KR102159560B1 - 터치센서 내장형 액정 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 베젤영역의 증가와 화질저하를 방지할 수 있는 터치센서 내장형 표시장치에 관한 것으로, 복수의 게이트 라인들 및 데이터라인들, 복수의 화소전극, 복수의 공통전극 겸용 터치전극들, 복수의 터치 라우팅 배선들, 보상 라우팅 배선들, 및 소스 구동 및 터치 IC을 포함한다. 소스 구동 및 터치 IC는 터치 라우팅 배선을 통해 복수의 공통전극 겸용 터치전극들을 구동 및 센싱하고, 보상 라우팅 배선들을 통해 적어도 일부의 공통전극 겸용 터치전극들의 각각의 공통전압을 센싱하며, 적어도 일부의 공통전극 겸용 터치전극들의 리플전압을 제거하는 보상전압을 상기 적어도 일부의 공통전극 겸용 터치전극들에 각각 공급한다.

Description

터치센서 내장형 액정 표시장치{TOUCH SENSOR INTEGRATED TYPE LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 터치센서 내장형 액정 표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 베젤영역의 증가와 화질저하를 방지할 수 있는 터치센서 내장형 표시장치에 관한 것이다.
최근, 멀티미디어의 발달과 함께 이를 적절하게 표시할 수 있는 표시장치의 필요성에 부합하여, 대형화가 가능하고, 가격이 저렴하면서, 높은 표시품질(동영상 표현력, 해상도, 밝기, 명암비, 및 색 재현력 등)을 갖는 평면형 표시장치(이하, 간단히 "표시장치"라 함)의 개발이 진행되고 있다. 이들 평면형 표시장치에는 키보드, 마우스, 트랙볼, 조이스틱, 디지타이저(digitizer) 등의 다양한 입력장치(Input Device)들이 사용자와 표시장치 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 표시장치용 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 터치센서(touch sensor)가 제안되었다.
터치센서는 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 터치센서는 그 구조에 따라 상판 부착형(add-on type), 상판 일체형(on-cell type) 및 내장형(integrated type 또는 in-cell type)으로 나눌 수 있다. 상판 부착형은 표시장치와 터치센서 모듈을 개별적으로 제조한 후에, 표시장치의 상판에 터치센서 모듈을 부착하는 방식이다. 상판 일체형은 표시장치의 상부 유리 기판 표면에 터치센서 소자들을 직접 형성하는 방식이다. 내장형은 표시장치 내부에 터치센서 소자들을 내장하여 표시장치의 박형화를 달성하고 내구성을 높일 수 있는 방식이다.
이들 중 내장형 터치센서는 표시장치의 공통전극을 터치전극으로 공용할 수 있어 두께를 얇게 할 수 있고, 표시장치의 내부에 터치 소자가 형성되어 내구성을 높일 수 있기 때문에 비교적 널리 이용되고 있다.
내장형 터치센서는 내구성과 박형화가 가능하다는 점에서 상판 부착형 터치센서와 상판 일체형 터치센서의 단점을 해결할 수 있기 때문에 관심이 집중되고 있다. 이러한 내장형 터치센서는 터치된 부분을 감지하는 방식에 따라 광 방식과 정전용량 방식으로 구분되며, 정전용량 방식은 다시 자기 정전용량 방식(self capacitance type)과 상호 정전용량 방식(mutual capacitance type)으로 세분화된다.
자기 정전용량 방식 터치센서는 터치 감지 패널의 터치 영역에 복수의 독립 패턴을 형성하고 각각의 독립 패턴의 정전용량의 변화를 측정하여 터치 여부를 판단하는 방식이다. 상호 정전용량 방식 터치센서는 터치 감지 패널의 터치전극 형성영역에 X축 전극라인들(예를 들면, 구동 전극라인들)과 Y축 전극라인들(예를 들면, 센싱 전극라인들)을 서로 교차시켜 매트릭스를 형성하고, X축 전극라인들에 구동펄스를 인가한 다음, Y축 전극라인들을 통해 X축 전극라인들과 Y축 전극라인들의 교차점으로 정의되는 센싱 노드들에 나타나는 전압의 변화를 감지하여 터치 여부를 판단하는 방식이다.
상호 정전용량 방식 터치센서는 터치 인식시 발생하는 상호 정전용량의 크기는 매우 작은 반면, 표시장치를 구성하는 게이트 라인과 데이터 라인 사이의 기생용량(parasitic capacitance)은 매우 크기 때문에 기생용량에 의해 터치위치를 정확하게 인식하기 곤란한 문제점이 있다.
또한, 상호 정전용량 방식 터치센서는 멀티 터치 인식을 위해 공통전극 상에 터치 구동을 위한 다수의 터치 구동라인과 터치 센싱을 위한 다수의 터치 센싱라인을 형성시켜야 하기 때문에 매우 복잡한 배선구조를 필요로 하게 되는 문제점이 있다.
자기 정전용량 방식 터치센서는 상호 정전용량 방식 터치센서에 비해 간단한 배선구조로 터치 정밀도를 높일 수 있으므로 필요에 따라 널리 사용되고 있다.
자기 정전용량 방식 터치센서는 상호 정전용량 방식 터치센서에 비해 간단한 배선구조로 터치 정밀도를 높일 수 있으므로 필요에 따라 널리 사용되고 있다.
이하, 도 1 내지 4를 참조하여 종래의 자기 정전용량 방식 터치센서 내장형 액정 표시장치(이하, "터치센서 내장형 표시장치"라 함)에 대해 설명하기로 한다. 도 1은 종래의 터치센서 내장형 표시장치의 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 일부 영역 R1을 도시한 평면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 I-I'라인을 따라 취한 단면도이고, 도 4는 종래의 터치센서 내장형 표시장치에 있어서, 터치전극(공통전극)과 게이트 라인 및 데이터 라인 사이에 형성되는 기생 캐패시턴스에 의해 공통전압에 리플이 발생되는 것을 보여주는 파형도이다.
도 1을 참조하면, 터치센서 내장형 표시장치는 터치전극들이 형성되며, 데이터가 표시되는 액티브 영역(AA), 액티브 영역(AA) 외측에 배치되며 각종 배선들 및 소스 구동 및 터치 센싱 IC(10)가 형성되는 베젤영역(BA)을 포함한다.
액티브 영역(AA)은 서로 교차하는 제 1 방향(예를 들면, x축 방향) 및 제 2 방향(예를 들면, y축 방향)으로 분할된 복수의 터치전극들(Tx11~Tx15, Tx21~Tx25, Tx31~Tx35, Tx41~Tx45, Tx51~Tx55, Tx61~Tx65, Tx71~Tx75, Tx81~Tx85)과, 복수의 터치전극들(Tx11~Tx15, Tx21~Tx25, Tx31~Tx35, Tx41~Tx45, Tx51~Tx55, Tx61~Tx65, Tx71~Tx75, Tx81~Tx85) 각각에 연결되어 제 2 방향으로 서로 나란하게 배열되는 복수의 터치 라우팅 배선들(TW11~TW81, TW12~TW82, TW13~TW83, TW14~TW84, TW15~TW85)을 포함한다.
액티브 영역(AA) 내의 복수의 터치전극들(Tx11~Tx15, Tx21~Tx25, Tx31~Tx35, Tx41~Tx45, Tx51~Tx55, Tx61~Tx65, Tx71~Tx75, Tx81~Tx85)은 표시장치의 공통전극을 분할하여 형성된 것으로, 데이터를 표시하는 디스플레이 모드의 구동시에는 공통전극으로서 동작하고, 터치 위치를 인식하는 터치 구동시에는 터치전극으로서 동작한다.
베젤영역(BA)은 액티브 영역(AA)의 외측에 배치되며, 소스 구동 및 터치 센싱 IC(10), 및 각종 배선들을 포함한다. 표시장치용 구동 IC 및 터치 구동 IC(10)는 디스플레이 구동시에는 표시장치의 게이트 라인들(도시생략)을 구동시키고 데이터 라인들에 표시 데이터를 공급하며, 터치전극들(공통전극)에 공통전압을 공급한다. 소스 구동 및 터치 센싱 IC(10)는 또한 터치 구동시에는 터치전극들에 터치 구동전압을 공급하고, 터치 전후의 터치전극의 정전용량의 변화를 스캐닝하여 터치가 수행된 터치전극의 위치를 결정한다. 각종 배선들은 터치전극들(Tx11~Tx15, Tx21~Tx25, Tx31~Tx35, Tx41~Tx45, Tx51~Tx55, Tx61~Tx65, Tx71~Tx75, Tx81~Tx85)에 접속되는 터치 라우팅 배선들(TW11~TW81, TW12~TW82, TW13~TW83, TW14~TW84, TW15~TW85), 소스 구동 및 터치 센싱 IC(10)에 접속되는 게이트 배선들(도시생략), 데이터 배선들(도시생략) 및 터치 라우팅 배선들(TW11~TW81, TW12~TW82, TW13~TW83, TW14~TW84, TW15~TW85)을 포함한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 종래의 터치센서 내장형 표시장치는 기판(SUB) 상에 형성되는 박막 트랜지스터(TFT)와, 박막 트랜지스터의 드레인 전극(DE)에 접속되는 화소전극(P12)과 화소전극과 중첩되도록 형성되어 수평전계를 형성하는 터치전극(Tx11)을 포함한다.
박막 트랜지스터(TFT)는 기판(SUB) 상에 형성되는 게이트 라인(GL)으로부터 연장되는 게이트 전극(GE)과, 게이트 라인(GL) 및 게이트 전극(GE)을 커버하는 게이트 절연막(GI) 상에서 게이트 전극(GE)과 일부분이 중첩되도록 형성되는 반도체 액티브층(A)과, 반도체 액티브층 상에 형성되며, 일정 간격을 두고 이격된 소스전극(SE) 및 드레인 전극(DE)을 포함한다. 데이터 라인(DL)은 드레인 전극(DE)과 동일층에 형성된다.
화소전극(P12)은 게이트 절연막(GI)과 드레인 전극(DE) 상에 형성되며, 드레인 전극(DE)에 직접 접속된다.
데이터 라인(DL)과, 박막 트랜지스터(TFT)의 소스전극(SE) 및 드레인 전극(DE)과, 화소전극(P12)은 제 1 패시베이션막(PAS1)으로 커버된다. 제 1 패시베이션막(PAS1) 상에는 데이터 라인(DL)과 중첩되도록 터치 라우팅 배선(TW11)이 형성된다. 제 1 패시베이션막(PAS1) 상에 형성된 터치 라우팅 배선(TW11)은 제 2 패시베이션막(PAS2)으로 커버된다.
제 2 패시베이션막(PAS2) 상에는 터치전극들(Tx11)이 형성된다. 터치전극(Tx11)은 게이트 절연막(INS) 상에 형성되는 화소전극(P12)과 수평전계를 형성하도록 복수의 슬릿(SL)을 구비한다.
상술한 구조의 터치센서 내장형 표시장치에서 손가락 또는 스타일러스 펜과 같은 도전성 금속이 표시장치의 액티브 영역(AA)에 터치될 경우, 터치센서 내장형 표시장치는 그 접촉위치에 근접한 터치전극의 접촉 전후의 정전용량의 변화를 인식하여 터치 위치를 감지할 수 있다. 즉, 액티브 영역(AA)에 형성된 터치전극들(Tx11~Tx15, Tx21~Tx25, Tx31~Tx35, Tx41~Tx45, Tx51~Tx55, Tx61~Tx65, Tx71~Tx75, Tx81~Tx85)에 구동 펄스를 인가한 다음, 터치전극들(Tx11~Tx15, Tx21~Tx25, Tx31~Tx35, Tx41~Tx45, Tx51~Tx55, Tx61~Tx65, Tx71~Tx75, Tx81~Tx85)을 센싱하여 터치전극들 각각의 터치 전후의 자기 정전용량의 변화를 감지하면 터치 위치를 감지할 수 있다.
그런데, 상술한 종래의 터치센서 내장형 표시장치는 그 크기 및 해상도가 증가함에 따라 소스 구동 및 터치 센싱 IC(10)로부터 먼 위치에 있는 터치전극(공통전극)에는 부하(load)가 증가한다. 이에 따라 터치전극(공통전극)에 공급되는 공통전압에 도 4에 도시된 바와 같이 리플(ripple)이 발생하여 표시장치에 표시되는 화상에 이상을 일으킨다. 이러한 리플을 방지하기 위해 공통전압 보상회로를 설계할 수 있으나, 그 경우 베젤영역이 증가하거나, 공통전극의 보상설계에 따르는 기생정전용량이 추가로 발생될 수 있는 문제점 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해소시키기 위한 것으로, 공통전극의 보상설계에 따르는 베젤영역의 증가없이 공통전압에 리플이 발생되는 것을 방지하여 화질의 저하를 방지할 수 있는 터치센서 내장형 표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적달성을 위한 터치센서 내장형 표시장치는 복수의 게이트 라인들 및 데이터라인들, 복수의 화소전극, 복수의 공통전극 겸용 터치전극들, 복수의 터치 라우팅 배선들, 보상 라우팅 배선, 및 소스 구동 및 터치 IC을 포함한다. 소스 구동 및 터치 IC는 터치 라우팅 배선을 통해 복수의 공통전극 겸용 터치전극들을 구동 및 센싱하고, 보상 라우팅 배선들을 통해 적어도 일부의 공통전극 겸용 터치전극들의 각각의 공통전압을 센싱하며, 적어도 일부의 공통전극 겸용 터치전극들의 리플전압을 제거하는 보상전압을 상기 적어도 일부의 공통전극 겸용 터치전극들에 각각 공급한다.
상기 구성에서, 복수의 터치 라우팅 배선들과 보상 라우팅 배선들은 서로 나란하게 배치되어 데이터 라인들과 중첩되며, 복수의 터치 라우팅 배선들의 수는 상기 보상 라우팅 배선들의 수보다 많거나 같게 결정될 수 있다.
또한, 복수의 터치 라우팅 배선들은 복수의 공통전극 겸용 터치전극들에 1:1로 연결되고, 보상 라우팅 배선들은 상기 소스 구동 및 터치 IC로부터 가장 먼쪽 라인부터 미리 정해진 라인까지 배열된 공통전극 겸용 터치전극들에 1:1로 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 터치센서 내장형 표시장치는 복수의 게이트 라인들과 복수의 데이터 라인들의 교차부에 배치되는 복수의 박막 트랜지스터들을 더 포함할 수 있다. 화소전극은 기판 상에 형성되는 상기 게이트 라인들을 커버하는 게이트 절연막 상에 형성되어 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극에 접속될 수 있다. 터치 라우팅 배선들과 보상 라우팅 배선들은 박막 트랜지스터들을 커버하는 제 1 패시베이션막 상에서 데이터 라인들과 중첩되도록 형성될 수 있다. 공통전극 겸용 터치전극은 라우팅 배선들을 커버하는 제 2 패시베이션막 상에서 화소전극과 중첩되도록 형성될 수 있다.
또한, 터치 라우팅 배선은 제 2 패시베이션막에 형성된 콘택홀을 통해 상기 공통전극 겸용 터치전극에 접속되며, 보상 라우팅 배선은 상기 제 2 패시베이션막에 형성된 다른 콘택홀을 통해 적어도 일부의 공통전극 겸용 터치전극에 접속될 수 있다.
본 발명의 터치센서 내장형 표시장치에 의하면, 각각의 터치전극에 터치 라우팅 배선과 함께 보상 라우팅 배선이 연결될 수 있기 때문에 각 터치전극에 발생하는 리플전압을 제거할 수 있다. 따라서, 공통전극 겸용 터치전극의 보상설계에 따르는 베젤영역의 증가를 방지할 수 있을 뿐 아니라, 기생 정전용량의 발생을 방지할 수 있어 화질이 저하되는 것을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 터치센서 내장형 표시장치를 개략적으로 도시한 평면도,
도 2는 도 1에 도시된 일부 영역 R1을 도시한 평면도,
도 3은 도 2에 도시된 I-I'라인을 따라 취한 단면도,
도 4는 종래의 터치센서 내장형 표시장치에 있어서, 터치전극(공통전극)과 게이트 라인 및 데이터 라인 사이에 형성되는 기생 캐패시턴스에 의해 공통전압에 리플이 발생되는 것을 보여주는 파형도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따르는 터치센서 내장형 표시장치를 개략적`으로 도시한 일부 분해 사시도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따르는 터치센서 내장형 표시장치의 공통전극 겸용 터치전극과 배선관계를 도시한 평면도,
도 7은 도 6에 도시된 영역 R3의 터치전극 겸용 공통전극과 화소전극의 관계를 개략적으로 도시한 평면도,
도 8은 도 7에 도시된 영역 R4을 상세하게 도시한 평면도,
도 9는 도 8의 라인 I-I'을 따라 취한 단면도,
도 10은 공통전극 겸용 터치전극에 발생하는 리플 전압을 보상전압을 이용하여 제거하는 것을 개념적으로 설명하기 위한 파형도.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 터치센서 내장형 표시장치의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 나타낸다. 다음의 설명에서는 터치센서 내장형 표시장치의 일례로서 터치센서 내장형 액정 표시장치를 들어 구체적으로 설명하기로 한다.
우선, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따르는 터치센서 내장형 표시장치에 대해 설명하기로 한다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따르는 터치센서 내장형 표시장치를 개략적으로 보여주는 일부 분해 사시도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따르는 터치센서 내장형 표시장치의 공통전극 겸용 터치전극(터치전극)과 배선관계를 도시한 평면도이다.
삭제
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터치센서 내장형 표시장치는 액정층(도시생략)을 사이에 두고 형성되는 박막 트랜지스터 어레이(TFTA)와 컬러필터 어레이(CFA)를 구비하는 액정 표시패널(LCP)을 포함한다.
박막 트랜지스터 어레이(TFTA)는 제 1 기판(SUB1) 상에 제 1 방향(예를 들면, x방향)으로 나란하게 형성된 복수의 게이트 라인들(G1, G2), 상기 복수의 게이트 라인들(G1, G2)과 서로 교차하도록 제 2 방향(예를 들면, y방향)으로 나란하게 형성된 데이터 라인들(D1, D2), 상기 게이트 라인들(G1, G2)과 데이터 라인들(D1, D2)이 교차하는 영역에 형성되는 박막 트랜지스터들(TFT), 액정셀들에 데이터전압을 충전시키기 위한 복수의 화소전극들(Px), 및 상기 복수의 화소전극들(Px)과 대향하도록 배치된 공통전극들(도시생략)을 포함한다.
컬러필터 어레이(CFA)는 제 2 기판(SUB2) 상에 형성되는 블랙매트릭스 및 컬러필터(도시생략)를 포함한다. 액정 표시패널(LCP)의 제 1 기판(SUB1)과 제 2 기판(SUB2)의 외면에는 각각 편광판(POL1, POL2)이 부착되고, 액정과 접하는 제 1 및 제 2 기판들(SUB1, SUB2)의 내면에는 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막(도시생략)이 각각 형성된다. 액정 표시패널(LCP)의 컬러필터 어레이(CFA)와 박막 트랜지스터 어레이(TFTA) 사이에는 액정셀의 셀갭(cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서(column spacer)가 형성될 수 있다.
한편, 공통전극들은 TN(Twisted Nematic) 모드와 VA(Vertical Alignment) 모드와 같은 수직전계 구동방식에서 제 2 기판(SUB2)에 형성되며, IPS(In Plane Switching) 모드와 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같은 수평전계 구동방식에서는 화소전극(Px)과 함께 제 1 기판(SUB1) 상에 형성된다. 이하의 본 발명의 실시예에서는 수평전계 구동방식을 예로 들어 설명하기로 한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르는 터치센서 내장형 액정 표시장치는 액티브 영역(AA)과 베젤영역(BA)을 포함한다. 액티브 영역(AA)은 공통전극 겸용 터치전극들이 형성되며, 데이터가 표시되는 영역이다. 베젤영역(BA)은 액티브 영역(AA) 외측에 배치되며 소스 구동 및 터치 센싱 IC(100)와 각종 배선들이 형성되는 영역이다.
터치센서 내장형 액정 표시장치의 액티브 영역(AA)은 서로 교차하는 제 1 방향(예를 들면, x축 방향) 및 제 2 방향(예를 들면, y축 방향)으로 분할된 복수의 공통전극 겸용 터치전극들(이하, 간단히 '터치전극'이라 함)(Tx11~Tx16, Tx21~Tx26, Tx31~Tx36, Tx41~Tx46, Tx51~Tx56) 각각에 연결되어 제 2 방향으로 서로 나란하게 배열되는 복수의 터치 라우팅 배선들(TL11~TL16, TL21~TL26, TL31~TL36, TL41~TL46, TL51~TL56)과, 상기 터치전극들(Tx11~Tx16, Tx21~Tx26, Tx31~Tx36, Tx41~Tx46, Tx51~Tx56) 중 소스 구동 및 터치 센싱 IC(100)로부터 먼 위치에 있는 터치전극들(Tx11~Tx16, Tx21~Tx26, Tx31~Tx36)에 각각 연결되며,복수의 터치 라우팅 배선들(TL11~TL16, TL21~TL26, TL31~TL36, TL41~TL46, TL51~TL56)과 나란하게 배열되는 보상 라우팅 배선들(CL11~CL16, CL21~CL26, CL31~CL36)을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르는 터치센서 내장형 표시장치에서는, 상술한 바와 같이 복수의 터치전극들(Tx11~Tx16, Tx21~Tx26, Tx31~Tx36, Tx41~Tx46, Tx51~Tx56) 각각에 터치 라우팅 배선들(TL11~TL16, TL21~TL26, TL31~TL36, TL41~TL46, TL51~TL56)이 연결되며, 소스 구동 및 터치 센싱 IC(100)로부터 가장 먼 위치의 라인에 위치되는 터치전극들(Tx11~Tx16)로부터 일정 라인까지 위치한 터치전극들(Tx31~Tx36)의 각각에는 보상 라우팅 배선들(CL11~CL16, CL21~CL26, CL31~CL36)이 연결된다.
베젤영역(BA)에는 소스 구동 및 터치 IC(100)가 배치된다. 소스 구동 및 터치 IC(100)는 터치 라우팅 배선들(TL11~TL16, TL21~TL26, TL31~TL36, TL41~TL46, TL51~TL56)과 보상 라우팅 배선들(CL11~CL16, CL21~CL26, CL31~CL36)을 이용하여 터치전극들(Tx11~Tx16, Tx21~Tx26, Tx31~Tx36, Tx41~Tx46, Tx51~Tx56)의 터치 유무를 검출하고, 리플전압을 제거할 수 있는 보상전압을 공급한다.
본 발명의 보상 라우팅 배선들이 접속되는 터치전극들의 수는 표시장치의 전체 화소전극의 수와 터치전극의 수에 따라 달라진다. 예를 들어, 터치센서 내장형 표시장치의 가로방향 및 세로방향의 터치전극의 수를 각각 70개, 1개의 터치전극에 대응하는 화소전극의 수를 81개라고 가정하자. 각각의 터치전극에는 터치센싱을 위한 터치 라우팅 배선이 적어도 하나씩 연결되어야 하므로 세로방향으로 배열되는 터치전극드에 접속되는 터치 라우팅 배선의 수는 70개가 되고 하나의 터치전극에 대응하는 화소전극들에 데이터 전압을 공급하는 데이터 라인의 수는 81개가 된다. 터치 라우팅 배선은 표시장치의 개구율 감소를 방지하기 위해 데이터 라인과 중첩되게 형성되므로 데이터 라인과 중첩되도록 형성할 수 있는 여분의 라우팅 배선을 11개 더 형성할 수 있다. 이들 11개의 라우팅 배선은 여분의 배선이므로 터치전극(공통전극)에 발생하는 리플전압을 상쇄시키기 위한 보상전압을 공급용 보상 라우팅 배선으로 이용될 수 있다. 따라서, 최상단의 행에 위치한 터치전극들로부터 11번째 라인까지 위치한 터치전극들에는 각각 보상 라우팅 배선이 할당될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 도면의 복잡화를 피하고 설명의 편의를 위해, 터치전극이 5행 6열로 총 30개가 배치되고(도 6 참고), 각 터치전극에 대응하는 화소전극은 5행 8열로 총 40개가 배치되는 경우(도 7 참고)를 예로 들어 설명하고 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 3개의 라우팅 배선이 여분의 배선으로 이용될 수 있어 3행까지 배치된 터치전극들에 보상 라우팅 배선들이 할당될 수 있다.
보상 라우팅 배선들이 할당되는 터치전극들은 터치 구동전압과 공통전압을 공급하는 소스 구동 및 터치 센싱 IC(100)의 위치와 관계되며, 본 발명의 실시예에서는 소스 구동 및 터치 센싱 IC(100)가 액티브 영역(AA)의 하부측 베젤영역(BA)에 위치되는 경우이다.
이하, 도 7 내지 도 9를 참고하여, 5행 6열로 배치된 각각의 터치전극들과 그들 터치전극에 연결되는 터치 라우팅 배선들 및 보상 라우팅 배선들의 관계에 대해 설명하기로 한다. 도 7은 도 6에 도시된 영역 R3의 공통전극 겸용 터치전극과 화소전극의 관계를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 8은 도 7에 도시된 영역 R4을 상세하게 도시한 평면도이며, 도 9는 도 8의 라인 I-I'을 따라 취한 단면도이다.
우선, 도 6 및 도 7을 참조하여 액티브 영역(AA)에 배치된 터치전극들과, 터치 라우팅 배선들 및 보상 라우팅 배선들과의 관계에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
액티브 영역(AA)의 제 1 행, 제 1 열에 배치된 제 1-1 터치전극(Tx11)에는 제 1-1 터치전극(Tx11)을 소스 구동 및 터치 센싱 IC(100)에 연결하는 제 1-1 터치 라우팅 배선(TL11)과 제 1-1 보상 라우팅 배선(CL11)이 연결된다. 제 1-1 터치 라우팅 배선(TL11)과 제 1-1 보상 라우팅 배선(CL11)은 서로 나란하게 배열되며 도 7에 도시된 바와 같이 데이터 라인과 중첩되게 배열된다.
액티브 영역(AA)의 제 1 행, 제 2 열에 배치된 제 1-2 터치전극(Tx12)에는 제 1-2 터치전극(Tx12)을 소스 구동 및 터치 센싱 IC(100)에 연결하는 제 1-2 터치 라우팅 배선(TL12)과 제 1-2 보상 라우팅 배선(CL12)이 연결된다. 제 1-2 터치 라우팅 배선(TL12)과 제 1-2 보상 라우팅 배선(CL12)은 서로 나란하게 배열되며 도 7에 도시된 바와 같이 데이터 라인과 중첩되게 배열된다.
액티브 영역(AA)의 제 1 행, 제 3 열에 배치된 제 1-3 터치전극(Tx13)에는 제 1-3 터치전극(Tx13)을 소스 구동 및 터치 센싱 IC(100)에 연결하는 제 1-3 터치 라우팅 배선(TL13)과 제 1-3 보상 라우팅 배선(CL13)이 연결된다. 제 1-3 터치 라우팅 배선(TL13)과 제 1-2 보상 라우팅 배선(CL13)은 서로 나란하게 배열되며 도 7에 도시된 바와 같이 데이터 라인과 중첩되게 배열된다.
액티브 영역(AA)의 제 1 행, 제 4 열에 배치된 제 1-4 터치전극(Tx14)에는 제 1-4 터치전극(Tx14)을 소스 구동 및 터치 센싱 IC(100)에 연결하는 제 1-4 터치 라우팅 배선(TL14)과 제 1-4 보상 라우팅 배선(CL14)이 연결된다. 제 1-4 터치 라우팅 배선(TL14)과 제 1-4 보상 라우팅 배선(CL14)은 서로 나란하게 배열되며 도 7에 도시된 바와 같이 데이터 라인과 중첩되게 배열된다.
액티브 영역(AA)의 제 1 행, 제 5 열에 배치된 제 1-5 터치전극(Tx15)에는 제 1-5 터치전극(Tx15)을 소스 구동 및 터치 센싱 IC(100)에 연결하는 제 1-5 터치 라우팅 배선(TL15)과 제 1-5 보상 라우팅 배선(CL15)이 연결된다. 제 1-5 터치 라우팅 배선(TL15)과 제 1-5 보상 라우팅 배선(CL15)은 서로 나란하게 배열되며 도 7에 도시된 바와 같이 데이터 라인과 중첩되게 배열된다.
액티브 영역(AA)의 제 1 행, 제 6 열에 배치된 제 1-6 터치전극(Tx16)에는 제 1-6 터치전극(Tx16)을 소스 구동 및 터치 센싱 IC(100)에 연결하는 제 1-6 터치 라우팅 배선(TL16)과 제 1-6 보상 라우팅 배선(CL16)이 연결된다. 제 1-6 터치 라우팅 배선(TL16)과 제 1-6 보상 라우팅 배선(CL16)은 서로 나란하게 배열되며 도 7에 도시된 바와 같이 데이터 라인과 중첩되게 배열된다.
이와 같은 방식으로 액티브 영역(AA)의 제 2 행 1열 내지 제 6 열에 배치된 제 2-1 내지 제 2-6 터치전극들(Tx21~Tx26)에는 제 2-1 내지 제 2-6 터치 라우팅 배선들(TL21~TL26)과 제 2-1 내지 제 2-6 보상 라우팅 배선들(CL21~CL26)이 각각 연결되며, 제 3 행 1열 내지 제 6 열에 배치된 제 3-1 내지 제 3-6 터치전극들(Tx31~Tx36)에는 제 3-1 내지 제 3-6 터치 라우팅 배선들(TL31~TL36)과 제 3-1 내지 제 3-6 보상 라우팅 배선들(CL31~CL36)이 각각 연결된다.
또한, 액티브 영역(AA)의 제 4 행, 제 1 열에 배치된 제 4-1 터치전극(Tx41)에는 제 4-1 터치전극(Tx41)을 소스 구동 및 터치 센싱 IC(100)에 연결하는 제 4-1 터치 라우팅 배선(TL41)이 연결된다. 제 4-1 터치 라우팅 배선(TL41)은 도 7에 도시된 바와 같이 데이터 라인과 중첩되게 배열된다.
액티브 영역(AA)의 제 4 행, 제 2 열에 배치된 제 4-2 터치전극(Tx42)에는 제 4-2 터치전극(Tx42)을 소스 구동 및 터치 센싱 IC(100)에 연결하는 제 4-2 터치 라우팅 배선(TL42)이 연결된다. 제 4-2 터치 라우팅 배선(TL42)은 도 7에 도시된 바와 같이 데이터 라인과 중첩되게 배열된다.
액티브 영역(AA)의 제 4 행, 제 3 열에 배치된 제 4-3 터치전극(Tx43)에는 제 4-3 터치전극(Tx43)을 소스 구동 및 터치 센싱 IC(100)에 연결하는 제 4-3 터치 라우팅 배선(TL43)이 연결된다. 제 4-3 터치 라우팅 배선(TL43)은 도 7에 도시된 바와 같이 데이터 라인과 중첩되게 배열된다.
액티브 영역(AA)의 제 4 행, 제 4 열에 배치된 제 4-4 터치전극(Tx44)에는 제 4-4 터치전극(Tx44)을 소스 구동 및 터치 센싱 IC(100)에 연결하는 제 4-4 터치 라우팅 배선(TL44)이 연결된다. 제 4-4 터치 라우팅 배선(TL44)은 도 7에 도시된 바와 같이 데이터 라인과 중첩되게 배열된다.
액티브 영역(AA)의 제 4 행, 제 5 열에 배치된 제 4-5 터치전극(Tx45)에는 제 4-5 터치전극(Tx45)을 소스 구동 및 터치 센싱 IC(100)에 연결하는 제 4-5 터치 라우팅 배선(TL45)이 연결된다. 제 4-5 터치 라우팅 배선(TL45)은 도 7에 도시된 바와 같이 데이터 라인과 중첩되게 배열된다.
액티브 영역(AA)의 제 4 행, 제 6 열에 배치된 제 4-6 터치전극(Tx46)에는 제 4-6 터치전극(Tx46)을 소스 구동 및 터치 센싱 IC(100)에 연결하는 제 4-6 터치 라우팅 배선(TL46)이 연결된다. 제 4-6 터치 라우팅 배선(TL46)은 도 7에 도시된 바와 같이 데이터 라인과 중첩되게 배열된다.
이와 같은 방식으로 액티브 영역(AA)의 제 5 행 제 1 열 내지 제 6 열에 배치된 제 5-1 내지 제 5-6 터치전극들(Tx51~Tx56)에는 제 5-1 내지 제 5-6 터치 라우팅 배선들(TL51~TL56)이 각각 연결된다.
다음으로 도 7 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 실시예에 따르는 터치센서 내장형 표시장치에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 이하의 설명에서는 설명의 편의를 위해 3개의 픽셀영역을 중심으로 설명하기로 한다. 도 7은 도 6에 도시된 영역 R3의 터치전극 겸용 공통전극과 화소전극의 관계를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 8은 도 7에 도시된 영역 R4을 상세하게 도시한 평면도이며, 도 9는 도 8의 라인 I-I'을 따라 취한 단면도이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르는 터치센서 내장형 표시장치는 박막 트랜지스터 어레이(TFTA)의 기판(SUB1) 상에 서로 교차되도록 형성되는 게이트 라인들(G21~G25) 및 데이터 라인들(D1~D8)과, 상기 게이트 라인들(G21~G25)과 데이터 라인들(D1~D8)의 교차 영역에 형성되는 박막 트랜지스터들(TFT)과, 게이트 라인들(G21~G25)과 데이터 라인들(D1~D8)의 교차에 의해 정의되는 영역에 형성되는 화소전극들(P11~P58)과, 상기 화소전극들(P11~P58)과 대향하는 공통전극 겸용 터치전극(Tx51)이 배치된다. 이 공통전극 겸용 터치전극(Tx51)은 디스플레이 구동시에는 공통전극의 기능을 수행하고, 터치 구동시에는 터치전극의 기능을 수행한다.
상기 구성에서, 기판(SUB1) 상에는 복수의 게이트 라인들(G21~G25)이 서로 나란하게 형성되며, 그 상부에는 복수의 게이트 라인들(G21~G25)을 커버하도록 게이트 절연막(GI)이 형성된다. 게이트 절연막(GI) 상에서는 박막 트랜지스터(TFT)를 구성하는 활성층(A), 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE)이 형성된다.
즉, 박막 트랜지스터(TFT)는 기판(SUB1) 상에 형성되는 게이트 라인들(G21~G25)로부터 각각 연장되는 게이트 전극들(GE)과, 게이트 라인들(G21~G25) 및 게이트 전극들(GE)을 커버하는 게이트 절연막(GI) 상에서 게이트 전극(GE)과 대응하는 영역에 형성되는 활성층(A)과, 활성층(A)의 일부를 노출시키도록 게이트 절연막(GI) 상에서 분리되어 형성되는 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE)을 포함한다. 소스 전극(SE)은 데이터 라인들(D1~D8) 각각으로부터 연장된다.
상기 실시예에서, 비록 박막 트랜지스터는 게이트 전극이 소스/드레인 전극의 하층에 형성되는 게이트 버텀 구조(gate bottom structure)의 박막 트랜지스터를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 게이트 전극이 소스/드레인 영역의 상부에 형성되는 게이트 탑 구조(gate top structure)의 박막 트랜지스터도 포함하는 것으로 이해하여야 한다. 게이트 탑 구조(gate top structrue)의 박막 트랜지스터에 대한 구성은 이미 알려져 있으므로 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
박막 트랜지스터들(TFT)과 데이터 라인들(D1~D8)이 형성된 게이트 절연막(GI) 상에는 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(DE)과 접속되도록 화소전극들(P11~P58)이 형성된다. 그리고, 박막 트랜지스터들(TFT)의 소스전극(SE) 및 드레인 전극(DE)과, 데이터 라인들(D1~D8)과, 화소전극들(P11~P58)을 커버하는 제 1 패시베이션막(PAS1)이 형성된다. 제 1 패시베이션막(PAS1) 상에는 데이터 라인들(D1~D8)과 중첩되도록 터치 라우팅 배선들(TL11, TL21, TL31, TL41, TL51)과 보상 라우팅 배선들(CL11, CL21, CL31)이 형성된다. 도 7에서 터치 라우팅 배선들(TL11, TL21, TL31, TL41, TL51)과 보상 라우팅 배선들(CL11, CL21, CL31)은 데이터 라인들(D1~D8)과 일부분이 중첩되지 않은 것으로 도시되어 있으나, 이는 도면의 편의상 그렇게 표현된 것일 뿐, 터치 라우팅 배선들(TL11, TL21, TL31, TL41, TL51)과 보상 라우팅 배선들(CL11, CL21, CL31)은 데이터 라인들(D1~D8)은 서로 중첩되도록 배치된다.
터치 라우팅 배선들(TL11, TL21, TL31, TL41, TL51)과 보상 라우팅 배선들(CL11, CL21, CL31)이 형성된 제 1 패시베이션막(PAS1) 상에는 터치 라우팅 배선들(TL11, TL21, TL31, TL41, TL51)과 보상 라우팅 배선들(CL11, CL21, CL31)을 커버하도록 제 2 패시베이션막(PAS2)이 형성된다. 제 2 패시베이션막(PAS2)은 터치 라우팅 배선(TL51)의 일부분을 노출시키는 콘택홀(CH)이 형성된다.
제 2 패시베이션막(PAS2) 상에는 공통전극 겸용 터치전극(Tx51)이 복수의 화소전극들(P11~P58)과 중첩되도록 형성된다. 공통전극 겸용 터치전극(Tx51)은 화소전극들(P11~P58)과의 사이에 수평전계가 형성되기 용이하도록 복수의 슬릿(SL)이 형성되어 있다.
공통전극 겸용 터치전극(Tx51)은 제 2 패시베이션막(PAS2)에 형성된 콘택홀(CH)을 통해 노출된 터치 라우팅 배선(TL51)에 접속된다.
도 7 내지 도 9에서는 제 2 패시베이션막(PAS2)이 터치 라우팅 배선(TL51)의 일부분을 노출시키는 콘택홀(CH)만을 도시하고 있으나, 제 1 행 내지 제 3 행에 배열된 제 1-1 내지 제 3-6 터치전극들(Tx11~Tx16, Tx21~Tx26, Tx31~Tx36)을 커버하는 제 2 패시베이션막(PAS2)에는 터치 라우팅 배선들(TL11~TL16, TL21~TL26, TL31~TL36)과 보상 라우팅 배선들(CL11~16, CL21~CL26, CL31~Cl36)의 일부를 노출시키기 위한 콘택홀들이 형성되고, 제 4 행 및 제 5 행에 배열된 제 4-1 내지 제 5-6 터치전극들(Tx41~Tx46, Tx51~Tx56)을 커버하는 제 2 패시베이션막(PAS2)에는 터치 라우팅 배선들(TL41~TL46, TL51~TL56)의 일부를 노출시키기 위한 콘택홀들이 형성된다.
이들 콘택홀을 통해 터치 라우팅 배선들(TL11~TL16, TL21~TL26, TL31~TL36, TL41~TL46, TL51~TL56)은 모든 터치전극들(Tx11~Tx16, Tx21~Tx26, Tx31~Tx36, Tx41~Tx46, Tx51~Tx56)에 1:1로 연결되고, 보상 라우팅 배선들(CL11~CL16, CL21~CL26, CL31~CL36)은 일부의 터치전극들(Tx11~Tx16, Tx21~Tx26, Tx31~Tx36)에만 연결된다. 그러나, 하나의 터치전극에 대응하는 화소전극의 수와 열 방향으로 배열되는 터치전극의 수를 조정함으로써 데이터 라인과 중첩되는 라우팅 배선의 수를 확보할 수 있으므로, 전체 터치전극에 보상 라우팅 배선이 연결되도록 구성할 수도 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명의 실시예에 기재된 것으로 한정되는 것이 아니라 특허청구 범위에 기재된 범위를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 본 발명의 실시예에 따르는 터치센서 내장형 표시장치에 의하면, 소스 구동 및 터치 IC(100)로부터 먼쪽 라인으로부터 일정 라인까지 배치되는 터치전극들에 보상 라우팅 배선을 이용하여 보상 전압을 공급할 수 있다. 따라서, 공통전극 겸용 터치전극에 리플전압이 발생하더라도 개개의 터치전극의 전압을 센싱하여 그를 제거할 수 있으므로 보상전압을 공급할 수 있게 된다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따르는 터치센서 내장형 표시장치에서 보상 라우팅 배선을 이용하여 공통전극 겸용 터치전극의 공통전압을 센싱한 후, 공통전극 겸용 터치전극에 발생하는 리플 전압을 제거하는 보상전압을 공급함으로써 리플전압을 제거하는 것을 개념적으로 보여주고 있다. 본 발명에서는 각각의 터치전극에 터치 라우팅 배선과 함께 보상 라우팅 배선이 연결될 수 있기 때문에 도 10에 도시된 바와 같이 각 터치전극에 발생하는 리플전압을 제거할 수 있다. 따라서, 공통전극 겸용 터치전극의 보상설계에 따르는 베젤영역의 증가를 방지할 수 있을 뿐 아니라, 기생 정전용량의 발생을 방지할 수 있어 화질이 저하되는 것을 방지할 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. 예를들어, 본 발명의 실시예들에 설명된 터치전극들의 수는 설명을 위한 예시에 지나지 않으며 본 발명의 권리범위에 영향을 주기 위한 것은 아니라는 점을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명의 실시예에서는 보상 라우팅 배선이 소스 구동 및 터치 IC로부터 가장 먼쪽부터 일정 라인에 배치되는 터치전극들에 연결되는 것으로 설명되어 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 모든 터치전극에 연결되도록 구성할 수도 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 발명의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다
100: 소스 구동 및 터치 IC
CL11~CL16, CL21~CL26, CL31~CL36: 보상 라우팅 배선
TL11~TL16, TL21~TL26, TL31~TL36, TL41~TL46, TL51~TL56: 터치 라우팅 배선
Tx11~Tx16, Tx21~Tx26, Tx31~Tx36, Tx41~Tx46, Tx51~Tx56: 공통전극 겸용 터치전극(터치전극)

Claims (5)

  1. 서로 교차하도록 배열되는 복수의 게이트 라인들과 복수의 데이터 라인들;
    상기 복수의 게이트 라인들 및 데이터 라인들의 교차에 의해 정의되는 액티브 영역 내에 각각 형성되는 복수의 화소전극들;
    각각이 상기 액티브 영역에서 상기 복수의 화소전극들 중 일부의 화소전극들과 중첩되도록 형성되는 복수의 공통전극 겸용 터치전극들;
    상기 복수의 공통전극 겸용 터치전극들 각각에 연결되는 복수의 터치 라우팅 배선들; 및
    상기 터치 라우팅 배선들과 나란하게 배치되며 상기 복수의 공통전극 겸용 터치전극들의 적어도 일부와 연결되는 보상 라우팅 배선들; 및
    상기 터치 라우팅 배선을 통해 상기 복수의 공통전극 겸용 터치전극들을 구동 및 센싱하고, 상기 보상 라우팅 배선들을 통해 상기 적어도 일부의 공통전극 겸용 터치전극들의 각각의 공통전압을 센싱하며, 상기 적어도 일부의 공통전극 겸용 터치전극들의 리플전압을 제거하는 보상전압을 상기 적어도 일부의 공통전극 겸용 터치전극들에 각각 공급하는 소스 구동 및 터치 IC를 포함하고,
    상기 복수의 터치 라우팅 배선들과 상기 보상 라우팅 배선들은 서로 나란하게 배치되어 상기 데이터 라인들과 중첩되며, 상기 복수의 터치 라우팅 배선들의 수는 상기 보상 라우팅 배선들의 수보다 많거나 같은 것을 특징으로 하는 터치센서 내장형 표시장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 터치 라우팅 배선들은 상기 복수의 공통전극 겸용 터치전극들에 1:1로 연결되고, 상기 보상 라우팅 배선들은 상기 소스 구동 및 터치 IC로부터 가장 먼쪽 라인부터 미리 정해진 라인까지 배열된 공통전극 겸용 터치전극들에 1:1로 연결되는 것을 특징으로 하는 터치센서 내장형 표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 게이트 라인들과 상기 복수의 데이터 라인들의 교차부에 배치되는 복수의 박막 트랜지스터들을 더 포함하고,
    상기 화소전극은 기판 상에 형성되는 상기 게이트 라인들을 커버하는 게이트 절연막 상에 형성되어 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극에 접속되고,
    상기 터치 라우팅 배선들과 상기 보상 라우팅 배선들은 상기 박막 트랜지스터들을 커버하는 제 1 패시베이션막 상에서 상기 데이터 라인들과 중첩되도록 형성되며,
    상기 공통전극 겸용 터치전극은 상기 라우팅 배선들을 커버하는 제 2 패시베이션막 상에서 상기 화소전극과 중첩되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 터치센서 내장형 표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 터치 라우팅 배선은 상기 제 2 패시베이션막에 형성된 콘택홀을 통해 상기 공통전극 겸용 터치전극에 접속되며,
    상기 보상 라우팅 배선은 상기 제 2 패시베이션막에 형성된 다른 콘택홀을 통해 상기 적어도 일부의 공통전극 겸용 터치전극에 접속되는 것을 특징으로 하는 터치센서 내장형 표시장치.
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