KR102649833B1 - 터치센서 내장형 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터치센서 내장형 표시장치에 관한 것으로, 서로 교차하도록 배치되는 복수의 게이트 라인들 및 복수의 데이터 라인들; 상기 복수의 데이터 라인들 사이에 배치되는 픽셀영역들에 각각 배치되는 복수의 픽셀전극들; 상기 복수의 픽셀전극들과 다른 층에 배치되며, 상기 복수의 픽셀전극들과 제1 전계를 형성하도록 배치되는 복수의 제1 터치/공통전극들; 및 상기 복수의 픽셀전극들과 동일 층에 배치되며, 상기 복수의 픽셀전극들과 제2 전계를 형성하도록 배치되는 복수의 제2 터치/공통전극들을 포함하는 것을 특징으로 합니다.

Description

터치센서 내장형 표시장치{TOUCH SENSOR INTEGRATED TYPE DISPLAY DEVICE}
본 발명은 터치센서 내장형 표시장치에 관한 것이다.
최근, 키보드, 마우스, 트랙볼, 조이스틱, 디지타이저(digitizer) 등의 다양한 입력장치(input device)들이 사용자와 가전기기 또는 각종 정보통신기기 사이의 인터페이스를 구성하기 위해 사용되고 있다. 그러나, 상술한 바와 같은 입력장치를 사용하는 것은 사용법을 익혀야 하고 공간을 차지하는 등의 불편을 야기하는 문제점이 있었다. 따라서, 편리하면서도 간단하고 오작동을 감소시킬 수 있는 입력장치에 대한 요구가 날로 증가되고 있다. 이와 같은 요구에 따라 사용자가 손가락이나 펜 등으로 화면과 직접 접촉하여 정보를 입력하는 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.
특히 픽셀들에 공통 전압을 공급하기 위한 공통 전극을 분할하고, 분할된 공통 전극 패턴들을 터치 센서들의 전극으로 활용하도록 구성한 터치센서 내장형 표시장치는 표시패널의 두께 증가 없이 표시패널에 터치 센서들을 설치할 수 있으므로 널리 사용되고 있다.
종래의 터치센서 일체형 표시장치는 터치/공통전극이 픽셀전극과 동일층에 형성되거나 상이한 층에 형성되어 있어 터치/공통전극이 표시패널의 표면으로부터 멀리 떨어져 있거나, 터치/공통전극과 픽셀전극이 수직으로 이격되어 있었다.
따라서, 터치/공통전극이 표시패널의 표면으로부터 멀리 떨어져 있는 경우에는 표시패널 내부에서 터치인식을 위한 정전용량을 형성하는 동시에 외부로부터 유입되는 정전기를 효과적으로 방전시킬 수 없어, 정전기 방전기능을 겸한 고가의 특수한 전용 필름이 필요한 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 종래의 문제점을 해소시킬 수 있는 터치센서 내장형 표시장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적 달성을 위한 본 발명에 따르는 터치센서 내장형 표시장치는 서로 교차하도록 배치되는 복수의 게이트 라인들 및 복수의 데이터 라인들; 상기 복수의 데이터 라인들 사이에 배치되는 픽셀영역들에 각각 배치되는 복수의 픽셀전극들; 상기 복수의 픽셀전극들과 다른 층에 배치되며, 상기 복수의 픽셀전극들과 제1 전계를 형성하도록 배치되는 복수의 제1 터치/공통전극들; 및 상기 복수의 픽셀전극들과 동일 층에 배치되며, 상기 복수의 픽셀전극들과 제2 전계를 형성하도록 배치되는 복수의 제2 터치/공통전극들을 포함한다.
본 발명의 터치센서 내장형 표시장치는 복수의 제1 터치/공통전극들 및 상기 복수의 제2 터치/공통전극들에 공통전압 및 터치 구동전압을 시분할하여 공급하는 복수의 터치/공통라인들을 더 포함할 수 있다.
상기 구성에서, 데이터를 표시하는 디스플레이 기간에는 상기 복수의 데이터 라인들을 통해 상기 복수의 픽셀전극들에 데이터 신호를 공급하고, 상기 복수의 터치/공통라인들을 통해 상기 복수의 제1 및 제2 터치/공통전극들에 공통신호를 공급하며, 터치를 센싱하는 터치 구동기간에는, 상기 복수의 데이터 라인들에 제1 로드 프리 구동신호를 공급하고, 상기 복수의 게이트 라인들에 제2 로드 프리 구동신호를 공급하며, 상기 복수의 터치/공통라인들에 터치 구동신호를 공급할 수 있다.
또한, 상기 제1 로드 프리 구동신호, 상기 제2 로드 프리 구동신호 및 상기 터치 구동신호는 서로 동일 위상 및 동일 진폭을 갖는 터치센서 내장형 표시장치.
본 발명의 터치센서 내장형 표시장치는 액정층을 사이에 두고 대향 배치되는 제 1 기판 및 제 2 기판을 더 포함하고, 상기 복수의 게이트 라인들과 상기 제1 터치/공통전극들은 서로 이격되도록 상기 제1 기판에 배치되고, 상기 복수의 데이터 라인들은 상기 복수의 게이트 라인들 및 상기 제1 터치/공통전극들을 커버하는 게이트 절연막에 배치되며, 상기 복수의 픽셀전극들과 상기 복수의 제2 터치/공통전극들은 상기 복수의 데이터 라인들을 커버하는 제1 절연막에 배치될 수 있다.
본 발명의 터치센서 내장형 표시장치는 상기 복수의 제1 터치/공통전극들 및 상기 복수의 제2 터치/공통전극들에 공통전압 및 터치 구동전압을 시분할로 공급하는 복수의 터치/공통라인들을 더 포함하고, 상기 복수의 터치/공통라인들은 상기 제2 터치/공통전극들에 각각 연결될 수 있다.
또한, 상기 복수의 터치/공통라인들과 상기 복수의 제2 터치/공통전극들은 상기 제1 기판의 일면에 배치될 수 있다.
또한, 상기 복수의 터치/공통라인들은 투명 도전층과 금속층의 적층구조를 갖고, 상기 복수의 제2 터치/공통전극들은 상기 투명 도전층으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 투명 도전층은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), 또는 GZO(Gallium-doped Zinc Oxide)으로 이루어지고, 상기 금속층은 상기 투명 도전층 상에 순차적으로 적층된 Cu층, MoTi층, Cu층으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 터치센서 내장형 표시장치는 상기 복수의 데이터 라인들과 상기 복수의 픽셀전극들 및 상기 복수의 제1 터치/공통전극들 사이에서 상기 복수의 데이터 라인들과 절연되고, 상기 복수의 픽셀전극들 및 상기 복수의 제1 터치/공통전극들과 절연되도록 배치되는 컬러필터층을 더 포함할 수 있다.
또한, 제1 전계가 상기 제2 전계에 영향을 미치지 않도록 상기 복수의 제1 터치/공통전극들은 상기 복수의 픽셀전극들과 수직방향으로 이격될 수 있다.
또한, 상기 복수의 제1 터치/공통전극과 상기 복수의 픽셀전극들 사이에는, 상기 복수의 제1 터치/공통전극들과 상기 복수의 게이트 라인들을 커버하는 게이트 절연막; 상기 데이터 라인들을 커버하는 제1 절연막; 상기 제1 절연막막 상의 컬러필터층; 및 상기 컬러필터층 상의 제2 절연막이 배치될 수 있다.
본 발명의 터치센서 내장형 표시장치에 의하면, 게이트 라인들을 형성할 때 하프톤마스크 공정을 이용하여 제1 기판의 상면과 가장 가까운 제1 기판의 하면에 투명 도전층과 금속층으로 터치/공통라인을 구성하고, 터치/공통라인으로부터 연장되는 투명 도전층으로 제1 터치/공통전극을 구성함으로써, 터치 정밀도를 높이는 동시에 외부로부터 입사되는 광의 반사율을 저하시키는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 표시패널 상면에 근접하여 넓은 면적의 제1 터치/공통전극이 배치되기 때문에 터치 이벤트 발생시 발생하여 유입되는 정전기를 효과적으로 방전시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 1프레임 기간을 디스플레이 구동기간과 터치 구동기간으로 시분할 하고, 터치 구동기간 동안 제1 및 제2 터치/공통전극들에 공급되는 터치 구동전압과 동일한 위상, 동일한 진폭을 갖는 로드 프리 구동전압을 게이트 라인들과 데이터 라인들에도 공급함으로써, 터치/공통라인과 게이트 라인들 사이 및 터치/공통라인과 데이터 라인들 사이에 발생하는 기생 정전용량을 방지하여 터치 감도의 저하를 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 터치센서 내장형 표시장치를 개략적으로 도시한 블록도,
도 2는 도 1에 도시된 1개의 픽셀을 도시한 평면도,
도 3a는 도 2에 도시된 픽셀의 게이트 라인 및 게이트 전극과, 터치/공통라인 및 제1 터치/공통전극을 도시한 평면도,
도 3b는 도 2에 도시된 데이터 라인과 박막 트랜지스터의 소스전극 및 드레인 전극을 도시한 평면도,
도 3c는 도 2에 도시된 공통전극 및 픽셀전극을 도시한 평면도,
도 4a는 도 2의 라인 I-I'라인을 따라 취한 단면도,
도 4b는 도 2의 라인 II-II'라인을 따라 취한 단면도,
도 5는 로드 프리 구동을 위해 터치/공통라인, 데이터 라인 및 게이트 라인에 공급되는 신호들을 도시한 파형도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 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. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것일 수 있는 것으로서, 실제 제품의 부품 명칭과는 상이할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 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. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것일 수 있는 것으로서, 실제 제품의 부품 명칭과는 상이할 수 있다.
본 발명의 실시예의 설명에서, 용어 "터치/공통전극"은 터치센서 내장형 표시장치에 대한 터치여부를 센싱하는 터치센싱 기간에는 터치센서의 터치 구동전극 또는 터치센싱 전극으로서 작용하고, 표시패널에 정보를 표시하는 디스플레이 기간에는 공통전극으로서 작용하는, 공통전극 겸용 터치전극을 의미한다. 또한, "터치/공통라인"은 터치센서 내장형 표시장치에 대한 터치여부를 센싱하는 터치센싱 기간에는 터치센서의 터치 구동전압 공급라인 또는 터치센싱 신호 공급라인으로서 작용하고, 표시패널에 정보를 표시하는 디스플레이 기간에는 터치/공통전극에 공통전압을 공급하는 공통라인으로서 작용하는, 공통라인 겸용 터치라인을 의미한다.
우선, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따르는 터치센서 내장형 표시장치에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 터치센서 내장형 표시장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 터치센서 내장형 표시장치는 픽셀 어레이(PA)가 형성된 액정 표시패널(10), 소스 구동 및 터치 센싱 IC들(Integrated Circuits)(12), 게이트 구동회로(13a, 13b), 타이밍 콘트롤러(11a) 및 터치 콘트롤러(11b)를 구비한다. 액정 표시패널(10)의 하부에는 액정 표시패널(10)에 빛을 균일하게 조사하기 위한 백라이트 유닛이 배치될 수 있다.
액정 표시패널(10)은 서로 마주보는 제 1 기판, 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판, 및 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 배치된 액정층을 포함한다. 액정층의 액정 분자들은 픽셀(P)에 인가되는 데이터전압과 제1 및 제2 터치/공통전극들에 인가되는 공통 전압의 전위차에 의해 발생되는 전계로 구동된다.
액정 표시패널(10)은 입력 데이터가 표시되는 표시영역인 픽셀 어레이(PA)와, 픽셀 어레이 외측의 비표시 영역인 베젤부를 포함한다.
픽셀 어레이(PA)의 투명 기판에는 데이터 라인들(DL), 게이트 라인들(GL), 박막 트랜지스터들, 박막 트랜지스터에 접속된 픽셀전극, 및 픽셀전극에 접속된 스토리지 캐패시터(Storage Capacitor) 등이 형성된다. 픽셀 어레이(PA)의 픽셀들 각각은 박막 트랜지스터를 통해 데이터전압이 충전되는 픽셀전극을 포함하며, 픽셀전극과 공통전압이 인가되는 제1 및 제2 터치/공통전극들의 전압 차에 의해 액정층의 액정을 구동시켜 빛의 투과량을 조정함으로써 화상을 표시한다.
액정 표시장치는 투과형 액정 표시장치, 반투과형 액정 표시장치, 반사형 액정 표시장치 등 어떠한 형태로도 구현될 수 있다. 투과형 액정 표시장치와 반투과형 액정 표시장치에서는 백라이트 유닛이 필요하다. 백라이트 유닛은 직하형(direct type) 백라이트 유닛 또는, 에지형(edge type) 백라이트 유닛으로 구현될 수 있다.
소스 구동 및 터치센싱 IC들(12)은 TCP(Tape Carrier Package, 15) 상에 실장되고, TAB(Tape Automated Bonding) 공정에 의해 액정표시패널(10)의 유리기판에 접합되며, 소스 PCB(Printed Circuit Board)(14)에 접속된다. 소스 구동 및 터치 센싱 IC(12)은 COG(Chip On Glass) 공정에 의해 액정 표시패널(10)의 투명 기판 상에 배치될 수도 있다.
소스 구동 및 터치 센싱 IC(12) 각각은 타이밍 콘트롤러(11a)로부터 디지털 비디오 데이터와 소스 타이밍 제어신호를 입력 받는다. 소스 구동 및 터치 센싱 IC(12)는 소스 타이밍 제어신호에 응답하여, 디스플레이 기간에는 디지털 비디오 데이터를 정극성/부극성 데이터 전압들로 변환하여 픽셀 어레이(PA)의 데이터 라인들에 공급하고, 터치센싱 기간에는 제1 및 제2 터치/공통전극들에 터치 구동신호를 공급하고, 데이터 라인들에 터치 구동신호와 동일 위상, 동일 진폭의 제1 로드 프리 구동신호를 공급하며, 게이트 라인들에 터치 구동신호와 동일 위상, 동일 크기의 제2 로드 프리 구동신호를 공급하여 표시패널(10)을 시분할 구동한다.
게이트 구동회로(13a, 13b)는 타이밍 콘트롤러(11a)로부터 게이트 타이밍 제어신호를 입력 받는다. 게이트 구동회로(13a, 13b)는 게이트 타이밍 제어신호에 응답하여 픽셀 어레이의 게이트 라인들에 게이트 펄스(또는 스캔 펄스)를 순차적으로 공급한다. 게이트 구동회로(13a, 13b)는 TCP 상에 실장되고, TAB 공정에 의해 액정표시패널(10)의 하부 유리기판에 접합될 수 있다. 이와 달리, 게이트 구동회로(13a, 13b)는 GIP(Gate In Panel) 공정에 의해 픽셀 어레이(PA)와 동시에 투명 기판 상에 직접 형성될 수 있다. 게이트 구동회로(13a, 13b)는 도 1에 도시된 바와 같이 픽셀 어레이(PA)의 양측에 배치될 수도 있고, 픽셀 어레이(PA)의 일측에만 배치될 수도 있다.
타이밍 콘트롤러(11a)는 외부의 시스템 보드로부터 디지털 비디오 데이터와 수직 동기신호, 수평 동기신호, 데이터 인에이블 신호, 및 도트 클럭과 같은 타이밍 신호들을 입력받는다. 타이밍 콘트롤러(11a)는 디지털 비디오 데이터와 타이밍 신호들에 기초하여 소스 구동 및 터치 센싱 IC(12)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 소스 타이밍 제어신호와, 게이트 구동회로(13a, 13b)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 타이밍 제어신호를 발생한다. 타이밍 콘트롤러(11a)는 디지털 비디오 데이터와 소스 타이밍 제어신호를 소스 구동 및 터치 센싱 IC(12)에 공급한다. 타이밍 콘트롤러(11a)는 또한 게이트 타이밍 제어신호를 게이트 구동회로(13a, 13b)에 공급한다.
터치 콘트롤러(11b)는 터치 센싱기간 동안 표시패널(10)의 터치/공통라인들로부터 센싱된 신호들을 검출하거나, 데이터 라인들로부터 센싱된 신호를 검출하여, 터치 전후의 변화를 측정하고 디지털 신호로 변환하여 외부의 시스템 보드로 출력한다.
타이밍 콘트롤러(11a)와 터치 콘트롤러(11b)는 콘트롤 PCB(16) 상에 실장될 수 있다. 콘트롤 PCB(16)와 소스 PCB(14)는 FFC(flexible flat cable)나 FPC(flexible printed circuit)와 같은 연성회로기판(17)을 통해 연결될 수 있다.
다음으로, 도 2 및 도 3a 내지 도 3c를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따르는 터치센서 내장형 표시장치의 표시패널에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 도 1에 도시된 표시패널의 픽셀을 도시한 평면도이다. 도 3a는 도 2에 도시된 픽셀의 게이트 라인 및 게이트 전극과, 터치/공통라인 및 제1 터치/공통전극을 도시한 평면도이다. 도 3b는 도 2에 도시된 데이터 라인과 박막 트랜지스터의 소스전극 및 드레인 전극을 도시한 평면도이다. 도 3c는 도 2에 도시된 공통전극 및 픽셀전극을 도시한 평면도 이다.
도 2 및 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 픽셀 어레이(PA)는 데이터 라인들(DL)과 게이트 라인들(GL)의 교차에 의해 정의되는 픽셀영역들에 각각 배치되는 픽셀전극(Px)과, 픽셀전극(Px)과 다른 층에 배치되어 픽셀전극(Px)과 제1 전계를 형성하도록 배치되는 제1 터치/공통전극들(TC1)과, 픽셀전극(Px)과 동일 층에 배치되어 픽셀전극(Px)과 제2 전계를 형성하도록 배치되는 제2 터치/공통전극들(TC2)과, 각 픽셀영역에 배치되어 데이터 라인(예를 들면, D2)을 통해 픽셀전극(Px)에 데이터 전압을 공급하는 박막 트랜지스터(TR)를 포함한다. 픽셀 어레이(PA)는 또한 게이트 라인(예를 들면, G2)과 나란하게 배치되는 터치/공통라인들(TCL)을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르는 표시장치의 픽셀은 복수의 게이트 라인들(G1, G2), 복수의 데이터 라인들(D1, D2), 박막 트랜지스터, 픽셀전극(Px), 터치/공통라인(TCL), 제1 터치/공통전극(TC1) 및 제2 터치/공통전극(TC2)를 포함한다.
도 2 및 도 3a을 참조하면, 복수의 게이트 라인들(G1, G2)은 제1 방향(예를 들면, y축 방향)을 따라 서로 나란하게 배치된다. 각각의 게이트 라인(G1, G2)은 제1 방향과 교차하는 제2 방향(예를 들면, x축 방향)을 따라 연장된다.
터치/공통라인(TCL)은 서로 이웃한 제1 게이트 라인과(G1) 제2 게이트 라인(G2) 사이에서 어느 하나의 게이트 라인(예를 들면, 제2 게이트 라인(G2))에 인접하여 배치된다. 터치/공통라인(TCL)은 투명 도전성 물질로 된 투명 도전층(TL)과, 투명 도전층(TL) 상에 제1 내지 제3 금속물질로 이루어진 제1 내지 제3 금속층(M1, M2, M3)이 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다. 투명 도전성 물질은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), 또는 GZO(Gallium-doped Zinc Oxide) 등을 포함할 수 있다. 제1 금속물질은 구리(Cu) 등을 포함할 수 있다. 제2 금속물질은 몰리브덴-티타늄 합금(MoTi) 등을 포함할 수 있다. 제3 금속물질은 구리(Cu) 등을 포함할 수 있다.
터치/공통라인(TCL)은 제1 터치/공통전극(TC1) 및 제2 터치/공통전극(TC2)에 데이터 표시를 위한 공통전압(공통신호)과 터치구동 및 센싱을 위한 터치 구동전압(터치 구동신호)을 공급할 수 있다. 예컨대, 터치/공통라인(TCL)은 1프레임 기간을 시분할한 디스플레이 기간 동안에는 제1 터치/공통전극(TC1) 및 제2 터치/공통전극(TC2)에 공통전압(공통신호)을 공급하고, 터치 센싱기간에는 제1 터치/공통전극(TC1) 및 제2 터치/공통전극(TC2)에 터치 구동전압(터치 구동신호)을 공급할 수 있다.
제1 터치/공통전극(TC1)은 서로 이웃한 제1 및 제2 데이터 라인들(D1, D2) 사이에서 터치/공통 라인(TCL)으로부터 제1 게이트 라인(G1)을 향해 연장된다. 제1 터치/공통전극(TC1)은 판 형상(plate shape)을 가질 수 있다. 제1 터치/공통전극(TC1)은 터치/공통라인(TCL)으로부터 연장되는 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명에서는 게이트 라인들(G1, G2)을 형성할 때 하프톤마스크 공정을 이용하여 제1 기판(SUB1)의 상면과 가장 가까운 제1 기판(SUB1)의 하면에 투명 도전층(TL)과 금속층(M1, M2, M3)으로 터치/공통라인(TCL)을 구성하고, 터치/공통라인(TCL)으로부터 연장되는 투명 도전층(TL)으로 제1 터치/공통전극(TC1)을 구성함으로써, 터치 정밀도를 높이는 동시에 외부로부터 입사되는 광의 반사율을 저하시키는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 2 및 도 3b를 참조하면, 복수의 데이터 라인들(D1, D2)은 제1 방향을 따라 서로 나란하게 배치된다. 제1 및 제2 데이터 라인들(D1, D2) 각각은 제2 방향을 따라 연장된다. 제1 및 제2 데이터 라인들(D1, D2) 각각은 그로부터 연장된 박막 트랜지스터의 소스 전극(SE)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 데이터 라인들(D1, D2)과 소스 전극들(SE)을 형성할 때 소스전극(SE)과 이격된 드레인 전극(DE)이 형성될 수 있다.
도 2 및 도 3c를 참조하면, 픽셀전극(Px)은 제1 및 제2 데이터 라인들(D1, D2)과 제1 및 제2 게이트 라인들(G1, G2)의 교차에 의해 정의되는 픽셀영역에 배치된다. 픽셀전극(Px)은 박막 트랜지스터의 드레인 전극(DE)에 연결되며, 제2 데이터 라인(D2)을 통해 공급되는 데이터 신호를 입력받는다. 픽셀전극(Px)은 픽셀 줄기부(Pa)와 픽셀 줄기부(Pa)로부터 연장되는 복수의 픽셀 가지부들(Pb)을 포함한다. 픽셀 줄기부(Pa)는 드레인 전극(DE)에 연결되며 픽셀영역의 일측(즉, 제2 게이트 라인(G2)에 가까운 쪽)에 위치한다. 복수의 픽셀 가지부들(Pb)은 픽셀 줄기부(Pa)로부터 픽셀영역의 타측(즉, 제1 게이트 라인(G1)에 가까운 쪽)으로 연장된다. 복수의 픽셀 가지부들(Pb)은 서로 간격을 두고 데이터 라인들(DL)과 나란하게 배치된다.
제2 터치/공통전극(TC2)은 서로 이웃한 제1 및 제2 게이트 라인들(G1, G2) 사이에 위치한다. 제2 터치/공통전극(TC2)은 터치/공통 줄기부(TCa)와 터치/공통 줄기부(TCa)로 연장되는 복수의 터치/공통 가지부들(TCb), 및 복수의 터치/공통 연결부들(TCc)을 포함한다.
터치/공통 줄기부(TCa)는 픽셀영역의 타측(즉, 제1 게이트 라인(G1)에 가까운 쪽)에 위치한다.
복수의 터치/공통 가지부들(TCb)은 터치/공통 줄기부(TCa)로부터 픽셀영역의 일측(즉, 제2 게이트 라인(G2)에 가까운 쪽)으로 연장된다. 복수의 터치/공통 가지부들(TCb)은 서로 간격을 두고 데이터 라인들(DL)과 나란하게 배치된다.
복수의 터치/공통 연결부들(TCc)은 가장 바깥쪽에 위치한 2개의 터치/공통 줄기부(TCa) 외측에 각각 위치한다. 복수의 터치/공통 연결부들(TCc)은 터치/공통 줄기부(TCa)로부터 픽셀영역의 일측(즉, 제2 게이트 라인(G2)에 가까운 쪽)으로 연장된다. 복수의 터치/공통 연결부들(TCc)은 픽셀 가지부들(Pb)이 내측에 위치하도록 서로 간격을 두고 배치된다. 복수의 터치/공통 연결부들(TCc)은 제1 및 제2 데이터 라인들(D1, D2)과 각각 중첩되도록 배치될 수 있다. 복수의 터치/공통 연결부들(TCc) 중 적어도 하나는 터치/공통라인(TCL)에 전기적으로 연결될 수 있다.
복수의 픽셀 가지부들(Pb)과 복수의 터치/공통 가지부들(TCb) 및 복수의 터치/공통 연결부들(TCc)은 데이터 라인(D2)을 통해 공급되는 데이터 신호와 터치/공통라인(TCL)을 통해 공급되는 공통전압(공통신호)에 의해 전계가 형성되도록 서로 번갈아 배치될 수 있다.
다음으로 도 2, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 터치센서 내장형 표시장치에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 4a는 도 2의 라인 I-I'라인을 따라 취한 단면도이고, 도 4b는 도 2의 라인 II-II'라인을 따라 취한 단면도이다.
도 2, 도 3a 내지 도 3c, 도 4a, 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터치센서 내장형 표시장치는 서로 대향하는 제1 기판(SUB1) 및 제2 기판(SUB2)과, 제1 기판(SUB1)과 제2 기판(SUB2) 사이에 배치되는 액정층(LC)을 포함할 수 있다.
제1 기판(SUB1)의 일면에는 서로 나란하게 배치되는 제1 게이트 라인(G1) 및 제2 게이트 라인(G2)과, 제1 게이트 라인(G1)과 제2 게이트 라인(G2) 사이에 배치되는 터치/공통라인(TCL)과 제1 터치/공통전극(TC1)이 배치될 수 있다. 제 2 기판(SUB2)의 하측에는 백라이트 유닛이 배치되어, 제 2 기판(SUB2)에 광을 조사할 수 있다.
도 4a 및 도 4b에서, 제 1 기판(SUB1)은 픽셀 어레이(PA)와 컬러필터층(CF)이 형성되는 COT (Color filter On Thin film transistor) 구조를 배치하기 위한 투명 기판이고, 제 2 기판(SUB2)은 제 1 기판(SUB1)과의 사이에 액정층(LC)을 밀봉시키기 위한 투명 기판이다.
제1 기판(SUB1)의 일면에는 도 3a에 도시된 바와 같이, 제1 게이트 라인(G1), 제2 게이트 라인(G2), 터치/공통라인(TCL) 및 제1 터치/공통전극(TC1)이 배치될 수 있다. 제1 기판(SUB1)의 일면과 반대면인 타면에는 편광필름(POL)이 배치될 수 있다.
터치/공통라인(TCL)은 도 4b에 도시된 바와 같이, 투명 도전성 물질로 된 투명 도전층(TL)과, 투명 도전층(TL) 상에서 제1 내지 제3 금속물질로 이루어진 제1 내지 제3 금속층(M1, M2, M3)이 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다. 제1 터치/공통전극(TC1)은 터치/공통라인(TCL)의 투명 도전층(TL)이 연장되어 형성될 수 있다.
제1 기판(SUB1)의 일면에는 제1 게이트 라인(G1), 제2 게이트 라인(G2), 터치/공통라인(TCL) 및 제1 터치/공통전극(TC1)을 커버하도록 게이트 절연막(GI)이 배치될 수 있다.
게이트 절연막(GI)의 일면에는 제1 및 제2 데이터 라인들(D1, D2), 제1 및 제2 데이터 라인들(D1, D2)로부터 연장되는 박막 트랜지스터(TR)의 소스전극(SE), 및 소스전극(SE)으로부터 이격된 드레인 전극(DE)이 배치될 수 있다.
게이트 절연막(GI)의 일면에는 제1 및 제2 데이터 라인들(D1, D2), 박막 트랜지스터(TR)의 소스전극(SE) 및 드레인 전극(DE)을 커버하도록 제1 절연막(INS1)이 배치될 수 있다. 게이트 절연막(GI)과 제 1 절연막(INS1)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물과 같은 무기 절연물질을 이용하여 형성할 수 있다.
제 1 절연막(INS1)의 일면에는 각 픽셀영역에 대응하는 컬러필터가 배치될 수 있다. 예를 들어, 각 픽셀영역에 대응하여 적색, 녹색, 청색의 컬러필터들을 포함하는 컬러필터층(CF)이 배치될 수 있다. 컬러필터들은 제1 데이터 라인(D1)과 제2 데이터 라인(D2)과 중첩되는 영역을 경계로 서로 이웃하도록 배치될 수 있다.
컬러필터들이 형성된 컬러필터층(CF)을 커버하도록 제 2 절연막(INS2)이 배치될 수 있다. 제 2 절연막(INS2)은 포토 아크릴(PAC)과 같은 유기 절연물질을 이용하여 형성될 수 있다.
제2 절연막(INS2)의 일면에는 도 3c에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 데이터 라인들(D1, D2)과 제1 및 제2 게이트 라인들(G1, G2)의 교차에 의해 정의되는 픽셀영역에 픽셀전극(Px)과 제2 터치/공통전극(TC2)이 배치될 수 있다.
픽셀전극(Px)은 픽셀 줄기부(Pa)와 픽셀 줄기부(Pa)로부터 연장되는 복수의 픽셀 가지부들(Pb)을 포함한다. 픽셀 줄기부(Pa)는 도 2에 도시된 바와 같이, 제 2 절연막(INS2), 컬러필터(CF), 및 제 1 절연막(INS1)을 관통하는 제 1 콘택홀(CH1)을 통해 드레인 전극(D)에 접속된다. 복수의 픽셀 가지부들(Pb)은 픽셀영역의 일측에 배치된 픽셀 줄기부(Pa)로부터 픽셀영역의 내측으로 연장된다. 복수의 픽셀 가지부들(Pb)은 서로 간격을 두고 데이터 라인들(DL)과 나란하게 배치된다.
제2 터치/공통전극(TC2)은 터치/공통 줄기부(TCa)와 터치/공통 줄기부(TCa)로 연장되는 복수의 터치/공통 가지부들(TCb), 및 복수의 터치/공통 연결부들(TCc)을 포함한다. 터치/공통 줄기부(TCa)는 픽셀 줄기부(Pa)와 반대쪽에 위치한 픽셀영역 타측에서 제1 게이트 라인(G1)과 나란하게 배치된다. 복수의 터치/공통 가지부들(TCb)은 터치/공통 줄기부(TCa)로부터 연장되며, 제2 방향(예를 들면, 제2 방향)을 따라 복수의 픽셀 가지부들(Pb)과 번갈아 배치된다. 복수의 터치/공통 연결부들(TCc)은 터치/공통 줄기부(TCa)의 양단부로부터 각각 연장되며, 최외측 픽셀 가지부(Pb)의 외측에 위치한다. 복수의 터치/공통 연결부들(TCc) 중 적어도 하나는 도 2에 도시된 바와 같이 제2 절연막(INS2), 컬러필터층(CF), 제1 절연막(INS2) 및 게이트 절연막(GI)을 관통하는 제2 콘택홀(CH2))을 통해 터치/공통라인(TCL)에 접속될 수 있다.
제2 절연막(INS2)에는 픽셀전극(Px)과 제2 터치/공통전극(Px)을 커버하도록 제3 절연막(INS3)이 위치할 수 있다.
다음으로 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따르는 터치센서 내장형 표시장치에서 각종 신호배선, 예를 들면, 데이터 라인(D1, D2), 게이트 라인(G1, G2) 및 터치/공통라인(TCL)에 공급되는 신호에 의해 얻어지는 효과에 대해 설명하기로 한다.
도 5는 로드 프리 구동(load free driving)을 위해 터치/공통라인, 데이터 라인 및 게이트 라인에 공급되는 신호들을 도시한 파형도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터치센서 내장형 표시장치는 1프레임 기간(1F) 마다 디스플레이 구동기간(Dp)과 터치 구동기간(Tp)으로 시분할 구동된다. 디스플레이 구동기간(Dp) 동안, 제1 및 제2 터치/공통전극들(TC1, TC2)에는 공통전압(Vcom)이 공급되고, 게이트 라인들(G1, G2)에는 픽셀의 턴온 전압(VHL)이 순차적으로 인가되고(나머지 게이트 라인들에는 픽셀의 턴오프 전압(VGL)이 인가됨), 데이터 라인들(D1, D2)에는 데이터 전압(Vdata)이 공급된다. 다음으로, 터치 구동기간(Tp)에는 터치/공통라인(TCL)을 통해 모든 제1 및 제2 터치/공통전극들(TC1, TC2)에 터치 구동전압(Vtsp)이 공급되고, 모든 데이터 라인들(D1, D2)에는 제1 로드 프리 전압(LFD1)이 공급되며, 모든 게이트 라인들(G1, G2)에는 제2 로드 프리 전압(LFD2)이 공급된다. 제1 로드 프리 전압(LFD1)과 제2 로드 프리 전압(LFD2)은 터치 구동전압(Vtsp)와 동일한 주파수, 및 동일한 진폭을 갖는다.
본 발명의 실시예에 따르는 터치센서 내장형 표시장치에 의하면, 터치 구동기간(TP) 동안 제1 및 제2 터치/공통전극들(TC1, TC2)에 공급되는 터치 구동전압(Vtsp)과 동일한 전압이 게이트 라인들(G1, G2)과 데이터 라인들(D1, D2)에도 공급되므로, 터치/공통라인(TCL)과 게이트 라인들(G1, G2) 사이 및 터치/공통라인(TCL)과 데이터 라인들(D1, D2) 사이에 기생 정전용량이 발생되지 않게 된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르는 터치센서 내장형 표시장치에 의하면, 기생 정전용량에 의해 발생할 수 있는 터치 감도의 저하를 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르는 터치센서 내장형 표시장치에 의하면, 제1 터치/공통전극(TC1)과 픽셀전극(Px)의 픽셀 가지부들(Pb) 사이에 게이트 절연막(GI), 제1 절연막(INS1), 컬러필터층(CF), 및 제2 절연막(INS2)을 배치함으로써, 이들의 전체 두께에 의해 제1 터치/공통전극(TC1)과 픽셀전극(Px)의 픽셀 가지부들(Pb) 사이의 거리가 확보되어 제1 터치/공통전극(TC1)과 픽셀전극(Px)의 픽셀 가지부들(Pb) 사이에 형성되는 수직전계인 제1 전계가 제2 터치/공통전극(TC2)의 터치/공통 가지부들(TCb) 사이에 형성되는 수평전계인 제2 전계에 영향을 미치지 않게 된다. 따라서, 터치가 수행되는 터치표면에 인접한 제1 기판(SUB1)의 하면에 제1 터치/공통전극(TC1)을 형성하더라도 표시품질에는 전혀 악영향을 미치지 않으면서, 터치감도를 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있을 뿐 아니라, 제1 터치/공통전극(TC1)에 의해 외부로부터 영입되는 정전기를 방출할 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.
예를 들어, 본 발명의 실시예에서는 제1 및 제2 터치/공통전극(TC1, TC2)에 공통전압(Vcom) 및 터치 구동전압(Vtsp)을 공급하는 터치/공통라인(TCL)이 게이트 라인(G1, G2)과 동일층에서 게이트 라인(G1, G2)과 나란하게 배치되는 것으로 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 터치/공통라인(TCL)은 데이터 라인(D1, D2)과 중첩되도록 제2 절연막(INS2)과 픽셀전극(Px) 및 제2 터치/공통전극(TC2) 사이에 배치될 수 있다. 이 경우, 제2 절연막(INS2) 상에 터치/공통라인(TCL)이 배치되고, 터치/공통라인과 픽셀전극(Px) 및 제2 터치/공통전극(TC2) 사이에 추가의 제4 절연막이 배치될 수 있다.
본 발명에 따르는 터치센서 내장형 표시장치에서, 터치 해상도는 터치/공통전극들에 연결되는 터치/공통라인들을 베젤영역에서 연결하여 그룹화함으로써 조절할 수 있다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10: 표시패널 11a: 타이밍 콘트롤러
11b: 터치 콘트롤러 12: 소스 구동 및 터치 센싱 IC
13a, 13b: 게이트 구동회로 G1, G2: 게이트 라인
D1, D2: 데이터 라인 INS1, INS2, INS3: 절연막
Px: 픽셀전극 TCL: 터치/공통라인
TC1: 제1 터치/공통전극 TC2: 제2 터치/공통전극
SUB1, SUB2: 기판

Claims (12)

  1. 제1 기판;
    상기 제1 기판 상에서 서로 나란하게 배치되는 제1 게이트 라인 및 제2 게이트 라인;
    상기 제1 기판 상에서 상기 제2 게이트 라인과 나란하게 상기 제2 게이트 라인에 인접하여 배치된 터치/공통라인;
    상기 터치/공통라인으로부터 상기 제1 게이트 라인에 인접한 위치까지 연장되어 배치되는 제1 터치/공통전극;
    게이트 절연막을 사이에 두고 상기 제1 게이트 라인, 상기 제2 게이트 라인, 및 상기 터치/공통라인과 교차하도록 배치되는 제1 데이터 라인 및 제2 데이터 라인;
    상기 제1 및 제2 데이터 라인과 상기 제1 및 제2 게이트 라인에 의해 형성되는 픽셀영역에 적어도 하나의 절연막을 사이에 두고 배치되어 상기 제1 터치/공통전극과 제1 전계를 형성하는 픽셀전극;
    상기 픽셀전극으로부터 이격되어 상기 픽셀전극과 동일 층에 배치되며, 상기 픽셀전극과 제2 전계를 형성하도록 배치되는 제2 터치/공통전극을 포함하며,
    상기 제1 및 제2 게이트 라인, 상기 터치/공통라인 및 상기 제1 터치/공통전극은 동일층에 배치되는 터치센서 내장형 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치/공통라인은 상기 제1 터치/공통전극 및 상기 제2 터치/공통전극에 공통전압 및 터치 구동전압을 시분할하여 공급하는 터치센서 내장형 표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    데이터를 표시하는 디스플레이 기간에는 상기 제1 데이터 라인을 통해 상기 픽셀전극에 데이터 신호를 공급하고, 상기 터치/공통라인을 통해 상기 제1 및 제2 터치/공통전극들에 공통신호를 공급하며,
    터치를 센싱하는 터치 구동기간에는, 상기 제1 데이터 라인에 제1 로드 프리 구동신호를 공급하고, 상기 제1 및 제2 게이트 라인들에 제2 로드 프리 구동신호를 공급하며, 상기 제1 및 제2 터치/공통라인들에 터치 구동신호를 공급하는 터치센서 내장형 표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 로드 프리 구동신호, 상기 제2 로드 프리 구동신호 및 상기 터치 구동신호는 서로 동일 위상 및 동일 진폭을 갖는 터치센서 내장형 표시장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    액정층을 사이에 두고 상기 제1 기판과 대향 배치되는 제 2 기판을 더 포함하고,
    상기 제1 및 제2 데이터 라인들은 상기 제1 및 제2 게이트 라인들, 상기 터치/공통라인 및 상기 제1 터치/공통전극을 커버하는 상기 게이트 절연막에 배치되며,
    상기 픽셀전극과 상기 제2 터치/공통전극은 상기 제1 및 제2 데이터 라인들을 커버하는 제1 절연막에 배치되는 터치센서 내장형 표시장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 터치/공통라인은 투명 도전층과 금속층의 적층구조를 갖고, 상기 제1 터치/공통전극은 상기 투명 도전층으로 이루어지는 터치센서 내장형 표시장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 투명 도전층은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), 또는 GZO(Gallium-doped Zinc Oxide)으로 이루어지고,
    상기 금속층은 상기 투명 도전층 상에 순차적으로 적층된 Cu층, MoTi층, Cu층으로 이루어지는 터치센서 내장형 표시장치.
  10. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 데이터 라인들과 상기 픽셀전극 및 상기 제2 터치/공통전극 사이에서 상기 제1 및 제2 데이터 라인들과 절연되고, 상기 픽셀전극 및 상기 제2 터치/공통전극과 절연되도록 배치되는 컬러필터층을 더 포함하는 터치센서 내장형 표시장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전계가 상기 제2 전계에 영향을 미치지 않도록 상기 제2 터치/공통전극은 상기 픽셀전극과 수평방향으로 이격되어 있는 터치센서 내장형 표시장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 절연막은,
    상기 제1 및 제2 데이터 라인들을 커버하는 제1 절연막; 및
    상기 제1 절연막 상의 컬러필터층을 커버하는 제2 절연막을 포함하는 터치센서 내장형 표시장치.
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