KR102286534B1 - 터치 스크린 내장형 디스플레이 - Google Patents

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KR102286534B1
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Abstract

본 발명은 터치 스크린 내장형 디스플레이에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 내장형 디스플레이는, 터치 검출을 위한 센서 패턴; 디스플레이를 위한 내부 전극; 및 상기 센서 패턴과 상기 내부 전극 사이에 형성된 실드 패턴을 포함하되, 상기 센서 패턴은, 화소 간의 경계 영역에 정렬되는 메쉬 타입으로 형성되고, 상기 실드 패턴은, 상기 센서 패턴과 상기 내부 전극 사이에서 발생하는 노이즈 커패시턴스를 제거 또는 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 상술한 실시예와 다른 실시예들도 포함한다.

Description

터치 스크린 내장형 디스플레이{Display with integrated touch screen}
본 발명은, 예를 들어, 정전용량 방식의 터치 스크린이, 디스플레이의 내부에 일체형으로 내장된 터치 스크린 내장형 디스플레이에 관한 것이다.
일반적으로 터치 스크린은, 스마트 폰, PDA(Personal Digital Assistants), 그리고 PMP(Portable Multimedia Player) 등과 같은 모바일 기기는 물론, 네비게이션, 넷북, 노트북, DID(Digital Information Device), 그리고 IPTV(Internet Protocol TV) 등과 같은 다양한 유형의 전자 장치에 적용될 수 있다.
상기 터치 스크린은, LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), 그리고 OLED(Organic Light Emitting Diode) 등과 같은 다양한 유형의 디스플레이 위에 부가되는 온셀(On-cell) 타입의 터치 스크린과, 상기 디스플레이 내부에 일체형으로 내장되는 인셀(In-cell) 타입의 터치 스크린으로 구분될 수 있다.
상기 터치 스크린이 적용되는 디스플레이는, 터치 스크린 부착형(add-on type) 디스플레이, 터치 스크린 상판형(on-cell type) 디스플레이, 그리고 터치 스크린 내장형(in-cell type) 디스플레이 등으로 다양하게 구분될 수 있다.
상기 터치 스크린은, 예를 들어, 저항막 방식, 정전용량 방식, 전자기 유도 방식, 적외선 방식, 또는 초음파 방식 등과 같은 다양한 유형의 터치 검출 방식이 적용될 수 있다.
상기 정전용량 방식의 터치 스크린은, 손가락 또는 전자 펜 등과 같은 터치 입력 도구가, 상기 터치 스크린에 배열된 센서 패턴(sensor pattern)에 접촉 또는 접근함에 따라, 상기 센서 패턴에서 발생하는 터치 커패시턴스(Ct: touch capacitance)에 의한 전압 변화에 기반하여, 터치 여부 및 터치 위치를 검출할 수 있다.
상기 센서 패턴은, 예를 들어, 터치 센서(touch sensor), 터치 패턴(touch pattern) 또는 터치 패드(touch pad) 등과 같은 임의의 명칭으로 다양하게 일컬어질 수 있다.
상기 터치 스크린 내장형 디스플레이는, 상기 센서 패턴이, 디스플레이의 내부에 일체형으로 설치되기 때문에, 상기 센서 패턴과, 디스플레이의 내부 전극(예: 공통 전극 등) 간의 이격 간격이 좁아질 수 있다.
이로 인해, 상기 센서 패턴과 상기 내부 전극 사이에서 발생하는 노이즈 커패시턴스(Cn: noise capacitance)가 증가하여, 터치 검출의 정확성 또는 디스플레이의 화질 등을 저하시킬 수 있다.
본 발명은, 예를 들어, 터치 스크린 내장형 디스플레이에 있어서, 센서 패턴과, 디스플레이의 내부 전극(예: 공통 전극 등) 사이에서 발생하는 노이즈 커패시턴스(Cn)을 효율적으로 제거 또는 줄이기 위해, 실드 패턴(shield pattern)이 포함된 터치 스크린 내장형 디스플레이를 제공하는 데, 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 내장형 디스플레이는, 터치 검출을 위한 센서 패턴; 디스플레이를 위한 내부 전극; 및 상기 센서 패턴과 상기 내부 전극 사이에 형성된 실드 패턴을 포함하되, 상기 센서 패턴은, 화소 간의 경계 영역에 정렬되는 메쉬 타입으로 형성되고, 상기 실드 패턴은, 상기 센서 패턴과 상기 내부 전극 사이에서 발생하는 노이즈 커패시턴스를 제거 또는 감소시킬 수 있다.
상기 실드 패턴은, 영(zero) 전압의 그라운드 또는 소정 레벨의 DC 전압이 접속되지 않게 고립되어, 플로팅 상태가 될 수 있다. 상기 실드 패턴은, 하이 레벨의 프리차지 전압과 로우 레벨의 샘플링 전압이 반복적으로 교번되는 펄스 파형이, 상기 센서 패턴과 함께 동시에 인가됨에 따라, 상기 샘플링 전압에 동기화되어 플로팅 상태가 될 수 있다.
상기 실드 패턴은, 전도성 투명 물질 또는 전도성 불투명 물질일 수 있다. 상기 내부 전극은, 공통 전극 또는 게이트 전극일 수 있다.
상기 내부 전극은, 공통 전극이고, 상기 실드 패턴은, 전도성 투명 물질로서, 상기 센서 패턴의 하면을 커버함과 아울러, 상기 공통 전극의 상면을 전부 커버하는 플레이트 타입일 수 있다.
상기 내부 전극은, 공통 전극이고, 상기 실드 패턴은, 전도성 불투명 물질로서, 상기 센서 패턴의 하면을 커버함과 아울러, 상기 공통 전극의 상면을 일부 커버하는 메쉬 타입일 수 있다.
상기 내부 전극은, 공통 전극이고, 상기 센서 패턴과 상기 공통 전극 사이에는, 상기 실드 패턴과, 보호막 역할의 패시베이션이 형성되고, 상기 패시베이션은, 상기 실드 패턴을 기준으로 상부 패시베이션과 하부 패시베이션으로 구분될 수 있다.
상기 내부 전극은, 공통 전극이고, 상기 터치 스크린 내장형 디스플레이는, 상부의 컬러 필터 기판과 하부의 TFT 어레이 기판을 포함하는 IPS(In-Plane Switching) 방식의 디스플레이에 속할 수 있다.
상기 내부 전극은, 게이트 전극이고, 상기 실드 패턴은, 전도성 투명 물질로서, 상기 센서 패턴의 하면을 커버함과 아울러, 상기 게이트 전극의 상면을 전부 커버하는 플레이트 타입일 수 있다.
상기 내부 전극은, 게이트 전극이고, 상기 실드 패턴은, 전도성 불투명 물질로서, 상기 센서 패턴의 하면을 커버함과 아울러, 상기 게이트 전극의 상면을 전부 커버하는 메쉬 타입일 수 있다.
상기 내부 전극은, 게이트 전극이고, 상기 센서 패턴과 상기 게이트 전극 사이에는, 상기 실드 패턴과, 보호막 역할의 패시베이션이 형성되고, 상기 패시베이션은, 상기 실드 패턴을 기준으로 상부 패시베이션과 하부 패시베이션으로 구분될 수 있다.
상기 내부 전극은, 게이트 전극이고, 상기 터치 스크린 내장형 디스플레이는, 상부의 TFT 어레이 기판과 하부의 컬러 필터 기판을 포함하는 TN(Twisted Nematic) 방식의 디스플레이에 속할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 터치 스크린 내장형 디스플레이에 있어서, 센서 패턴과 디스플레이의 내부 전극(예: 공통 전극 등) 사이에, 실드(shield) 패턴을 형성하고, 상기 실드 패턴이 플로팅(floating) 상태가 되도록 함으로써, 상기 센서 패턴과 상기 디스플레이의 내부 전극 사이에서 발생하는 노이즈 커패시턴스(Cn)을 효율적으로 제거 또는 줄일 수 있다.
또한, 디스플레이의 화소(pixel) 간의 경계 영역에 정렬된 메쉬(mesh) 타입의 센서 패턴과 대응되도록, 상기 실드 패턴을 전도성 불투명 물질(예: metal)의 메쉬 타입으로 형성함으로써, 상기 실드 패턴이, 각 화소의 디스플레이 기능에 영향을 주지 않도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린의 구성을 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 메쉬 타입의 센서 패턴을 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예가 적용되는 IPS 방식의 터치 스크린 내장형 디스플레이의 단면도를 예시한 도면이다.
도 4는 도 3의 공통 전극과 센서 패턴 사이에 발생하는 노이즈 커패시턴스(Cn)을 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 실드 패턴이 포함된 IPS 방식의 터치 스크린 내장형 디스플레이의 단면도를 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실드 패턴이 포함된 IPS 방식의 터치 스크린 내장형 디스플레이의 단면도를 예시한 도면이다.
도 7 및 도 8는 도 6의 공통 전극 및 실드 패턴 사이에 발생하는 제1 노이즈 커패시턴스(Cn1)와 실드 패턴 및 센서 패턴 사이에 발생하는 제2 노이즈 커패시턴스(Cn2)을 예시한 도면들이다.
도 9은 본 발명의 실시예가 적용되는 TN 방식의 터치 스크린 내장형 디스플레이의 단면도를 예시한 도면이다.
도 10는 도 9의 게이트 전극과 센서 패턴 사이에 발생하는 노이즈 커패시턴스(Cn)을 예시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 실드 패턴이 포함된 TN 방식의 터치 스크린 내장형 디스플레이의 단면도를 예시한 도면이다.
도 12은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실드 패턴이 포함된 TN 방식의 터치 스크린 내장형 디스플레이의 단면도를 예시한 도면이다.
도 13 및 도 14는 도 12의 게이트 전극 및 실드 패턴 사이에 발생하는 제3 노이즈 커패시턴스(Cn3)와 실드 패턴 및 센서 패턴 사이에 발생하는 제4 노이즈 커패시턴스(Cn4)을 예시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은, 터치 스크린 내장형 디스플레이에 관한 것으로, 예를 들어, 센서 패턴과 디스플레이의 내부 전극(예: 공통 전극 등) 사이에, 실드 패턴을 형성하고, 상기 실드 패턴이 플로팅(floating) 상태가 되도록 함으로써, 상기 센서 패턴과 디스플레이의 내부 전극 사이에서 발생하는 노이즈 커패시턴스를 효율적으로 제거 또는 줄일 수 있다.
본 발명의 실시예가 적용되는 터치 스크린은, LCD, PDP, 그리고 OLED 등과 같은 다양한 유형의 디스플레이 내부에 일체형으로 내장될 수 있다. 상기 터치 스크린은, 터치 미 발생시 검출된 전압과, 터치 발생으로 인해 터치 정전용량이 부가될 때 검출된 전압 간의 크기를 비교하여, 두 전압의 크기 차이로 터치를 검출하는 등의 다양한 터치 검출 방법이 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예가 적용되는 터치 스크린 내장형 디스플레이는, 임의 형태의 정지화상(예, JPG, TIF) 또는 동영상(MPEG-2, MPEG-4) 등과 같은 다양한 콘텐츠의 이미지를 표시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린의 구성을 예시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 터치 스크린은, 예를 들어, 정전용량 방식의 터치 스크린일 수 있고, 다수의 센서 패턴들(10)과, 다수의 센서 신호선들(20), 그리고 터치 드라이브 IC(TDI: Touch Drive IC)(30) 등을 포함할 수 있다.
상기 센서 패턴들(10)은, 예를 들어, 다수의 로우(row)와 컬럼(column)의 매트릭스로 배열될 수 있고, 직사각형 또는 마름모 형상이거나, 또는 다수의 마름모들이 연결된 독특한 형상일 수 있다.
상기 센서 패턴들(10)은, 예를 들어, 전도성 투명 물질(예: ITO(Indium Tin Oxide))이거나, 전도성 불투명 물질(예: metal)로 형성될 수 있고, 터치 센서, 터치 패턴, 또는 터치 패드 등과 같이 임의의 다른 명칭으로 다양하게 일컬어질 수 있다.
상기 센서 신호선들(20)은, 상기 센서 패턴들에 독립적으로 연결될 수 있고, 상기 센서 패턴들에 의해 생성되는 터치 커패시턴스(Ct)를, 상기 터치 드라이브 IC(30)로 전달하기 위하여, 도 1에 도시한 바와 같이, 각 컬럼에 속하는 센서 패턴들의 일측(예: 우측)에 나란히 배열될 수 있다.
상기 센서 신호선들은(20)은, 상기 터치 드라이브 IC(30)와 상기 센서 패턴(10) 간의 이격 거리에 따라, 서로 다른 폭(width)으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 터치 드라이브 IC(30)와 가장 먼 거리에 배열된 제1 컬럼(col 1) 내의 제1 센서 패턴(TS(R1, C1))에 연결된 제1 센서 신호선의 폭은, 상기 터치 드라이브 IC(30)와 가장 가까운 거리에 배열된 제1 컬럼 내의 제6 센서 패턴(TS(R6, C1)에 연결된 제6 센서 신호선의 폭 보다 넓게 형성될 수 있다.
상기 센서 신호선들(20)은, 예를 들어, 전도성 투명 물질(예: ITO)이거나, 전도성 불투명 물질(예: metal)로 형성될 수 있고, 더 나아가, 상기 터치 스크린의 일부 영역(예: 가시 영역)에서는, 상기 전도성 투명 물질이고, 나머지 일부 영역(예: 비가시 영역)에서는, 상기 전도성 불투명 물질로 형성될 수도 있으며, 링크 라인(link line) 등과 같이 임의의 다른 명칭으로 다양하게 일컬어질 수 있다.
상기 터치 드라이브 IC(30)은, 상기 센서 패턴들을 구동하고, 상기 센서 패턴들에서 발생하는 터치 커패시턴스(Ct)를 상기 센서 신호선들을 통해 수신하여, 터치 여부 및 터치 위치를 검출할 수 있으며, 터치 IC 등과 같이 임의의 다른 명칭으로 다양하게 일컬어질 수 있다.
상기 터치 드라이브 IC(30)은, 예를 들어, LCD 또는 OLED 등과 같은 다양한 유형의 디스플레이에 포함된 디스플레이 드라이브 IC(DDI: Display Drive IC)와 연동하거나, 상기 DDI와 일체화되어 하나의 IC, 예를 들어 TDDI(Touch Display Drive IC))로 제작될 수 있으며, 스마트 폰 등과 같은 전자 장치에 포함된 씨피유(CPU) 또는 메인 프로세서(main processor) 등과 연동할 수 있다.
상기 터치 드라이브 IC(30)은, 예를 들어, 도 1에 도시한 바와 같이, 터치 구동을 위한 구동부(31), 터치 검출을 위한 터치 검출부(32), 터치 신호 처리를 위한 신호 처리부(33), 터치 데이터 저장을 위한 메모리부(34), 전원 공급을 위한 전원부(35), 터치 구동 및 검출 제어를 위한 컨트롤러(36), 터치 타이밍 제어를 위한 타이밍 제어부(37), 터치 구동 전압 생성을 위한 전압 생성부(38), 그리고 외부 통신을 위한 통신부(39) 등을 모두 포함하거나 일부 포함할 수 있다.
상기 컨트롤러(36)는, 상기 구성 요소들 중 하나 이상을 제어함과 아울러, 상기 통신부(39)를 통해 외부 구성 요소와의 인터페이스를 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 컨트롤러(36)는, 상기 통신부(36)을 통해, 전술한 바 있는 디스플레이의 DDI와 연동하거나, 스마트 폰 등과 같은 전자 장치의 씨피유(CPU) 등과 연동할 수 있다.
상기 컨트롤러(36)는, 상기 터치 검출부(32)와 상기 신호 처리부(33), 그리고 상기 타이밍 제어부(37) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 터치 여부 및 터치 위치를 검출하는 터치 액티브 모드(touch active mode)와, 터치 여부만을 검출하는 터치 아이들 모드(touch idle mode)를 지원할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 메쉬 타입의 센서 패턴을 예시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 센서 패턴(10)과 상기 센서 신호선(20)은, 디스플레이의 내부에 형성되며, 예를 들어, 디스플레이의 화소(pixel) 간의 경계 영역인 블랙 매트릭스(BM: Black Matrix)에 정렬되는 메쉬(mesh) 타입으로 형성될 수 있다.
상기 메쉬 타입의 센서 패턴(10)과 센서 신호선(20)은, 전도성 투명 물질(예: ITO)이거나, 전도성 불투명 물질(예: metal)로 형성될 수 있으며, 제조 공정 상에서, 한 장의 마스크로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 센서 패턴(10)과 센서 신호선(20)을, 전도성 불투명 물질인 메탈(metal) 등으로 형성하는 경우, 전도성이 높아져서, 터치 검출의 정확성을 향상시킬 수 있다.
상기 블랙 매트릭스(BM)는, 반사 및 투과되지 않는 검정 계열의 물질로 형성될 수 있고, 예를 들어, LCD의 칼라 필터의 레진의 경계 면에 형성될 수 있으며, 각 화소(40a, 40b, 40c)에 연결된 신호 선들이 육안으로 보이지 않도록 가리거나, 화소의 컬러를 구분 짓는 역할을 할 수 있다.
상기 블랙 매트릭스(BM)는, 예를 들어, 약 수 um에서 수십 um 정도의 폭으로 배치될 수 있고, 하나의 화소에 대한 블랙 매트릭스(BM)의 점유율은, 약 20%~50% 정도가 될 수 있다. 이에 따라, 상기 메쉬 타입의 센서 패턴(10)을 상기 블랙 매트릭스(BM) 상에 정렬시켜 형성하더라도, 유효한 센서 패턴의 터치 검출 면적을 충분히 확보할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예가 적용되는 IPS(In-Plane Switching) 방식의 터치 스크린 내장형 디스플레이의 단면도를 예시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 IPS 방식의 터치 스크린 내장형 디스플레이는, 상부의 컬러 필터 기판(color filter substrate)(100)과, 하부의 TFT 어레이 기판(TFT-array substrate)(200)을 포함할 수 있다.
상기 TFT 어레이 기판(200)의 상면에는, TFT(210), 화소 전극(220), 그리고 스토리지 커패시터(230) 등이 가로 방향으로 형성되고, 상기 TFT(210)는, 소스 전극(211), 드레인 전극(212), 그리고 게이트 전극(213)을 포함하며, 상기 소스 전극(211)에는, 데이터 버스 라인(214)이 연결될 수 있다.
상기 컬러 필터 기판(100)의 하면에는, 블랙 매트릭스(110, 111)와 컬러 필터(120)가 가로 방향으로 형성되고, 상기 블랙 매트릭스(110, 111)의 하면에는, 도 2를 참조로 전술한 바 있는, 메쉬 타입의 센서 패턴(130)이 형성될 수 있다.
상기 센서 패턴(130)의 아래에는, 디스플레이의 내부 전극 중 하나인 공통 전극(150)이 형성되되, 상기 센서 패턴(130)과 상기 공통 전극(150) 사이에는, 보호막 역할의 패시베이션(passivation)(140)이 형성될 수 있다.
도 4는 도 3의 공통 전극과 센서 패턴 사이에 발생하는 노이즈 커패시턴스(Cn)을 예시한 도면이다. 여기서, 도 4에 도시된 공통 전극(150)과 센서 패턴(130) 사이의 이격 간격(d)은, 설명의 편의를 위해, 가상으로 확대 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 상기 공통 전극(150)과 상기 센서 패턴(130) 사이에 형성된 패시베이션(140)으로 인해, 상기 공통 전극(150)과 상기 센서 패턴(130) 사이에는, 소정의 이격 간격(d)이 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 이격 간격(d)은, 약 9um일 수 있고, 상기 이격 간격(d) 사이에서 발생하는 노이즈 커패시턴스(Cn)은, 약 100pF일 수 있으며, 상기 노이즈 커패시턴스(Cn)은, 터치 검출의 정확성과 디스플레이의 화질 등을 저하시키는 노이즈 성분으로 작용할 수 있다.
상기 공통 전극(150)과 상기 센서 패턴(130) 사이의 이격 간격(d)을 증가시키기 위해, 상기 패시베이션(140)의 두께를 증가시킬 수도 있으나, 이는 터치 스크린 내장형 디스플레이의 두께를 증가시키는 결과를 초래하게 된다.
이하, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 공통 전극(150)과 상기 센서 패턴(130) 사이의 이격 간격(d)을, 실질적으로 유지 또는 줄이면서도, 상기 노이즈 커패시턴스(Cn)을 효율적으로 제거하거나 줄일 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 실드 패턴이 포함된 IPS 방식의 터치 스크린 내장형 디스플레이의 단면도를 예시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 IPS 방식의 터치 스크린 내장형 디스플레이는, 도 3을 참조로 전술한 바와 같이, 컬러 필터 기판(100)과, TFT 어레이 기판(200)을 포함한다.
상기 TFT 어레이 기판(200)의 상면에는, TFT(210), 화소 전극(220), 그리고 스토리지 커패시터(230) 등이 가로 방향으로 형성되고, 상기 TFT(210)는, 소스 전극(211), 드레인 전극(212), 그리고 게이트 전극(213)을 포함하며, 상기 소스 전극(211)에는, 데이터 버스 라인(214)이 연결될 수 있다.
상기 컬러 필터 기판(100)의 하면에는, 블랙 매트릭스(110, 111)와 컬러 필터(120)가 가로 방향으로 형성되고, 상기 블랙 매트릭스(110, 111)의 하면에는, 메쉬 타입의 센서 패턴(130)이 형성되며, 상기 센서 패턴(130)의 아래에는, 디스플레이의 내부 전극 중 하나인 공통 전극(150)이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 센서 패턴(130)과 상기 공통 전극(150) 사이에는, 보호막 역할의 패시베이션이 형성되되, 노이즈 커패시턴스(Cn)을 효율적으로 제거 또는 줄이기 위한 실드 패턴(shield pattern)(160)이 추가로 형성될 수 있다.
상기 패시베이션은, 상부 패시베이션(140a)와 하부 패시베이션(140b)으로 구분될 수 있고, 상기 실드 패턴(160)은, 예를 들어, 전도성 투명 물질(예: ITO 등))이거나, 전도성 불투명 물질(예: metal 등)로 형성될 수 있다.
상기 실드 패턴(160)이, 전도성 투명 물질(예: ITO 등)인 경우, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 실드 패턴(160)은, 상기 센서 패턴(130)의 하면을 커버함과 아울러, 상기 공통 전극(150)의 상면을 실질적으로 전부 커버할 수 있는 플레이트(plate) 타입일 수 있다.
상기 실드 패턴(160)은, 상기 공통 전극(150)과 상기 센서 패턴(130) 사이에서 발생하는 노이즈 커패시턴스(Cn)을 효율적으로 제거 또는 줄이기 위한 차폐 기능을 수행할 수 있다.
상기 실드 패턴(160)은, 영(zero) 전압의 그라운드(GND) 또는 소정 레벨의 DC 전압이 접속되지 않게 고립되어 플로팅(floating) 상태가 될 수 있다. 또는, 상기 센서 패턴(130)에 인가되는 펄스 파형, 예를 들어, 하이 레벨의 프리차지(Pre-charge) 전압과 로우 레벨의 샘플링(sampling) 전압이 반복적으로 교번되는 펄스 파형을, 상기 센서 패턴(130)과 상기 실드 패턴(160)에 각각 동시에 인가함으로써, 상기 센서 패턴(130)에서 터치를 검출하는 샘플링 전압에 동기화하여, 상기 실드 패턴(160)이 플로팅 상태가 되도록 할 수 있다.
참고로, 상기 실드 패턴(160)에, 영(zero) 전압의 그라운드(GND) 또는 소정 레벨의 DC 전압이 접속되는 경우, 상기 실드 패턴(160)과 상기 센서 패턴(130) 사이에 발생하는 노이즈 커패시턴스(Cn)가 오히려 더 증가하는 역 효과가 발생할 수 있다.
또한, 상기 실드 패턴(160)의 두께는, 노이즈 커패시턴스의 발생 방지에 영향을 주는 중요한 요소가 아니므로, 상기 실드 패턴의 추가 형성으로 인해, 상기 공통 전극(150)과 상기 센서 패턴(130) 사이의 이격 간격(d)이 증가되지 않을 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실드 패턴이 포함된 IPS 방식의 터치 스크린 내장형 디스플레이의 단면도를 예시한 도면이다.
도 6를 참조하면, 상기 IPS 방식의 터치 스크린 내장형 디스플레이는, 도 5의 구성과 거의 동일하되, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 실드 패턴(161)이, 상기 센서 패턴(130)에 대응되는 메쉬 타입으로 형성될 수 있다.
상기 실드 패턴(161)이, 전도성 불투명 물질(예: metal 등)인 경우, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 실드 패턴(161)은, 상기 센서 패턴(130)의 하면을 커버함과 아울러, 상기 공통 전극(150)의 상면을 부분적으로 일부 커버할 수 있는 메쉬 타입일 수 있다.
상기 실드 패턴(161)의 재질이, 전도성 불투명 물질(예: metal)이더라도, 상기 실드 패턴(161)은, 디스플레이의 화소 간의 경계 영역(예: BM)에 정렬된 메쉬 타입으로 형성되기 때문에, 각 화소의 디스플레이 기능을 저하시키지 않는다.
상기 실드 패턴(161)은, 상기 공통 전극(150)과 상기 센서 패턴(130) 사이에서 발생하는 노이즈 커패시턴스(Cn)을 효율적으로 제거 또는 줄이기 위한 차폐 기능을 수행할 수 있다.
상기 실드 패턴(161)은, 도 5를 참조로 전술한 바와 같이, 영(zero) 전압의 그라운드(GND) 또는 소정 레벨의 DC 전압이 접속되지 않게 고립되어 플로팅(floating) 상태가 될 수 있다.
또는, 하이 레벨의 프리차지 전압과 로우 레벨의 샘플링 전압이 반복적으로 교번되는 펄스 파형을, 상기 센서 패턴(130)과 상기 실드 패턴(161)에 각각 동시에 인가함으로써, 상기 센서 패턴(130)에서 터치를 검출하는 샘플링 전압에 동기화하여, 상기 실드 패턴(161)이 플로팅 상태가 되도록 할 수 있다.
도 7 및 도 8는 도 6의 공통 전극 및 실드 패턴 사이에 발생하는 제1 노이즈 커패시턴스(Cn1)와 실드 패턴 및 센서 패턴 사이에 발생하는 제2 노이즈 커패시턴스(Cn2)을 예시한 도면이다.
도 7 및 도 8에 도시된 공통 전극(150) 및 실드 패턴(161) 사이의 이격 간격(d1)과, 실드 패턴(161) 및 센서 패턴(130) 사이의 이격 간격(d2)는, 설명의 편의를 위해, 가상으로 확대 도시한 것이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 공통 전극(150)과 상기 실드 패턴(161) 사이에는, 제1 노이즈 커패시턴스(Cn1)가 발생하고, 상기 실드 패턴(161)과 상기 센서 패턴(130) 사이에는, 제2 노이즈 커패시턴스(Cn2)가 발생할 수 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 상기 실드 패턴(161)은, 영(zero) 전압의 그라운드(GND) 또는 소정 레벨의 DC 전압이 접속되지 않게 고립되어 플로팅(floating) 상태가 될 수 있다.
또는, 도 8에 도시한 바와 같이, 하이 레벨의 프리차지 전압과 로우 레벨의 샘플링 전압이 반복적으로 교번되는 펄스 파형을, 상기 센서 패턴(130)과 상기 실드 패턴(161)에 각각 동시에 인가함으로써, 상기 센서 패턴(130)에서 터치를 검출하는 샘플링 전압에 동기화하여, 상기 실드 패턴(161)이 플로팅 상태가 될 수 있다.
이에 따라, 상기 공통 전극(150)과 상기 실드 패턴(161) 사이의 제1 노이즈 커패시턴스(Cn1)과, 상기 실드 패턴(161)과 상기 센서 패턴(130) 사이의 제2 노이즈 커패시턴스(Cn2)가 발생하는 것을 효율적으로 제거하거나 줄일 수 있다.
도 9은 본 발명의 실시예가 적용되는 TN(Twisted Nematic) 방식의 터치 스크린 내장형 디스플레이의 단면도를 예시한 도면이다.
도 9을 참조하면, 상기 TN 방식의 터치 스크린 내장형 디스플레이는, 상부의 TFT 어레이 기판(200)과, 하부의 컬러 필터 기판(100)을 포함한다.
상기 컬러 필터 기판(100)의 상면에는, 블랙 매트릭스(110, 111)와 컬러 필터(120)가 가로 방향으로 형성되고, 상기 블랙 매트릭스(110, 111)와 상기 컬러 필터(120)의 상면에는, 패시베이션(141)이 형성되고, 상기 패시베이션(141)의 상면에는, 공통 전극(150)이 형성될 수 있다.
상기 TFT 어레이 기판(200)의 하면에는, 도 2를 참조로 전술한 바 있는, 메쉬 타입의 센서 패턴(130)이 형성되고, 상기 센서 패턴(130)의 하면에는, 패시베이션(140)이 형성되며, 상기 패시베이션(140)의 하면에는, TFT(210), 화소 전극(220), 그리고 스토리지 커패시터(230) 등이 가로 방향으로 형성될 수 있다.
상기 TFT(210)는, 소스 전극(211), 드레인 전극(212), 그리고 게이트 전극(213)을 포함하며, 상기 소스 전극(211)에는, 데이터 버스 라인(214)이 연결될 수 있다.
도 10는 도 9의 게이트 전극과 센서 패턴 사이에 발생하는 노이즈 커패시턴스(Cn)을 예시한 도면이다. 여기서, 도 10에 도시된 게이트 전극(213)과 센서 패턴(130) 사이의 이격 간격(d)은, 설명의 편의를 위해, 가상으로 확대 도시한 것이다.
도 10를 참조하면, 상기 게이트 전극(213)과 상기 센서 패턴(130) 사이에 형성된 패시베이션(140)으로 인해, 상기 게이트 전극(213)과 상기 센서 패턴(130) 사이에는, 소정의 이격 간격(d)이 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 이격 간격(d)은, 약 9um일 수 있고, 상기 이격 간격(d) 사이에서 발생하는 노이즈 커패시턴스(Cn)은, 약 100pF일 수 있으며, 상기 노이즈 커패시턴스(Cn)은, 터치 검출의 정확성과 디스플레이의 화질 등을 저하시키는 노이즈 성분으로 작용할 수 있다.
상기 게이트 전극(213)과 상기 센서 패턴(130) 사이의 이격 간격(d)을 증가시키기 위해, 상기 패시베이션(140)의 두께를 증가시킬 수도 있으나, 이는 터치 스크린 내장형 디스플레이의 두께를 증가시키는 결과를 초래하게 된다.
이하, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 게이트 전극(213)과 상기 센서 패턴(130) 사이의 이격 간격(d)을, 실질적으로 유지 또는 줄이면서도, 상기 노이즈 커패시턴스(Cn)을 효율적으로 제거하거나 줄일 수 있다.
상기 게이트 전극(213)은, 디스플레이의 내부 전극 중 하나로서, 상기 노이즈 커패시턴스(Cn)은, 예를 들어, 소스 전극(211) 또는 드레인 전극(212) 등과 같은 다른 전극들에 의해서도 발생할 수 있다.
이하에서는, 설명의 편의를 위해, 상기 게이트 전극과 상기 센서 패턴 사이에서 발생하는 노이즈 커패시턴스를 효율적으로 제거 또는 줄이는 실시예에 대해 상세히 설명한다. 다만, 본 발명은 상기 게이트 전극에 한정되는 것은 아니다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 실드 패턴이 포함된 TN 방식의 터치 스크린 내장형 디스플레이의 단면도를 예시한 도면이다.
도 11을 참조하면, 상기 TN 방식의 터치 스크린 내장형 디스플레이는, 도 9을 참조로 전술한 바와 같이, 상부의 TFT 어레이 기판(200)과 하부의 컬러 필터 기판(100)을 포함한다.
상기 컬러 필터 기판(100)의 상면에는, 블랙 매트릭스(110, 111)와 컬러 필터(120)가 가로 방향으로 형성되고, 상기 블랙 매트릭스(110, 111)와 상기 컬러 필터(120)의 상면에는, 패시베이션(141)과 공통 전극(150)이 차례 대로 적층될 수 있다.
상기 TFT 어레이 기판(200)의 하면에는, 도 2를 참조로 전술한 바와 같이, 메쉬 타입의 센서 패턴(130)이 형성되고, 상기 센서 패턴(130)의 하면에는, 패시베이션이 형성되되, 본 발명의 실시예에 따르면, 도 11에 도시한 바와 같이, 노이즈 커패시턴스(Cn)을 효율적으로 제거 또는 줄이기 위한 실드 패턴(shield pattern)(160)이 추가로 형성될 수 있다.
상기 패시베이션은, 상부 패시베이션(140a)와 하부 패시베이션(140b)으로 구분될 수 있고, 상기 실드 패턴(160)은, 예를 들어, 전도성 투명 물질(예: ITO 등))이거나, 전도성 불투명 물질(예: metal 등)로 형성될 수 있다.
상기 실드 패턴(160)이, 전도성 투명 물질(예: ITO 등)인 경우, 도 11에 도시한 바와 같이, 상기 실드 패턴(160)은, 상기 센서 패턴(130)의 하면을 커버함과 아울러, 디스플레이의 내부 전극들, 예를 들어, TFT(213)의 게이트 전극(213)는 물론 소스 전극(211), 드레인 전극(212), 화소 전극(220), 또는 스토리지 커패시터(230)을 실질적으로 전부 커버할 수 있는 플레이트(plate) 타입일 수 있다.
상기 실드 패턴(160)은, 상기 디스플레이의 내부 전극, 예를 들어, 상기 게이트 전극(213)과 상기 센서 패턴(130) 사이에서 발생하는 노이즈 커패시턴스(Cn)을 실질적으로 제거 또는 줄이기 위한 차폐 기능을 수행할 수 있다.
상기 실드 패턴(160)에는, 영(zero) 전압의 그라운드(GND) 또는 소정 레벨의 DC 전압이 접속되지 않게 고립되어 플로팅 상태가 될 수 있다. 또는, 상기 센서 패턴(130)에 인가되는 펄스 파형, 예를 들어, 하이 레벨의 프리차지 전압과 로우 레벨의 샘플링 전압이 반복적으로 교번되는 펄스 파형을, 상기 센서 패턴(130)과 상기 실드 패턴(160)에 각각 동시에 인가함으로써, 상기 센서 패턴(130)에서 터치를 검출하는 샘플링 전압에 동기화하여, 상기 실드 패턴(160)이 플로팅 상태가 되도록 할 수 있다.
도 12은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실드 패턴이 포함된 TN 방식의 터치 스크린 내장형 디스플레이의 단면도를 예시한 도면이다.
도 12을 참조하면, 상기 TN 방식의 터치 스크린 내장형 디스플레이는, 도 11의 구성과 거의 동일하되, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 실드 패턴(161)이, 상기 센서 패턴(130)에 대응되는 메쉬 타입으로 형성될 수 있다.
상기 실드 패턴(161)이, 전도성 불투명 물질(예: metal 등)인 경우, 도 12에 도시한 바와 같이, 상기 실드 패턴(161)은, 상기 센서 패턴(130)의 하면을 커버함과 아울러, 상기 게이트 전극(213)의 상면을 커버할 수 있는 메쉬 타입일 수 있다.
상기 실드 패턴(161)의 재질이, 전도성 불투명 물질(예: metal)이더라도, 상기 실드 패턴(161)은, 디스플레이의 화소 간의 경계 영역(예: BM)에 정렬된 메쉬 타입으로 형성되기 때문에, 각 화소의 디스플레이 기능을 저하시키지 않는다.
상기 실드 패턴(161)은, 상기 게이트 전극(213)과 상기 센서 패턴(130) 사이에서 발생하는 노이즈 커패시턴스(Cn)을 효율적으로 제거 또는 줄이기 위한 차폐 기능을 수행할 수 있다.
상기 실드 패턴(161)은, 전술한 바와 같이, 영(zero) 전압의 그라운드(GND) 또는 소정 레벨의 DC 전압이 접속되지 않게 고립되어 플로팅(floating) 상태가 될 수 있다.
또는, 하이 레벨의 프리차지 전압과 로우 레벨의 샘플링 전압이 반복적으로 교번되는 펄스 파형을, 상기 센서 패턴(130)과 상기 실드 패턴(161)에 각각 동시에 인가함으로써, 상기 센서 패턴(130)에서 터치를 검출하는 샘플링 전압에 동기화하여, 상기 실드 패턴(161)이 플로팅 상태가 되도록 할 수 있다.
도 13 및 도 14는 도 12의 게이트 전극 및 실드 패턴 사이에 발생하는 제3 노이즈 커패시턴스(Cn3)와 실드 패턴 및 센서 패턴 사이에 발생하는 제4 노이즈 커패시턴스(Cn4)을 예시한 도면이다.
도 13 및 도 14에 도시된 게이트 전극(213) 및 실드 패턴(161) 사이의 이격 간격(d3)과, 실드 패턴(161) 및 센서 패턴(130) 사이의 이격 간격(d4)는, 설명의 편의를 위해, 가상으로 확대 도시한 것이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 상기 게이트 전극(213)과 상기 실드 패턴(161) 사이에는, 제3 노이즈 커패시턴스(Cn3)가 발생하고, 상기 실드 패턴(161)과 상기 센서 패턴(130) 사이에는, 제4 노이즈 커패시턴스(Cn4)가 발생할 수 있다.
도 13에 도시한 바와 같이, 상기 실드 패턴(161)에는, 영(zero) 전압의 그라운드(GND) 또는 소정 레벨의 DC 전압이 접속되지 않게 고립되어 플로팅(floating) 상태가 될 수 있다.
또는 도 14에 도시한 바와 같이, 하이 레벨의 프리차지 전압과 로우 레벨의 샘플링 전압이 반복적으로 교번되는 펄스 파형을, 상기 센서 패턴(130)과 상기 실드 패턴(161)에 각각 동시에 인가함으로써, 상기 센서 패턴(130)에서 터치를 검출하는 샘플링 전압에 동기화하여, 상기 실드 패턴(161)이 플로팅 상태가 될 수 있다.
이에 따라, 상기 게이트 전극(213)과 상기 실드 패턴(161) 사이의 제3 노이즈 커패시턴스(Cn3)과, 상기 실드 패턴(161)과 상기 센서 패턴(130) 사이의 제4 노이즈 커패시턴스(Cn4)가, 발생하는 것을 효율적으로 제거하거나 줄일 수 있다.
이상, 본 발명의 다양한 실시예들은, LCD의 터치 스크린 내장형 디스플레이를 참조로 상세히 설명하였나, 전술한 바와 같이, OLED의 터치 스크린 내장형 디스플레이들에 대해서도, 동일 또는 유사하게 적용 가능하다.
이와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
110: 블랙 매트릭스 130: 센서 패턴
140a, 140b: 패시베이션 150: 공통 전극
161: 실드 패턴

Claims (13)

  1. 터치 스크린 내장형 디스플레이에 있어서,
    터치 검출을 위한 센서 패턴;
    디스플레이를 위한 내부 전극; 및
    상기 센서 패턴과 상기 내부 전극 사이에 형성된 실드 패턴을 포함하되,
    상기 센서 패턴은, 화소 간의 경계 영역인 블랙 매트릭스(BM : black matrix)에 정렬되는 메쉬 타입으로 형성되고,
    상기 실드 패턴은, 상기 센서 패턴과 상기 내부 전극 사이에서 발생하는 노이즈 커패시턴스를 제거 또는 감소시키되,
    상기 실드 패턴은 상기 센서 패턴에 대응되도록 상기 블랙 매트릭스에 정렬되는 메쉬 타입으로 형성되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 내장형 디스플레이.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실드 패턴은, 영(zero) 전압의 그라운드 또는 소정 레벨의 DC 전압이 접속되지 않게 고립되어, 플로팅 상태가 되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 내장형 디스플레이.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실드 패턴은, 하이 레벨의 프리차지 전압과 로우 레벨의 샘플링 전압이 반복적으로 교번되는 펄스 파형이, 상기 센서 패턴과 함께 동시에 인가됨에 따라, 상기 샘플링 전압에 동기화되어 플로팅 상태가 되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 내장형 디스플레이.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 실드 패턴은, 전도성 투명 물질 또는 전도성 불투명 물질인 것을 특징으로 하는 터치 스크린 내장형 디스플레이.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 내부 전극은, 공통 전극 또는 게이트 전극인 것을 특징으로 하는 터치 스크린 내장형 디스플레이.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 내부 전극은, 공통 전극이고,
    상기 실드 패턴은, 전도성 투명 물질로서, 상기 센서 패턴의 하면을 커버함과 아울러, 상기 공통 전극의 상면을 전부 커버하는 플레이트 타입인 것을 특징으로 하는 터치 스크린 내장형 디스플레이.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 내부 전극은, 공통 전극이고,
    상기 실드 패턴은, 전도성 불투명 물질로서, 상기 센서 패턴의 하면을 커버함과 아울러, 상기 공통 전극의 상면을 일부 커버하는 메쉬 타입인 것을 특징으로 하는 터치 스크린 내장형 디스플레이.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 내부 전극은, 공통 전극이고,
    상기 센서 패턴과 상기 공통 전극 사이에는, 상기 실드 패턴과, 보호막 역할의 패시베이션이 형성되고,
    상기 패시베이션은, 상기 실드 패턴을 기준으로 상부 패시베이션과 하부 패시베이션으로 구분되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 내장형 디스플레이.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 내부 전극은, 공통 전극이고,
    상기 터치 스크린 내장형 디스플레이는, 상부의 컬러 필터 기판과 하부의 TFT 어레이 기판을 포함하는 IPS(In-Plane Switching) 방식의 디스플레이에 속하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 내장형 디스플레이.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 내부 전극은, 게이트 전극이고,
    상기 실드 패턴은, 전도성 투명 물질로서, 상기 센서 패턴의 하면을 커버함과 아울러, 상기 게이트 전극의 상면을 전부 커버하는 플레이트 타입인 것을 특징으로 하는 터치 스크린 내장형 디스플레이.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 내부 전극은, 게이트 전극이고,
    상기 실드 패턴은, 전도성 불투명 물질로서, 상기 센서 패턴의 하면을 커버함과 아울러, 상기 게이트 전극의 상면을 전부 커버하는 메쉬 타입인 것을 특징으로 하는 터치 스크린 내장형 디스플레이.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 내부 전극은, 게이트 전극이고,
    상기 센서 패턴과 상기 게이트 전극 사이에는, 상기 실드 패턴과, 보호막 역할의 패시베이션이 형성되고,
    상기 패시베이션은, 상기 실드 패턴을 기준으로 상부 패시베이션과 하부 패시베이션으로 구분되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 내장형 디스플레이.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 내부 전극은, 게이트 전극이고,
    상기 터치 스크린 내장형 디스플레이는, 상부의 TFT 어레이 기판과 하부의 컬러 필터 기판을 포함하는 TN(Twisted Nematic) 방식의 디스플레이에 속하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 내장형 디스플레이.

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