KR20140041154A - 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터치 구동에 따른 화질 저하를 방지하고, 베젤(bezel)을 줄여 디자인 미감을 향상시킨 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치와 이의 구동방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치는 디스플레이 패널의 하부기판에 교차하도록 형성된 복수의 데이터 라인과 복수의 게이트 라인; 전체 픽셀을 일정 개수의 픽셀로 그룹핑하여 복수의 터치 블록을 구성하고 상기 복수의 터치 블록마다 형성된 공통 전극; 상기 데이터 라인과 동일 방향으로 상기 하부기판에 형성된 복수의 터치 드라이브 라인; 및 상기 게이트 라인과 동일 방향으로 상기 디스플레이 패널의 상부기판에 형성된 복수의 터치 센싱 라인을 포함한다.

Description

터치 스크린 일체형 디스플레이 장치{Display Device With Integrated Touch Screen}
본 발명은 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치에 관한 것이다.
액정 디스플레이 장치의 입력 장치로서 종래에 적용되었던 마우스나 키보드 등의 입력 장치를 대체하여 사용자가 손가락이나 펜을 이용하여 스크린에 직접 정보를 입력할 수 있는 터치 스크린(터치 센서)이 적용되고 있다. 이러한, 터치 스크린은 누구나 쉽게 조작할 수 있는 장점으로 인해 적용이 확대되고 있다.
최근에 들어 액정 디스플레이 장치에 터치 스크린을 적용에 있어서, 슬림(Slim)화를 위해 액정 패널 내부에 터치 스크린이 내장된 형태로 개발이 이루어지고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치를 나타내는 것으로, 터치 드라이브 라인이 액정 패널의 비표시 영역에서 라우팅(routing)되어 베젤 폭이 증가되는 문제점을 나타내는 도면.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치는 화상이 표시되는 표시 영역(10, active area) 및 비표시 영역(20)을 포함하는 액정 패널과, 상기 액정 패널을 구동시키기 위한 구동회로부를 포함한다.
비표시 영역(20)의 하단부에는 데이터 드라이버(30)가 형성되어 있고, PCB(50, printed circuit board)에 타이밍 컨트롤러(70)가 형성되어 있다. 데이터 드라이버(30)와 타이밍 컨트롤러(70)는 FPC(40, flexible printed circuit)로 연결될 수 있다.
또한, PCB(50)에는 터치 센싱 구동을 위한 터치 드라이버(60)가 형성되어 있다. 액정 패널의 좌우 측면에 수직 방향으로 라우팅(routing)된 터치 드라이브 라인(80)과 터치 드라이버(60)는 FPC(40)로 연결될 수 있다.
도 2 및 도 3은 종래 기술에 따른 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치의 터치 드라이브 라인 및 터치 센싱 라인이 배치된 구조를 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치는 하부기판(TFT 어레이 기판)에 형성된 공통 전극을 디스플레이를 위한 용도뿐만 아니라, 터치 전극으로 이용한다. 이때, 복수의 픽셀 단위로 공통 전극을 그룹핑하여 복수의 터치 블록(touch block)을 형성한다.
터치 위치를 검출하기 위해서, 복수의 터치 블록들 중에서 구동 영역(12, driving region)은 터치 드라이브 라인(80)을 통해 X축 방향으로 연결한다. 그리고, 복수의 터치 블록들 중에서 센싱 영역(14, sensing region)은 터치 센싱 라인(90)을 통해 Y축 방향으로 연결한다.
여기서, 터치 드라이브 라인(80)은 게이트 라인과 동일 레이어 및 동일 방향으로 형성되고, 컨택(CNT)을 통해 구동 영역(12)의 공통 전극과 연결된다. 그리고, 터치 센싱 라인(90)은 데이터 라인(92)과 동일 방향으로 형성되며, 절연층을 사이에 두고 데이터 라인(92)과 터치 센싱 라인(90)이 중첩된 구조로 형성될 수 있다. 따라서, 구동 영역(12)들은 센싱 영역(14)들을 회피하기 위해 분리되어 있고, 구동 영역(12)들 센싱 영역(14)들은 서로 컨택되지 않는다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 터치 센싱 라인(90)과 데이터 라인(92)이 동일 레이어 형성되고, 두 라인(90, 92)이 동일 방향으로 나란하게 형성될 수도 있다. 이때, 센싱 영역(14)의 공통 전극과 터치 센싱 라인(90)은 컨택을 통해 연결된다.
상술한 종래 기술에 따른 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치는 공통 전극을 X축 방향으로 연결하고, 터치 구동 신호가 인가되는 터치 드라이브 라인(80)이 표시 영역(10) 즉, 액티브 영역의 외부에서 수직 방향으로 라우팅 되어있다.
여기서, 터치 드라이브 라인(80)의 선폭과 라인들 간의 간격으로 인해 비표시 영역(20)의 좌측 및 우측의 폭이 증가되고, 이로 인해 액정 표시장치의 좌우 베젤(bezel) 폭이 증가되는 문제점이 있다. 최근 화면의 몰입도 및 디자인 미감을 높이기 위해 베젤 폭을 줄이기 위한 연구가 진행되고 있는데, 터치 드라이브 라인(80)이 비표시 영역에서 라우팅 됨으로 인해 베젤 폭을 줄이는데 한계가 있다.
또한, 터치 센싱 라인(90)들이 터치 드라이브 라인(80)들 사이에 위치하여, 이 부분의 공통 전극은 분할되도록 형성된다. 이로 인해, 공통 전극이 분할된 부분에서는 액정이 데이터 라인(92)과 픽셀 전극 간의 커플링 커패시턴스(coupling capacitance)의 영향을 받게되어 빛샘이 발생되는 문제점이 있다.
또한, 터치 드라이브 라인(80)들 사이에 터치 센싱 라인(90)들이 위치하여, 구동 영역(12)과 센싱 영역(14) 간에 블록 딤(block dim) 현상이 발생되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 베젤 폭을 줄여 디자인 미감을 높일 수 있는 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 화상의 디스플레이 품질의 저하 없이 터치 센싱 성능을 향상시킬 수 있는 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 블록 딤(block dim) 발생을 방지할 수 있는 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치는 디스플레이 패널의 하부기판에 교차하도록 형성된 복수의 데이터 라인과 복수의 게이트 라인; 전체 픽셀을 일정 개수의 픽셀로 그룹핑하여 복수의 터치 블록을 구성하고 상기 복수의 터치 블록마다 형성된 공통 전극; 상기 데이터 라인과 동일 방향으로 상기 하부기판에 형성된 복수의 터치 드라이브 라인; 및 상기 게이트 라인과 동일 방향으로 상기 디스플레이 패널의 상부기판에 형성된 복수의 터치 센싱 라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치는 베젤(bezel)을 줄여 디자인 미감을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치는 표시 품질의 저하 없이 터치 센싱 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치는 블록 딤(block dim) 발생을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치와 이의 구동방법은 터치 센싱 성능을 향상시킬 수 있다.
이 밖에도, 본 발명의 실시 예들을 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 새롭게 파악될 수도 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치를 나타내는 것으로, 터치 드라이브 라인이 액정 패널의 비표시 영역에서 라우팅(routing)되어 베젤 폭이 증가되는 문제점을 나타내는 도면.
도 2 및 도 3은 종래 기술에 따른 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치의 터치 드라이브 라인 및 터치 센싱 라인이 배치된 구조를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치를 개략적으로 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치의 구동방법을 개략적으로 나타내는 도면.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치의 터치 센싱 라인이 배치된 구조를 나타내는 도면.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치의 터치 드라이브 라인이 배치된 구조를 나타내는 평면도.
도 11은 도 9에 도시된 A1-A2 선에 따른 단면도.
도 12는 도 10에 도시된 B1-B2 선에 따른 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치와 이의 구동방법에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 어떤 구조물(전극, 라인, 배선, 레이어, 컨택)이 다른 구조물 '상부에 또는 상에' 및 '하부에 또는 아래에' 형성된다고 기재된 경우, 이러한 기재는 이 구조물들이 서로 접촉되어 있는 경우는 물론이고 이들 구조물들 사이에 제3의 구조물이 개재되어 있는 경우까지 포함하는 것으로 해석 되어야 한다.
액정 디스플레이 장치는 액정층의 배열을 조절하는 방식에 따라 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 등 다양하게 개발되어 있다.
그 중에서, TN 모드와 VA 모드는 하부기판에 픽셀 전극을 형성하고 상부기판(컬러필터 어레이 기판)에 공통 전극을 형성하여 수직 전계를 통해 액정층의 배열을 조절하는 방식이다.
한편, IPS 모드와 상기 FFS 모드는 하부기판 상에 픽셀 전극과 공통 전극을 배치하여 상기 픽셀 전극과 공통 전극 사이의 전계에 의해 액정층의 배열을 조절하는 방식이다.
IPS 모드는 상기 픽셀 전극과 공통 전극을 평행하게 교대로 배열함으로써 양 전극 사이에서 횡전계를 일으켜 액정층의 배열을 조절하는 방식이다. 이와 같은 IPS 모드는 상기 픽셀 전극과 상기 공통 전극 상측 부분에서 액정층의 배열이 조절되지 않아 그 영역에서 광의 투과도가 저하되는 단점이 있다.
IPS 모드의 단점을 해결하기 위해 고안된 것이 FFS 모드이다. FFS 모드는 상기 픽셀 전극과 상기 공통 전극을 절연층을 사이에 두고 이격되도록 형성시킨다.
이때, 하나의 전극은 판(plate) 형상 또는 패턴으로 구성하고 다른 하나의 전극은 핑거(finger) 형상으로 구성하여 양 전극 사이에서 발생되는 프린지 필드(Fringe Field)를 통해 액정층의 배열을 조절하는 방식이다.
본 발명의 실시 예에 따른 액정 디스플레이 장치는 모드(mode)의 제한 없이 수직 전계 방식(TN 모드, VA 모드) 및 수평 전계 방식(IPS 모드, FFS 모드)이 모두 적용될 수 있으며, 하기의 상세한 설명에서는 IPS 모드가 적용된 것을 일 예로 한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치의 구동방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치는 터치 스크린이 내장된 액정 패널, 백라이트 유닛 및 구동회로부를 포함하여 구성된다. 도 4에서는 백라이트 유닛의 도시는 생략하였다.
액정 패널은 표시 영역(100, active area)과 비표시 영역(200)을 포함하며, 표시 영역(100)에는 화상을 표시하기 위한 복수의 픽셀들이 매트릭스 형태로 배열되어 있다. 또한, 표시 영역(100) 내에 사용자의 터치 위치를 검출하기 위한 터치 드라이브 라인(180, 제1 터치 라인) 및 터치 센싱 라인(제2 터치 라인)가 내장되어 있다.
액정 패널은 상부기판, 하부기판 및 두 기판 사이에 개재되는 액정층을 포함한다. 상부기판에는 풀 컬러(full color) 화상을 표시하기 위한 레드(red), 그린(green), 블루(blue) 컬러필터들이 형성되고, 컬러필터들 사이에는 픽셀을 구분하기 위한 블랙 매트릭스가 형성된다. 또한, 상부기판에는 터치를 센싱하기 위한 복수의 터치 센싱 라인들이 형성되어 있다.
하부기판에는 복수의 픽셀이 매트릭스 형태로 형성되며, 상기 복수의 픽셀 각각은 서로 교차하는 데이터 라인들과 게이트 라인들에 의해 정의된다. 상기 데이터 라인들과 상기 게이트 라인들이 교차되는 영역 마다 TFT(thin film transistor) 및 스토리지 커패시터(Cst)가 형성된다. 본 발명에서는 복수의 서브픽셀을 구동시키기 위한 스위칭 소자로써, 산화물 TFT(oxide TFT)가 적용된 것을 일 예로 하였다.
이러한, 액정 패널은 자체적으로 빛을 생성시키지 못하므로 백라이트 유닛에서 공급되는 빛을 이용하여 화상을 표시한다. 백라이트 유닛은 빛을 발생시키는 복수의 백라이트(예로서, LED 또는 CCFL)와, 백라이트에서 발생된 빛을 상기 액정 패널 방향으로 안내함과 아울러, 빛의 효율을 향상시키기 위한 광학 부재(도광판 또는 확산판 및 복수의 광학 시트)를 포함하여 구성된다.
구동 회로부는 게이트 드라이버(미도시), 데이터 드라이버(300, D-IC), 타이밍 컨트롤러(700, T-con), 터치 드라이버(600)를 포함한다. 구동 회로부의 전체 또는 일부는 COG(Chip On Glass) 또는 COF(Chip On Flexible Printed Circuit, Chip On Film) 방식으로 액정 패널에 형성될 수 있다.
예로서, 게이트 드라이버 및 데이터 드라이버(300)는 액정 패널 상에 형성되고, FPC(400)를 통해 PCB(500)에 형성된 타이밍 컨트롤러(700)와 연결된다.
터치 드라이버(600)는 표시 영역 외곽에 형성된 FPC(400)를 통해 액정 패널의 하부기판에 형성된 터치 드라이브 라인(180)들과 연결된다.
또한, 도 4에 도시되지 않았지만, 액정 패널의 상부기판에는 터치 센싱 라인(미도시) 형성되어 있고, 별도의 FPC를 통해 액정 패널의 상부기판에 형성된 터치 센싱 라인과 터치 드라이버(600)가 연결될 수 있다. 한편, 터치 센싱 라인은 하부기판의 패드(pad)와 연결되고, 상기 패드와 터치 드라이버(600)가 연결될 수 있다.
타이밍 컨트롤러(700)는 디스플레이 장치의 메인 컨트롤러(main controller)로써, 게이트 드라이버, 데이터 드라이버 및 터치 드라이버의 구동을 제어한다.
타이밍 컨트롤러(700)는 입력된 수직 동기신호(V-sync), 수평 동기신호(H-sync) 및 클럭신호(CLK)를 이용하여 외부로부터 입력되는 영상 신호(data)를 프레임 단위의 디지털 영상 데이터(R, G, B)로 변환하고, 영상 데이터를 데이터 드라이버(300)에 공급한다.
또한, 타이밍 컨트롤러(700)는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync) 및 클럭신호(CLK)를 이용하여 게이트 드라이버를 제어하기 위한 게이트 제어신호(GCS: Gate Control Signal)를 생성하여 게이트 드라이버에 공급한다. 또한, 데이터 드라이버(300)를 제어하기 위한 데이터 제어신호(DCS: Data Control Signal)를 생성하여 데이터 드라이버(300)에 공급한다.
여기서, 데이터 제어신호(DCS)는 소스 스타트 펄스(SSP: Source Start Pulse), 소스 샘플링 클럭(SSC: Source Sampling Clock), 소스 출력 인에이블(SOE: Source Output Enable) 및 극성 제어신호(POL: Polarity) 등을 포함할 수 있다.
게이트 제어신호(GCS)는 게이트 스타트 펄스(GSP: Gate Start Pulse), 게이트 쉬프트 클럭(GSC: Gate Shift Clock) 및 게이트 출력 인에이블(GOE: Gate Output Enable) 등을 포함할 수 있다.
게이트 드라이버는 타이밍 컨트롤러(700)로부터의 게이트 제어신호(GCS)에 기초하여 복수의 픽셀 각각에 형성된 TFT를 구동시키기 위한 스캔 신호(scan signal, 게이트 구동 신호)를 생성한다.
게이트 드라이버는 생성된 스캔 신호를 한 프레임 기간 중 액정 패널에 형성된 복수의 게이트 라인에 순차적으로 공급하고, 상기 스캔 신호에 의해 각 픽셀에 형성된 TFT가 구동되어 픽셀의 스위칭이 이루어진다.
데이터 드라이버(300)는 타이밍 컨트롤러(700)로부터 공급되는 디지털 영상 데이터(R, G, B)를 아날로그 영상 신호 즉, 데이터 전압으로 변환한다. 그리고, 타이밍 컨트롤러(700)로부터의 데이터 제어신호(DCS)에 기초하여 각 픽셀의 TFT가 턴-온되는 시점에 맞춰 데이터 전압을 액정 패널에 형성된 복수의 데이터 라인에 공급한다.
터치 드라이버(600)는 터치 검출을 위한 터치 드라이빙 신호(touch driving signal)를 액정 패널에 형성된 터치 전극에 공급한다. 여기서, 터치 전극은 액정 패널의 하부기판에 형성된 구성을 이용할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치는 하부기판에 형성된 공통 전극을 디스플레이를 위한 용도뿐만 아니라, 터치 전극으로 이용한다.
여기서, 복수의 픽셀 단위로 공통 전극을 그룹핑하여 복수의 터치 블록(touch block)을 형성한다. 터치 위치를 검출하기 위해서, 복수의 터치 블록들을 복수의 터치 드라이브 라인(180)을 통해 연결되어 있고, 터치 드라이버(600)는 복수의 터치 드라이브 라인(180)에 터치 드라이빙 신호(touch driving signal) 공급한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 액정 디스플레이 장치는 1 프레임 기간 중 표시 기간에는 픽셀들의 픽셀 전극에 인가된 데이터 전압과 공통 전극에 인가된 공통 전압(Vcom)에 따라 액정층을 투과하는 광의 투과율을 조절하여 영상 신호에 따른 화상을 표시한다.
예로서, 표시 기간에는 데이터 인에이블(DE) 신호에 맞춰 1수평 라인 단위로 데이터 라인들에 이미지 데이터 즉, 데이터 전압이 공급된다. 이를 통해, TFT(110)가 온되는 기간에 픽셀 전극에 데이터 전압이 공급되게 된다. 이와 함께, 공통 전극에 공통 전압(Vcom)이 공급된다.
한편, 비 표시 기간에는 공통 전극을 터치 전극으로 구동시켜 사용자의 터치에 따른 정전용량의 변화를 감지한다. 그리고, 사용자의 터치에 따른 터치 정전용량과 기준 정전용량을 비교하여 터치 위치를 검출할 수 있다. 즉, 비 표시 기간에는 터치 검출을 위한 터치 드라이빙 신호를 공통 전극에 공급하여, 공통 전극이 터치 전극으로 기능토록 한다.
예로서, 비 표시 기간에는 공통 전극을 터치 전극으로 이용하게 되며, 터치 센싱을 위한 터치 드라이빙 신호(touch driving signal)가 터치 전극에 공급된다.
터치 전극으로 기능하는 공통 전극에 터치 드라이빙 신호가 공급되면, 사용자의 터치에 의해 터치 전극에 형성되는 커패시턴스가 변화하게 된다. 이때, 터치 드라이버(600)는 액정 패널의 상부기판에 형성된 복수의 센싱 라인을 통해 인가되는 터치 센싱 신호 즉, 터치 전극에 형성된 커패시턴스를 기준 커패시턴스와 비교하여 사용자의 터치 유무 및 터치 위치를 검출한다.
예로서, 이전 프레임과 다음 프레임을 구분하는 기준 신호(블랜크 신호) 기간에 사용자의 터치 유무 및 터치 위치를 검출할 수 있다. 사용자의 터치 위치 검출의 시작과 종료는 수직 동기 신호(V-Sync)에 기초하여 이루어질 수 있으며, 터치 유무 및 터치 위치의 검출은 이전 프레임과 다음 프레임의 경계를 구분하는 수직 블랜크(V-blank) 기간에 이루어질 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치의 터치 센싱 라인이 배치된 구조를 나타내는 도면이다.
도 6 및 도 7(a)을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치는 복수의 터치 센싱 라인(190)을 액정 패널의 상부기판 상부 즉, 컬러 필터(CF) 위쪽에 형성한다. 이때, 복수의 터치 센싱 라인(190)은 서로 평행하게 형성되며, 하부기판에 형성된 게이트 라인과 동일 방향 즉, X축 방향으로 형성될 수 있다.
복수의 터치 센싱 라인(190)은 화면이 표시되는 면에 위치함으로, 산화 인듐 주석(ITO: Indium Tin Oxide) 또는 산화 인듐 아연(IZO: Indium Zinc Oxide)과 같은 투명 전도성 물질로 복수의 터치 센싱 라인(190)을 형성한다.
복수의 터치 센싱 라인(190)을 상부기판 상에 형성되는 구조뿐만 아니라, 도 7(B)에 도시된 바와 같이, 강화 유리 하부에 복수의 터치 센싱 라인(190) 형성하고 강화 유리를 상부기판 상부에 배치할 수도 있다.
한편, 도 7(C)에 도시된 바와 같이, 복수의 터치 센싱 라인(190)을 필름 형태로 제조하여, 터치 센싱 기능과 함께 터치 스크린의 보호 기능을 겸하도록 할 수 있다.
도면에 도시되지 않았지만, 복수의 터치 센싱 라인(190)은 FPC를 통해 터치 드라이버(600)와 연결될 수 있다. 다른 예로서, 터치 드라이버(600)는 하부기판의 패드와 연결되고, 복수의 터치 센싱 라인(190)은 하부기판의 패드(pad)와 연결되어 터치 드라이버(600)와 연결될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치는 TFT 구조와 공정의 단순화를 통해 디스플레이 구동과 터치 구동에 영향을 줄 수 있는 노이즈 요인(noise factor)를 줄이고, 터치 드라이브 라인을 데이터 라인과 동일 방향 즉, 수직 방향으로 배치하여 액정 패널 좌측 및 우측의 베젤(bezel) 폭을 줄일 수 있다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치의 터치 드라이브 라인이 배치된 구조를 나타내는 평면도이고, 도 11은 도 9에 도시된 A1-A2 선에 따른 단면도이며, 도 12는 도 10에 도시된 B1-B2 선에 따른 단면도이다. 도 12에서 상부 기판의 도시는 생략하였다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치는 사용자의 터치 검출을 위해, 공통 전극을 복수의 터치 블록(TB1~TBn)으로 구성한다. 이때, 복수의 픽셀 단위로 공통 전극을 그룹핑하여 터치 블록(touch block)을 구성한다.
복수의 터치 블록은 컨택부(170)을 통해 데이터 라인과 동일 방향으로 형성된 터치 드라이브 라인(180)과 연결된다. 터치 드라이브 라인(180)을 통해 터치 드라이버(600)로부터의 터치 구동 신호가 복수의 터치 블록에 인가된다.
여기서, 하나의 터치 블록은 복수의 픽셀로 구성될 수 있으며, 예로서, 가로 64개 픽셀 및 세로 64개 픽셀로 하나의 터치 블록이 구성될 수 있다. 그러나, 액정 패널에 형성된 전체 화소 개수에 따라서 하나의 터치 블록을 구성하는 픽셀의 개수는 달라질 수 있다. 또한, 터치 블록의 개수도 액정 패널의 사이즈에 따라서 달라질 수 있다.
도면에 도시되지 않았지만, 게이트 라인과 데이터 라인(120)은 비저항(Resistivity)이 낮은 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo) 또는 크롬(Cr)을 재료 한 단일층으로 형성되거나, 합금(Alloy)으로 이루어진 단일층으로 형성될 수 있다.
한편, 게이트 라인과 데이터 라인(120) 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo) 및 크롬(Cr)들 중에서 2개 이상의 물질의 합금을 재료로 한 다층막으로 형성될 수도 있다.
여기서, 복수의 터치 블록은 서로 다른 터치 드라이브 라인(180)과 연결된다. 예로서, 제1 터치 블록(TB1)은 제1 터치 드라이브 라인(180a)과 접속되고, 제2 터치 블록(TB2)은 제2 터치 드라이브 라인(180b)과 접속되며, 제3 터치 블록(TB3)은 제3 터치 드라이브 라인(180c)과 접속된다.
터치 블록은 적어도 하나의 터치 드라이브 라인(180)과 연결될 수 있다. 터치 블록과 연결된 터치 드라이브 라인의 개수가 많을수록 컨택 면적이 증가되어 각 터치 블록에 터치 구동 신호를 원활히 인가할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 각 터치 블록에 복수의 터치 드라이브 라인을 형성하였으며, 도 7에서는 하나의 터치 블록에 2개의 터치 드라이브 라인이 연결된 것을 일 예로 도시하고 있다.
이하, 도 9 내지 도 12를 참조하여, 터치 드라이브 라인이 배치된 구조의 구체적인 실시 예를 설명한다. 도 9는 도 8의 'A'부분을 도시하고 있고, 도 10은 'B'부분을 도시하고 있다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 복수의 게이트 라인은 X축 방향으로 형성되어 있고, 복수의 데이터 라인(120)은 Y축 방향으로 형성되어 있다. 게이트 라인과 데이터 라인(120)의 교차에 의해 서브픽셀 들이 정의 되고, 레드 서브픽셀, 그린 서브픽셀 및 블루 서브픽셀이 모여 하나의 픽셀을 구성한다.
도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 각각의 서브픽셀에는 TFT(110)가 형성되어 있고, TFT(110)의 게이트(111)는 게이트 라인과 연결되고, 소스(115)는 데이터 라인(120)과 연결되고, 드레인(116)은 픽셀 전극(140)과 연결되어 있다. 게이트(111)와 액티브(113) 사이에는 게이트 절연층(112, gate insulator)이 형성되어 있고, 액티브(113) 위에는 식각 방지층(114, ESL)이 형성되어 있다.
TFT(110)를 덮도록 제1 보호층(130, PAS1)이 형성되어 있고, 제1 보호층(130) 위에 픽셀 전극(140)과 터치 드라이브 라인(180)이 형성되어 있다. 이때, 픽셀 전극(140)은 픽셀 영역 내에 형성되고, 터치 드라이브 라인(180)은 데이터 라인(120)과 중첩되도록 형성되어 있다.
터치 드라이브 라인(180)과 픽셀 전극(140)을 덮도록 제2 보호층(150, PAS2)이 형성되어 있고, 제2 보호층(150) 위에 공통 전극(160)이 형성되어 있다. 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 픽셀 전극(140)은 하나의 서브픽셀 내에서 판(plate) 형상으로 형성되어 있다.
도 8의 'A' 부분을 도시한 도 9를 참조하면, 공통 전극(160)은 개별 터치 블록마다 분할되어 형성되며, 공통 전극(160)에는 슬릿(slit)이 형성되어 픽셀 전극(140)과 공통 전극(160) 사이에 프린지 필드가 형성되게 된다.
터치 드라이브 라인(180)은 표시 영역 내에서 데이터 라인(120)과 동일 방향 즉, Y축 방향으로 형성되고, 각 터치 블록의 공통 전극(160)과 터치 드라이브 라인(180)은 컨택부(170)를 통해 연결된다.
여기서, 공통 전극(160)과 터치 드라이브 라인(180)의 컨택으로 인한 픽셀의 개구율이 감소하는 것을 최소화 시키기 위해서, 컨택부(170)는 데이터 라인(120)과 게이트 라인이 중첩되는 영역에 형성된다.
구체적으로, 제조공정 중, 데이터 라인(120)과 게이트 라인이 중첩되는 영역의 제2 보호층(150)을 식각하여 터치 드라이브 라인(180)의 상면을 노출시키고, 제2 보호층(150)의 상부 및 터치 드라이브 라인(180)의 상면에 ITO와 같은 투명 전도성 물질을 도포하여 공통 전극(160)을 형성한다. 이를 통해, 컨택부(170)에서 터치 블록의 공통 전극(160)과 터치 드라이브(180)이 연결되어 각 터치 블록에 터치 구동 신호가 공급될 수 있다.
도 10 및 도 12를 참조하면, 터치 드라이브 라인(180)과 터치 블록의 공통 전극(160)의 컨택 면적을 증가시기 위해, 각 터치 블록마다 2개의 터치 드라이브 라인(180)을 형성한다.
여기서, 레드 서브픽셀, 그린 서브픽셀 및 그린 서브픽셀의 데이터 라인(120)들 상부에 모두 터치 드라이브 라인(180)이 형성되는 것은 아니며, 레드 서브픽셀 및 그린 서브픽셀의 데이터 라인(120) 상부에 터치 드라이브 라인(180)이 형성된다.
여기서, 터치 드라이브 라인(180)은 데이터 라인(120)과 동일 선폭으로 형성되거나, 또는 데이터 라인(120)보다 넓은 선폭을 가지도록 형성될 수 있다. 터치 드라이브 라인(180)은 데이터 라인(120)과 중첩되도록 형성됨으로, 전도율이 높은 불투명 금속 예로서, 데이터 라인과 동일한 불투명 금속으로 형성될 수 있다.
한편, 터치 드라이브 라인(180)에 의해서 서브픽셀의 전계에 미세하게 영향을 줄 수 있는데, 레드 서브픽셀, 그린 서브픽셀 및 그린 서브픽셀 중에서 상대적으로 블루 서브픽셀의 휘도가 제일 낮기 때문에 블루 서브픽셀은 터치 드라이브 라인(180)에 의한 영향에 민감할 수 있다. 따라서, 블루 서브픽셀의 데이터 라인 상부에는 터치 드라이브 라인을 형성하지 않는다.
도 8의 'A' 부분을 도시한 도 10 및 도 11을 참조하면, 제1 터치 블록(TB1)의 터치 드라이브 라인(180a)은 제1 터치 블록(TB1)의 게이트 라인과 데이터 라인(120)이 중첩되는 영역에서 제1 컨택부(170a)를 통해 공통 전극(160)과 연결된다.
한편, 제2 터치 블록(TB2)의 터치 드라이브 라인(180b)은 제2 터치 블록(TB2)의 게이트 라인과 데이터 라인(120)이 중첩되는 영역에서 제2 컨택부(170b)를 통해 공통 전극(160)과 연결된다.
도 8 및 도 10을 참조하면, 액정 패널 상에서 제1 터치 블록(TB1)이 가장 위에 위치하고, 순차적으로 제2 터치 블록(TB2), 제3 터치 블록(TB3) ~ 제n 터치 블록(TBn)이 배치된다. 따라서, 제1 터치 블록(TB1)의 터치 드라이브 라인(180a)이 가장 긴 길이로 형성되고, 제2 터치 블록(TB2)의 터치 드라이브 라인(180b)은 제1 터치 블록(TB1)을 제외하고 제2 터치 블록(TB2)부터 아래로 형성된다.
도 10 및 도 12를 참조하면, X축 방향 및 Y축 방향의 터치 검출을 위해서, 복수의 터치 블록 각각마다 독립적으로 구동되어야 한다. 따라서, 복수의 터치 블록 각각에 연결된 터치 드라이브 라인(180)은 다른 터치 블록과는 연결되지 않는다.
K번째 터치 블록에 접속된 터치 드라이브 라인은 K+1번째 터치 블록을 지나갈 때, K+1번째 터치 블록의 공통 전극과 접속되지 않는다.
예로서, 복수의 터치 드라이브 라인 중에서 제1 터치 드라이브 라인(180a)은 복수의 터치 블록 중 제1 터치 블록(TB1)의 공통 전극과 연결된다. 아울러, 제1 터치 드라이브 라인(180a)은 제1 터치 블록(TB1)을 제외한 다른 터치 블록들의 공통 전극과는 절연층(제2 보호층)에 의해 전기적으로 절연된다.
즉, 제1 터치 블록(TB1)의 터치 드라이브 라인(180a)은 제1 터치 블록(TB1)의 공통 전극(160)과는 연결되지만, 다른 터치 블록의 공통 전극과는 연결되지 않는다.
구체적으로, 도 12에 도시된 바와 같이, 제1 터치 블록(TB1)의 공통 전극과 연결된 터치 드라이브 라인(180a)과 제2 터치 블록(TB2)의 공통 전극(160)의 사이에는 제2 보호층(150)이 형성되어 있어 서로 컨택되지 않는다.
제조 공정 중, 컨택부(170a, 170b)가 형성되는 영역의 제2 보호층(150)은 식각하여 제거하지만, 이외의 제2 보호층(150)은 그대로 유지시켜 절연층으로 기능토록 한다.
상술한, 제1 터치 블록과 동일하게, 제2 터치 블록(TB2)의 터치 드라이브 라인(180b)은 제2 터치 블록(TB2)의 공통 전극(160)과는 연결되지만, 다른 터치 블록의 공통 전극과는 연결되지 않는다.
상술한 구성을 포함하는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치는 터치 드라이브 라인(180)을 절연층(제2 보호층)을 사이에 두고 데이터 라인(120) 상부에 형성하고, 데이터 라인(120)과 동일 방향 즉, Y축 방향으로 형성 액정 패널 좌우측의 베젤 폭을 줄일 수 있다.
또한, 터치 드라이브 라인(180)은 액정 패널의 하부기판에 형성하고, 터치 센싱 라인(190)은 액정 패널의 상부기판 형성하거나, 온 탑(on top) 또는 애드 온(add on) 방식으로 형성하여 터치 구동에 따른 디스플레이 구동의 간섭을 줄일 수 있다.
특히, 터치 드라이브 라인(180)들 사이에 터치 센싱 라인(190)이 형성되면 블록 딤(block dim) 현상이 발생될 수 있지만, 본 발명은 터치 드라이브 라인(180)들 사이에 터치 센싱 라인(190)이 위치하지 않음으로 블록 딤 현상의 발생을 방지할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당 업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 표시 영역 110: TFT
111: 게이트 112: 게이트 절연층
113: 액티브 114: 식각 방지층
115: 소스 116: 드레인
120: 데이터 라인 130: 제1 보호층
140: 픽셀 전극 150: 제2 보호층
160: 공통 전극 170, 170a, 170b: 컨택부
180, 180a, 180b, 180c: 터치 드라이버 라인
190: 터치 센싱 라인 200: 비표시 영역
300: 데이터 드라이버 400: FPC
500: PCB 600: 터치 드라이버
700: 타이밍 컨트롤러

Claims (10)

  1. 디스플레이 패널의 하부기판에 교차하도록 형성된 복수의 데이터 라인과 복수의 게이트 라인;
    전체 픽셀을 일정 개수의 픽셀로 그룹핑하여 복수의 터치 블록을 구성하고 상기 복수의 터치 블록마다 형성된 공통 전극;
    상기 데이터 라인과 동일 방향으로 상기 하부기판에 형성된 복수의 터치 드라이브 라인; 및
    상기 게이트 라인과 동일 방향으로 상기 디스플레이 패널의 상부기판에 형성된 복수의 터치 센싱 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    표시 기간에는 상기 복수의 터치 블록의 공통 전극에 공통 전압을 공급하고,
    비표시 기간에는 상기 복수의 터치 블록의 공통 전극에 터치 구동 신호를 공급하여 터치 전극으로 기능시키는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 터치 드라이브 라인은, 상기 데이터 라인과 동일 선폭 또는 상기 데이터 라인보다 넓은 선폭을 가지도록 형성된 것을 특징으로 하는 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 터치 드라이브 라인은 절연층을 사이에 두고 상기 데이터 라인과 중첩되도록 형성된 것을 특징으로 하는 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 터치 드라이브 라인은 하나의 픽셀을 구성하는 레드 서브픽셀, 그린 서브픽셀 및 블루 서브픽셀의 데이터 라인들 중에서, 적어도 하나의 데이터 라인 상부에 형성된 것을 특징으로 하는 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 터치 드라이브 라인은 Y축 방향으로 형성되고,
    상기 복수의 터치 센싱 라인은 X축 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 터치 드라이브 라인 중에서 제1 터치 드라이브 라인은 상기 복수의 터치 블록 중 제1 터치 블록의 공통 전극과 연결되고,
    상기 제1 터치 드라이브 라인은 상기 제1 터치 블록을 제외한 다른 터치 블록들의 공통 전극과는 전기적으로 절연된 것을 특징으로 하는 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터를 덮도록 형성된 제1 보호층; 및
    상기 터치 드라이브 라인과 상기 픽셀 전극을 덮도록 형성된 제2 보호층을 포함하고,
    상기 제2 보호층은, 제1 터치 블록의 공통 전극과 연결된 터치 드라이브 라인을 상기 제1 터치 블록을 제외한 터치 블록들의 공통 전극과 전기적으로 절연시키는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 터치 블록에 터치 구동 신호를 공급함과 아울러, 상기 복수의 터치 블록의 정전용량을 센싱하는 터치 드라이버를 포함하고,
    상기 복수의 터치 드라이브 라인과 상기 터치 드라이버는 표시 영역 외곽에서 FPC(flexible printed circuit)로 연결된 것을 특징으로 하는 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 터치 드라이브 라인은 불투명 금속으로 형성되고,
    상기 복수의 터치 센싱 라인은 투명 전도성 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치.
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