화소영역에 형성되고, 상기 복수의 박막 트랜지스터와 각각 연결되는 복수의 화소전극을 포함하고,
상기 컬러필터 어레이 기판은, 상기 터치패널이 형성된 면에 반대되는 상기 제1 지지기판 배면 상에 형성되는 컬러필터 어레이부를 포함하는 터치패널 일체형 표시장치.
제8항에 있어서,
상기 컬러필터 어레이부는,
상기 제1 지지기판 배면 상의 상기 복수의 화소영역 외곽에 형성되어, 상기 복수의 화소영역 외곽에서의 빛샘을 차단하는 블랙 매트릭스층;
상기 제1 지지기판 배면 상의 상기 복수의 화소영역에 형성되어, 상기 각 화소에 대응한 파장영역의 광을 투과하는 컬러필터층; 및
상기 컬러필터층 상에 평평하게 형성되는 오버코트층을 포함하는 터치패널 일체형 표시장치.
제8항에 있어서,
상기 액정패널은,
상기 트랜지스터 어레이 기판 하부에 형성되어 상기 액정층으로 광을 조사하는 백라이트유닛;
상기 제2 지지기판의 배면에 형성되어, 상기 백라이트유닛에서 조사된 광을 편광하는 제1 편광층; 및
상기 제1 지지기판의 상면에 형성되어, 상기 액정층을 통과한 광을 편광하는 제2 편광층을 더 포함하는 터치패널 일체형 표시장치.