KR20100025256A

KR20100025256A - 터치 스크린 표시 장치

Info

Publication number: KR20100025256A
Application number: KR1020080083951A
Authority: KR
Inventors: 노상용; 조영제; 김성훈
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2008-08-27
Filing date: 2008-08-27
Publication date: 2010-03-09
Also published as: US20100053103A1; KR101500425B1; US8319743B2

Abstract

터치 스크린 표시 장치는, 제1 기판과, 제1 기판 상에 형성된 하부 센서 전극과, 제1 기판에 대향하는 제2 기판과, 제2 기판 상에 형성되고 하부 센서 전극과 대향하는 센서 스페이서와, 제2 기판 상에 형성된 공통 전극과, 센서 스페이서 상에 형성되어 공통 전극과 연결된 상부 센서 전극과, 상부 센서 전극의 가장자리에 형성된 절개부를 포함한다. 여기서, 제1 또는 제2 기판에 터치 압력이 가해지면 터치 위치에서 하부 센서 전극과 상부 센서 전극 사이의 이격 거리가 변함에 따른 커패시턴스 변화를 이용하여 터치 위치를 검출할 수 있다.

터치 스크린 표시 장치, 센서 전극, 절개부

Description

터치 스크린 표시 장치{Touch screen display apparatus}

본 발명은 표시 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터치 스크린 표시 장치에 관한 것이다.

터치 스크린 표시 장치란 키보드와 마우스를 대체하는 최첨단 입력 장치로써 터치 스크린을 액정 패널 상에 장착한 후 액정 패널 상에 직접 손으로 터치하여 원하는 작업을 수행하므로 GUI(Graphic User Interface) 환경(윈도우 운영체제)하에서 직관적인 업무 수행이 가능한 이상적인 장치로써, 컴퓨터 기반 훈련 및 시뮬레이션 응용 분야, 사무 자동화 응용 분야, 교육 응용 분야 및 게임 응용 분야 등에서 널리 사용될 수 있다.

이와 같은 터치 스크린은 영상 정보를 디스플레이하는 액정 패널, 액정 패널에 부착되는 터치 패널(Touch Panel), 콘트롤러, 디바이스 구동부 및 응용(Application) 소프트 웨어 등을 기본 구성으로 하고 있다.

여기서 액정 패널은 공통 전극을 포함하는 공통 전극 표시판과 박막 트랜지스터 어레이를 포함하는 박막 트랜지스터 표시판을 포함한다. 공통 전극 표시판과 박막 트랜지스터 표시판은 서로 대향하며 두 표시판 사이에 개재된 실라인(seal line)에 의해 서로 접합되고, 그 사이에 형성된 일정한 공극에 액정층이 형성된다. 이와 같이 액정 패널은 전극이 형성되어 있는 두 장의 표시판(공통 전극 표시판과 박막 트랜지스터 표시판)과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어지며, 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시켜 투과되는 빛의 양을 조절함으로써 소정의 영상을 디스플레이할 수 있도록 구성된 장치이다. 액정 패널은 비발광소자이기 때문에 박막 트랜지스터 표시판의 후면에는 빛을 공급하기 위한 백라이트 유닛이 위치한다. 백라이트 유닛에서 조사된 빛은 액정의 배열상태에 따라 투과량이 조정된다.

여기서 터치 패널은 대향하는 두 기판과, 두 기판 상에 각각 형성된 상부 및 하부 도전막과, 두 도전막 사이에 개재된 다수의 지지 스페이서로 구성된다. 여기에 사용자가 손가락이나 펜으로 특정 지점을 누르면 상기 지점에서 상부 도전막과 하부 도전막이 접촉하면서 통전되어 위치 정보를 인식하게 된다.

이와 같은 터치 스크린 표시 장치는 특히 PDA(personal digital assistant)에서는 기본적인 구성요소로써 사용되고 있으며, 최근에는 휴대용 통신 장치(Mobile Phone)에서도 장착하여 사용하고 있다.

이와 같이 위치 정보를 파악하기 위하여 액정 패널 상에 별도의 터치 패널을 부착하는 종래의 터치 스크린 표시 장치의 경우, 표시 장치 전체의 부피가 커서 사용자가 이동하면서 사용하기에 어려운 문제가 있다. 따라서 경박단소하고 제조 공정이 간단한 터치 스크린 표시 장치에 개발이 요구되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 경박 단소한 터치 스크린 표시 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치는, 제1 기판과, 상기 제1 기판 상에 형성된 하부 센서 전극과, 상기 제1 기판에 대향하는 제2 기판과, 상기 제2 기판 상에 형성되고 상기 하부 센서 전극과 대향하는 센서 스페이서와, 상기 제2 기판 상에 형성된 공통 전극과, 상기 센서 스페이서 상에 형성되어 상기 공통 전극과 연결된 상부 센서 전극과, 상기 상부 센서 전극의 가장자리에 형성된 절개부를 포함한다. 여기서, 상기 제1 또는 제2 기판에 터치 압력이 가해지면 터치 위치에서 상기 하부 센서 전극과 상기 상부 센서 전극 사이의 이격 거리가 변함에 따른 커패시턴스 변화를 이용하여 터치 위치를 검출할 수 있다.

상기 절개부는 상기 상부 센서 전극과 상기 공통 전극을 일부 분리할 수 있다.

상기 센서 스페이서는 상기 제1 기판에 대향하는 평탄면과 상기 평탄면의 가장자리에 형성된 측부를 포함하고, 상기 상부 센서 전극은 상기 평탄부 상에 형성될 수 있다.

상기 상부 센서 전극의 면적은 상기 센서 스페이서의 상기 평탄면의 면적보다 작을 수 있다.

상기 상부 센서 전극과 상기 공통 전극을 연결하며 상기 센서 스페이서의 상기 측부에 형성된 연결 전극을 더 포함할 수 있다.

상기 연결 전극의 폭은 상기 상부 센서 전극의 폭보다 좁을 수 있다.

상기 연결 전극은 상기 센서 스페이서의 상기 측부에 두 개 이상 형성될 수 있다.

상기 센서 스페이서는 유기물질로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 감광성 수지로 이루어질 수 있다.

상기 제1 및 제2 기판 사이의 셀갭을 유지하기 위하여 상기 제1 및 제2 기판 사이에 개재된 셀갭 스페이서를 더 포함하고, 상기 센서 스페이서는 상기 셀갭 스페이서와 동일한 물질로 이루어질 수 있다.

상기 센서 스페이서는 적어도 하나의 컬러필터가 적층된 구조를 가질 수 있다.

상기 센서 스페이서는 상기 제2 기판 상에 순차적으로 적층된 제1 컬러필터 및 제2 컬러필터를 포함하고, 상기 제2 컬러필터는 상기 제1 컬러필터를 전체적으로 덮을 수 있다.

상기 센서 스페이서와 상기 상부 센서 전극 사이에 개재된 절연층을 더 포함할 수 있다.

상기 기판과 상기 센서 스페이서 사이에 개재된 오버코트층을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치는, 상기 제1 기판 상에 제1 방향으로 뻗은 전원 배선 및 출력 배선; 상기 제1 기판 상에 제2 방향으로 뻗은 게이트선; 및 상기 게이트선의 전단에 배치된 전단 게이트선에 인가되는 게이트 온 전압에 의해 턴온되어 상기 전원 배선으로부터 상기 출력 배선으로 센싱 전압을 전달하는 센서 스위칭 소자를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치는, 상기 전단 게이트선과 상기 센서 스위칭 소자의 센서 게이트 전극 사이에 개재된 커플링 커패시터; 및 상기 센서 게이트 전극과 연결되고 상기 하부 센서 전극과 상기 상부 센서 전극을 두 단자로 하는 센서 커패시터를 더 포함할 수 있다.

상기 센서 스위칭 소자는 상기 센서 커패시터의 커패시턴스 변화에 따라 상기 출력 배선으로 출력하는 상기 센싱 전압의 크기를 변화시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치는, 상기 제1 기판 상에 제1 방향으로 뻗고 리프레시 전압을 전달하는 리프레시 배선; 및 상기 게이트선에 인가되는 게이트 온 전압에 의해 턴온되어 상기 리프레시 전압을 상기 센서 스위칭 소자에 제공하는 리프레시 스위칭 소자를 더 포함할 수 있다.

상기 리프레시 스위칭 소자는 상기 리프레시 배선에 연결된 리프레시 소스 전극, 상기 게이트선에 연결된 리프레시 게이트 전극, 및 상기 센서 스위칭 소자의 센서 게이트 전극에 연결된 리프레시 드레인 전극을 포함할 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

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 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다.

소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타 낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 개략도인 평면도 및 단면도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이고, 발명의 범주를 제한하기 위한 것은 아니다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 터치 스크린 표시 장치에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 스크린 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다.

본 발명의 실시예들에 따른 터치 스크린 표시 장치는 액정 패널 어셈블 리(liquid crystal panel assembly)와, 이에 연결된 게이트 구동부 및 데이터 구동부와, 데이터 구동부에 연결된 계조 전압 생성부와, 이들을 제어하는 신호 제어부를 포함한다.

액정 패널 어셈블리는 다수의 표시 신호선과 이에 연결되어 있으며 대략 행렬의 형태로 배열된 다수의 화소(PX)를 포함한다. 여기서, 액정 패널 어셈블리는 서로 마주 보는 하부 표시판과 상부 표시판, 그리고 이들 사이에 개재된 액정층을 포함한다.

도 1을 참조하면, 액정 패널 어셈블리는 영상이 표시되는 화소 영역(PIXEL AREA)과, 터치 여부를 감지하는 센서 영역(SENSOR AREA)로 구획된다.

우선, 화소 영역(PIXEL AREA)에 대하여 설명한다.

표시 신호선은 하부 표시판에 구비되어 있으며, 게이트 신호를 전달하는 다수의 게이트선(Gn, Gn-1)과 데이터 신호를 전달하는 데이터선(Da, Db)을 포함한다. 게이트선(Gn, Gn-1)은 대략 행 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하고, 데이터선(Da, Db)은 대략 열 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하다.

각 화소(PX)는 한 쌍의 부화소(PXa, PXb)를 포함하며, 각 부화소(PXa, PXb)는 해당 데이터선(Da, Db) 및 하나의 제n 게이트선(Gn)에 연결되어 있는 스위칭 소자(Qa, Qb)와, 이에 연결된 액정 커패시터(liquid crystal capacitor)(Clca, Clcb)와, 이에 연결된 스토리지 커패시터(storage capacitor)(Csta, Cstb)를 포함한다. 즉, 한 쌍의 부화소(PXa, PXb)에는 두 개의 데이터선(Da, Db)과 한 개의 제n 게이트선(Gn)이 할당된다. 스토리지 커패시터(Csta, Cstb)는 필요에 따라 생략될 수 있 다.

각 부화소(PXa, PXb)의 스위칭 소자(Qa, Qb)는 하부 표시판에 구비되어 있는 박막 트랜지스터 등으로 이루어지며, 게이트 신호가 인가되는 제n 게이트선(Gn)에 연결되어 있는 제어 단자(이하, 게이트 전극), 데이터선(Da, Db)에 연결되어 있는 입력 단자(이하, 소스 전극), 그리고 액정 커패시터(Clca, Clcb) 및 스토리지 커패시터(Csta, Cstb)에 연결되어 있는 출력 단자(이하, 드레인 전극)를 가지는 삼단자 소자이다.

액정 커패시터(Clca, Clcb)는 하부 표시판의 부화소 전극과 상부 표시판의 공통 전극을 두 단자로 하며, 부화소 전극과 공통 전극 사이의 액정층은 유전체로서 기능을 한다. 각 부화소 전극(Pa, Pb)은 각 스위칭 소자(Qa, Qb)에 연결되며 공통 전극은 상부 표시판의 전면에 형성되어 있고 공통 전압(Vcom)을 인가 받는다. 여기서, 공통 전극이 하부 표시판에 구비되는 경우도 있으며 이때에는 부화소 전극과 공통 전극 중 적어도 하나가 선형 또는 막대형으로 만들어질 수 있다.

액정 커패시터(Clca, Clcb)의 보조적인 역할을 하는 스토리지 커패시터(Csta, Cstb)는 하부 표시판에 구비된 스토리지 배선과 부화소 전극이 절연체를 사이에 두고 중첩되어 이루어지며 스토리지 배선에는 공통 전압(Vcom) 따위의 정해진 전압이 인가된다. 여기서, 스토리지 커패시터(Csta, Cstb)는 부화소 전극이 절연체를 매개로 제n-1 게이트선(Gn-1)과 중첩되어 이루어질 수도 있다.

한편, 색 표시를 구현하기 위해서는 각 화소가 원색(primary color) 중 하나를 고유하게 표시하거나(공간 분할) 각 화소가 시간에 따라 번갈아 삼원색을 표시 하게(시간 분할) 하여 이들 삼원색의 공간적, 시간적 합으로 원하는 색상이 인식되도록 한다. 원색의 예로는 적색, 녹색 및 청색을 들 수 있다. 공간 분할의 한 예로서 각 화소가 상부 표시판의 영역에 원색 중 하나를 나타내는 컬러필터를 구비할 수 있다. 또한, 컬러필터는 하부 표시판의 부화소 전극 위 또는 아래에 형성할 수도 있다.

게이트 구동부는 게이트선(Gn, Gn-1)에 연결되어 외부로부터의 게이트 온 전압(Von)과 게이트 오프 전압(Voff)의 조합으로 이루어진 게이트 신호를 게이트선(Gn, Gn-1)에 인가한다.

계조 전압 생성부(gray voltage generator)는 화소의 투과율과 관련된 두 개의 계조 전압 집합(또는 기준 계조 전압 집합)을 생성하여, 데이터 구동부에 제공할 수 있다. 즉, 두 개의 계조 전압 집합은 하나의 화소를 이루는 한 쌍의 부화소에 독립적으로 제공될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 두 개의 계조 전압 집합 대신 하나의 계조 전압 집합만을 생성할 수도 있다.

데이터 구동부는 한 쌍의 데이터선(Da, Db)에 각각 연결되어 있다. 데이터 구동부는 제1 데이터선(Da)을 통하여 하나의 화소를 구성하는 한 쌍의 부화소 중 어느 하나의 부화소에 데이터 전압을 전달하고, 제2 데이터선(Db)을 통하여 하나의 화소를 구성하는 한 쌍의 부화소 중 다른 하나의 부화소에 별도의 데이터 전압을 전달한다.

이러한 게이트 구동부 또는 데이터 구동부는 다수의 구동 집적 회로 칩의 형태로 액정 패널 어셈블리 위에 직접 장착되거나, 가요성 인쇄 회로 필름(flexible printed circuit film) 위에 장착되어 테이프 캐리어 패키지(tape carrier package)의 형태로 액정 패널 어셈블리에 부착될 수도 있다. 이와는 달리, 게이트 구동부 또는 데이터 구동부는 표시 신호선(Gn, Gn-1, Da, Db)과 박막 트랜지스터 스위칭 소자(Qa, Qb) 등과 함께 액정 패널 어셈블리에 집적(integration)될 수도 있다.

신호 제어부는 게이트 구동부 및 데이터 구동부 등의 동작을 제어한다.

이어서, 센서 영역(SENSOR AREA)에 대하여 설명한다.

하부 표시판에는 대략 열 방향으로 뻗어 있으며 서로가 실질적으로 나란하게 배열된 전원 배선(Vdd), 리프레시(refresh) 배선(Vref), 및 출력 배선(Vout)이 형성되어 있다.

센서 영역(SENSOR AREA)은 외부로부터 액정 패널 어셈블리에 힘이 가해지는지 여부를 파악하기 위한 센서 스위칭 소자(Ts), 및 센서 스위칭 소자(Ts)에 연결된 센서 커패시터(Cs)를 매 프레임마다 리프레시(refresh)하기 위한 리프레시 스위칭 소자(Tr)를 포함한다. 센서 스위칭 소자(Ts) 및 리프레시 스위칭 소자(Tr)는 하부 표시판에 구비되어 있는 박막 트랜지스터 등으로 이루어질 수 있다.

센서 스위칭 소자(Ts)는 전원 배선(Vdd)에 연결된 입력 단자(이하, 센서 소스 전극)와, 출력 배선(Vout)에 연결된 출력 단자(이하, 센서 드레인 전극)와, 커플링 커패시터(Ccp)를 사이에 두고 제n-1 게이트선(Gn-1)에 연결된 제어 단자(이하, 센서 게이트 전극)을 포함한다. 한편, 센서 스위칭 소자(Ts)의 센서 게이트 전극에는 센서 커패시터(Cs)가 연결되어 있다. 터치 여부에 따라 커패시턴스가 변화 하는 센서 커패시터(Cs)는 하부 표시판의 하부 센서 전극과 상부 표시판의 상부 센서 전극을 두 단자로 하며, 하부 센서 전극과 상부 센서 전극 사이의 액정층은 유전체로서 기능을 한다.

제n-1 게이트선(Gn-1)에 게이트 온 전압(Von)이 인가되어 센서 스위칭 소자(Ts)가 턴온되면, 전원 배선(Vdd)으로부터 센서 소스 전극에 인가된 센싱 전압(sensing voltage)이 센서 드레인 전극을 통하여 출력 배선(Vout)에 전달된다. 센싱 전압은 예를 들어 10 내지 15V일 수 있다. 다만, 센서 게이트 전극은 커플링 커패시터(Ccp)를 사이에 두고 제n-1 게이트선(Gn-1)과 연결되어 있고, 터치 여부에 따라 센서 커패시터(Cs)의 커패시턴스가 변하는 센서 커패시터(Cs)가 센서 게이트 전극에 연결되어 있으므로, 터치 여부에 따라 센서 게이트 전극에 인가되는 전압이 변한다. 따라서, 출력 배선(Vout)에 전달되는 센싱 전압의 크기도 변하게 되므로, 이러한 센싱 전압을 검출하여 터치 여부를 파악할 수 있다.

리프레시 스위칭 소자(Tr)는 리프레시 배선(Vref)에 연결된 입력 단자(이하, 리프레시 소스 전극)와, 센서 게이트 전극에 연결된 출력 단자(이하, 리프레시 드레인 전극)와, 제n 게이트선(Gn)에 연결된 제어 단자(이하, 리프레시 게이트 전극)을 포함한다.

제n 게이트선(Gn)에 게이트 온 전압(Von)이 인가되어 리프레시 스위칭 소자(Tr)가 턴온되면, 리프레시 배선(Vref)으로부터 리프레시 소스 전극에 인가된 리프레시 전압(refresh voltage)이 리프레시 드레인 전극을 통하여 센서 게이트 전극에 전달된다. 리프레시 전압은 예를 들어 -5 V일 수 있다. 센서 스위칭 소자(Ts)에 의해 터치 여부가 감지된 후, 매 프레임 마다 센서 스위칭 소자(Ts)에 리프레시 전압을 제공하여 센서 스위칭 소자(Ts)를 리프레시한다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 터치 스크린 표시 장치의 터치 센싱 방법에 대하여 설명한다.

터치 스크린 표시 장치에 힘이 가해지는 경우, 힘이 가해진 부분에서 하부 표시판과 상부 표시판 사이의 거리가 가까워진다. 따라서, 센서 커패시터(Cs)를 구성하는 하부 센서 전극과 상부 센서 전극 간의 거리가 가까워짐에 따라서 센서 커패시터(Cs)의 센서 커패시턴스가 증가하게 된다.

제n-1 게이트선(Gn-1)에 게이트 온 전압(Von)이 인가되면, 센싱 전압이 센서 스위칭 소자(Ts)를 통해 전달된다. 구체적으로, 센서 게이트 단자에는 커플링 커패시터(Ccp)의 일단자와 센서 커패시터(Cs)의 일단자가 연결되어 있고, 커플링 커패시터(Ccp)의 타단자에는 게이트 온 전압(Von)이 인가되고, 센서 커패시터(Cs)의 타단자에는 공통 전압(Vcom)이 인가된다.

터치 스크린 표시 장치에 대하여 터치가 발생하는 경우, 센서 커패시턴스가 증가하게 되고 따라서 센서 커패시턴스가 센서 게이트 전극에 인가되는 전압에 미치는 영향이 커지게 된다. 센서 커패시터(Cs)의 타단자에 인가되는 공통 전압은 게이트 온 전압(Von)보다 크기가 작으므로, 센서 게이트 전극에 인가되는 전압의 크기가 줄어들고, 센서 스위칭 소자(Ts)를 통해 출력 배선(Vout)으로 전달되는 센싱 전압도 줄어들게 된다. 따라서 출력 배선(Vout)에서 감지되는 센싱 전압의 변화를 측정함으로써 터치 여부를 감지할 수 있다.

이하, 도 2 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치를 상세하게 설명한다. 본 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치는 박막 트랜지스터 어레이(thin film transistor array)가 형성된 하부 표시판, 이와 마주보고 있는 상부 표시판 및 이들 사이에 들어 있는 액정층을 포함한다.

먼저 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 의한 터치 스크린 표시 장치의 하부 표시판에 대하여 상세하게 설명한다. 여기서 도 2는 도 1의 터치 스크린 표시 장치의 하부 표시판의 배치도이다. 도 3은 도 2의 하부 표시판을 III-III'선으로 자른 단면도이다. 도 4는 도 2의 하부 표시판을 IV-IV'선으로 자른 단면도이다. 도 5는 도 2의 하부 표시판을 V-V'선으로 자른 단면도이다. 도 6은 도 2의 하부 표시판을 VI-VI'선으로 자른 단면도이다.

먼저, 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치의 화소 영역(PIXEL AREA)에 대하여 설명한다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 투명한 유리 등으로 이루어진 절연 기판(10) 위에 주로 가로 방향으로 뻗어 있고 게이트 신호를 전달하는 게이트선(22)이 형성되어 있다. 그리고, 게이트선(22)에는 돌출한 한 쌍의 제1 및 제2 게이트 전극(26a, 26b)이 형성되어 있을 수 있다. 이러한 게이트선(22)과 제1 및 제2 게이트 전극(26a, 26b)을 게이트 배선이라 한다.

또한 절연 기판(10) 위에는 화소 영역을 가로질러 게이트선(22)과 실질적으로 평행하게 가로 방향으로 뻗어 있는 스토리지선(storage line)(28)이 형성되어 있고, 스토리지선(28)에 연결되어 넓은 너비를 가지는 스토리지 전극(27)이 형성되 어 있을 수 있다. 스토리지 전극(27)은 화소 전극(82)과 중첩되어 화소의 전하 보존 능력을 향상시키는 스토리지 커패시터(storage capacitor)를 형성한다. 이러한 스토리지 전극(27) 및 스토리지선(28)을 스토리지 배선이라고 한다. 본 실시예에서 스토리지 배선(27, 28)은 화소 영역의 중심과 중첩되도록 형성되어 있으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며 스토리지 배선(27, 28)의 모양 및 배치는 여러 형태로 변형될 수 있다. 나아가 화소 전극(82)과 게이트선(22)의 중첩으로 발생하는 스토리지 커패시턴스가 충분할 경우 스토리지 배선(27, 28)이 형성되지 않을 수도 있다.

게이트 배선(22, 26a, 26b)과 스토리지 배선(27, 28)은 알루미늄(Al)과 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열의 금속, 은(Ag)과 은 합금 등 은 계열의 금속, 구리(Cu)와 구리 합금 등 구리 계열의 금속, 몰리브덴(Mo)과 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열의 금속, 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 인듐(In), 니켈(Ni) 또는 이러한 물질을 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다. 또한, 게이트 배선(22, 26a, 26b)과 스토리지 배선(27, 28)은 물리적 성질이 다른 두 개의 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수 있다. 이 중 한 도전막은 게이트 배선(22, 26a, 26b)과 스토리지 배선(27, 28)의 신호 지연이나 전압 강하를 줄일 수 있도록 낮은 비저항(resistivity)의 금속, 예를 들면 알루미늄 계열 금속, 은 계열 금속, 구리 계열 금속 등으로 이루어진다. 이와는 달리, 다른 도전막은 다른 물질, 특히 ITO(indium tin oxide) 및 IZO(indium zinc oxide)와의 접촉 특성이 우수한 물질, 이를테면 몰리브덴 계열 금속, 크롬, 티타늄, 탄탈륨 등으로 이루어진다. 이러한 조합의 좋은 예로는 크롬 하부막과 알루미늄 상부막 및 알루미늄 하 부막과 몰리브덴 상부막을 들 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 게이트 배선(22, 26a, 26b)과 스토리지 배선(27, 28)은 다양한 여러 가지 금속과 도전체로 만들어질 수 있다.

게이트선(22) 및 스토리지 배선(27, 28) 위에는 질화규소(SiNx) 등으로 이루어진 게이트 절연막(30)이 형성되어 있다.

게이트 절연막(30) 위에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon) 또는 다결정 규소 등으로 이루어진 한 쌍의 반도체층(40a, 40b)이 형성되어 있다. 반도체층(40a, 40b)은 섬모양, 선형 등과 같이 다양한 형상을 가질 수 있으며, 예를 들어 본 실시예에서와 같이 섬모양으로 형성될 수 있다.

각 반도체층(40a, 40b)의 상부에는 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 등의 물질로 만들어진 오믹 콘택층(ohmic contact layer)(55a, 56a)이 형성되어 있다. 오믹 콘택층(55a, 56a)은 쌍(pair)을 이루어 반도체층(40a, 40b) 위에 위치한다.

오믹 콘택층(55a, 56a) 및 게이트 절연막(30) 위에는 한 쌍의 제1 및 제2 데이터선(62a, 62b)과, 제1 및 제2 데이터선(62a, 62b)에 각각 대응하는 한 쌍의 제1 및 제2 드레인 전극(66a, 66b)이 형성되어 있다.

제1 및 제2 데이터선(62a, 62b)은 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(22) 및 스토리지선(28)과 교차하며 데이터 전압을 전달한다. 제1 및 제2 데이터선(62a, 62b)에는 제1 및 제2 드레인 전극(66a, 66b)을 향하여 각각 뻗은 제1 및 제2 소스 전극(65a, 65b)이 형성되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 화소가 한 쌍 의 부화소로 분할되고, 제1 데이터선(62a)은 하나의 부화소에 데이터 신호를 전달하고 제2 데이터선(62b)은 다른 부화소에 별도의 데이터 신호를 전달한다.

이러한 제1 및 제2 데이터선(62a, 62b)과, 제1 및 제2 소스 전극(65a, 65b)과, 제1 및 제2 드레인 전극(66a, 66b)을 데이터 배선이라고 한다.

데이터 배선(62a, 62b, 65a, 65b, 66a, 66b)은 크롬, 몰리브덴 계열의 금속, 탄탈륨 및 티타늄 등 내화성 금속으로 이루어지는 것이 바람직하며, 내화성 금속 따위의 하부막(미도시)과 그 위에 위치한 저저항 물질 상부막(미도시)으로 이루어진 다층막 구조를 가질 수 있다. 다층막 구조의 예로는 앞서 설명한 크롬 하부막과 알루미늄 상부막 또는 알루미늄 하부막과 몰리브덴 상부막의 이중막 외에도 몰리브덴막-알루미늄막-몰리브덴막의 삼중막을 들 수 있다.

제1 및 제2 소스 전극(65a, 65b)은 각각 반도체층(40a, 40b)과 적어도 일부분이 중첩되고, 제1 및 제2 드레인 전극(66a, 66b)은 각각 게이트 전극(26a, 26b)을 중심으로 제1 및 제2 소스 전극(65a, 65b)과 대향하며 반도체층(40a, 40b)과 적어도 일부분이 중첩된다. 여기서, 앞서 언급한 오믹 콘택층(55a, 56a)은 그 하부의 반도체층(40a, 40b)과, 그 상부의 제1 및 제2 소스 전극(65a, 65b) 및 제1 및 제2 드레인 전극(66a, 66b) 사이에 존재하며 접촉 저항을 낮추어 주는 역할을 한다.

데이터 배선(62a, 62b, 65a, 65b, 66a, 66b)과 노출된 반도체층(40a, 40b) 위에는 보호막(passivation layer)(70)이 형성되어 있다. 보호막(70)은 질화규소 또는 산화규소로 이루어진 무기물, 평탄화 특성이 우수하며 감광성(photosensitivity)을 가지는 유기물 또는 플라스마 화학 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)으로 형성되는 a-Si:C:O, a-Si:O:F 등의 저유전율 절연 물질 등으로 이루어진다. 또한, 보호막(70)은 유기막의 우수한 특성을 살리면서도 노출된 반도체층(40a, 40b) 부분을 보호하기 위하여 하부 무기막과 상부 유기막의 이중막 구조를 가질 수 있다. 나아가 보호막(70)으로 적색, 녹색 또는 청색의 컬러필터가 사용될 수도 있다.

보호막(70) 위에는 제1 및 제2 콘택홀(contact hole)(76a, 76b)을 통하여 각각 제1 및 제2 드레인 전극(66a, 66b)과 전기적으로 연결되어 있으며 화소 영역에 위치하는 제1 및 제2 부화소 전극(82a, 82b)이 형성되어 있다. 여기서, 제1 및 제2 부화소 전극(82a, 82b)은 ITO 또는 IZO 따위의 투명 도전체 또는 알루미늄 따위의 반사성 도전체로 이루어진다.

제1 및 제2 부화소 전극(82a, 82b)은 각각 제1 및 제2 콘택홀(76a, 76b)을 통하여 제1 및 제2 드레인 전극(66a, 66b)과 물리적·전기적으로 연결되어 제1 및 제2 드레인 전극(66a, 66b)으로부터 서로 다른 데이터 전압을 인가 받는다.

데이터 전압이 인가된 제1 및 제2 부화소 전극(82a, 82b)은 상부 표시판의 공통 전극과 함께 전기장을 생성함으로써 제1 및 제2 부화소 전극(82a, 82b)과 공통 전극 사이의 액정 분자들의 배열을 결정한다.

또한 앞서 설명하였듯이 도 1 및 도 2를 참조하면, 각 부화소 전극(82a, 82b)과 공통 전극은 액정 커패시터(Clca, Clcb)를 이루어 박막 트랜지스터(Qa, Qb)가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지하며, 전압 유지 능력을 강화하기 위하여 액정 커패시터(Clca, Clcb)와 병렬로 연결된 스토리지 커패시터(Csta, Cstb)는 제1 및 제2 부화소 전극(82a, 82b) 또는 이에 연결되어 있는 제1 및 제2 드레인 전극(66a, 66b)과 스토리지 배선(27, 28)의 중첩으로 만들어진다.

다시 도 2 내지 도 4를 참조하면, 하나의 화소 전극(82)은 소정의 간극(gap)(83)을 사이에 두고 서로 맞물려 있으며 전기적으로 분리된 제1 및 제2 부화소 전극(82a, 82b)으로 이루어진다. 제1 부화소 전극(82a)은 대략 V자 형상을 가지며, 제2 부화소 전극(82b)은 화소 내에서 제1 부화소 전극(82a) 이외의 영역에 형성되어 있다. 구체적으로 제2 부화소 전극(82b)은 제1 부화소 전극(82a)을 감싸도록 형성될 수 있다.

이러한 간극(83)은 게이트선(22)과 약 45도 또는 -45도를 이루는 사선부와, 사선부 사이를 연결하며 제1 및 제2 데이터선(62a, 62b)을 따라 배열된 세로부를 포함한다.

도시되지는 않았으나 제1 부화소 전극(82a) 및 제2 부화소 전극(82b)에는 게이트선(22)과 약 45도 또는 -45도를 이루는 도메인 분할 수단(미도시), 예를 들어 절개부(cutout) 또는 돌출부(protrusion)가 형성될 수도 있다. 화소 전극(82)의 표시 영역은 액정층에 포함된 액정 분자의 주 방향자가 전계 인가시 배열되는 방향에 따라 다수의 도메인으로 분할된다. 간극(83) 및 도메인 분할 수단은 화소 전극(82)을 많은 도메인으로 분할하는 역할을 한다. 여기서 도메인이란 화소 전극(82)과 공통 전극(도 7의 도면부호 330 참조) 사이에 형성된 전계에 의해 액정 분자의 방향자가 특정 방향으로 무리를 지어 기울어지는 액정 분자들로 이루어진 영역을 의미한다.

앞서 언급한 바와 같이, 제1 부화소 전극(82a)은 전체적으로 V자 형상을 가지며, 제2 부화소 전극(82b)은 제1 부화소 전극(82a)을 감싸도록 형성되어 있다. 구체적으로 제2 부화소 전극(82b)은, 간극(83)의 사선부와 인접하고 전체적으로 게이트선(22)과 약 45도 또는 -45도를 이루며 액정 분자의 움직임을 제어하는 메인 영역과, 간극(83)의 세로부와 인접하고 제1 및 제2 데이터선(62a, 62b)을 따라 배열되어 메인 영역들을 연결하는 브릿지 영역으로 이루어진다.

도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 데이터선(62a, 62b)은 제2 부화소 전극(82b)과 적어도 일부가 중첩되도록 형성된다. 바람직하게는 제1 및 제2 데이터선(62a, 62b)은 폭방향으로 제2 부화소 전극(82b)과 완전히 중첩되도록 형성된다. 구체적으로 제1 및 제2 데이터선(62a, 62b)은 제2 부화소 전극(82b)의 브릿지 영역과 중첩된다.

이와 같은 제1 및 제2 부화소 전극(82a, 82b), 및 보호막(70) 위에는 액정층을 배향할 수 있는 배향막(미도시)이 도포될 수 있다.

이어서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치의 센서 영역(SENSOR AREA)에 대하여 설명한다.

도 2, 도 5 및 도 6을 참조하면, 절연 기판(10) 위에 게이트선(22)과 나란히 배열된 전단 게이트선(22')으로부터 돌출된 커플링 전극(122)이 형성되어 있다. 절연 기판(10) 위에 센서 게이트 전극(126)이 게이트선(22) 및 전단 게이트선(22') 사이에 배치되어 있다. 그리고, 게이트선(22)에는 돌출한 리프레시 게이트 전극(226)이 형성되어 있다. 커플링 전극(122), 센서 게이트 전극(126) 및 리프레시 게이트 전극(226)은 앞서 언급한 게이트 배선(22, 26a, 26b)와 동일한 층에 동일한 물질로 형성될 수 있다.

커플링 전극(122), 센서 게이트 전극(126) 및 리프레시 게이트 전극(226) 위에는 게이트 절연막(30)이 형성되어 있다.

센서 게이트 전극(126)과 중첩된 센서 반도체층(140), 및 리프레시 게이트 전극(226)과 중첩된 리프레시 반도체층(240)이 게이트 절연막(30) 위에 형성되어 있다. 센서 반도체층(140) 및 리프레시 반도체층(240)은 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon) 또는 다결정 규소 등으로 이루어질 수 있다.

센서 반도체층(140) 및 리프레시 반도체층(240)의 상부에는 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 등의 물질로 만들어진 오믹 콘택층(155, 156, 255, 256)이 형성되어 있다. 오믹 콘택층(155, 156)은 쌍(pair)을 이루어 센서 반도체층(140) 위에 위치하고, 오믹 콘택층(255, 256)은 쌍(pair)을 이루어 리프레시 반도체층(240) 위에 위치한다.

오믹 콘택층(155, 156, 255, 256) 및 게이트 절연막(30) 위에는 주로 세로 방향으로 뻗은 전원 배선(162), 리프레시 배선(262), 및 출력 배선(168)이 형성되어 있다.

오믹 콘택층(155) 상에 형성된 센서 소스 전극(165)은 센서 반도체층(140)과 적어도 일부분이 중첩되고, 브릿지 전극(184)을 통하여 전원 배선(162)과 연결되어 있다. 오믹 콘택층(156) 상에 형성된 센서 드레인 전극(166)은 센서 반도체층(140)과 적어도 일부분이 중첩되고, 센서 게이트 전극(126)을 중심으로 센서 소스 전 극(165)과 대향하며 출력 배선(168)과 연결된다.

리프레시 소스 전극(265)은 리프레시 배선(262)으로부터 돌출되어 리프레시 반도체층(240)과 적어도 일부분이 중첩된다. 리프레시 드레인 전극(266)은 리프레시 게이트 전극(226)을 중심으로 리프레시 소스 전극(265)과 대향하며 리프레시 반도체층(240)과 적어도 일부분이 중첩된다.

오믹 콘택층(155, 156)은 그 하부의 센서 반도체층(140)과, 그 상부의 센서 소스 전극(165) 및 센서 드레인 전극(166) 사이에 존재하며 접촉 저항을 낮추는 역할을 한다. 오믹 콘택층(255, 256)은 그 하부의 리프레시 반도체층(240)과, 그 상부의 리프레시 소스 전극(265) 및 리프레시 드레인 전극(266) 사이에 존재하며 접촉 저항을 낮추는 역할을 한다.

전원 배선(162), 리프레시 배선(262), 및 출력 배선(168) 위에는 보호막(70)이 형성된다.

보호막(70) 위에는 형성된 브릿지 전극(184)은 콘택홀(172)을 통하여 전원 배선(162)과 접속하고 콘택홀(175)을 통하여 센서 소스 전극(165)과 접속한다. 보호막(70) 위에 형성된 하부 센서 전극(182)은 게이트 절연막(30) 및 보호막(70)을 사이에 두고 커플링 전극(122)과 중첩하여, 커플링 커패시터를 형성한다. 또한, 하부 센서 전극(182)은 콘택홀(176)을 통하여 센서 게이트 전극(126)과 접속하고, 콘택홀(170)을 통하여 리프레시 드레인 전극(266)과 접속한다. 여기서, 브릿지 전극(184) 및 하부 센서 전극(182)은 ITO 또는 IZO 따위의 투명 도전체 또는 알루미늄 따위의 반사성 도전체로 이루어진다.

센서 스위칭 소자(Ts)는 커플링 전극(122)과 중첩하는 하부 센서 전극(182)에 연결된 센서 게이트 전극(126), 전원 배선(162)에 연결된 센서 소스 전극(165), 그리고 출력 배선(168)에 연결된 센서 드레인 전극(166)을 가지는 삼단자 소자이다. 또한, 리프레시 스위칭 소자(Tr)는 게이트선(22)에 연결된 리프레시 게이트 전극(226), 리프레시 배선(262)에 연결된 리프레시 소스 전극(265), 그리고 하부 센서 전극(182)에 연결된 리프레시 드레인 전극(266)을 가지는 삼단자 소자이다.

다음, 도 7 내지 도 9를 참조로 하여, 상부 표시판 및 터치 스크린 표시 장치에 대하여 설명한다. 여기서 도 7는 도 2의 하부 표시판과 결합하는 상부 표시판의 배치도이다. 도 8는 도 2의 하부 표시판과 도 7의 상부 표시판을 포함하는 터치 스크린 표시 장치의 배치도이다. 도 9는 도 8의 터치 스크린 표시 장치를 IX-IX'선으로 자른 단면도이다.

투명한 유리 등으로 이루어진 절연 기판(310) 위에 빛샘을 방지하고 화소 영역을 정의하는 블랙 매트릭스(312)가 형성되어 있다. 블랙 매트릭스(312)는 게이트선(22)과 제1 및 제2 데이터선(62a, 62b)에 대응하는 부분과 박막 트랜지스터에 대응하는 부분에 형성될 수 있다. 또한, 블랙 매트릭스(312)는 하부 표시판 상에 형성될 수도 있다. 블랙 매트릭스(312)는 크롬, 크롬 산화물 등의 금속(금속 산화물), 또는 유기 블랙 레지스트 등으로 이루어질 수 있다.

그리고 블랙 매트릭스(312) 사이의 화소 영역에는 적색, 녹색, 청색의 컬러필터(미도시)가 순차적으로 배열될 수 있다. 컬러필터는 하부 표시판에 형성될 수도 있다.

하부 표시판과 상부 표시판 사이의 이격거리인 셀갭(cell gap)보다 작은 높이를 가지는 센서 스페이서(320)가 절연 기판(310) 위에는 형성된다. 센서 스페이서(320)는 하부 센서 전극(182)과 대향하는 평탄면, 및 평탄면의 가장자리에 형성된 측부로 구성되며, 하부 센서 전극(182)과 중첩되도록 배치된다. 센서 스페이서(320)는 셀갭 유지를 위해 하부 표시판과 상부 표시판 사이에 개재된 셀갭 스페이서(미도시)와 크기의 차이만 있을 뿐 실질적으로 동일한 물질로 형성될 수 있으며, 유기물질, 예를 들어 감광성 수지를 경화시켜 형성될 수 있다.

절연 기판(310)의 상부에는 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질로 이루어져 있는 공통 전극(330)이 형성되어 있다. 공통 전극(330)은 제1 및 제2 부화소 전극(82a, 82b)과 마주보며, 게이트선(22)에 대하여 약 45도 또는 -45도를 이루는 도메인 분할 수단(92), 예를 들어 절개부 또는 돌출부를 포함할 수 있다. 상부 센서 전극(332)은 센서 스페이서(320) 상부에 형성되고 연결 전극(334)을 통하여 공통 전극(330)과 연결된다. 상부 센서 전극(332)에 대해서는 후에 자세히 설명한다.

공통 전극(330) 위에는 액정 분자들을 배향하는 배향막(미도시)이 도포될 수 있다.

이와 같은 구조의 하부 표시판과 상부 표시판을 정렬하여 결합하고 그 사이에 액정 물질을 주입하여 수직 배향하면 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치의 기본 구조가 이루어진다.

액정층(100)에 포함되어 있는 액정 분자는 화소 전극(82)과 공통 전극(330) 사이에 전계가 인가되지 않은 상태에서 그 방향자(director)가 하부 표시판과 상부 표시판에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있고, 음의 유전율 이방성을 가진다.

터치 스크린 표시 장치는 이러한 기본 구조에 편광판, 백라이트 등의 요소들을 배치하여 이루어진다. 이 때 편광판은 기본 구조 양측에 각각 하나씩 배치되며 그 투과축은 게이트선(22)에 대하여 둘 중 하나는 나란하고 나머지 하나는 이에 수직을 이루도록 배치한다.

하부 표시판과 상부 표시판 사이에 전계를 인가하면 대부분의 영역에서는 두 표시판에 수직인 전계가 형성되지만 화소 전극(82)의 간극(83) 및 공통 전극(330)의 도메인 분할 수단(92) 근처에서는 수평 전계가 형성된다. 이러한 수평 전계는 각 도메인의 액정 분자의 배향을 도와주는 역할을 한다.

본 실시예의 액정 분자는 음의 유전율 이방성을 가지므로, 액정 분자에 전계가 인가되는 경우 각 도메인 내의 액정 분자는 상기 도메인을 구획하는 간극(83) 또는 도메인 분할 수단(92)에 대하여 수직을 이루는 방향으로 기울어지게 된다. 따라서 간극(83) 또는 도메인 분할 수단(92)을 중심으로 양쪽에서 액정 분자의 기울어지는 방향이 반대로 되고, 간극(83)의 사선부 또는 도메인 분할 수단(92)의 사선부가 화소의 중심에 대하여 대칭적으로 형성되어 있으므로, 액정 분자는 게이트선(22)과 실질적으로 45도 또는 -45도를 이루며 4 방향으로 기울어지게 된다. 이와 같이 4 방향으로 기울어지는 액정 분자에 의해 광학적 특성이 서로 보상되어 시야각이 넓어지게 된다.

이하, 도 9 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치의 상부 표시판에 대해 자세히 설명한다. 도 10은 도 9의 상표 표시판 을 나타내는 사시도이고, 도 11은 도 10의 상부 표시판의 변형예이다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 상부 센서 전극(332)은 센서 스페이서(320) 상에 배치되고 상부 센서 전극(332)의 가장자리에 절개부가 형성되어 상부 센서 전극(332)과 공통 전극(330)이 일부 분리된다. 구체적으로 상부 센서 전극(332)은 하부 센서 전극(182)과 대향하는 센서 스페이서(320)의 평탄면 상에 배치되어 있고, 공통 전극(330)과 전기적으로 연결된다. 상부 센서 전극(332)은 센서 스페이서(320)의 측부에 형성된 연결 전극(334)에 의해 공통 전극(330)과 연결된다.

외부 힘(F)이 터치 스크린 표시 장치에 가해질 경우, 상부 센서 전극(332)과 하부 센서 전극(182) 간의 거리가 가까워지고 따라서 이들 사이의 센서 커패시터(Cs)의 커패시턴스가 커지게 된다. 이러한 센서 커패시터(Cs)의 커패시턴스 변화량을 이용하여 터치 여부를 판단하게 된다.

센서 커패시터(Cs)의 커패시턴스는 하부 센서 전극(182)에 대향하는 상부 센서 전극(332)의 면적과, 센서 스페이서(320)의 측부에 형성된 연결 전극(334)의 면적에 의해 정해진다. 본 실시예의 경우 센서 스페이서(320)의 측부에는 연결 전극(334)을 제외하고는 공통 전극(330)과 연결된 도전막이 형성되어 있지 않으므로, 센서 커패시터(Cs)의 커패시턴스는 실질적으로 상부 센서 전극(332)의 면적에 의해 정해진다. 만약 센서 스페이서(320)의 측부가 모두 상부 센서 전극(332)과 공통 전극(330)을 연결하는 도전막으로 덮혀져 있는 경우, 센서 커패시터(Cs)의 커패시턴스는 센서 스페이서(320)의 형상, 구체적으로 센서 스페이서(320)의 측부의 형상에 따라 다른 값을 가지게 되고, 따라서 터치 스크린 표시 장치 전반에 걸쳐 균일한 커패시턴스를 가지는 센서 커패시터(Cs)를 얻기 힘들다. 하지만, 본 실시예와 같이 센서 스페이서(320)의 측부에는 연결 전극(334)을 제외하고는 공통 전극(330)과 연결된 도전막이 없는 경우, 센서 스페이서(320)의 형상에 큰 영향을 받지 않으면서 균일한 커패시턴스를 가지는 센서 커패시터(Cs)를 구현할 수 있다.

특히, 상부 센서 전극(332)의 면적이 센서 스페이서(320)의 평탄면의 면적보다 작은 경우, 공정 마진을 확보하면서 균일한 커패시턴스를 가지는 센서 커패시터(Cs)를 구현할 수 있다.

또한, 센서 스페이서(320)의 측부에 형성된 연결 전극(334)이 센서 커패시터(Cs)에 미치는 영향을 최소화하기 위해 연결 전극(334)의 폭은 상부 센서 전극(332)의 폭보다 좁은 것이 바람직하다.

본 실시예에서는 상부 센서 전극(332)과 공통 전극(330)이 하나의 연결 전극(334)에 의해 연결되는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 도 11에 도시된 바와 같이, 둘 이상의 연결 전극(334)에 의해 상부 센서 전극(332)과 공통 전극(330)은 전기적으로 연결될 수 있다.

앞서 설명한 상부 표시판에 있어서, 센서 스페이서(320)는 컬러필터로 형성될 수 있고, 센서 스페이서(320) 상하부에 오버코트층이 추가될 수 있다. 이하, 도 12 내지 도 16을 참조하여 본 발명의 제2 내지 제6 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치들에 대하여 상세하게 설명한다. 여기서 도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치의 단면도이다. 도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치의 단면도이다. 도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치의 단면도이다. 도 15는 본 발명의 제5 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치의 단면도이다. 도 16은 본 발명의 제6 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치의 단면도이다. 설명의 편의상, 이전 실시예의 도면(도 9)에 나타난 각 부재와 동일 기능을 갖는 부재는 동일 부호로 나타내고 그 설명은 생략하며, 이하 차이점을 위주로 설명한다.

도 12를 참조하면, 절연 기판(310)과 센서 스페이서(320) 사이에는 적층 구조물의 평탄화를 위한 오버코트층(overcoat layer)(340)이 형성될 수 있다.

도 13을 참조하면, 센서 스페이서(320)와 상부 센서 전극(332) 사이에는 절연층(340')이 형성될 수 있다.

도 14를 참조하면, 상부 센서 전극(332)과 절연 기판(310) 사이에 배치된 센서 스페이서(350)는 적어도 하나의 컬러필터(350a, 350b)가 적층된 구조를 가진다. 본 실시예에서는 절연 기판(310) 상에 제1 컬러필터(350a) 및 제2 컬러필터(350b)가 적층된 구조를 예로 들어 설명한다. 상부 센서 전극(332)이 균일한 면적을 가지기 위하여 제2 컬러필터(350b)는 제1 컬러필터(350a)를 전체적으로 덮도록 형성될 수 있다.

도 15를 참조하면, 절연 기판(310)과 센서 스페이서(350) 사이에 오버코트층(340)이 형성될 수 있다.

도 16을 참조하면, 센서 스페이서(350)와 상부 센서 전극(332) 사이에는 절연층(340')이 형성될 수 있다.

상기 오버코트층(340) 및 절연층(340')은 유기 물질로 형성될 수도 있고, 무 기 물질로 형성될 수도 있다.

이상의 실시예들에서는 리프레시 전압을 제공하는 리프레시 배선(Vref)을 별도로 구비한 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 도 17에 도시된 바와 같이 리프레시 스위칭 소자(Tr)의 리프레시 소스 전극은 제n-1 게이트선(Gn-1)에 리프레시 배선(Vref')을 통해 연결될 수 있다. 여기서 도 17은 도 1의 등가 회로도의 변형예이다. 따라서, 제n 게이트선(Gn)에 게이트 온 전압(Von)이 인가되면, 제n-1 게이트선(Gn-1)에 인가된 게이트 오프 전압(Voff)이 리프레시 스위칭 소자(Tr)를 통하여 센서 게이트 전극에 전달된다. 따라서, 별도의 리프레시 전압을 제공하지 않더라도 전단 게이트선에 흐르는 게이트 오프 전압(Voff)을 리프레시 전압으로 이용하여 센서 스위칭 소자(Ts)를 리프레시할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

도 2는 도 1의 터치 스크린 표시 장치의 하부 표시판의 배치도이다.

도 3은 도 2의 하부 표시판을 III-III'선으로 자른 단면도이다.

도 4는 도 2의 하부 표시판을 IV-IV'선으로 자른 단면도이다.

도 5는 도 2의 하부 표시판을 V-V'선으로 자른 단면도이다.

도 6은 도 2의 하부 표시판을 VI-VI'선으로 자른 단면도이다.

도 7은 도 2의 하부 표시판과 결합하는 상부 표시판의 배치도이다.

도 8은 도 2의 하부 표시판과 도 7의 상부 표시판을 포함하는 터치 스크린 표시 장치의 배치도이다.

도 9는 도 8의 터치 스크린 표시 장치를 IX-IX'선으로 자른 단면도이다.

도 10은 도 9의 상표 표시판을 나타내는 사시도이다.

도 11은 도 10의 상부 표시판의 변형예이다.

도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치의 단면도이다.

도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치의 단면도이다.

도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치의 단면도이다.

도 15는 본 발명의 제5 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치의 단면도이다.

도 16은 본 발명의 제6 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치의 단면도이다.

도 17은 도 1의 등가 회로도의 변형예이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

10: 절연 기판 22: 게이트선

26a, 26b: 게이트 전극 27: 스토리지 전극

28: 스토리지선 30: 게이트 절연막

62a, 62b: 데이터선 65a, 65b: 소스 전극

66a, 66b: 드레인 전극 70: 보호막

82: 화소 전극 82a, 82b: 부화소 전극

83: 간극 100: 액정층

122: 커플링 전극 126: 센서 게이트 전극

162: 전원 배선 165: 센서 소스 전극

166: 센서 드레인 전극 168: 출력 배선

182: 하부 센서 전극 226: 리프레시 게이트 전극

265: 리프레시 소스 전극 266: 리프레시 드레인 전극

262: 리프레시 배선 320: 센서 스페이서

330: 공통 전극 332: 상부 센서 전극

334: 연결 전극 340: 오버코트층

350a, 350b: 컬러필터

Claims

제1 기판;

상기 제1 기판 상에 형성된 하부 센서 전극;

상기 제1 기판에 대향하는 제2 기판;

상기 제2 기판 상에 형성되고 상기 하부 센서 전극과 대향하는 센서 스페이서;

상기 제2 기판 상에 형성된 공통 전극;

상기 센서 스페이서 상에 형성되어 상기 공통 전극과 연결된 상부 센서 전극; 및

상기 상부 센서 전극의 가장자리에 형성된 절개부를 포함하되,

상기 제1 또는 제2 기판에 터치 압력이 가해지면 터치 위치에서 상기 하부 센서 전극과 상기 상부 센서 전극 사이의 이격 거리가 변함에 따른 커패시턴스 변화를 이용하여 터치 위치를 검출하는 터치 스크린 표시 장치.
제1 항에 있어서,

상기 절개부는 상기 상부 센서 전극과 상기 공통 전극을 일부 분리하는 터치 스크린 표시 장치.
제1 항에 있어서,

상기 센서 스페이서는 상기 제1 기판에 대향하는 평탄면과 상기 평탄면의 가장자리에 형성된 측부를 포함하고,

상기 상부 센서 전극은 상기 평탄부 상에 형성된 터치 스크린 표시 장치.
제3 항에 있어서,

상기 상부 센서 전극의 면적은 상기 센서 스페이서의 상기 평탄면의 면적보다 작은 터치 스크린 표시 장치.
제3 항에 있어서,

상기 상부 센서 전극과 상기 공통 전극을 연결하며 상기 센서 스페이서의 상기 측부에 형성된 연결 전극을 더 포함하는 터치 스크린 표시 장치.
제5 항에 있어서,

상기 연결 전극의 폭은 상기 상부 센서 전극의 폭보다 좁은 터치 스크린 표시 장치.
제5 항에 있어서,

상기 연결 전극은 상기 센서 스페이서의 상기 측부에 두 개 이상 형성된 터치 스크린 표시 장치.
제1 항에 있어서,

상기 센서 스페이서는 유기물질로 이루어진 터치 스크린 표시 장치.
제8 항에 있어서,

상기 센서 스페이서는 감광성 수지로 이루어진 터치 스크린 표시 장치.
제9 항에 있어서,

상기 제1 및 제2 기판 사이의 셀갭을 유지하기 위하여 상기 제1 및 제2 기판 사이에 개재된 셀갭 스페이서를 더 포함하고, 상기 센서 스페이서는 상기 셀갭 스페이서와 동일한 물질로 이루어진 터치 스크린 표시 장치.
제9 항에 있어서,

상기 센서 스페이서는 적어도 하나의 컬러필터가 적층된 구조를 가지는 터치 스크린 표시 장치.
제11 항에 있어서,

상기 센서 스페이서는 상기 제2 기판 상에 순차적으로 적층된 제1 컬러필터 및 제2 컬러필터를 포함하고,

상기 제2 컬러필터는 상기 제1 컬러필터를 전체적으로 덮는 터치 스크린 표시 장치.
제12 항에 있어서,

상기 센서 스페이서와 상기 상부 센서 전극 사이에 개재된 절연층을 더 포함하는 터치 스크린 표시 장치.
제1 항에 있어서,

상기 기판과 상기 센서 스페이서 사이에 개재된 오버코트층을 더 포함하는 터치 스크린 표시 장치.