KR102076844B1 - 터치 센서 내장형 액정 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 휘도저하 및 잔상 불량을 방지할 수 있는 터치 센서 내장형 액정 표시장치에 관한 것으로, 제 1 기판; 상기 제 1 기판과 대향 배치되는 제 2 기판; 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판 사이에 배치되는 액정층; 상기 액정층과 대향하는 상기 제 2 기판의 일면 상에 형성되는 터치 센서층; 상기 터치 센서층 상에 형성되는 컬러필터층; 및 상기 컬러필터층 상에 형성되는 박막 트랜지스터층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

터치 센서 내장형 액정 표시장치{TOUCH SENSOR INTEGRATED TYPE LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 터치 센서 내장형 표시장치에 관한 것으로, 특히 휘도저하 및 잔상 불량을 방지할 수 있는 터치 센서 내장형 액정 표시장치에 관한 것이다.
최근, 키보드, 마우스, 트랙볼, 조이스틱, 디지타이저(digitizer) 등의 다양한 입력장치(Input Device)들이 사용자와 가전기기 또는 각종 정보통신기기 사이의 인터페이스를 구성하기 위해 사용되고 있다. 그러나, 상술한 바와 같은 입력장치를 사용하는 것은 사용법을 익혀야 하고 공간을 차지하는 등의 불편을 야기하여 제품의 완성도를 높이기 어려운 면이 있었다. 따라서, 편리하면서도 간단하고 오작동을 감소시킬 수 있는 입력장치에 대한 요구가 날로 증가되고 있다. 이와 같은 요구에 따라 사용자가 표시장치를 보면서 손이나 펜 등으로 화면을 직접 터치하거나 근접시켜 정보를 입력하면 이를 인식할 수 있는 터치 센서(touch sensor)가 제안되었다.
터치 센서는 간단하고, 오작동이 적으며, 별도의 입력기기를 사용하지 않고도 입력이 가능할 뿐 아니라 사용자가 화면에 표시되는 내용을 통해 신속하고 용이하게 조작할 수 있다는 편리성 때문에 다양한 표시장치에 적용되고 있다.
상술한 표시장치에 사용되는 터치 센서는 그 구조에 따라 상판 부착형(add-on type), 상판 일체형(on-cell type) 및 내장형(integrated type or in-cell type)으로 나눌 수 있다. 상판 부착형은 표시장치와 터치 센서 모듈을 개별적으로 제조한 후에, 표시장치의 상판에 터치 센서 모듈을 부착하는 방식이다. 상판 일체형은 표시장치의 상부 유리 기판 표면에 터치 센서 소자들을 직접 형성하는 방식이다. 내장형은 표시장치 내부에 터치 센서 소자들을 내장하여 표시장치의 박형화를 달성하고 내구성을 높일 수 있는 방식이다.
이와 같은 터치 센서 중 상판 부착형은 그 제조 및 표시장치에의 적용이 간편하고 용이하기 때문에 널리 사용되고 있다.
이하, 도 1을 참조하여 종래의 상판 부착형 터치 센서 모듈을 구비하는 표시장치에 대해 설명하기로 한다. 도 1은 종래의 상판 부착형 터치 센서 모듈을 구비한 표시장치를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 상판 부착형 터치 센서 모듈을 구비한 표시장치는 표시패널(DP)과, 접착제(AD)에 의해 상기 표시패널(DP)에 부착되는 터치 센서 모듈(TS)을 포함한다.
터치 센서 모듈(TS)은 커버 글라스(cover glass)(CG)와, 커버 글라스(CG)의 일면에 서로 나란하게 형성되는 복수의 터치 구동전극들(Tx)과, 절연층(도시 생략)에 의해 상기 터치 구동전극들(Tx)과 절연되도록 상기 복수의 터치 구동전극들(Tx)과 교차하는 방향으로 서로 나란하게 형성되는 터치 센싱전극들(Rx)을 포함한다.
표시패널(DP)은 박막 트랜지스터 어레이(TFTA)와, 컬러필터 어레이(CFA)와, 박막 트랜지스터 어레이와 컬러필터 어레이 사이에 배치되는 액정층(LC)을 포함한다.
박막 트랜지스터 어레이(TFTA)는 제 1 기판(SUB1)과, 제 1 기판(SUB1)의 일면 상에 형성되는 제 1 편광막(POL1)과, 제 1 기판(SUB1)의 타면 상에 박막 트랜지스터들(도시 생략)이 형성된 박막 트랜지스터층(TFTL)과, 박막 트랜지스터들을 커버하는 절연층에 형성된 콘택홀(도시생략)을 통해 박막 트랜지스터들에 각각 접속되는 화소전극들(Px)과, 상기 화소전극들(Px)과 제 1 패시베이션막(PAS1)을 사이에 두고 대향하는 공통전극(COM)과, 공통전극(COM)을 커버하는 제 2 패시베이션막(PAS2)을 포함한다.
컬러필터 어레이(CFA)는 박막 트랜지스터 어레이(TFTA)의 제 1 기판(SUB1)과 대향하는 제 2 기판(SUB2)과, 제 1 기판(SUB1)과 대향하는 제 2 기판(SUB2)의 일면 상에 격자상으로 형성되는 블랙 매트릭스(BM)와, 블랙 매트릭스(BM)의 격자 사이에 형성되는 컬러필터들(CF)과, 블랙 매트릭스(BM)와 컬러필터들(CF)을 커버하여 평탄화하는 평탄화막(PL)과, 제 2 기판(SUB2)의 타면에 형성되는 제 2 편광막(POL2)을 포함한다.
그러나, 상술한 구조의 상판 부착형 터치 센서 모듈을 구비하는 표시장치에서, 터치 센서 모듈의 기판으로서 사용되는 커버 글래스(CG)는 일반적으로 유리로 형성되어 깨지기 쉬운 편이기 때문에, 센서 소자들을 형성하기 위한 공정 조건에서 견딜 수 있도록 커버 글래스는 어느 정도 두께를 유지해야 했다. 이로 인해 종래에는 전체 표시장치의 두께가 두꺼워지며 무게도 증가하는 문제점이 있었다.
이러한 상판 부착형 터치 센서 모듈을 구비하는 표시장치의 상기 문제점을 해결하기 위해 최근에는 터치 구동전극과 터치 센싱전극을 포함하는 터치 센서를 컬러필터 어레이 내에 형성하는 터치 센서 내장형 표시장치에 대한 연구가 진행되고 있다.
이하, 도 2를 참조하여 종래의 터치 센서 내장형 표시장치에 대해 설명하기로 한다. 도 2는 종래의 터치 센서 내장형 표시장치를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 종래의 터치 센서 내장형 표시장치는 박막 트랜지스터 어레이(TFTA)와, 컬러필터 어레이(CFA)와, 박막 트랜지스터 어레이(TFTA)와 컬러필터 어레이(CFA) 사이에 배치되는 액정층(LC)을 포함한다.
박막 트랜지스터 어레이(TFTA)는 제 1 기판(SUB1)과, 제 1 기판(SUB1)의 일면 상에 형성되는 제 1 편광막(POL1)과, 제 1 기판(SUB1)의 타면 상에 박막 트랜지스터들(도시 생략)이 형성된 박막 트랜지스터층(TFTL)과, 박막 트랜지스터들을 커버하는 절연층에 형성된 콘택홀(도시생략)을 통해 박막 트랜지스터들에 각각 접속되는 화소전극들(Px)과, 상기 화소전극들(Px)과 제 1 패시베이션막(PAS1)을 사이에 두고 대향하는 공통전극(COM)과, 공통전극(COM)을 커버하는 제 2 패시베이션막(PAS2)을 포함한다.
컬러필터 어레이(CFA)는 박막 트랜지스터 어레이(TFTA)의 제 1 기판(SUB1)과 대향하는 제 2 기판(SUB2)과, 제 1 기판(SUB1)과 대향하는 제 2 기판(SUB2)의 일면 상에 서로 나란하게 형성되는 복수의 터치 구동전극들(Tx)과, 절연층(도시 생략)에 의해 상기 터치 구동전극들(Tx)과 절연되도록 상기 복수의 터치 구동전극들(Tx)과 교차하는 방향으로 서로 나란하게 형성되는 터치 센싱전극들(Rx)을 포함한다. 컬러필터 어레이(CFA)는 또한 상기 터치 구동전극들(Tx과 터치 센싱전극들(Rx)을 커버하는 절연층(INS)과, 절연층(INS) 상에 격자상으로 형성되는 블랙 매트릭스(BM)와, 블랙 매트릭스(BM)의 격자 사이에 형성되는 컬러필터들(CF)과, 블랙 매트릭스(BM)와 컬러필터들(CF)을 커버하여 평탄화하는 평탄화막(PL)과, 제 2 기판(SUB2)의 타면에 형성되는 제 2 편광막(POL2)을 더 포함한다.
상술한 구조를 갖는 종래의 터치 센서 내장형 표시장치에 의하면, 윈도우 글래스를 이용하지 않기 때문에 전체 표시장치의 두께와 무게를 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 그러나, 컬러필터 어레이(CFA) 내에 터치 구동전극들(Tx) 및 터치 센싱전극들(Rx)이 형성되기 때문에 터치 구동전극들(Tx) 및 터치 센싱극들(Rx)과 박막 트랜지스터 어레이(TFTA)의 공통전극(COM) 사이의 거리가 가까워지게 된다. 이로 인해 컬러필터 어레이(CFA)와 박막 트랜지스터 어레이(TFTA) 사이에 도 2에 도시된 바와 같이 수직 전계가 형성된다.
따라서, 종래의 터치 센서 내장형 표시장치는 액정층(LC)에 형성되는 수직 전계에 의해 수평으로 배열되어야 할 액정들이 수직으로 배열되어, 액정의 거동변화에 의한 휘도 저하 및 잔상 불량 등이 발생되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 액정층에 터치 구동전극이나 터치 센싱전극으로 인해 액정층에 수직 전계가 발생하지 않도록 표시장치의 구조를 변경함으로써 휘도 저하 및 잔상 불량 등의 문제점을 해소할 수 있는 터치 센서 내장형 표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적 달성을 위해 본 발명에 따르는 터치센서 일체형 표시장치는, 제제 1 기판; 상기 제 1 기판과 대향 배치되는 제 2 기판; 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판 사이에 배치되는 액정층; 상기 액정층과 대향하는 상기 제 2 기판의 일면 상에 형성되는 터치 센서층; 상기 터치 센서층 상에 형성되는 컬러필터층; 및 상기 컬러필터층 상에 형성되는 박막 트랜지스터층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에서, 터치 센서층은, 상기 제 2 기판의 일면 상에 제 1 방향으로 나란하게 배치되는 복수의 제 1 터치 전극들; 및 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 서로 나란하게 배열되며, 상기 제 1 터치 전극들과 절연되는 복수의 제 2 터치 전극들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 컬러필터층은, 상기 터치센서층을 커버하는 제 1 절연층 상에 격자상으로 형성되는 블랙 매트릭스; 및 상기 블랙 매트릭스의 격자 사이에 형성되는 컬러필터들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 복수의 제 1 및 제 2 터치전극들은 상기 블랙매트릭스의 격자와 중첩되도록 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르는 터치센서 일체형 표시장치는상기 컬러필터층 상에 형성되는 공통전극; 및 상기 공통전극과 수평전계를 형성하도록 상기 박막 트랜지스터층 상에 형성되는 화소전극들을 더 포함할 수 있다.
또한, 박막 트랜지스터층은, 상기 공통전극을 커버하는 제 2 절연층 상에 서로 교차하도록 형성되는 복수의 게이트 라인들 및 데이터 라인들; 및 상기 게이트 라인들과 상기 데이터 라인들의 교차부에 형성되는 박막 트랜지스터들을 포함하며, 상기 박막 트랜지스터들은 상기 박막 트랜지스터들을 커버하는 제 3 절연층에 형성된 콘택홀들을 통해 상기 화소전극들과 접속되도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따르는 터치 센서 내장형 표시장치에 의하면, 터치 센서를 구성하는 터치 구동전극이나 터치 센싱전극으로 인해 액정층에 수직 전계가 발생하지 않게 되므로, 종래의 터치 센서 내장형 액정표시장치에 비해 휘도 저하 및 잔상 불량 등의 문제점을 해소할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 상판 부착형 터치 센서 모듈을 구비한 표시장치를 도시한 단면도,
도 2는 종래의 터치 센서 내장형 표시장치를 도시한 단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 내장형 표시장치를 개략적으로 도시한 분해 사시도,
도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 내장형 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서는 터치 센서 내장형 표시장치의 일례로서 터치센서 내장형 액정 표시장치를 들어 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따르는 터치 센서 내장형 액정표시장치에 대해 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 내장형 표시장치를 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 내장형 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터치센서 내장형 액정 표시장치는 액정층(LC)을 사이에 두고 서로 대향하는 제 1 기판(SUB1)과 박막 트랜지스터 및 컬러필터 어레이(TCFA)를 포함한다. 박막 트랜지스터 및 컬러필터 어레이(TCFA)와 대향하는 반대측의 제 1 기판(SUB1) 상에는 제 1 편광막(POL1) 형성된다.
박막 트랜지스터 및 컬러필터 어레이(TCFA)는 제 1 기판(SUB1)과 대향하는 제 2 기판(SUB2)과, 제 1 기판(SUB1)과 대향하는 제 2 기판(SUB2)의 일면 상에 형성되는 터치 센서층(TS)과, 터치 센서층 상에 형성되는 컬러필터층(CFL)과, 컬러필터층(CFL) 상에 형성되는 박막 트랜지스터층(TFTL)을 포함한다. 컬러필터층(CFL)과 박막 트랜지스터층(TFTL) 사이에는 공통전극(COM)과 함께 상기 공통전극(COM)을 커버하도록 형성되는 제 2 절연층(INS2)이 형성되고, 박막 트랜지스터층(TFTL) 상에는 제 3 절연층(INS3)에 형성된 콘택홀(도시생략)을 통해 박막 트랜지스터들(TFT)과 접속되는 화소전극들(Px)이 형성된다. 또한, 화소전극들(Px) 상에는 화소전극들(Px)을 커버하도록 평탄화층(PL)이 형성된다. 공통전극(COM)과 화소전극들(Px)은 액정층(LC)에 수평전계를 형성하도록 형성된다.
제 2 기판(SUB1)의 일면과 반대측의 타면 상에는 제 2 편광막(POL2)이 형성된다. 제 2 편광막(POL2) 상에는 제 2 편광막(POL2)의 보호를 위해 보호층(PRT)이 형성될 수 있다.
터치 센서층(TS)은 제 2 기판(SUB2) 상에 서로 나란하게 형성되는 복수의 터치 구동전극들(Tx)과, 절연층 또는 절연패턴(도시 생략)에 의해 상기 터치 구동전극들(Tx)과 절연되도록 상기 복수의 터치 구동전극들(Tx)과 교차하는 방향으로 서로 나란하게 형성되는 터치 센싱전극들(Rx)을 포함한다. 터치 구동전극들(Tx)과 터치 센싱전극들(Rx)은 후술하는 컬러필터층(CFL)의 블랙 매트릭스(BM)와 중첩되도록 형성될 수 있다. 이와 같이 터치 구동전극들(Tx)과 터치 센싱전극들(Rx)을 형성할 경우, 액정 표시장치의 개구율을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
컬러필터층(CFL)은 상기 터치 구동전극들(Tx과 터치 센싱전극들(Rx)을 커버하는 제 1 절연층(INS1)과, 제 1 절연층(INS1) 상에 격자상으로 형성되는 블랙 매트릭스(BM)와, 블랙 매트릭스(BM)의 격자 사이에 형성되는 컬러필터들(CF)과, 블랙 매트릭스(BM)와 컬러필터들(CF)을 커버하여 평탄화하는 평탄화막(PL)을 포함한다.
박막 트랜지스터층(TFTL)은 공통전극(COM)을 커버하는 제 2 절연막(INS2) 상에 서로 교차하도록 형성되는 복수의 게이트 라인들(G) 및 데이터 라인들(D)과, 상기 게이트 라인들(G)과 데이터 라인들(D)의 교차부에 형성되는 박막 트랜지스터들(TFT)을 포함한다.
박막 트랜지스터층(TFTL)은 다양한 방식으로 형성될 수 있으며, 본 발명에서는 설명의 단순화를 위해 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 그러나, 공지의 박막 트랜지스터의 구성이 본 발명에 적용되는 한, 본 발명은 이러한 공지의 박막 트랜지스터층의 구성을 포함하는 것으로 이해하여야 한다.
상술한 본 발명의 실시예에 따르는 터치 센서 내장형 액정표시장치에 의하면, 터치 센서층(TS)과 박막 트랜지스터층(TFTL) 사이에 컬러필터층(CFL) 및 제 1 절연층(INS)이 형성되기 때문에, 박막 트랜지스터의 전극과 터치 센서를 구성하는 터치 구동전극들(Tx) 및 터치 센싱전극들(Rx) 사이의 거리가 충분히 유지되어 상호 간의 간섭이 최소화 될 수 있다. 또한, 표시장치를 구성하는 공통전극(COM) 및 화소전극들(Px)이 액정층(LC)을 중심으로 한쪽에 모두 형성되므로, 액정층(LC)에는 도 4에 점선으로 도시된 바와 같이 수직전계가 인가되지는 않는다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따르는 터치 센서 내장형 표시장치에 의하면, 터치 구동전극이나 터치 센싱전극으로 인해 액정층에 수직 전계가 발생하지 않게 되므로, 종래의 터치 센서 내장형 액정표시장치에 비해 휘도 저하 및 잔상 불량 등의 문제점을 해소할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
예컨대, 본 발명의 실시예의 설명에서는 제 1 기판 상에 터치 구동전극과 터치 센싱전극들이 서로 교차하는 구조로 형성한다고 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 터치 구동전극들(또는 터치 센싱전극들)을 제 1 기판 상에 형성하고, 절연층을 그 상부에 증착시킨 후, 절연층 상에 터치 구동전극들(또는 터치 센싱전극들)과 교차하는 터치 센싱전극들(또는 터치 구동전극들)을 형성하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예의 설명에서는 박막 트랜지스터층에 형성되는 박막 트랜지스터의 구성을 자세히 설명하지는 않았지만, 이는 박막 트랜지스터는 다양한 구조를 갖는 것으로 이미 널리 알려져 있기 때문이며, 본 발명이 적용되는 것을 배제하는 의미는 아니도. 오히려 공지의 구조를 포함하는 박막 트랜지스터의 구성은 본 발명의 필수 구성요소가 적용되는 한 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 발명의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
CFL : 컬러필터층 LC : 액정층
TFTL : 박막 트랜지스터층 TS : 터치 센서층
Rx : 터치 센싱전극 Tx : 터치 구동전극
COM : 공통전극 Px : 화소전극
POL1, POL2 : 편광막

Claims (6)

  1. 제 1 기판;
    상기 제 1 기판과 대향 배치되는 제 2 기판;
    상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판 사이에 배치되는 액정층;
    상기 액정층과 대향하는 상기 제 2 기판의 일면 상에 형성되는 터치 센서층;
    상기 터치 센서층 상에 형성되는 컬러필터층;
    상기 컬러필터층 상에 형성되는 공통전극;
    상기 컬러필터층 상에 형성되는 박막 트랜지스터층; 및
    상기 공통전극과 수평전계를 형성하도록 상기 박막 트랜지스터층 상에 형성되는 화소전극들을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센서 내장형 액정 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치 센서층은,
    상기 제 2 기판의 일면 상에 제 1 방향으로 나란하게 배치되는 복수의 제 1 터치 전극들; 및
    상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 서로 나란하게 배열되며, 상기 제 1 터치 전극들과 절연되는 복수의 제 2 터치 전극들을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센서 내장형 액정 표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 컬러필터층은,
    상기 터치센서층을 커버하는 제 1 절연층 상에 격자상으로 형성되는 블랙 매트릭스; 및
    상기 블랙 매트릭스의 격자 사이에 형성되는 컬러필터들을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센서 내장형 액정 표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 제 1 및 제 2 터치전극들은 상기 블랙매트릭스의 격자와 중첩되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 터치 센서 내장형 액정 표시장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터층은,
    상기 공통전극을 커버하는 제 2 절연층 상에 서로 교차하도록 형성되는 복수의 게이트 라인들 및 데이터 라인들; 및
    상기 게이트 라인들과 상기 데이터 라인들의 교차부에 형성되는 박막 트랜지스터들을 포함하며,
    상기 박막 트랜지스터들은 상기 박막 트랜지스터들을 커버하는 제 3 절연층에 형성된 콘택홀들을 통해 상기 화소전극들과 접속되는 것을 특징으로 하는 터치 센서 내장형 액정 표시장치.
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