KR102236709B1

KR102236709B1 - 터치 센싱 시스템

Info

Publication number: KR102236709B1
Application number: KR1020130148534A
Authority: KR
Inventors: 김주한; 김승겸
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2013-12-02
Filing date: 2013-12-02
Publication date: 2021-04-06
Also published as: CN104679365B; US9753589B2; CN104679365A; US20150153858A1; KR20150063768A

Abstract

본 발명은 터치 센싱 시스템에 관한 것으로, 센서 인에이블 펄스에 응답하여 턴-온되어 센서 신호 배선으로부터의 센싱 펄스를 센서 전극들에 인가하는 센서 TFT들; 데이터 전압을 화소 전극에 공급하는 화소 TFT들; 및 상기 센서 인에이블 배선에 상기 센서 인에이블 펄스를 인가하여 둘 이상의 센서 TFT들을 동시에 턴-온시키고 상기 센서 신호 배선들에 상기 센싱 펄스를 인가하는 터치 센싱 회로를 포함한다. 상기 센서 TFT들과 상기 화소 TFT들은 동일 기판 상에 배치된다.

Description

터치 센싱 시스템{TOUCH SENSING SYSTEM}

본 발명은 터치 센싱 시스템에 관한 것이다.

유저 인터페이스(User Interface, UI)는 사람(사용자)과 각종 전기, 전자 기기 등의 통신을 가능하게 하여 사용자가 자신이 원하는 대로 기기를 쉽게 제어할 수 있게 한다. 유저 인터페이스의 대표적인 예로는 키패드, 키보드, 마우스, 온스크린 디스플레이(On Screen Display, OSD), 적외선 통신 혹은 고주파(RF) 통신 기능을 갖는 원격 제어기(Remote controller) 등이 있다. 유저 인터페이스 기술은 사용자 감성과 조작 편의성을 높이는 방향으로 발전을 거듭하고 있다. 유저 인터페이스는 터치 UI, 음성 인식 UI, 등으로 진화되고 있다. 최근에는 사용자의 제스쳐(gesture)를 센싱하는 제스쳐 UI도 가전 제품에 적용되고 있다.

터치 UI는 터치 스크린을 직접 접촉하거나 터치 스크린과 근접하는 높이로 접근하는 객체(object)를 센싱한다. 터치 UI는 저항막 방식이나 정전용량 방식의 터치 센서들을 포함한 터치 스크린을 이용하여 사용자나 객체의 터치 입력을 센싱한다.

터치 스크린은 정전식 감응(capacitive sensing) 기술로 구현될 수 있다. 정전식 감응 기술은 정전 용량 센서들을 이용한 정전 용량 커플링 효과로 전도성 물체의 터치 또는 근접에 의해 정전 용량 값의 변화를 감지한다. 정전 용량 센서는 자기 정전 용량(Self Capacitance) 센서 또는 상호 정전 용량(Mutual Capacitance) 센서로 나뉘어진다. 상호 정전 용량 센서는 유전층을 사이에 두고 직교하는 두 배선들의 교차부에 형성된다. 자기 정전 용량 센서들은 도 1과 같이 배선(10)에 1:1로 연결된 채널 전극들(C1~Cn)의 개수 만큼 터치 스크린에 형성된다. 도 1은 자기 정전 용량 센서들에 연결되는 배선들 중 일부를 보여 주고 있다. 도 1에서 "DIC"는 표시패널(100)의 기판에 접착된 디스플레이 구동 집적회로(Integrated Circuit, 이하 "IC"라 함)이다. 디스플레이 구동 IC(DIC)는 표시패널(100)의 화소 어레이에 형성된 데이터 라인들과 게이트 라인들(또는 스캔 라인들)에 연결되어 화소들에 데이터를 기입한다.

터치 스크린에 m×n 개의 자기 정전 용량 센서들이 배열되면, 채널 전극들(C1~Cn) 각각에 구동 신호를 인가하기 위한 배선들(10)은 m×n 개가 필요하다. 배선들(10)은 플렉서블 프린트 서킷(Flexible Print Circuit, 이하 "FPC"라 함)을 통해 터치 검출 집적회로(Integrated Circuit, 이하 "IC"라 함)의 단자들에 연결된다. 배선들(10)의 일측 끝단에 연결된 패드(Pad)(11)는 FPC의 출력 단자에 연결되고 배선들(10)의 타측 끝단은 센서 전극들(C1~Cn)에 연결된다. 배선들(10)의 개수가 많아질수록 FPC의 출력 단자 수가 늘어나므로 FPC의 크기가 증가하고 터치 검출 IC의 단자 개수들도 증가한다.

1:x 멀티플렉서(multiplexer, MUX)를 이용하여 배선들의 개수를 (m×n)/x로 줄일 수 있다. 또한, 정전 용량 센서들을 다수의 그룹들로 분할하여 그룹 단위로 동시에 센싱하여 센싱 시간을 줄일 수 있다. 그러나 이러한 방법들을 적용하더라도 자기 정전 용량 센서들은 상호 정전 용량 센서들의 배선 수에 비하여 많다. 이 때문에 정전 용량 센서들로 터치 스크린을 구현하면 채널 전극들의 개수를 늘리기가 곤란하여 터치 스크린의 크기와 해상도를 증가시키기가 어렵다.

본 발명은 배선 수를 줄일 수 있고 센싱 시간을 확보할 수 있으며 대면적 터치 스크린 적용에 유리한 터치 센싱 시스템을 제공한다.

본 발명의 터치 센싱 시스템은 센서 전극들에 연결되는 센서 신호 배선들; 센서 인에블 펄스가 인가되는 센서 인에이블 배선들; 상기 센서 인에이블 펄스에 응답하여 턴-온되어 상기 센서 신호 배선으로부터의 센싱 펄스를 상기 센서 전극들에 인가하는 센서 TFT들; 데이터 전압을 화소 전극에 공급하는 화소 TFT들; 및 상기 센서 인에이블 배선에 상기 센서 인에이블 펄스를 인가하여 둘 이상의 센서 TFT들을 동시에 턴-온시키고 상기 센서 신호 배선들에 상기 센싱 펄스를 인가하는 터치 센싱 회로를 포함한다. 상기 센서 TFT들과 상기 화소 TFT들은 동일 기판 상에 배치된다. 상기 센서 TFT들은 상기 화소 전극과 상기 센서 전극을 경유하여 상기 화소 TFT들에 각각 연결된다.

본 발명은 센서 전극들에 센서 TFT를 연결하고 센서 인에이블 신호를 센서 인에이블 배선을 통해 다수의 센서 TFT의 게이트에 동시에 인가하고 센서 전극들에 연결된 센서 신호 배선을 통해 센싱 펄스를 인가한다. 그 결과, 본 발명은 자기 용량 센서들에 연결되는 배선들의 개수를 줄일 수 있고 센싱 시간을 충분히 확보할 수 있다.

도 1은 종래의 자기 정전 용량 센서를 적용한 터치 스크린 패널을 보여 주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 블록도이다.
도 3은 액정표시장치의 화소를 보여 주는 등가 회로도이다.
도 4는 터치 센서를 보여 주는 등가 회로도이다.
도 5는 터치 센서와 화소의 연결 구조를 보여 주는 등가 회로도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 시스템의 구동 방법을 보여 주는 파형도이다.
도 7은 본 발명의 터치 센서가 내장된 화소 어레이를 보여 주는 평면도이다.
도 8은 도 7에서 선 "Ⅰ-Ⅰ'"와 선 "Ⅱ-Ⅱ'"를 절취하여 터치 센서와 화소의 단면 구조를 보여 주는 단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 표시장치는 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device: LCD), 유기발광 표시장치(Organic Light Emitting Display Device: OLED Display), 전기영동 표시장치(Electrophoretic Display Device: EPD), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel: PDP) 등의 평판 표시소자 기반으로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 평판 표시소자의 일 예로서 표시장치를 액정표시소자 중심으로 설명하지만, 본 발명의 표시장치는 액정표시장치에 한정되지 않는다는 것에 주의하여야 한다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 표시장치는 표시패널(100)의 화소 어레이에 내장된 터치 스크린을 포함한다.

본 발명의 표시장치는 표시패널(100)의 화소들을 구동하는 디스플레이 구동회로(202, 204, 206)와, 터치 스크린의 터치 센서들을 구동하기 위한 터치 센싱 회로(300) 등을 포함한다.

표시패널(100)의 화소 어레이는 입력 영상이 표시된다. 화소 어레이의 화소들은 데이터 라인들(D1~Dm)과 게이트 라인들(G1~Gn)에 의해 정의된 매트릭스 형태로 배치된다. 표시패널(100)의 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : 이하 "TFT"라 함) 어레이 기판은 다수의 데이터 라인들(D1~Dm), 데이터 라인들(D1~Dm)과 교차되는 다수의 게이트 라인들(G1~Gn), 데이터 라인들(D1~Dm)과 게이트 라인들(G1~Gn)의 교차부들에 형성되는 화소 TFT(T1), 화소 TFT(T1)를 통해 데이터 라인들과 연결되어 데이터전압을 충전하는 화소 전극(1), 화소 전극(1)에 연결된 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst), 공통 전압(Vcom)이 공급되는 공통 전극(2), 터치 센서 등을 포함한다. TFT 어레이 기판은 도시하지 않은 를 더 포함한다. 스토리지 커패시터는 화소 전극(1)에 접속되어 액정셀의 전압을 유지한다.

화소 TFT들(T1)은 게이트 라인(G1~Gn)으로부터의 게이트 펄스(도 6, GP)에 응답하여 턴-온되어 데이터 라인(D1~Dm)으로부터의 데이터 전압을 화소 전극(1)에 공급한다. 화소 TFT들(T1)의 게이트는 게이트 라인(G1~Gn)에 연결된다. 화소 TFT들(T1)의 드레인은 데이터 라인(D1~Dm)에 연결되고, 그 소스는 화소 전극(1)에 연결된다. 화소들 각각은 화소 전극(1)에 인가되는 데이터전압과 공통 전극(2)에 인가되는 공통전압(Vcom)의 전압차에 따라 인가되는 전계에 의해 구동되어 표시패널(100)의 광투과율을 조절한다. 화소 TFT(T1)는 디스플레이 구동 기간(DP)에 턴-온(turn-on)되는 반면, 터치 센싱 기간(TP) 동안 오프 상태를 유지한다.

표시패널(100)의 컬러필터 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등이 형성된다. 표시패널(100)의 TFT 어레이 기판과 컬러필터 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(100)의 액정층에는 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성된다.

터치 센서들은 TFT 어레이 기판의 화소들에 연결된다. 공통 전극은 터치 센서들의 센서 전극 개수 만큼 분할된다. 센서 전극들(S1~Sn)은 공통 전극(2)이 분할된 패턴들로 구현된다. 따라서, 센서 전극들(S1~Sn)은 디스플레이 구동 기간(도 6, DP) 동안 공통전압(Vcom)이 인가되어 공통 전극(2)으로 동작하고, 터치 센싱 기간(도 6, TP) 동안 센싱 펄스(Sensing pulse)가 인가되어 터치 센서들로 동작한다.

센서 전극(S1~Sn)은 다수로 분할되어 도 4와 같이 센서 TFT(T2)를 통해 센서 인에이블 배선(12)과 연결된다. 센서 전극(S1~Sn)은 센서 신호 배선(14)과 직접 연결된다. 센서 인에이블 배선(12)과 센서 신호 배선(14)은 도 4 및 도 5와 같이 직교될 수 있다.

센서 TFT(T2)는 화소 전극(1)과 공통 전극(2)을 경유하여 화소 TFT(T1)에 연결된다. 센서 TFT(T2)는 디스플레이 구동 기간(DP) 동안 오프 상태를 유지한다. 센서 TFT(T2)는 터치 센싱 기간(TP) 동안 센서 인에이블 배선(12)으로부터의 센서 인에이블 펄스(도 6, EN)에 응답하여 턴-온되어 센싱 펄스(도 6, sensing pulse)를 센서 전극들(S1~Sn)에 공급한다. 센서 TFT(T2)는 디스플레이 구동 기간(DP) 동안 오프 상태를 유지한다. 센서 TFT(T2)의 게이트는 센서 엔에이블 배선(12)에 연결된다. 센서 TFT(T2)의 드레인은 센서 신호 배선(14)에 연결되고, 그 소스는 센서 전극(S1~Sn)에 연결된다.

디스플레이 구동회로(202, 204, 206)는 디스플레이 구동 기간(DP) 동안 화소들에 데이터를 기입한다. 이 디스플레이 구동회로(202, 204, 206)는 데이터 구동회로(202), 게이트 구동회로(204), 및 타이밍 콘트롤러(206)를 포함한다. 디스플레이 구동회로(202, 204, 206)는 도 4와 같이 하나의 디스플레이 구동 IC(DIC) 내에 집적될 수 있다.

데이터 구동회로(202)는 하나 이상의 소스 드라이브 IC를 포함한다. 데이터 구동회로(202)는 디스플레이 구동 기간(DP) 동안 타이밍 콘트롤러(206)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터를 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 출력한다. 데이터 구동회로(202)로부터 출력된 데이터전압은 데이터 라인들(D1~Dm)을 통해 화소들에 공급된다. 데이터 구동회로(202)의 출력 채널들은 터치 센싱 기간(TP) 동안 그 이전 디스플레이 구동 기간(DP)에 출력하였던 마지막 데이터 전압을 그대로 유지할 수 있다. 화소들은 디스플레이 구동 기간(DP)에 충전하였던 마지막 데이터 전압을 터치 센싱 기간(TP) 동안 유지하므로 터치 센서들의 전압 변동을 초래하지 않고 데이터를 표시한다.

데이터 구동회로(202)는 타이밍 콘트롤러(206)의 제어 하에 터치 센싱 기간(TP) 동안 출력 채널들을 하이 임피던스(high impedence) 상태로 전환할 수 있다. 데이터 구동회로(202)의 출력 채널들을 하이 임피던스 상태로 제어하면, 데이터 구동회로(202)의 출력 채널이 데이터 라인(D1~Dm)과 연결되지 않는다. 이 경우에도, 화소들은 터치 센싱 기간(TP) 동안 마지막 데이터 전압을 유지하여 터치 센서들의 전압 변동을 초래하지 않고 데이터를 표시한다.

게이트 구동회로(204)는 타이밍 콘트롤러(206)의 제어 하에 디스플레이 구동 기간(DP) 동안 구동되어 데이터전압에 동기되는 게이트 펄스(GP)를 게이트 라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터가 기입되는 표시패널(100)의 라인을 선택한다. 게이트 구동회로(202)는 타이밍 콘트롤러(206)의 제어 하에 터치 센싱 기간(TP) 동안 게이트 펄스(GP)를 발생하지 않는다. 따라서, 데이터 구동회로(202)와 게이트 구동회로(204)는 타이밍 콘트롤러(206)의 제어 하에 터치 센싱 기간(TP) 동안 새로운 출력을 발생하지 않는다.

타이밍 콘트롤러(206)는 호스트 시스템으로부터 입력되는 입력 영상의 디지털 비디오 데이터를 데이터 구동회로(202)에 전송한다. 타이밍 콘트롤러(206)에 입력되는 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, MCLK)은 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등을 포함한다. 타이밍 콘트롤러(206)는 입력 타이밍 신호(Vsync, Hsync, DE, MCLK)를 이용하여 데이터 구동회로(202)와 게이트 구동회로(204)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들을 발생한다.

타이밍 콘트롤러(206)는 1 프레임 기간을 디스플레이 구동 기간(DP)과, 터치 센싱 기간(TP)으로 시분할하는 동기신호(Tsync)를 발생한다. 센서 구동회로(300)는 타이밍 콘트롤러(206)로부터의 동기신호(Tsync)에 응답하여 디스플레이 구동회로(202, 204, 206)와 동기된다.

호스트 시스템은 텔레비젼 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 호스트 시스템은 스케일러(scaler)를 내장한 SoC(System on chip)을 포함하여 입력 영상의 디지털 비디오 데이터를 표시패널(100)에 표시하기에 적합한 포맷으로 변환한다. 호스트 시스템은 디지털 비디오 데이터와 함께 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, MCLK)을 타이밍 콘트롤러(206)로 전송한다. 호스트 시스템(50)은 터치 센싱 회로(300)로부터 입력된 터치 입력의 좌표 정보와 연계된 응용 프로그램을 실행한다.

터치 센싱 회로(300)는 터치 센싱 기간(TP) 동안 센싱 펄스(sensing pulse)를 센서 신호 배선(14)에 공급하고 센서 인에이블 펄스를 센서 인에이블 배선(12)에 공급하여 터치 센서들을 구동한다. 터치 센싱회로(300)는 센서 신호 배선들(14)을 통해 수신된 터치 센서들의 전하 변화량을 ADC(Analog to Digital Convertor)를 통해 디지털 값으로 변환하여 터치 로 데이터(touch raw data)를 발생한다. 터치 센싱회로(300)는 터치 로 데이터를 미리 설정된 문턱값과 비교하여 문턱값 보다 큰 터치 로 데이터를 터치 입력 위치의 터치 센서로부터 얻어진 터치 로 데이터로 판단한다. 그리고 터치 센싱회로(300)는 터치 입력 위치의 좌표를 계산하여 외부의 호스트 시스템으로 전송한다.

터치 센싱 회로(300)는 하나 이상의 터치 검출 IC를 포함한다. 터치 검출 IC는 FPC를 통해 센서 인에이블 배선(12)의 끝단에 형성된 패드(13)에 연결된다. 그리고 터치 검출 IC는 FPC를 통해 센서 신호 배선(14)의 끝단에 형성된 패드(15)에 연결된다.

도 5는 터치 센서와 화소의 연결 구조를 보여 주는 등가 회로도이다. 도 6은 터치 센서와 화소에 인가되는 신호를 보여 준다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 1 프레임 기간은 화소들에 입력 영상의 데이터가 기입되는 디스플레이 구동 기간(DP)과, 터치 센서들이 구동되는 터치 센싱 기간(TP)으로 시분할된다.

디스플레이 구동 기간(DP) 동안, 게이트 라인들(G1~Gm)에 인가되는 게이트 펄스(GP)는 데이터가 기입되는 화소들을 선택한다. 입력 영상의 데이터전압은 디스플레이 구동 기간(DP) 동안, 데이터 라인들(D1~Dm)에 공급된다.

터치 센싱 기간 동안, 센서 인에이블 배선(12)에 인가되는 센서 인에이블 펄스(EP)는 센싱 펄스가 인가되는 터치 센서들을 선택한다. 센서 인에이블 펄스(EP)는 터치 센서 각각에서 여러 차례 센싱 동작을 반복하여 터치 센싱회로(300)의 적분기에 전하가 충분히 누적될 수 있도록 그 펄스폭이 게이트 펄스(GP) 보다 넓다.

하나의 센서 인에이블 배선(12)은 도 4와 같이 터치 스크린에서 1 라인의 터치 센서들에 공통으로 연결되어 1 라인의 터치 센서들을 동시에 선택할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 하나의 센서 인에이블 배선(12)은 둘 이상의 터치 센서들에 연결되어 둘 이상의 터치 센서들을 동시에 선택할 수 있다. 센서 인에이블 펄스(EP)는 게이트 펄스(GP)와 마찬가지로 순차적으로 시프트된다. 도 6에서 TE1 및 TE2는 제1 및 제2 센서 인에이블 배선들(12)을 나타낸다.

센서 신호 배선(14)에는 디스플레이 구동 기간(DP) 동안 공통전압(Vcom)이 인가되어 공통 전극으로 동작하고, 터치 센싱 기간(TP) 동안 센싱펄스가 인가되어 센서 전극으로 동작한다. 센싱펄스는 공통전압(Vcom) 보다 큰 전압과 공통전압(Vcom) 보다 작은 전압 사이에서 스윙할 수 있다. 센싱펄스는 터치 센싱 기간(TP) 동안 턴-온되는 센서 TFT(T2)를 통해 센서 전극(S1~Sn)에 인가된다. 센싱 펄스의 형태나 개수는 도 6에 한정되지 않는다.

도 7은 본 발명의 터치 센서가 내장된 화소 어레이를 보여 주는 평면도이다. 도 8은 도 7에서 선 "Ⅰ-Ⅰ'"와 선 "Ⅱ-Ⅱ'"를 절취하여 터치 센서와 화소의 단면 구조를 보여 주는 단면도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 터치 센서의 배선들로 인하여 화소 어레이의 개구율이 낮아지지 않도록 센서 인에이블 배선(TEL)은 게이트 라인(GL)과 중첩된다. 센서 신호 배선(SL)은 데이터 라인(DL)과 중첩된다.

화소 TFT(T1)는 보텀 게이트(Bottom gate) 구조의 TFT로 형성될 수 있다. 센서 TFT(T2)는 탑 케이트(Top gate) 구조의 TFT로 구현될 수 있다. TFT들(T1, T2) 중 하나 이상은 에치 스토퍼(Etch stopper, ES1, ES2)를 적용한 산화물 TFT(Oxide TFT)로 적용될 수 있다. 데이터 라인(DL)은 제2 금속 패턴으로 형성된다. 센서 신호 배선(SL)은 제3 금속 패턴(M3)을 포함한다. 센서 인에이블 배선(TEL)과 센서 TFT의 게이트는 제4 금속 패턴(M4)을 포함한다.

단면 구조를 상세히 설명하면, 기판(SUBS) 상에 제1 금속 패턴들이 형성된다. 제1 금속 패턴들은 게이트 라인(GL), 게이트 라인(GL)에 연결된 화소 TFT(T1)의 게이트(GE1), 센서 TFT(T2)의 광실드 패턴(Light shied, LS) 등을 포함한다. 광쉴드 패턴(LS)은 기판(SUBS)을 통해 센서 TFT(T2)의 반도체 패턴(ACT)에 조사되는 빛을 반사시켜 광전류(photo current)로 인한 센서 TFT(T2)의 오동작을 방지한다.

게이트 절연막(GI)은 질화 실리콘(SiNx)과 같은 절연 물질로 제1 금속 패턴들을 덮는다. 게이트 절연막(GI)은 제1 금속 패턴들과 반도체 패턴들(ACT1, ACT2) 사이를 절연하고 또한, 제1 금속 패턴들과 제2 금속 패턴들을 절연한다.

화소 TFT(T1)와 센서 TFT(T2)의 반도체 패턴들(ACT)은 게이트 절연막(GI) 위에 형성된다. 화소 TFT(T1)의 반도체 패턴(ACT)은 게이트 절연막(GI)을 사이에 두고 게이트(GE1)와 중첩된다. 센서 TFT(T2)의 반도체 패턴(ACT)은 게이트 절연막(GI)을 사이에 두고 게이트 절연막(GI) 아래의 광쉴드 패턴(LS)과 중첩된다.

반도체 패턴(ACT)의 채널부에는 에치 스토퍼(Etch stopper, ES1, ES2)가 형성된다. 에치 스토퍼(ES1, ES2)는 반도체 패턴(ACT)의 습식 식각(Wet etch)시에 식각액(Etchant)에 의해 TFT들(T1, T2)의 채널 부분이 과식각되는 것을 방지한다. 에치 스토퍼(18)는 무기 절연 물질로 형성될 수 있다.

제2 금속 패턴들은 반도체 패턴들(ACT)을 덮도록 게이트 절연막(GI) 상에 형성된다. 제2 금속 패턴들은 데이터 라인(DL), 데이터 라인(DL)에 연결된 화소 TFT(T1)의 드레인(DE1), 화소 TFT(T1)의 소스(SE1), 센서 TFT(T2)의 드레인(DE2), 센서 TFT(T2)의 소스(SE2) 등을 포함한다.

제1 패시베이션층(PAS1)은 질화 실리콘(SiNx)과 같은 절연 물질로 형성되며, 반도체 패턴들(ACT)과 제2 금속 패턴들(DL, DE1, SE1, DE2, SE2)을 덮는다. 제2 패시베이션층(PAC)은 제1 패시베이션층(PAS1) 상에 포토 아크릴(Photo-acryl)과 같은 유기 절연물질로 형성된다.

제1 투명 전극 패턴들은 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 도전성 물질로 제2 패시베이션(PAC) 상에 형성된다. 제1 투명 전극 패턴들은 화소 전극(PXL)과 센싱 신호 배선(SL)의 투명 전극 패턴을 포함한다. 화소 전극(PXL)은 제1 및 제2 패시베이션층(PAS1, PAC)을 관통하는 제1 콘택홀(H1)을 통해 화소 TFT(T1)의 소스(SE1)에 연결된다. 센싱 신호 배선(SL)의 투명 전극 패턴은 제1 패시베이션층(PAS1)을 관통하는 제3 콘택홀(H3)을 통해 센서 TFT(T2)의 드레인(DE1)에 연결된다.

센싱 신호 배선(SL)은 제3 금속 패턴(M3)으로 형성된다. 제3 금속 패턴은 그 아래의 투명 전극 패턴과 연결된다. 제3 금속 패턴 아래의 투명 전극 패턴은 센서 전극(C1~Cn)을 형성한다. 제3 금속 패턴(M3)은 투명 전극 패턴에 비하여 저항이 작은 금속으로 형성되어 센싱 신호 배선(SL)의 저항을 낮출 수 있다.

제3 패시베이션층(PAS2)은 질화 실리콘(SiNx)과 같은 절연 물질로 형성되며, 제4 금속 패턴(M4), 제1 투명 전극 패턴들, 및 제2 패시베이션층(PAC)을 덮는다.

센싱 인에이블 배선(TEL)은 제4 금속 패턴(M4)으로 형성될 수 있다. 제4 금속 패턴(M4)은 투명 전극 패턴에 비하여 저항이 작은 금속으로 형성될 수 있다. 제4 금속 패턴(M4)은 센서 TFT(T2)의 게이트와 일체화된다.

제2 투명 전극 패턴들은 ITO와 같은 투명 도전성 물질로 형성된다. 제2 투명 전극 패턴들은 공통전압(Vcom)이 공급되는 화소의 공통 전극(COM)과, 제4 금속 패턴(M4)을 덮는 투명 전극 패턴을 포함한다. 공통 전극(COM)은 제3 패시베이션층(PAS2)과 제1 패시베이션층(PAS1)을 관통하는 제2 콘택홀(H2)을 통해 센서 TFT(T)의 소스(SE2)에 연결된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

12 : 센서 인에이블 배선 14 : 센서 신호 배선
100 : 표시패널 300 : 터치 센싱 회로
S1~Sn : 센서 전극

Claims

센서 전극들에 연결되는 센서 신호 배선들;
센서 인에블 펄스가 인가되는 센서 인에이블 배선들;
상기 센서 인에이블 펄스에 응답하여 턴-온되어 상기 센서 신호 배선으로부터의 센싱 펄스를 상기 센서 전극들에 인가하는 센서 TFT들;
데이터 전압을 화소 전극에 공급하는 화소 TFT들; 및
상기 센서 인에이블 배선에 상기 센서 인에이블 펄스를 인가하여 둘 이상의 센서 TFT들을 동시에 턴-온시키고 상기 센서 신호 배선들에 상기 센싱 펄스를 인가하는 터치 센싱 회로를 포함하고,
상기 센서 TFT들과 상기 화소 TFT들은 동일 기판 상에 배치되고,
상기 센서 TFT들은 상기 화소 전극과 상기 센서 전극을 경유하여 상기 화소 TFT들에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 센서 전극들은 화소들에 공통전압을 공급하기 위한 공통 전극이 분할된 패턴들로 형성되는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 센서 TFT들 각각은 데이터 전압이 인가되는 화소 전극과 상기 공통 전극을 경유하여 화소 TFT에 연결되는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 센서 TFT는 상기 센서 인에이블 배선에 연결된 게이트, 상기 센서 신호 배선에 연결된 드레인, 및 상기 센서 전극에 연결된 소스를 포함하고,
상기 화소 TFT는 게이트펄스가 인가되는 게이트 라인에 연결된 게이트, 영상 데이터 전압이 인가되는 데이터 라인에 연결된 드레인, 상기 화소 전극에 연결된 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 센서 인에이블 펄스의 펄스 폭은 상기 게이트 펄스 보다 큰 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 센서 TFT와 상기 화소 TFT 중 하나 이상은 산화물 TFT이고,
상기 센서 TFT는 탑 게이트 구조의 TFT이고,
상기 화소 TFT는 보텀 게이트 구조의 TFT인 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
제 5 항에 있어서,
1 프레임 기간은 디스플레이 구동 기간과 터치 센싱 기간으로 시분할되고,
상기 센서 TFT는 상기 터치 센싱 기간에 턴-온되는 반면, 상기 디스플레이 구동 기간 동안 오프 상태를 유지하고,
상기 화소 TFT는 상기 디스플레이 구동 기간에 턴-온되는 반면, 상기 터치 센싱 기간 동안 오프 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
제 7 항에 있어서,
상기 디스플레이 기간 동안 상기 센서 전극들에 공통전압이 인가되고, 상기 터치 센싱 기간 동안 상기 센서 전극들에 상기 센싱 펄스가 인가되는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 센싱 펄스는 상기 공통전압 보다 큰 전압과 상기 공통전압 보다 작은 전압 사이에서 스윙하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 센서 인에이블 배선은 상기 게이트 라인과 중첩되고,
상기 센서 신호 배선은 상기 데이터 라인과 중첩되는 터치 센싱 시스템.