KR102421871B1

KR102421871B1 - 터치스크린 내장형 표시장치

Info

Publication number: KR102421871B1
Application number: KR1020150169454A
Authority: KR
Inventors: 안정은; 정보영; 윤규한
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2022-07-19
Also published as: KR20170064154A; TWI617959B; JP6731834B2; CN107015679B; CN107015679A; JP2017102454A; EP3173911A1; US20170153746A1; TW201719365A; US10061432B2

Abstract

본 발명의 터치스크린 내장형 표시장치는, 복수개의 서브픽셀, i(i≥2)열 j(j≥2)행으로 배치된 다수의 터치 전극을 포함하고, 터치 전극은 크기가 서로 다른 복수의 제1 터치 전극과 제2 터치 전극으로 구성되며, 제1 터치 전극은 제2 터치 전극보다 크고, j행들 중 처음 행과 마지막 행은 제2 터치 전극들이 행 방향으로 서로 인접하게 배치됨으로써, 터치 전극들 간의 크기 차이로 발생되는 휘도 불량을 개선한 효과가 있다.

Description

터치스크린 내장형 표시장치{DISPLAY DEVICE WITH A BUILT-IN TOUCH SCREEN}

본 발명은 터치스크린 내장형 표시장치에 관한 것이다.

정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하기 위한 표시장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 근래에는 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display), 플라즈마 표시장치(PDP: Plasma Display Panel), 유기발광 표시장치(OLED: Organic Light Emitting Display Device) 등과 같은 여러 가지 표시장치가 활용되고 있다.

이러한 표시장치는, 버튼, 키보드, 마우스 등의 통상적인 입력방식에서 탈피하여, 사용자가 손쉽게 정보 혹은 명령을 직관적이고 편리하게 입력할 수 있도록 해주는 터치 기반의 입력방식을 제공한다.

이러한 터치 기반의 입력 방식을 제공하기 위해서는, 사용자의 터치 유무를 파악하고 터치 좌표를 정확하게 검출할 수 있어야 한다.

이를 위해, 종래에는, 저항막 방식, 커패시턴스 방식, 전자기 유도 방식, 적외선 방식, 초음파 방식 등의 다양한 터치 방식 중 하나의 터치 방식을 채용하여 터치 센싱을 제공한다.

또한, 표시장치에 터치 스크린을 적용함에 있어서, 표시장치 내에 터치 센서를 내장시키는 개발이 이루어지는데, 특히 하부 기판에 형성된 공통 전극을 터치 전극으로 활용하는 인셀(In-Cell) 타입의 표시장치가 개발되고 있다.

그런데 표시장치의 해상도에 따라 각 터치 전극에 대응하는 서브픽셀들의 개수가 동일하게 매칭되지 않아 일부 터치 전극의 크기를 다르게 하여 배치하고 있다. 하지만, 이로 인하여 터치 전극들 간의 커패시턴스 차이로 인하여 휘도 불량이 발생되는 문제가 있다.

본 발명은, 표시패널에 배치되는 터치 전극들 중 크기가 다른 제1 터치 전극과 제2 터치 전극의 크기 편차를 최소화 하여 터치 전극들의 크기 차이로 인하여 발생하는 휘도 불량을 개선한 터치스크린 내장형 표시장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 크기가 서로 다른 제1 터치 전극들과 제2 터치 전극들의 행 방향 또는 열 방향으로 배치 구조를 변경함으로써, 커플링 효과에 의한 휘도 저하를 방지한 터치스크린 내장형 표시장치를 제공함에 다른 목적이 있다.

상기와 같은 종래 기술의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 터치스크린 내장형 표시장치는, 제1방향으로 배치된 다수의 데이터 라인, 제2방향으로 배치된 다수의 게이트 라인, 상기 데이터 라인과 게이트 라인의 교차 영역에 배치된 복수개의 서브픽셀, i(i≥2)열 j(j≥2)행으로 배치된 다수의 터치 전극을 포함하고, 상기 터치 전극은 크기가 서로 다른 복수의 제1 터치 전극과 제2 터치 전극으로 구성되며, 상기 제1 터치 전극은 상기 제2 터치 전극보다 크고, 상기 j행들 중 처음 행과 마지막 행은 상기 제2 터치 전극들이 행 방향으로 서로 인접하게 배치됨으로써, 터치 전극들 간의 크기 차이로 발생되는 휘도 불량을 개선한 효과가 있다.

본 발명에 따른 터치스크린 내장형 표시장치는, 표시패널에 배치되는 터치 전극들 중 크기가 다른 제1 터치 전극과 제2 터치 전극의 크기 편차를 최소화 하여 터치 전극들의 크기 차이로 인하여 발생하는 휘도 불량을 개선한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 터치스크린 내장형 표시장치는, 크기가 서로 다른 제1 터치 전극들과 제2 터치 전극들의 행 방향 또는 열 방향으로 배치 구조를 변경함으로써, 커플링 효과에 의한 휘도 저하를 방지한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 터치스크린 내장형 표시장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 터치스크린 내장형 표시장치에서, 터치 모드 시 발생하는 커패시턴스 성분(Cself, Cpara1, Cpara2)을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 터치스크린 내장형 표시장치에 포함된 표시패널의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 내장형 표시장치가 액정표시장치인 경우 표시패널의 단면도를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 터치스크린 내장형 표시장치에 포함된 표시패널의 다른 평면도이다.
도 6a는 터치스크린 내장형 표시장치의 터치 전극 구조를 도시한 도면이다.
도 6b는 터치스크린 내장형 표시장치의 터치 전극들 간의 전압차를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 터치스크린 내장형 표시장치의 터치 전극 구조를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 터치스크린 내장형 표시장치의 터치 전극들 간의 전압차가 줄어든 모습을 도시한 도면이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 터치스크린 내장형 표시장치의 터치 전극 구조를 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.

시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간 적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.

제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.

이하, 본 발명의 실시예들은 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 그리고 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 터치스크린 내장형 표시장치(100)의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 터치스크린 내장형 표시장치(100)는, 화상 표시 기능(디스플레이 기능)과 터치 센싱 기능을 제공할 수 있는 표시장치이다.

이러한 본 발명에 따른 터치스크린 내장형 표시장치(100)는, 일 예로, 터치 입력에 대한 터치 센싱 기능을 갖는 TV, 모니터 등의 중대형 디바이스이거나, 스마트 폰, 태블릿 등의 모바일 디바이스일 수도 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 터치스크린 내장형 표시장치(100)는, 디스플레이 기능을 제공하기 위하여, 표시패널(110), 데이터 드라이버(120), 게이트 드라이버(130) 및 컨트롤러(140) 등을 포함한다.

표시패널(110)은, 제1방향(예: 열 방향)으로 배치된 다수의 데이터 라인(DL)과, 제2방향(예: 행 방향)으로 배치된 다수의 게이트 라인(GL)을 포함할 수 있다.

데이터 드라이버(120)는 다수의 데이터 라인(DL)을 구동한다. 여기서, 데이터 드라이버(120)는 '소스 드라이버'라고도 한다.

게이트 드라이버(130)는 다수의 게이트 라인(GL)을 구동한다. 여기서, 게이트 드라이버(130)는 '스캔 드라이버'라고도 한다.

컨트롤러(140)는 데이터 드라이버(120) 및 게이트 드라이버(130)를 제어하는데, 이를 위해, 데이터 드라이버(120) 및 게이트 드라이버(130)로 각종 제어신호를 공급한다.

이러한 컨트롤러(140)는, 각 프레임에서 구현하는 타이밍에 따라 스캔을 시작하고, 외부에서 입력되는 입력 영상 데이터를 데이터 드라이버(120)에서 사용하는 데이터 신호 형식에 맞게 전환하여 전환된 영상 데이터를 출력하고, 스캔에 맞춰 적당한 시간에 데이터 구동을 통제한다.

이러한 컨트롤러(140)는 통상의 디스플레이 기술에서 이용되는 타이밍 컨트롤러(Timing Controller)이거나, 타이밍 컨트롤러(Timing Controller)를 포함하여 다른 제어 기능도 더 수행하는 제어장치일 수 있다.

게이트 드라이버(130)는, 컨트롤러(140)의 제어에 따라, 온(On) 전압 또는 오프(Off) 전압의 스캔 신호를 다수의 게이트 라인(GL)으로 순차적으로 공급한다.

데이터 드라이버(120)는, 게이트 드라이버(130)에 의해 특정 게이트 라인이 열리면, 컨트롤러(140)로부터 수신한 영상 데이터를 아날로그 형태의 데이터 전압으로 변환하여 다수의 데이터 라인(DL)으로 공급한다.

데이터 드라이버(120)는, 도 1에서 표시패널(110)의 일측(예: 상측 또는 하측)에만 위치하고 있으나, 구동 방식, 패널 설계 방식 등에 따라서, 표시패널(110)의 양측(예: 상측과 하측)에 모두 위치할 수도 있다.

게이트 드라이버(130)는, 도 1에서 표시패널(110)의 일 측(예: 좌측 또는 우측)에만 위치하고 있으나, 구동 방식, 패널 설계 방식 등에 따라서, 디스플레이 패널(110)의 양측(예: 좌측과 우측)에 모두 위치할 수도 있다.

전술한 컨트롤러(140)는, 입력 영상 데이터와 함께, 수직 동기 신호(Vsync), 수평 동기 신호(Hsync), 입력 데이터 인에이블(DE: Data Enable) 신호, 클럭 신호(CLK) 등을 포함하는 각종 타이밍 신호들을 외부(예: 호스트 시스템)로부터 수신한다.

본 발명에 따른 터치스크린 내장형 표시장치(100)는 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device), 유기발광 표시장치(Organic Light Emitting Display Device), 플라즈마 표시장치(Plasma Display Device) 등의 다양한 타입의 장치일 수 있다. 일 예로, 액정 분자를 수평으로 배열해, 이를 제자리에서 회전시키며 화면을 표현하는 방식으로, 고해상도, 저전력, 광시야각 등에 유리한 장점을 가지는 IPS(In-Plane Switching) 방식의 액정표시장치일 수 있다. 더욱 구체적으로는, AH-IPS(Advanced High Performance-IPS) 방식의 액정표시장치일 수 있다.

표시패널(110)에 배치되는 각 서브픽셀(SP)은 트랜지스터 등의 회로 소자를 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 터치스크린 내장형 표시장치(100)는, 터치 센싱 기능을 제공하기 위한 터치 시스템을 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 터치 시스템은, 터치 센서(Touch Sensor)로서 역할을 하는 다수의 터치 전극(TE)과, 다수의 터치 전극(TE)을 구동하여 터치를 센싱하는 터치 회로(150) 등을 포함할 수 있다.

터치 회로(150)는 터치 구동 신호를 다수의 터치 전극(TE)에 순차적으로 공급함으로써, 다수의 터치 전극(TE)을 순차적으로 구동할 수 있다.

이후, 터치 회로(150)는 터치 구동 신호가 인가된 터치 전극으로부터 터치 센싱 신호를 수신한다.

터치 회로(150)는 다수의 터치 전극(TE) 각각으로부터 수신된 터치 센싱 신호를 토대로 터치 유무 및 터치 좌표를 산출할 수 있다.

여기서, 터치 구동 신호는, 일 예로, 둘 이상의 전압 레벨을 갖는 펄스 변조 신호의 파형을 가질 수 있다.

다수의 터치 전극(TE) 각각으로부터 수신된 터치 센싱 신호는, 해당 터치 전극의 주변에서 손가락, 펜 등의 포인터에 의한 터치 발생 유무에 따라 달라질 수 있다.

터치 회로(150)는 터치 센싱 신호를 토대로 터치 전극(TE)에서의 커패시턴스 변화량(또는 전압 변화량 또는 전하량 변화) 등을 알아내어 터치 유무 및 터치 좌표를 얻어낼 수 있다.

도 1을 참조하면, 다수의 터치 전극(TE) 각각으로 터치 구동 신호를 공급하기 위하여, 각 터치 전극(TE)에는 센싱라인(SL)이 연결되어 있다.

그리고, 다수의 터치 전극(TE) 각각으로 터치 구동 신호를 순차적으로 공급하기 위하여, 터치 시스템은 다수의 터치 전극(TE) 각각에 연결된 센싱라인(SL)을 터치회로(150)에 순차적으로 연결해주는 스위치 회로(160)를 더 포함할 수 있다.

이러한 스위치 회로(160)는 적어도 하나의 멀티플렉서(Multiplexer)로 구성될 수 있다.

한편, 도 1을 참조하면, 다수의 터치 전극(TE) 각각은 블록(Block) 형태로 되어 있을 수 있다.

또한, 각 터치 전극(TE)은 하나의 서브픽셀(SP) 영역의 크기와 동일하거나 대응되는 크기일 수도 있다.

이와 다르게, 각 터치 전극(TE)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 서브픽셀(SP)의 영역의 크기보다 큰 크기일 수도 있다.

즉, 각 터치 전극(TE)의 영역은, 둘 이상의 서브픽셀(SP)의 영역과 대응되는 크기를 가질 수 있다.

한편, 도 1을 참조하면, 전술한 다수의 터치 전극(TE)은 표시패널(110)에 내장되어 배치될 수 있다.

이러한 의미에서, 표시패널(110)은 터치스크린 또는 터치스크린 패널을 내장한다고 할 수 있다. 즉, 표시패널(110)은, 인-셀(In-cell) 타입 또는 온-셀(On-cell) 타입의 터치스크린 내장형 표시패널일 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 터치스크린 내장형 표시장치(100)는, 디스플레이 기능을 제공하기 위하여 디스플레이 모드로 동작할 수도 있고, 터치 센싱 기능을 제공하기 위하여 터치 모드로 동작할 수도 있다.

이와 관련하여, 다수의 터치 전극(TE)은, 터치 모드 구간에서는 터치 센서로서 동작하지만, 디스플레이 모드 구간에서는 디스플레이 모드 전극으로 사용될 수도 있다.

예를 들어, 디스플레이 모드 구간에서, 다수의 터치 전극(TE)은, 디스플레이 모드 전극의 일 예로서, 공통 전압(Vcom)이 인가되는 공통 전극으로 동작할 수 있다.

여기서, 공통 전압(Vcom)은 화소 전극에 인가되는 화소 전압과 대응되는 전압이다.

한편, 표시패널(110)에 내장되어 배치되는 다수의 터치 전극(TE)은, 도 1에 도시된 바와 같이, j(j≥2)행 i(i≥2)열의 매트릭스 타입으로 배치될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 터치스크린 내장형 표시장치(100)에서, 터치 모드 시 발생하는 커패시턴스 성분(Cself, Cpara1, Cpara2)을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 터치 모드에서는 터치 전극 역할을 하고, 디스플레이 모드에서는 화소 전극과 액정 커패시터를 형성하는 공통 전극(Vcom 전극) 역할을 하는 복수의 터치 전극(TE)은, 터치 모드에서, 터치 유무 및 터치 좌표 등을 검출하기 위해, 손가락 및 펜 등의 포인터와 자기 커패시턴스(Cself)를 형성한다.

한편 공통 전극 역할을 하는 복수의 터치 전극(TE)은 게이트라인 및 데이터라인과도 기생 커패시턴스(Cpara1, Cpara2)를 형성할 수 있으나 자기 커패시턴스에 비해 매우 작아 무시할 수 있다.

아래에서는, 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 내장형 표시장치(100)에 포함된 표시패널(110), 공통 전극 및 터치 전극 역할을 모두 하는 복수의 터치 전극(TE11~TE14, TE21~TE24, TE31~TE34)으로의 공통 전압 및 터치 구동 신호의 인가 방식, 데이터라인(DL)으로의 데이터 전압 및 터치 구동 신호(또는 이와 대응되는 신호)의 인가 방식, 게이트라인(GL)으로의 데이터 전압 및 터치 구동 신호(또는 이와 대응되는 신호)의 인가 방식 등에 대하여, 더욱 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 터치스크린 내장형 표시장치에 포함된 표시패널의 평면도이다.

도 3을 참조하면, 표시패널(110)은, 전술한 바와 같이, 복수의 데이터라인(DL), 복수의 게이트라인(GL) 및 복수의 터치 전극(TE11~TE14, TE21~TE24, TE31~TE34)이 형성되어 있다.

또한, 이러한 표시패널(110)은, 전술한 바와 같이, 디스플레이 모드로 동작할 수도 있고, 터치 모드로 동작할 수도 있다.

이와 관련하여, 표시패널(110)에 형성된 복수의 데이터라인(DL) 및 복수의 게이트라인(GL)은, 표시패널(110)이 디스플레이 패널 역할을 하기 위한 구성이다.

그리고, 표시패널(110)에 형성된 복수의 터치 전극(TE11~S14, TE21~TE24, TE31~TE34)은, 표시패널(110)이 디스플레이 패널 역할과 터치스크린 패널 역할을 모두 하기 위한 구성이다.

더욱 상세하게 설명하면, 표시패널(110)이 디스플레이 패널 역할을 하는 경우, 즉, 표시패널(110)의 구동모드가 디스플레이 모드인 경우, 복수의 전극(TE11~TE14, TE21~TE24, TE31~TE34)은, 공통 전압(Vcom: Common Voltage)이 인가되어, 화소 전극(제1전극, 미도시)과 대향하는 "공통 전극(Common Electrode, 또는 "Vcom 전극"이라고도 함)"이 된다.

그리고, 표시패널(110)이 터치스크린 패널 역할을 하는 경우, 즉, 표시패널(110)의 구동모드가 터치 모드인 경우, 복수의 터치 전극(TE11~TE14, TE21~TE24, TE31~TE34)은, 터치 구동 전압이 인가되고, 터치 포인터(예: 손가락, 펜 등)와 커패시터를 형성하며, 이렇게 형성된 커패시터의 커패시턴스가 측정되는 "터치 전극"이 된다.

다시 말해, 복수의 터치 전극(TE11~TE14, TE21~TE24, TE31~TE34)은, 디스플레이 모드에서는 공통 전극(Vcom 전극) 역할을 하고, 터치 모드에서는 터치 전극 역할을 하는 것이다.

이러한 복수의 터치 전극(TE11~TE14, TE21~TE24, TE31~TE34)으로는, 디스플레이 모드 시, 공통 전압(Vcom)이 인가되고, 터치 모드 시, 터치 구동 신호가 인가된다.

따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 터치 전극(TE11~TE14, TE21~TE24, TE31~TE34)으로의 공통 전압 또는 터치 구동 신호의 전달을 위해, 복수의 터치 전극(TE11~TE14, TE21~TE24, TE31~TE34)에는 센싱라인들(SL11~SL14, SL21~SL24, SL31~SL34)이 연결될 수 있다.

이에 따라, 터치 모드 시, 센싱라인들(SL11~SL14, SL21~SL24, SL31~SL34)을 통해, 터치 회로(150)와 스위칭 회로(160)에서 생성된 터치 구동 신호(Vtd)가 복수의 터치 전극(TE11~TE14, TE21~TE24, TE31~TE34)의 전체 또는 일부로 전달되고, 디스플레이 모드 시, 센싱라인들(SL11~SL14, SL21~SL24, SL31~SL34)을 통해, 공통 전압 공급부(미도시)에서 공급된 공통 전압(Vcom)이 복수의 터치 전극(TE11~TE14, TE21~TE24, TE31~TE34)으로 인가된다.

도 3을 참조하면, 표시패널(110)에 형성된 복수의 데이터라인(DL) 및 복수의 게이트라인(GL)의 교차 지점마다 대응되어 하나의 서브픽셀(SP: Subpixel)로 정의된다. 여기서, 각 서브픽셀은 적색(R) 서브픽셀, 녹색(G) 서브픽셀, 청색(B) 서브픽셀, 백색(W) 서브픽셀 등 중 하나일 수 있다.

도 3을 참조하면, 공통 전극 및 터치 전극 역할을 하는 복수의 터치 전극(TE11~TE14, TE21~TE24, TE31~TE34) 각각이 형성되는 영역(이하에서는, 단위 터치 전극 영역이라고도 함)에는, 둘 이상의 서브픽셀(SP)이 정의될 수 있다. 즉, 복수의 터치 전극(TE11~TE14, TE21~TE24, TE31~TE34) 중 하나의 전극은 둘 이상의 서브픽셀(SP)과 대응된다.

예를 들어, 공통 전극 및 터치 전극 역할을 하는 복수의 터치 전극(TE11~TE14, TE21~TE24, TE31~TE34) 각각이 형성된 1개의 영역(단위 터치 전극 영역)에는, 24*3 개의 데이터라인(DL)과 24 개의 게이트라인(GL)이 배치되어, 24*3*24 개의 서브픽셀(SP)이 정의될 수 있다.

한편, 공통 전극 및 터치 전극 역할을 하는 복수의 터치 전극(TE11~TE14, TE21~TE24, TE31~TE34) 각각은, 도 3에 도시된 바와 같이, 블록(Block) 모양의 패턴일 수도 있고, 경우에 따라서는, 각 서브픽셀(SP)과 대응되는 영역에 빗살 모양의 패턴을 포함하는 패턴일 수도 있다.

공통 전극 및 터치 전극 역할을 하는 복수의 터치 전극(TE11~TE14, TE21~TE24, TE31~TE34) 각각이 빗살 모양 부분을 포함하는 패턴인 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 내장형 표시장치(100)가 액정표시장치인 경우 표시패널의 단면도를 예시적으로 나타낸 도면이다.

도 4는 공통 전극 및 터치 전극 역할을 하는 복수의 터치 전극(TE11~TE14, TE21~TE24, TE31~TE34) 중 하나의 전극이 형성된 영역(단위 터치 전극 영역)에 대하여 나타낸 단면도이다.

도 4를 참조하면, 터치스크린 내장형 표시장치(100)에 포함된 표시패널(110)에는, 일 예로, 하부 기판(400)에 게이트라인(402)이 제1방향(가로방향, 도 3에서 좌우 방향)으로 형성되고, 그 위에 게이트 절연층(Gate Insulator, 404)이 형성된다.

게이트 절연층(404) 위에 데이터라인(406)이 제2방향(세로방향, 도 3에서 지면에 대한 수직방향)으로 형성되고, 그 위에, 제1보호층(408)이 형성된다.

제1보호층(408) 위에, 각 서브픽셀 영역의 화소 전극(410)과 센싱라인(412)이 형성되고, 그 위에, 제2보호층(414)이 형성될 수 있다. 여기서, 센싱라인(412)은 공통 전극 및 터치 전극 역할을 하는 복수의 터치 전극(TE11~TE14, TE21~TE24, TE31~TE34) 각각에서 스위칭 회로(160)까지 연결되어, 디스플레이 모드에서는, 공통 전압 공급부에서 생성된 공통 전압(Vcom)을 복수의 터치 전극(TE11~TE14, TE21~TE24, TE31~TE34)으로 전달해주고, 터치 모드에서는, 터치 회로(150), 스위치 회로(160)에서 생성된 터치 구동 신호를 복수의 터치 전극(TE11~TE14, TE21~TE24, TE31~TE34)으로 전달해준다.

제2보호층(414) 위에, 공통 전극 및 터치 전극 역할을 하는 하나의 전극(416)이 형성되고, 그 위에, 액정층(418)이 형성된다. 여기서, 공통 전극 및 터치 전극 역할을 하는 하나의 전극(416)은, 복수의 터치 전극(TE11~TE14, TE21~TE24, TE31~TE34) 중 하나로서, 블록 모양을 갖는 패턴일 수 있다.

액정층(418) 위에, 블랙 매트릭스(Black Matrix, 419a), 칼라 필터(Color Filter, 419b) 등이 형성되는 상부 기판(420)이 위치한다.

도 4에서 액정 표시장치에 대해 설명을 하고 있으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며 터치패널과 결합 가능한 다양한 표시장치에 적용할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 터치스크린 내장형 표시장치(100)에 포함된 표시패널의 다른 평면도이다.

도 5를 참조하면, 도 3과 다르게, 복수의 터치 전극(TE11~TE14, TE21~TE24, TE31~TE34) 각각에 연결되어 터치 구동 신호 또는 공통 전압을 전달해주는 센싱라인(SL11~SL14, SL21~SL24, SL31~SL34)이 게이트라인(GL)이 형성되는 제2방향(예: 가로방향)과 평행하게 형성될 수도 있다.

이러한 경우, 도 1의 터치 회로(150) 및 스위치 회로(160)에서 생성된 터치 구동 신호 또는 공통 전압 공급부에서 생성 또는 공급된 공통 전압은, 게이트라인과 평행하게 형성된 센싱라인들(SL11~SL14, SL21~SL24, SL31~SL34)을 통해, 복수의 터치 전극(TE11~TE14, TE21~TE24, TE31~TE34)의 전체 또는 일부로 전달될 수 있다.

또한, 본 발명의 각 서브픽셀(SP)에 배치되는 박막 트랜지스터(Thin-Film Transistor)는 예시적으로 비정질 실리콘(amorphous Silicon, 이하 'a-Si'라 함), 금속 산화물(oxide) 및 폴리실리콘(poly silicon)이 있으며, 폴리 실리콘에는 저온폴리실리콘(low temperature poly silicon, 이하 'LTPS'라 함)과 고온 폴리실리콘(High temperature poly silicon, 이하 'HTPS'라 함) 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 6a는 터치스크린 내장형 표시장치의 터치 전극 구조를 도시한 도면이고, 도 6b는 터치스크린 내장형 표시장치의 터치 전극들 간의 전압차(ΔVp21)를 도시한 도면이다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 발명에 따른 터치스크린 내장형 표시장치는 공통 전극 역할을 하는 복수의 터치 전극들(TE)이 블록 형태로 배치된다.

표시패널 상의 열 방향으로는 i(i≥2)열에 대응되는 터치 전극 블록(block)들이 배치되고, 행 방향으로는 j(j≥2)행에 대응되는 터치 전극 블록(block)들이 배치된다.

하지만, 표시장치의 해상도에 따라 동일한 면적을 갖는 터치 전극들로만 표시패널 상에 형성하기 어려운 문제가 있다. 왜냐하면, 각 터치 전극들과 대응되는 서브픽셀들의 개수가 정해지는데, 정확하게 모든 터치 전극들에 대해 대응되는 서브픽셀들의 개수가 동일하지 않기 때문이다.

예를 들어, 전체적으로 터치 전극과 대응되는 서브픽셀들(SP)의 개수가 200개인데, 50개의 서브픽셀들이 남을 경우, 남은 서브픽셀들에 대해 200개의 서브픽셀들과 대응되는 터치 전극을 추가로 배치해야 하는 문제가 발생된다.

따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해 열 방향으로 배치되는 서브픽셀들의 개수의 차이를 두어 크기가 다른 터치 전극들을 혼합 배치한다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 표시패널의 최상단과 최하단, 즉 처음 행(첫번째 행)과 마지막 행(j번째 행)에 크기가 큰 제1 터치 전극(TE1)이 배치되고, 다른 행(j행)들에는 제2 터치 전극(TE2)들이 배치된다.

제1 터치 전극(TE1)은 제2 터치 전극(TE2)보다 면적이 크기 때문에 제1 터치 전극(TE1)과 대응되는 서브픽셀들의 수직열의 개수가 K+2라면, 제2 터치 전극(TE1)과 대응되는 서브픽셀들의 수직열의 개수는 K개이다. 예를 들어, 제1 터치 전극(TE1)의 열 방향의 서브픽셀(SP) 개수가 36개라면, 제2 터치 전극(TE2)의 열 방향의 서브픽셀(SP) 개수는 34개이다. 즉, 제1 터치 전극(TE1)과 대응되는 서브픽셀들이 2 행 정도가 더 많아져 남는 서브픽셀들을 터치 전극과 대응되도록 조절할 수 있다.

하지만, 터치 전극(TE)들의 면적(크기)이 다르면, 그에 따른 커패시턴스의 크기도 달라지기 때문에 커패시턴스 차이로 인한 터치 전극들 간의 공통 전압(Vcom) 차이가 발생한다. 이로 인하여 제1 터치 전극(TE1)과 대응되는 서브픽셀들의 픽셀 전압(Vp1)과 제2 터치 전극(TE2)과 대응되는 서브픽셀들의 픽셀 전압(Vp2)도 달라져 휘도 불량이 발생된다.

도 6b를 참조하면, 제1 터치 전극(TE1)이 제2 터치 전극(TE2) 보다 크기 때문에 제1 터치 전극(TE1)과 그 하부 게이트(게이트 전극, 게이트 라인) 사이와의 커패시턴스가 제2 터치 전극(TE2)과 그 하부 게이트 사이의 커패시턴스 보다 커진다.

이로 인하여, 제1 터치 전극(TE1)에 공급되는 제1 공통 전압(Vcom1)이 제2 터치 전극(TE2)에 공급되는 제2 공통 전압(Vcom2)보다 낮거나 같아도 게이트 전압(Gate, 스캔 신호)이 공급될 때, 커플링(Coupling) 효과로 인하여 제1 공통 전압(Vcom1)이 제2 공통 전압(Vcom2)보다 높게 상승한다.

이와 같은 공통 전압 변화는 제1 터치 전극(TE1) 영역에서의 픽셀 전압(Vp1)이 제2 터치 전극(TE2) 영역에서의 픽셀 전압(Vp2)보다 작아지는 결과를 야기하여 휘도 저하를 발생시킨다.

도면에 도시된 바와 같이, 제2 터치 전극(TE2)의 픽셀 전압(Vp2)이 제1 터치 전극(TE1)의 픽셀 전압(Vp1) 보다 커(Vp1≪Vp2: ΔVp21이 큼) 제1 터치 전극(TE1)이 배치되는 행(최상단과 최하단)에서 어두움 불량이 발생한다.

본 발명에서는 터치스크린 내장형 표시장치에 배치되는 터치 전극들의 크기 편차를 줄여 터치 전극들 간에 발생하는 커플링 효과를 최소화함으로써, 휘도 불량을 방지하도록 하였다.

또한, 본 발명에서는 터치스크린 내장형 표시장치에 배치되는 서로 다른 크기(면적)의 터치 전극들을 열 방향과 행 방향으로 서로 혼합되도록 배치함으로써, 터치 전극들의 커패시턴스 차이로 인한 휘도 불균일을 최소화한 효과가 있다.

도 7은 본 발명에 따른 터치스크린 내장형 표시장치의 터치 전극 구조를 도시한 도면이다.

도 1과 함께 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 터치스크린 내장형 표시장치(100)는 복수개의 서브픽셀(SP)들이 배치된 표시패널(110)을 구비하고, 각 서브픽셀(SP)은 제1방향으로 배치된 다수의 데이터 라인과 제2방향으로 배치된 다수의 게이트 라인에 의해 정의된다.

표시패널(110)에는 i(i≥2)열에 대응되는 터치 전극 블록(Block)들과 j(j≥2)행에 대응되는 터치 전극 블록(Block)들이 배치되고, 터치 전극(TE)은 면적(크기)이 서로 다른 복수의 제1 터치 전극(TE1)과 제2 터치 전극(TE2)들을 포함한다.

상기 제1 터치 전극(TE1)은 상기 제2 터치 전극(TE2)보다 크며, 표시패널(110)의 최상단 행과 최하단 행에는 제2 터치 전극(TE2)들이 행 방향으로 서로 인접하게 배치한다.

상기 최상단 행(1번째 행)과 인접한 2번째 행과 3번째 행에는 제2 터치 전극(TE2)보다 크기가 큰 제1 터치 전극(TE1)들이 행 방향으로 인접하게 배치한다.

마찬가지로, 최하단 행(j번째 행)과 인접한 j-1번째 행과 j-2번째 행에는 제2 터치 전극(TE2)보다 크기가 큰 제1 터치 전극(TE1)들을 서로 인접하게 배치한다.

예를 들어, 터치 전극의 블록들이 j개의 행을 가질 때, 처음 행(1번째)과 마지막 행(j번째)에는 제2 터치 전극(TE2) 블록들이 배치되고, 제2 터치 전극(TE2)보다 크기가 큰 제1 터치 전극(TE1) 블록들은 처음 행과 마지막 행의 사이에 배치될 수 있다.

또한, 터치 전극과 대응되는 서브픽셀들의 수직열 방향의 서브픽셀 개수를 조절하여 크기가 제2 터치 전극(TE2)보다 큰 제1 터치 전극(TE1)을 배치하기 때문에 표시패널의 i 열들 각각에 배치되는 제1 터치 전극(TE1)의 개수는 동일하다.

또한, 제1 터치 전극(TE1)과 대응되는 서브픽셀(SP)의 개수는 제2 터치 전극(TE2)과 대응되는 서브픽셀(SP)의 개수보다 많은데, 제1 터치 전극(TE1)과 대응되는 수직 열 방향의 서브픽셀 개수와 제2 터치 전극(TE2)과 대응되는 수직 열 방향의 서브픽셀의 개수 차이는 1 또는 2 이내인 것이 바람직하다.

예를 들어, 제2 터치 전극(TE2)의 수직 열을 따라 서브픽셀들이 K개라면, 제1 터치 전극(TE1)의 수직 열을 따라 배치되는 서브픽셀들은 K+n개인데, 여기서, n은 1 또는 2의 값을 갖는 것이 바람직하다. 본 명세서에서는 n이 1인 경우를 중심으로 설명하지만, 이것은 표시장치의 크기, 모델 해상도에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 따라서, n은 1 또는 2일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 7에 도시된 바와 같이, 표시패널(110)의 처음과 마지막, 즉, 1번째와 j번째 행에는 제2 터치 전극(TE2)들이 서로 인접하게 배치되고, 2번째와 3번째 행에는 제1 터치 전극(TE1)들이 서로 인접하게 배치된 것을 볼 수 있다.

마찬가지로 표시패널(110)의 j번째 이전인 j-1번째와 j-2번째 행에는 제1 터치 전극(TE1)들이 서로 인접하게 배치된 것을 볼 수 있다.

또한, 제1 터치 전극(TE1)과 제2 터치 전극(TE2)의 수직 열과 대응되는 서브픽셀(SP)의 개수는 K+1개와 K개로써, 한 개 차이만 나기 때문에 제1 터치 전극(TE1)과 제2 터치 전극(TE2)의 크기 편차를 줄였다.

본 발명에서는 크기가 다른(큰) 제1 터치 전극(TE1)의 표시패널의 최상단과 최하단의 가장자리에 배치하지 않도록 함으로써, 크기 편차로 인한 커플링 효과를 최소화하였다.

예를 들어, 표시패널의 최상단과 하단에 터치 전극들이 배치되면, 다른 터치 전극들과 달리 상하 방향의 인접한 터치 전극들이 존재 하지 않아 중심 영역의 터치 전극들과 커패시턴스 등 편차가 발생한다. 더욱이 표시패널의 최상단과 하단에 크기가 다른 터치 전극들(제1 터치 전극)이 배치되면, 위의 구조적인 편차에 더하여 터치 전극들 간의 크기 편차로 인하여 커플링 효과가 더욱 심해지기 때문에 본 발명에서는 크기가 다른 제1 터치 전극(TE1)들을 표시패널의 최상단과 하단에 배치되지 않도록 하였다.

따라서, 본 발명에 따른 터치스크린 내장형 표시장치는, 표시패널에 배치되는 터치 전극들 중 크기가 다른 제1 터치 전극과 제2 터치 전극의 크기 편차를 최소화 하여 터치 전극들의 크기 차이로 인하여 발생하는 휘도 불량을 개선한 효과가 있다.

도 8은 본 발명에 따른 터치스크린 내장형 표시장치의 터치 전극들 간의 전압차가 줄어든 모습을 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면, 제1 터치 전극(TE1)이 제2 터치 전극(TE2) 보다 크지만, 제1 터치 전극(TE1)과 대응되는 수직 열의 서브픽셀(SP) 개수와 제2 터치 전극(TE2)과 대응되는 수직 열의 서브픽셀(SP) 개수 차이가 1개이기 때문에 제1 및 제2 터치 전극들(TE1, TE2) 사이의 커패시턴스 차이는 도 6a 보다 줄어든다.

또한, 표시패널(110)의 1번째 행과 j번째 행에 크기가 상대적으로 작은 제2 터치 전극(TE2)들이 배치되고, 그 내측에 제1 터치 전극(TE1)들이 배치되기 때문에 제1 터치 전극(TE1)에 공급되는 제1 공통 전압(Vcom1)이 커플링 효과에 의해 높게 상승하지 않는다.

이와 같이 제1 터치 전극(TE1)과 제2 터치 전극(TE2)의 공통 전압 변화가 줄어들기 때문에 제2 터치 전극(TE2)의 픽셀 전압(Vp2)과 제1 터치 전극(TE1)의 픽셀 전압(Vp1)의 크기는 거이 동일하다(Vp1≒Vp2: ΔVp21 작음).

따라서, 본 발명에서는 크기가 큰 제1 터치 전극(TE1)들이 배치되는 영역에서 발생하던 휘도 저하 현상이 줄어드는 효과가 있다.

도 9 내지 도 11은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 터치스크린 내장형 표시장치의 터치 전극 구조를 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 터치스크린 내장형 표시장치(100)는, 복수개의 서브픽셀(SP)들이 배치되고, 각 서브픽셀(SP)들과 대응되도록 복수의 터치 전극(TE)들이 블록 형태로 배치되어 있다.

도 9에서는 도 7과 달리, 1번째 행에는 제2 터치 전극들(TE2)을 배치하고, 2번째 행에서는 제1 터치 전극들(TE1)을 배치하며, 3번째 행에서는 제2 터치 전극들(TE2)을 배치하고, 4번째 행에서는 제1 터치 전극(TE1)을 배치한다.

즉, 2행에 제1 터치 전극(TE1)들을 배치해야 할 경우, 그 사이에 제2 터치 전극(TE2) 행이 삽입되도록 배치할 수 있다.

또한, 도 10에서는 표시패널(110)에 배치되는 제1 터치 전극(TE1)과 제2 터치 전극(TE2)에 각각 대응되는 서브픽셀들의 개수 차이가 클 경우, 제1 터치 전극(TE1)과 제2 터치 전극(TE2)의 수직 열에 대응하는 서브픽셀의 차이를 1개로 하려면 크기가 큰 제1 터치 전극(TE1)의 배치 행수가 도 7 보다 많이 필요하다.

이와 같이, 배치해야 할 제1 터치 전극(TE1)들의 수가 증가할 경우, 상기 제1 터치 전극(TE1)과 제2 터치 전극(TE2)을 행 단위로 교대로 배치하여, 휘도 불량을 줄일 수 있다.

도 11은, 제1 터치 전극(TE1)과 제2 터치 전극(TE2)을 동일 행 방향에서 교대로 배치되도록 하여, 휘도 불량을 최소화한 다른 실시예이다.

기본적으로 각 열(i 열)들 각각에 추가되는 제1 터치 전극(TE1)들의 개수는 서로 동일하기 때문에 각 열에 배치되는 제1 터치 전극(TE1)의 개수는 동일하다.

하지만, 도 7, 9, 10과 달리, 행 방향과 열 방향으로 서로 제1 터치 전극(TE1)과 제2 터치 전극(TE2)이 교대로 배치되도록 함으로써, 전극 크기 차이로 발생하는 커패시턴스 차이를 주위 영역에 배치된 터치 전극들에 의해 상쇄되도록 함으로써, 휘도 불균일 현상을 최소화 하였다.

이와 같이, 본 발명에 따른 터치스크린 내장형 표시장치는, 표시패널에 배치되는 터치 전극들 중 크기가 다른 제1 터치 전극과 제2 터치 전극의 크기 편차를 최소화 하여 터치 전극들의 크기 차이로 인하여 발생하는 휘도 불량을 개선한 효과가 있다.

이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 터치스크린 내장형 표시장치
110: 표시패널
120: 데이터 드라이버
130: 게이트 드라이버
140: 컨트롤러
150: 터치 회로
160: 스위치 회로
TE1: 제1 터치 전극
TE2: 제2 터치 전극

Claims

제1방향으로 배치된 다수의 데이터 라인;
제2방향으로 배치된 다수의 게이트 라인;
상기 데이터 라인과 게이트 라인의 교차 영역에 배치된 복수개의 서브픽셀; 및
i(i≥2)열 j(j≥2)행으로 배치된 다수의 터치 전극을 포함하고,
상기 터치 전극은 크기가 서로 다른 복수의 제1 터치 전극과 제2 터치 전극으로 구성되며,
상기 제1 터치 전극은 상기 제2 터치 전극보다 크고, 상기 j행들 중 처음 행과 마지막 행은 상기 제2 터치 전극들이 행 방향으로 서로 인접하게 배치되고,
상기 제1 터치 전극은 열 방향으로 k+n (n은 1 또는 2인 자연수) 개의 서브픽셀이 대응되고, 상기 제 2 터치 전극은 열 방향으로 k 개의 서브픽셀이 대응되며,
상기 j행들 중 처음 행과 마지막 행의 사이의 행들에서는 상기 제1 터치 전극과 제2 터치 전극이 서로 교대로 배치되는 터치스크린 내장형 표시장치.
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제1항에 있어서,
상기 j행들 중 처음 행과 마지막 행의 사이의 행들에서는 상기 제1 터치 전극들로 이루어지는 행과 상기 제2 터치 전극들로 이루어지는 행이 서로 교대로 배치되는 터치스크린 내장형 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 i열에 배치되는 터치 전극은 열 방향에서 상기 제1 터치 전극과 상기 제2 터치 전극이 교대로 배치되는 터치스크린 내장형 표시장치.
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