KR102444037B1

KR102444037B1 - 인셀 터치 방식 표시장치 및 이의 구동ic

Info

Publication number: KR102444037B1
Application number: KR1020210161437A
Authority: KR
Inventors: 강지원; 신기택; 임동근; 조철희
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2015-07-30
Filing date: 2021-11-22
Publication date: 2022-09-15
Also published as: CN110865730A; CN106406598A; KR102331587B1; US10180757B2; CN110865730B; KR20170015697A; KR20210145707A; CN106406598B; US20170031520A1

Abstract

본 발명은 GIP 구조의 인셀 터치 방식 액정표시장치에서 센싱배선과 신호배선 간의 용량성 부하에 기인한 RC 지연에 의해 터치 성능이 저하되는 문제를 개선할 수 있는 방안을 제공하는 것에 과제가 있다.
이를 위해, 본 발명은 게이트배선에 연결되는 부하저감회로를 구성하고, 터치센싱구간에서 부하저감회로를 동작시켜 센싱배선에 인가된 터치구동신호와 동일한 신호를 대응되는 게이트배선에 출력하게 된다.
이에 따라, 센싱배선과 게이트배선 사이의 용량성 부하가 최소화되어, 센싱배선에 인가된 터치구동신호의 왜곡이 최소화됨으로써, 터치 성능이 향상될 수 있게 된다.

Description

인셀 터치 방식 표시장치 및 이의 구동IC{In-cell touch type display device and driving IC thereof}

본 발명은 인셀 터치 방식 표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, GIP 구조가 적용된 액정표시장치에서 용량성 터치 부하를 저감시켜 터치 성능을 향상시킬 수 있는 인셀 터치 방식 표시장치에 관한 것이다.

정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하기 위한 표시장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 근래에는 액정표시장치(LCD : liquid crystal display device), 플라즈마표시장치(PDP : plasma display panel), 유기발광소자(OLED : organic light emitting diode)와 같은 여러가지 평판표시장치(flat display device)가 활용되고 있다.

이들 평판표시장치 중에서, 액정표시장치는 소형화, 경량화, 박형화, 저전력 구동의 장점을 가지고 있어 널리 사용되고 있다.

최근에는, 액정패널의 어레이기판에 게이트구동회로가 직접 형성된 GIP(gate in panel) 구조의 액정표시장치가 널리 사용되고 있다.

더욱이, 액정표시장치에 터치 기능이 부가되고 있는 실정인데, 특히 액정표시장치의 슬림화를 위해 액정패널 내부에 터치 스크린이 내장된 인셀(in-cell) 터치 방식이 적용되고 있다.

이와 같은 인셀 터치 방식의 액정표시장치에서는, 표시영역에 매트릭스 형태로 배치된 터치블럭이 정의되고, 터치블럭 단위로 셀프 캡(self cap) 방식의 터치전극이 배치되며, 각 터치전극에는 센싱배선이 연결된다. 이와 같이 구성된 액정표시장치에 대해, 표시구간과 터치센싱구간이 교대하게 되며, 터치센싱구간 동안에는 터치센싱을 위한 터치구동신호가 각 센싱배선에 출력되어 해당 터치전극에 인가된다.

종래의 인셀 터치 방식 액정표시장치에서는, 센싱배선이 게이트배선이나 데이터배선과 같은 신호배선과 중첩됨에 따라 커플링 캡(coupling cap)을 형성되어 용량성 부하(capacitive load)가 발생된다.

이 용량성 부하에 의해 터치구동신호에 RC 지연(delay)이 유발되고, 이에 따라 터치 감도가 저하되어 터치 성능이 저하되는 문제가 발생하게 된다.

이와 관련하여 도 1을 참조할 수 있는데, 도 1에서는 종래의 인셀 터치 방식 액정표시장치의 RC 등가회로가 개략적으로 도시되어 있다.

이를 살펴보면, 센싱배선(SL)과 신호배선(SGL) 각각에는 저항성 부하(Lr1, Lr2)가 존재하며, 센싱배선(SL)과 신호배선(SGL) 사이에는 용량성 부하(Lc)가 존재하게 된다. 그리고, 터치센싱구간 동안, 센싱배선(SL)에는 펄스 파형의 터치구동신호(Vt)가 인가되고, 신호배선(SGL)에는 DC 형태의 로우전압(Vs)이 지속적으로 인가된다.

이에 따라, 용량성 부하(Lc)의 양단에는 터치구동신호(Vt) 파형 형태의 전위차가 발생하게 되어, 센싱배선(SL)을 흐르는 신호 전류(It)가 용량성 부하(Lc)로 유입된다. 이로 인해, 터치구동신호(Vt)에 RC 지연이 발생하여 펄스 파형이 왜곡됨으로써, 결과적으로 터치 성능이 저하되는 문제가 발생하게 된다.

한편, 전술한 문제는 유기발광소자 표시장치 등과 같이 인셀 터치 방식을 사용하는 모든 종류 표시장치에도 동일하게 발생된다.

본 발명은 GIP 구조의 인셀 터치 방식 표시장치에서 센싱배선과 신호배선 간의 용량성 부하에 기인한 RC 지연에 의해 터치 성능이 저하되는 문제를 개선할 수 있는 방안을 제공하는 것에 과제가 있다.

전술한 바와 같은 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 액정패널 내에 구성되며 터치블럭 각각에 배치된 터치전극과, 상기 액정패널의 어레이기판에 배치되며, 표시구간에서 센싱배선과 교차하여 중첩되는 게이트배선에 게이트신호를 출력하는 GIP(gate in panel)회로와, 상기 터치센싱구간에 상기 터치구동신호를 상기 게이트배선에 출력하는 부하저감회로를 포함하는 인셀 터치 방식 표시장치를 제공한다.

특히, 상기 부하저감회로는 하나의 게이트배선에 연결되거나, 서로 이웃하는 다수의 게이트배선에 연결될 수 있다.

그리고, 상기 부하저감회로는 상기 어레이기판의 표시영역을 사이에 두고 서로 반대측에 위치하는 상기 게이트배선의 양단 중 하나에 연결될 수 있다.

더욱이, 부하저감회로는 트랜지스터로 구성될 수 있고, 이때 상기 트랜지스터의 게이트단자에 연결되며 상기 표시구간 및 터치센싱구간 각각에서 턴오프 상태 및 턴온 상태의 스위칭신호를 전달하는 제1전달배선과, 상기 트랜지스터의 소스단자에 연결되며 상기 터치센싱구간에서 상기 터치구동신호를 전달하는 제2전달배선이 액정표널에 구성될 수 있다.

한편, 소스구동회로는 상기 터치센싱구간에서 상기 데이터배선에 상기 터치구동신호를 출력하도록 구성될 수 있다.

그리고, 상기 어레이기판의 화소영역에는 상기 터치전극에 대응되는 화소전극이 배치되고, 상기 터치전극은 상기 표시구간에서 상기 센싱배선을 통해 공통전압을 전달받을 수 있다.

다른 측면에서, 본 발명은 터치센싱구간에서 터치블럭 각각에 배치된 터치전극에 연결된 터치배선에 터치구동신호를 출력하는 출력단과, 상기 센싱배선과 교차하여 중첩되는 게이트배선에 연결된 트랜지스터의 게이트단자에 연결되는 제1전달배선에, 표시구간 및 상기 터치센싱구간 각각에서 턴오프 및 턴온 상태의 스위칭신호를 출력하는 출력단과, 상기 트랜지스터의 소스단자에 연결되는 제2전달배선에, 상기 터치센싱구간에서 상기 터치구동신호를 출력하는 출력단을 포함하는 인셀 터치 방식 표시장치용 구동IC를 제공한다.

본 발명에서는, GIP 구조의 인셀 터치 방식 액정표시장치에 있어, 게이트배선에 연결되는 부하저감회로를 구성하고, 터치센싱구간에서 부하저감회로를 동작시켜 센싱배선에 인가된 터치구동신호와 동일한 신호를 대응되는 게이트배선에 출력하게 된다. 이에 따라, 센싱배선과 게이트배선 사이의 용량성 부하가 최소화되어, 센싱배선에 인가된 터치구동신호의 왜곡이 최소화됨으로써, 터치 성능이 향상될 수 있게 된다.

더욱이, 데이터배선에 대해서도 터치센싱구간에 터치구동신호를 인가할 수 있으며, 이에 따라 센싱배선과 데이터배선 사이의 용량성 부하 또한 최소화되어, 결과적으로 터치 성능이 극대화될 수 있게 된다.

도 1은 종래의 인셀 터치 방식 액정표시장치의 RC 등가회로를 개략적으로 도시 도면.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 GIP 구조의 인셀 터치 방식 액정표시장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정패널의 터치블럭의 내부 영역의 일부를 도시한 평면도.
도 4는 도 3의 절단선 IV-IV를 따라 절단하여 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 부하저감회로의 구조의 일예를 도시한 단면도.
도 6 및 7은 본 발명의 제1실시예에 따라 표시구간 및 터치센싱구간에서 게이트구동회로와 부하저감회로의 신호 출력 동작을 개략적으로 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시장치의 RC 등가회로를 개략적으로 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 도시한 도면.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

이하의 실시예에서는, 설명의 편의를 위해, 표시장치로서 액정표시장치를 예로 들어 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 GIP 구조의 인셀 터치 방식 액정표시장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시장치(100)는, 영상을 표시하는 표시패널인 액정패널(110)과 액정패널(110)을 구동하는 패널구동회로를 포함하며, 더욱이 게이트배선과의 용량성 부하의 영향을 저감하기 위한 부하저감회로(300)를 포함할 수 있다.

액정패널(110)은 셀프 캡 방식의 터치소자인 터치전극(171)이 패널 내부에 구성된 인셀 터치 방식의 액정패널로서, 어레이기판과 어레이기판에 대향하는 대향기판으로서 예를 들면 컬러필터기판과 어레이기판과 컬러필터기판 사이에 위치하는 액정층을 포함할 수 있다.

여기서, 터치전극(171)은 공통전극으로 기능하도록 구성될 수 있으며, 이 경우에 터치전극(171) 즉 공통전극(171)은 화소전극과 함께 어레이기판에 형성되어 영상을 표시하는 표시구간 동안에는 액정층을 구동할 수 있다. 이와 같은 터치전극(171)을 구비한 액정패널(100)로서는, 예를 들면, IPS(In-Plane Switching) 방식이나 AH-IPS(Advanced High performance In-Plane Switching) 방식의 액정패널이 사용될 수 있다. 본 실시예에서는, 설명의 편의를 위해, 프린지 필드를 발생시키는 AH-IPS 방식의 액정패널(110)이 사용되는 경우를 예로 든다.

액정패널(110)은 영상을 표시하는 영역인 표시영역(AA)과 표시영역(AA) 주변의 비표시영역(NA)을 포함한다. 표시영역(AA)에는 화소영역이 행방향과 열방향을 따라 매트릭스 형태로 배치된다.

한편, 액정패널(110)에는 다수의 터치블럭(TB)이 행방향과 열방향을 따라 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 각 터치블럭(TB)은 행방향과 열방향으로 이웃하는 다수의 화소영역을 단위 그룹으로 하여 구성될 수 있다.

액정패널(110)의 어레이기판에는 터치블럭(TB) 단위로 터치전극(171)이 형성되어 있다. 각 터치블럭(TB)에 형성된 터치전극(171)은, 이웃하는 터치블럭(TB)의 터치전극(171)과는 분리되어 이격된 형태로 패턴되어 있다. 즉, 이웃하는 터치블럭에 구성된 터치전극(171)은 서로 전기적으로 단선된 형태로 구성된다.

액정패널(110)의 어레이기판에는 각 터치블럭(TB)과 연결되는 센싱배선(SL)이 일방향을 따라 연장되어 형성되어 있다. 예를 들면, 센싱배선(SL)은 데이터배선의 연장방향인 열방향을 따라 형성된다. 센싱배선(SL)은 콘택홀(TCH)을 통해 해당 터치블럭(TB)의 터치전극(171)과 연결되어, 터치전극(171)에 구동 신호를 전달하게 된다.

이와 관련하여, 표시구간으로서 매 프레임 동안에는, 센싱배선(SL)에 공통전압이 인가되어 대응되는 터치전극(171)에 전달된다. 이에 따라, 각 화소영역에는 화소전극과 터치전극(171) 사이에 전계가 발생되어 액정을 구동하게 되고, 이로 인해 영상을 표시할 수 있게 된다.

한편, 표시구간 사이의 터치센싱구간으로서 이웃하는 프레임 사이의 블랭크(blank)구간 동안에는, 센싱배선(SL)에 펄스 파형의 터치구동신호가 인가되어 터치전극(171)에 전달된다. 또한, 터치 유무에 따른 각 터치블럭(TB)의 정전용량 변화량에 해당되는 센싱신호가 해당 터치전극(171)을 통해 검출되어 대응되는 센싱배선(SL)에 인가된다. 이와 같이 검출된 센싱신호를 통해 사용자의 터치 여부를 판단할 수 있게 된다.

이처럼, 터치블럭(TB)에 형성된 터치전극(171)은 전계 발생을 위한 공통전극(171)으로 기능과 함께 사용자 터치를 감지하기 위한 터치전극으로도 기능하여 얇은 두께의 인셀 터치 방식 액정패널(110)을 구현할 수 있게 된다.

이하, 액정패널(110)의 구조에 대해 도 3 및 4를 더 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정패널의 터치블럭의 내부 영역의 일부를 도시한 평면도이고, 도 4는 도 3의 절단선 IV-IV를 따라 절단하여 도시한 단면도이다.

도 3 및 4를 참조하면, 액정패널(110)의 어레이기판에는 제1방향으로서 행방향을 따라 연장된 다수의 게이트배선(GL)이 기판(111) 상에 형성되어 있다. 게이트배선(GL) 상에는 게이트절연막(130)이 형성된다. 게이트절연막(130) 상에는, 제2방향으로서 열방향을 따라 연장된 다수의 데이터배선(DL)이 형성된다.

이와 같이 서로 교차하는 게이트배선 및 데이터배선(GL, DL)에 의해, 매트릭스(matrix) 형태로 배치된 다수의 화소영역(P)이 정의된다.

각 화소영역(P)에는, 게이트배선 및 데이터배선(GL, DL)과 연결된 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있다.

박막트랜지스터(T)는, 게이트배선(GL)과 연결된 게이트전극(121)과, 게이트전극(121) 상의 게이트절연막(130) 상에 위치하는 반도체층(131)과, 반도체층(131) 상에 서로 이격된 소스전극 및 드레인전극(141, 143)을 포함할 수 있다. 여기서, 소스전극(141)은 데이터배선(DL)과 연결된다.

각 화소영역(P)에는 박막트랜지스터(T)의 드레인전극(143)과 연결되는 화소전극(151)이 형성되어 있다.

터치전극(171) 즉 공통전극(171)은 터치블럭(TB) 단위로 형성되며, 화소전극(151) 상에 적어도 하나의 절연막, 예를 들어, 제1 및 2보호막(161, 162)을 사이에 두고 배치되어 프린지 필드를 형성할 수 있다. 공통전극(171)은 각 화소영역(P)에 대응하여 화소전극(151)과 마주보는 바(bar) 형상의 다수의 전극패턴(172)을 포함하고, 전극패턴(172) 사이에는 개구(173)가 형성될 수 있다.

여기서, 다수의 전극패턴(172)은 데이터배선(DL)의 연장방향을 따라 연장되는 형태로 형성될 수 있다. 그리고, 다수의 전극패턴(172)은, 데이터배선(DL)에 근접하여 화소영역(P)의 최외측에 위치하는 제1전극패턴(172a)과, 제1전극패턴(172a)의 내측에 위치하는 제2전극패턴(172b)을 포함할 수 있다.

여기서, 제1전극패턴(172a)은 데이터배선(DL)보다 넓은 폭을 가져 실질적으로 하부의 데이터배선(DL)을 가리는 형태로 형성될 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다. 또한, 제1전극패턴(172a)은, 데이터배선(DL)과 중첩되는 센싱배선(SL)보다 넓은 폭을 가져 실질적으로 하부의 센싱배선(SL)을 가리는 형태로 형성될 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.

이와 같은 형태로 제1전극패턴(172a)을 형성하게 되면, 데이터배선 및 센싱배선(DL, SL)과 화소전극(151) 사이의 전기적 간섭을 방지할 수 있다.

그리고, 내부에 위치하는 제2전극패턴(172b)은 제1전극패턴(172a)보다 작은 폭을 갖도록 형성될 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.

한편, 공통전극(171)과 화소전극(151)의 배치 구조와 관련하여, 다른 예로서 각 터치블럭(TB)에 실질적으로 판 형상의 공통전극(171)을 형성하고, 공통전극(171) 상에 절연막을 사이에 두고 다수의 전극패턴으로 구성된 화소전극(151)을 구성할 수 있다.

또 다른 예로서, 공통전극(171)과 화소전극(151) 각각을 전극패턴을 갖도록 형성하고, 이들을 동일층에 배치하거나 절연막을 사이에 두고 배치할 수 있다.

한편, 액정패널(110)의 어레이기판에는 각 터치블럭(TB)과 연결되어 구동신호를 전달하는 센싱배선(SL)이 형성된다. 센싱배선(SL)은 해당 터치블럭(TB) 내에서 데이터배선(DL)의 연장 방향을 따라 연장되고, 데이터배선(DL)과 중첩되도록 구성될 수 있다. 이처럼, 센싱배선(SL)을 비표시요소인 데이터배선(DL)과 중첩되게 배치하게 되면, 센싱배선(SL)에 의해 개구율이 저하되는 것을 방지하고 또한 센싱배선(SL)의 폭을 최대한 증가시켜 저항을 감소시킬 수 있다. 이와 같은 센싱배선(SL)과 데이터배선(DL)은 적어도 하나의 절연막, 예를 들어, 제1보호막(161)을 사이에 두고 배치될 수 있다.

센싱배선(SL)은 공통전극(171)과 절연막, 예를 들어, 제2보호막(162)을 사이에 두고 배치될 수 있으며, 이들 전극은 절연막에 형성된 콘택홀(TCH)을 통해 접촉하도록 구성될 수 있다.

전술한 바와 같이 구성된 액정패널(110)에 있어, 센싱배선(SL)은 신호배선으로서 게이트신호를 전달하는 게이트배선(GL)과 데이터신호를 전달하는 데이터배선(DL)과 중첩됨에 따라, 이들 신호배선(GL, DL)과의 사이에 커플링 캡이 발생된다.

다시 도 2를 참조하면, 패널구동회로는 액정패널(110)을 구동하는 각종 신호를 발생시켜 이를 액정패널(110)에 공급함으로써, 액정패널(110)을 구동하게 된다. 패널구동회로는 액정패널 외부의 구동보드(미도시)에서 전달되는 제어신호들에 따라 액정패널(110)을 구동하는 구동신호를 발생하도록 구성될 수 있다.

이와 같은 패널구동회로(200)는 소스구동회로(210)와 게이트구동회로(220)를 포함할 수 있다.

소스구동회로(210)는 데이터배선(DL)과 센싱배선(SL)에 연결되며, 이들 배선에 접속된 출력단을 통해 관련 구동신호를 출력하도록 구동될 수 있다. 더욱이, 소스구동회로(210)는 부하저감회로(300)에 연결된 전달배선(TL1, TL2)과 연결되며 이들 배선에 접속된 출력단을 통해 관련 구동신호를 출력하도록 구동될 수 있다.

이와 같은 소스구동회로(210)는 데이터구동용 회로와 터치센싱용 회로가 통합된 IC 형태로 구성될 수 있다. 본 실시예에서는, 설명의 편의를 위해, 소스구동회로(210)가 다수의 소스IC(211)로 구성되며, 각 터치블럭 열에 대응하도록 소스IC(211)가 배치된 경우를 예로 든다. 이와 같은 소스IC(211)는 일예로 데이터배선(DL) 및 센싱배선(SL) 일단 측의 비표시영역(NA)에 COG 방식으로 실장될 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.

소스구동회로(210)는 각 센싱배선(SL)에 대해 표시구간 동안에는 공통전압을 출력하며, 터치센싱구간 동안에는 터치구동신호를 출력하게 된다. 또한, 터치센싱구간 동안 터치전극(171)에서 발생된 센싱신호를 센싱배선(SL)을 통해 전달받을 수 있다.

또한, 소스구동회로(210)는 이에 연결된 각 데이터배선(DL)에 대해 표시구간 동안에는 해당 데이터신호를 출력하게 된다. 더욱이, 터치센싱구간 동안에는, 소스구동회로(210)는 데이터배선(DL)에 대해 센싱배선(SL)과 동일하게 터치구동신호를 출력할 수 있다.

이처럼, 터치센싱구간 동안 데이터배선(DL)에 터치구동신호를 출력하게 되면, 데이터배선(DL)과 센싱배선(SL) 간의 용량성 부하의 영향을 최소화할 수 있게 된다. 즉, 데이터배선(DL)과 센싱배선(SL) 간에 발생하는 커플링 캡의 양단 전극에 동일한 파형의 신호가 동일한 타이밍으로 인가됨에 따라, 커플링 캡의 양단 전극 사이에는 실질적으로 전위차가 발생하지 않게 된다. 이에 따라, 센싱배선(SL)을 통해 전달되는 신호 전류가 커플링 캡으로 유입되는 것이 방지됨으로써, 용량성 부하가 최소화되는 효과가 발생하게 된다. 이로 인해, 데이터배선(DL)과의 용량성 부하에 기인한 터치구동신호의 RC 지연이 최소화될 수 있게 된다.

게이트구동회로(220)는 쉬프트레지스터회로로서, 표시구간 동안 다수의 게이트배선(GL)에 게이트신호를 순차적으로 출력하게 된다. 게이트구동회로(220)는 GIP 구조로 형성되는데, 즉 어레이기판을 제조하는 과정에서 게이트배선(GL)의 일단 측의 비표시영역(NA)에 직접 형성된다. 이와 같은 게이트구동회로(220)는 다수의 게이트배선(GL) 각각에 연결되어 해당 게이트신호를 출력하는 다수의 GIP회로로 구성된다.

한편, 본 실시예에서는, GIP 구조의 게이트구동회로(220)가 표시영역(AA) 일측에 배치된 경우를 예로 들고 있는데, 이와 달리 표시영역(AA)의 양측에 배치되도록 구성될 수 있다. 이처럼, 표시영역(AA) 양측에 배치된 경우에, 예를 들면, 일측의 게이트구동회로(220)는 홀수번째 게이트배선과 연결되고, 타측의 게이트배선과 연결되도록 구성될 수 있다.

게이트구동회로(220)의 신호 출력단에는 부하저감회로(300)가 연결될 수 있다. 즉, 부하저감회로(300)는 게이트구동회로(220)의 출력단에 연결되는 게이트배선(GL) 각각의 일단에 게이트구동회로(220)과 병렬 형태로 연결될 수 있다.

이와 같은 부하저감회로(300)는 표시구간 동안에는 디스에이블(disable) 상태 즉 오프(off) 상태가 되어 해당 게이트배선(GL)에 대한 신호 출력은 오프되며, 터치센싱구간 동안에는 인에이블(enable) 상태 즉 온(on) 상태가 되어 해당 게이트배선(GL)에 터치구동신호를 출력하도록 구성된다.

이에 따라, 앞서 데이터배선(DL)에 터치구동신호를 출력하는 경우와 마찬가지로, 게이트배선(GL)과 센싱배선(SL) 간의 용량성 부하를 최소화할 수 있게 된다. 즉, 게이트배선(GL)과 센싱배선(SL) 간에 발생하는 커플링 캡의 양단 전극에는 동일한 파형의 신호가 동일한 타이밍으로 인가됨에 따라, 커플링 캡의 양단 전극 사이에는 실질적으로 전위차가 발생하지 않게 된다. 이에 따라, 센싱배선(SL)을 통해 전달되는 전류가 커플링 캡으로 유입되는 것이 방지됨으로써, 용량성 부하가 최소화되는 효과가 발생하게 된다. 이로 인해, 게이트배선(GL)과의 용량성 부하에 기인한 터치구동신호의 RC 지연이 최소화될 수 있게 된다.

부하저감회로(300)의 구조와, 게이트구동회로(220) 및 부하저감회로(300)의 신호 출력 동작에 대해 도 5 내지 7을 더 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 부하저감회로의 구조의 일예를 도시한 단면도이다. 그리고, 도 6 및 7은 본 발명의 제1실시예에 따라 표시구간 및 터치센싱구간에서 게이트구동회로와 부하저감회로의 신호 출력 동작을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면으로서, 설명의 편의를 위해, 게이트구동회로에 구성된 일부 GIP회로를 도시하였다.

도 5 내지 7을 참조하면, 게이트구동회로(220)는 대응되는 게이트배선(GL)에 각각 연결되어 게이트신호를 출력하는 다수의 GIP회로(GIP; GIPn 내지 GIPn+2)를 포함한다. 다수의 GIP회로(GIP)는 표시구간 동안 순차적으로 해당 게이트배선(GL)에 게이트신호(Vg)를 출력하게 된다.

각 GIP회로(GIP)는 다수의 트랜지스터로 구성되며, 전단과 후단에 위치한 GIP회로의 구동에 영향을 주도록 구성된다. 예를 들면, n+1번째 GIP회로(GIPn+1)에 대해, 전단의 GIP회로(GIPn)에서 출력된 게이트신호(Vg)가 스타트(start)신호로서 사용되고, 후단의 GIP회로(GIPn+2)에서 출력된 게이트신호(Vg)는 리셋(reset)신호로서 사용된다.

이처럼, GIP회로(GIP)는 표시구간 동안 게이트신호(Vg)를 게이트배선(GL)에 순차 출력하는 구동 스킴(scheme)을 구현하기 위한 용도로 설계된 회로이다.

부하저감회로(300)는, 예를 들면, 게이트구동회로(220)와 표시영역(AA) 사이의 비표시영역(NA)에 형성될 수 있으며, 부하저감회로(220)의 신호 출력단은 대응되는 GIP회로(GIP)의 신호 출력단에 연결되도록 구성된다.

부하저감회로(300)는, 예를 들면, 트랜지스터로 구성될 수 있다. 이 경우에, 부하저감회로(300) 즉 트랜지스터의 드레인단자(D)는 신호 출력단에 해당되고, 소스단자(S)는 신호 입력단에 해당되며, 게이트단자(G)는 출력제어 단자에 해당된다.

한편, 게이트구동회로(220)와 표시영역(AA) 사이에는, 부하저감회로(220)에 연결되어 스위칭신호(Vc)와 터치구동신호(Vt)를 각각 전달하는 제1 및 2전달배선(TL1, TL2)이 게이트구동회로(220)의 길이방향을 따라 연장되어 형성될 수 있다. 이와 같은 제1 및 2전달배선(TL1, TL2) 각각은 전체 부하저감회로(220)와 공통적으로 연결되도록 구성될 수 있다.

한편, 이와 같은 제1 및 2전달배선(TL1, TL2)의 일끝단은 소스구동회로(210), 예를 들어, 즉 게이트구동회로(220)에 최인접한 소스IC(211)에 연결되어, 소스IC(211)로부터 스위칭신호와 터치구동신호를 전달받도록 구성될 수 있다.

도 5를 더 참조하여 부하저감회로(220) 및 전달배선(TL1, TL2)의 구조에 대해 보다 상세하게 설명하면, 부하저감회로(300)는 어레이기판의 제조 공정시, 예를 들면, 화소영역의 박막트랜지스터(도 4의 T) 형성시에 기판(111)의 비표시영역(NA)에 직접 형성될 수 있다. 즉, 기판(111) 상에 부하저감회로(300) 즉 트랜지스터(300)의 게이트단자(G)가 형성되고, 그 상부에 게이트절연막(130)이 형성되고, 그 상부에 반도체층(SE)이 형성되고, 그 상부에 서로 이격된 소스단자 및 드레인단자(S, D)가 형성될 수 있다.

그리고, 제1 및 2전달배선(TL1, TL2) 또한 어레이기판의 제조 공정시, 예를 들면, 게이트배선(GL), 데이터배선(도 4의 DL), 센싱배선(SL), 화소전극(도 4의 151), 터치전극(도 4의 171) 등의 형성시에 기판(111)의 비표시영역(NA)에 직접 형성될 수 있다. 본 실시예에서는, 제1 및 2전달배선(TL1, TL2)이 센싱배선(SL)과 동일한 공정에서 형성되는 경우를 예로 드는데, 이에 한정되지는 않는다. 이 경우에, 제1전달배선(TL1)은 제1콘택홀(CH1)을 통해 트랜지스터(300)의 게이트단자(G)와 연결되고, 제2전달배선(TL2)은 제2콘택홀(CH2)을 통해 트랜지스터(300)의 소스단자(S)와 연결될 수 있다. 또한, 트랜지스터(300)의 드레인단자(D)는 게이트배선(GL)과 제3콘택홀(CH3)를 통해 연결될 수 있다.

한편, 위와 같이 배치된 게이트구동회로(220)와 부하저감회로(300)에 대해, 도 6에 도시한 바와 같이, 표시구간 동안에는 게이트구동회로(220)는 인에이블 상태가 되어 게이트신호(Vg)를 게이트배선(GL)에 순차적으로 출력하게 된다.

한편, 표시구간 동안에, 부하저감회로(300)는 디스에이블 상태가 되어 이를 통한 신호 출력은 오프된다. 이를 위해, 턴오프 상태의 스위칭신호(Vc)가 제1전달배선(TL1)으로 전달되고, 이에 따라 부하저감회로(300)는 턴오프 되어 신호 출력은 오프된다.

다음으로, 도 7에 도시한 바와 같이, 터치센싱구간 동안에는 게이트구동회로(220)는 디스에이블 상태가 되어 게이트신호 출력이 오프된다.

한편, 터치센싱구간 동안에, 부하저감회로(300)는 인에이블 상태가 되어 이를 통해 터치구동신호 출력이 발생하게 된다. 이를 위해, 턴온 상태의 스위칭신호가 제1전달배선(TL1)으로 전달되고, 이에 따라 부하저감회로(300)는 턴온 된다. 이에 동기하여, 터치구동신호(Vt)가 제2전달배선(TL2)을 통해 부하저감회로(300)로 전달되어 각 게이트배선(GL)으로 출력된다.

위와 같이, 본 실시예에 따르면, 표시구간과 터치센싱구간에 동기하여 게이트구동회로(220)와 부하저감회로(300)가 선택되고 게이트신호와 터치구동신호가 게이트배선(GL)에 선택적으로 출력되도록 동작하게 된다.

이를 통해, 표시구간 동안에는 GIP 구조의 게이트구동회로(220)가 선택되어 영상 표시를 위한 게이트신호가 게이트배선(GL)에 출력될 수 있게 되고, 터치센싱구간에는 부하저감회로(300)가 선택되어 센싱배선(SL)과의 용량성 부하를 저감하기 위한 터치구동신호(Vt)가 게이트배선(GL)에 출력될 수 있게 된다.

특히, GIP 구조의 게이트구동회로(220)는 앞서 설명한 바와 같이 전후단의 GIP회로(GIP)들이 서로 상호 작용하여 게이트신호(Vg)를 순차 출력하는 구동 스킴(scheme)을 구현하도록 설계된 것으로서, 이와 같이 설계된 GIP회로(GIP)를 터치센싱구간에서 전체 게이트배선(GL)에 동일한 터치구동신호(Vt)를 동시에 출력하도록 동작시킬 수 없다. 이러한바, 본 실시예에서는, 전술한 부하저감회로(300)를 배치하고 터치센싱구간 동안 동작시켜 터치구동신호(Vt)가 게이트배선(GL)에 출력되도록 한다. 이에 따라, 표시구간에서는 게이트신호(Vg)가 인가되어 정상적인 영상 표시를 수행할 수 있고, 터치센싱구간에서는 터치구동신호(Vt)가 인가되어 게이트배선(GL)과 센싱배선(SL) 간의 용량성 부하를 최소화할 수 있는 효과를 구현할 수 있게 된다.

도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시장치의 RC 등가회로를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면, 터치센싱구간 동안에, 센싱배선(SL)과 커플링 캡을 형성하는 신호배선(SGL)(즉, 게이트배선 및 데이터배선)에 대해, 센싱배선(SL)과 동일하게 터치구동신호(Vt)를 인가하게 된다. 즉, 터치구동신호(Vt)와 동일한 파형의 신호를 동일한 타이밍으로 신호배선(SGL)에 인가하게 된다.

이에 따라, 터치센싱구간 동안 용량성 부하(Lc)의 양단에는 실질적으로 전위차가 발생하지 않게 되어, 센싱배선(SL)과 신호배선(SGL) 사이에는 용량성 부하(Lc)가 제거된 것과 같은 효과가 발생되고, 이로 인해 터치전송배선을 흐르는 신호 전류(It)가 용량성 부하(Lc)로의 유입이 최소화된다. 따라서, 용량성 부하(Lc)에 의한 터치구동신호(Vt)의 RC 지연이 최소화되어, 터치 성능이 극대화되는 효과가 발생하게 된다.

실제로, 종래의 신호배선에 대한 터치구동신호 미인가의 경우와 본 실시예의 신호배선에 대한 터치구동신호 인가의 경우를 대비하여 보면, 종래에 비해 본 실시예의 경우가 용량성 부하가 대략 75% 이상 저감되는 효과가 발생하게 된다.

도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 도시한 도면으로서, 설명의 편의를 위해, 제2실시예의 특징과 관련된 구성을 위주로 하여 도시하였다. 제2실시예의 액정표시장치(100)는 부하저감회로(300)와 게이트배선(GL)의 연결 관계를 제외하면 제1실시예와 실질적으로 동일 유사한 것으로서, 제1실시예와 동일 유사한 구성에 대한 설명은 생략한다.

도 9를 참조하면, 제2실시예의 액정표시장치(100)에서는, 각 부하저감회로(300)는 이웃하는 2개 이상의 게이트배선(GL)과 연결되도록 구성될 수 있는데, 일예로서 이웃하는 2개의 게이트배선(GL)과 연결된 경우를 도시하였다.

제1실시예와 비교하면, 제1실시예에서는 각 부하저감회로가 각 게이트배선과 연결되도록 구성된 경우에 대한 것인데, 본 제2실시예에서는 각 부하저감회로가 이웃하는 2개 이상의 게이트배선을 단위로 하여 연결된 경우에 대한 것이다.

이와 같이, 부하저감회로(300)에 대응되는 게이트배선(GL)의 수를 증가시킴에 따라, 액정패널(110)에 구성된 부하저감회로(300)의 수가 감소하게 되어, 부하저감회로(300)에 대한 제조비용을 절감할 수 있고, 또한 부하저감회로(300)가 배치된 비표시영역(NA) 부분의 공간 활용도가 높아지는 장점이 있다.

한편, 제2실시예의 경우에는 부하저감회로(300)와 게이트배선(GL) 사이의 신호 전달 경로가 증가하게 되는바, 제1실시예는 제2실시예에 비해 게이트배선에 전달된 터치구동신호의 왜곡이 최소화되고 게이트배선 위치에 따른 터치구동신호의 편차가 최소화되는 장점이 있다.

도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 도시한 도면으로서, 설명의 편의를 위해, 제3실시예의 특징과 관련된 구성을 위주로 하여 도시하였다. 제3실시예의 액정표시장치(100)는 부하저감회로(300)와 게이트배선(GL)의 연결 위치를 제외하면 제1실시예와 실질적으로 동일 유사한 것으로서, 제1실시예와 동일 유사한 구성에 대한 설명은 생략한다.

도 10을 참조하면, 제3실시예의 액정표시장치(100)에서는, 부하저감회로(300)는 해당 GIP회로(GIP) 출력단 측의 게이트배선(GL) 일단에 연결되지 않고, 이와 반대되는 게이트배선(GL)의 타단에 연결되도록 구성될 수 있다. 다시 말하면, 표시영역(AA)을 사이에 두고, GIP회로(GIP)가 위치하는 비표시영역(NA1)과 반대되는 비표시영역(NA2)에 위치하여 해당 게이트배선(GL)의 타단에 연결되도록 구성될 수 있다.

이와 같은 경우에, GIP회로(GIP)가 위치하는 비표시영역(NA1)의 활용도가 높아지고 이 부분의 폭을 감소시킬 수 있는 장점이 발생할 수 있다.

도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 도시한 도면으로서, 설명의 편의를 위해, 제4실시예의 특징과 관련된 구성을 위주로 하여 도시하였다. 제4실시예의 액정표시장치(100)는 부하저감회로(300)와 게이트배선(GL)의 연결 관계를 제외하면 제3실시예와 실질적으로 동일 유사한 것으로서, 제3실시예와 동일 유사한 구성에 대한 설명은 생략한다.

도 11을 참조하면, 제4실시예의 액정표시장치(100)에서는, 앞선 제2실시예와 유사하게, 각 부하저감회로(300)는 이웃하는 2개 이상의 게이트배선(GL)과 연결되도록 구성될 수 있는데, 일예로서 이웃하는 2개의 게이트배선(GL)과 연결된 경우를 도시하였다.

전술한 본 발명의 실시예들에 따르면, GIP 구조의 인셀 터치 방식 액정표시장치에 있어, 게이트배선에 연결되는 부하저감회로를 구성하고, 터치센싱구간에서 부하저감회로를 동작시켜 센싱배선에 인가된 터치구동신호와 동일한 신호를 대응되는 게이트배선에 출력하게 된다. 이에 따라, 센싱배선과 게이트배선 사이의 용량성 부하가 최소화되어, 센싱배선에 인가된 터치구동신호의 왜곡이 최소화됨으로써, 터치 성능이 향상될 수 있게 된다.

한편, 전술한 실시예들은 액정표시장치 이외의 모든 종류의 표시장치에 적용될 수 있음은 당업자에게 있어 자명하다.

전술한 본 발명의 실시예는 본 발명의 일예로서, 본 발명의 정신에 포함되는 범위 내에서 자유로운 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명은, 첨부된 특허청구범위 및 이와 등가되는 범위 내에서의 본 발명의 변형을 포함한다.

100: 액정표시장치 110: 액정패널
111: 기판 121: 게이트전극
130: 게이트절연막 131: 반도체층
141: 소스전극 143: 드레인전극
151: 화소전극 161: 제1보호막
162: 제2보호막 171: 터치전극(공통전극)
172: 전극패턴 172a: 제1전극패턴
172b: 제2전극패턴 173: 개구
210: 소스구동회로 211: 소스IC
220: 게이트구동회로 300: 부하저감회로
AA: 표시영역
NA: 비표시영역
GL: 게이트배선
DL: 데이터배선
SL: 센싱배선
SGL: 신호배선
TB: 터치블럭
TCH: 콘택홀
GIP: GIP회로
Lc: 용량성 부하
Lr1, Lr2: 저항성 부하
Vt: 터치구동신호
Vc: 스위칭신호
Vg: 게이트신호

Claims

영상을 표시하는 영역인 표시영역과 상기 표시영역 주변의 비표시영역을 포함하는 표시패널;
상기 비표시영역에 구비되며, 표시구간 동안 다수의 게이트배선으로 게이트신호를 출력하는 게이트구동회로;
상기 비표시영역에 구비되며, 상기 게이트구동회로의 출력단에 연결되는 상기 다수의 게이트배선 중 적어도 하나에 드레인단자가 연결된 부하저감 트랜지스터;
상기 비표시영역에 구비되며, 상기 부하저감 트랜지스터의 게이트단자에 연결되어 상기 부하저감 트랜지스터를 온/오프 하는 제1전달배선; 및
상기 게이트구동회로와 상기 표시영역 사이의 상기 비표시영역에 구비되며, 상기 부하저감 트랜지스터의 소스단자와 연결된 제2전달배선
을 포함하고,
상기 표시구간 동안, 상기 게이트구동회로는 인에이블 상태가 되어 상기 게이트신호를 순차적으로 출력하고,
터치센싱구간 동안, 상기 게이트구동회로는 디스에이블 상태가 되어 상기 게이트신호의 출력이 오프 되는 인셀 터치 방식 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 부하저감 트랜지스터, 상기 제1전달배선 및 상기 제2전달배선은 상기 게이트구동회로와 상기 표시영역 사이의 상기 비표시영역에 구비되는 인셀 터치 방식 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1전달배선은, 상기 표시구간 동안 상기 부하저감 트랜지스터에 턴오프 상태의 스위칭신호를 전달하고, 터치센싱구간 동안 턴온 상태의 스위칭신호를 전달하는 인셀 터치 방식 표시장치.
제 3 항에 있어서,
상기 터치센싱구간 동안 상기 제2전달배선을 통해 전달된 신호를 상기 다수의 게이트배선 중 적어도 하나에 출력하는 인셀 터치 방식 표시장치.
제 3 항에 있어서,
상기 터치센싱구간 동안 터치구동신호와 동일한 다수의 펄스 파형의 신호를 동일한 타이밍으로 상기 다수의 게이트배선 중 적어도 하나에 출력하는 인셀 터치 방식 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 비표시영역에 구비되며, 데이터구동용 회로와 터치센싱용 회로가 통합된 소스구동회로를 더 포함하며,
상기 제1전달배선과 상기 제2전달배선은 상기 소스구동회로와 연결된 인셀 터치 방식 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 부하저감 트랜지스터는 상기 다수의 게이트배선 중 이웃하는 2개 이상에 연결된 인셀 터치 방식 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 게이트구동회로는 상기 다수의 게이트배선의 일단에 연결되고,
상기 부하저감 트랜지스터는 상기 다수의 게이트배선의 타단에 연결된 인셀 터치 방식 표시장치.
제 6 항에 있어서,
상기 표시구간 동안, 상기 소스구동회로는, 다수의 데이터배선에 데이터신호를 출력하고, 다수의 센싱배선에 공통전압을 출력하고,
상기 터치센싱구간 동안, 상기 소스구동회로는, 상기 다수의 데이터배선 및 상기 다수의 센싱배선에 터치구동신호를 출력하는 인셀 터치 방식 표시장치.