KR20180076112A

KR20180076112A - 인셀 터치 표시장치용 기판 및 패널

Info

Publication number: KR20180076112A
Application number: KR1020160180240A
Authority: KR
Inventors: 한국진
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2016-12-27
Filing date: 2016-12-27
Publication date: 2018-07-05
Also published as: KR102571347B1

Abstract

본 발명은 인셀 터치 표시장치용 기판 및 패널에 관한 것이다.
본 발명에 따른 인셀 터치 표시장치용 기판은 제1 베이스 기판과 화소 어레이 사이에 배치된 제1방전 전극을 포함하고, 이 제1 방전 전극이 컨택 홀을 통해 패드 영역의 방전 패드부에 연결된다. 또한, 본 발명에 따른 인셀 터치 표시장치용 패널은 상기 제1 방전 전극이 배치된 하부 기판과, 제2 방전 전극이 배치된 상부 기판을 포함하여, 터치 고스트 현상 억제 성능 및 정전기 방전 성능이 우수한 효과를 제공한다.

Description

인셀 터치 표시장치용 기판 및 패널 {SUBSTRATE AND PANEL FOR IN-CELL TOUCH DISPLAY}

본 발명은 터치 고스트(touch ghost) 현상 억제 성능 및 정전기 방전 방전(ESD: Electrostatic Discharge) 성능이 우수한 인셀 터치 표시장치용 기판에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기의 인셀 터치 표시장치용 기판을 포함하는 인셀 터치 표시장치용 패널에 관한 것이다.

이동통신 단말기, 노트북 컴퓨터와 같은 각종 휴대용 전자기기가 발전함에 따라 이에 적용할 수 있는 평판 표시 장치(Flat Panel Display Device)에 대한 요구가 증대되고 있다.

널리 알려진 평판 표시장치로는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display Device), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel), 유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Diode Display Device) 등이 있다. 이러한 평판 표시장치 중에서 최근에는 양산 기술의 발전, 구동수단의 용이성, 저전력 소비, 고화질, 대화면 구현 등 여러 장점이 있는 액정 표시장치 및 유기발광다이오드 표시장치에 많은 연구가 집중되고 있다.

일반적인 액정 표시장치는 액정층을 사이에 두고 TFT(thin film transistor)가 구현된 하부 기판과 컬러필터가 구현된 상부 기판이 대향되도록 합착된 표시 패널과 화상 표시를 위해 면광을 제공하는 백라이트 유닛을 포함한다. 이러한, 액정 표시장치는 게이트 신호에 따라 인가되는 데이터 전압에 따라 복수의 화소(cell) 각각의 액정층을 투과하는 광의 투과율을 조절하여 영상 신호에 따른 화상을 표시하게 된다. 반면, 일반적인 유기발광다이오드 표시장치는 액정층과 백라이트 유닛을 생략하고, 대신 하부 기판에 자체 발광이 가능한 유기발광다이오드를 구현한다.

최근에 들어, 종래의 마우스, 키보드, 키 패드 등의 입력 수단을 대체하여 사용자가 손가락이나 펜을 이용하여 스크린에 직접 정보를 입력할 수 있는 터치 스크린이 적용되고 있다. 이러한, 터치 스크린은 휴대 전화기, MP3, PDA, PMP, PSP, 휴대용 게임기, DMB 수신기, 태블릿 PC 등과 같은 휴대용 단말기; 네비게이션(navigation), 산업용 단말기, 노트북 컴퓨터, 금융 자동화기기, 게임기 등과 같은 모니터, 그리고 냉장고, 전자 레인지, 세탁기 등과 같은 가전제품 등에 많은 분야에 적용되고 있다. 터치 스크린은 누구나 쉽게 조작할 수 있는 장점으로 인해 적용이 확대되고 있다.

종래에는 액정 표시장치에 터치 스크린의 적용에 있어서, 별도로 마련된 터치 스크린(터치 패널)을 애드 온(add on) 방식으로 패널 상부에 추가로 배치하였다. 최근에는 터치 스크린이 적용된 액정 표시장치의 두께를 줄이기 위해서, 액정 패널의 셀 내에 터치 스크린 또는 터치 전극이 실장된 인셀 터치(in-cell touch) 표시장치가 개발되고 있다.

도 1은 일반적인 인셀 터치 액정 표시장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 인셀 터치 액정 표시장치(10)는 데이터 전압에 따라 각 화소의 액정층(미도시)을 투과하는 광의 투과율을 조절하여 영상 신호에 따른 화상을 표시한다. 또한, 사용자의 터치에 따른 정전용량(Ctc)의 변화를 터치 센서(TS)(40)를 통해 감지하여 터치 위치를 검출한다. 이를 위해, 인셀 터치 액정 표시장치(10)는 액정층을 사이에 두고 합착된 TFT가 구현된 하부 기판(50) 또는 컬러필터가 구현된 상부 기판(60)에 터치 센서(TS)를 포함한다.

컬러필터가 구현된 상부 기판(60)은 복수의 화소 각각에 대응되도록 화소 영역을 정의하는 블랙 매트릭스(62), 블랙 매트릭스(62)에 의해 정의된 각 화소 영역에 형성된 적색, 녹색, 및 청색 컬러필터(64R, 64G, 64B) 및 컬러필터와 블랙 매트릭스(62)를 덮도록 형성되어 컬러필터 어레이 기판(60)을 평탄화시키는 오버코트층(66)을 포함한다. 컬러필터 어레이 기판(60)의 상면에는 상부 편광필름(미도시)이 배치되어 있다.

TFT가 구현된 하부 기판 기판(50)은 액정층을 구동시킴과 아울러 사용자 손가락의 터치 또는 펜의 터치를 검출하기 위한 복수의 터치 센서를 포함하여 구성된다. TFT 어레이 기판(50)의 배면에는 하부 편광필름(미도시)이 배치되어 있다.

상기 복수의 화소 각각은 서로 교차하는 데이터 라인(미도시)과 게이트 라인(미도시)에 의해 정의된다. 각 화소에는 공통 전압이 인가되는 공통 전극 및 데이터 전압을 화소에 공급하는 화소 전극(미도시)이 형성된다.

상기 복수의 화소 각각은 게이트 라인을 통해 인가되는 게이트 신호에 따라 박막 트랜지스터가 스위칭된다. 그리고, 데이터 라인에 인가되는 데이터 전압에 따라 전계가 형성되어 액정층이 구동된다.

상기 복수의 화소 각각은 화상을 표시하는 표시 구간에서는 인가된 영상 신호에 따른 화상을 표시한다. 그리고, 화상을 표시하지 않는 비 표시 구간에서는 상기 화소 어레이에 형성된 터치 센서를 터치 검출을 위한 센싱/드라이빙 전극으로 구동시켜 사용자 손가락의 터치 또는 펜의 터치를 검출한다.

여기서, 도 1에 도시된 바와 같이 사용자의 터치 입력과 상기 터치 센서(공통 전극) 사이에는 터치 정전용량(Ctc)이 형성된다. 이러한, 터치에 따른 터치 정전용량(Ctc)과 초기 정전용량을 비교하여 터치 위치를 검출한다. 그리고, 검출된 터치 위치를 외부로 출력하게 된다. 특히, 자기 정전용량 방식에서는 초기 정전용량 대비 사용자의 입력에 의해 증가하는 터치 정전용량을 감지하여 터치를 센싱하고, 상호 정전용량 방식에서는 초기 정전용량 대비 사용자의 입력에 의해 감소하는 터치 정전용량을 감지하여 터치를 센싱한다.

인셀 터치 표시장치의 터치 센서(40)는 공통 전극일 수 있다. 다시 말해, 표시장치를 디스플레이 구간 및 터치 구간으로 시분할 구동하며, 디스플레이 구간에서는 공통 전극을 화소 전극와 함께 액정을 구동하는 공통 전극으로 활용하고, 터치 구간에서는 사용자의 손가락 또는 펜 등의 터치 입력에 따른 터치 입력 위치(touch position) 또는 터치 입력 여부를 감지하는 터치 센서 또는 터치 전극으로 활용할 수 있다. 뿐만 아니라, 터치 전극으로 동작할 때는 터치 압력(force touch)을 감지할 수도 있다.

터치 센서는 자기 정전 용량 방식 및 상호 정전 용량 방식으로 구분된다. 자기 정전 용량 방식의 터치 센서는 공통 전극을 터치 전극으로 활용되되 하나의 터치 전극으로 터치 구동신호가 인가되고 또한 터치 구동신호가 인가된 터치 전극에서의 터치 정전용량을 센싱한다. 즉, 자기 정전 용량 방식 터치 전극의 경우, 하나의 터치 전극이 터치 구동 전극 및 터치 센싱 전극의 역할을 동시에 수행한다. 이에 대한 예는 도 2a에서 상세히 설명하기로 한다. 반면, 상호 정전 용량 방식의 터치 센서는 공통 전극을 터치 전극으로 활용하되, 터치 구동 전극 및 터치 센싱 전극을 별도로 구성한다. 이에 대한 예는 도 2b에서 상세히 설명하기로 한다.

도 2a 및 도 2b는 상술한 자기 정전용량 방식 및 상호 정전용량 방식의 터치 전극을 나타내는 도면이다.

인셀 터치 액정 표시장치는, 도 2a에 도시된 자기 정전용량 방식 및 도 2b의 상호 정전용량 방식에 관계없이, 각 화소에 인가되는 데이터 전압에 따라 액정층을 투과하는 광의 투과율을 조절하여 영상 신호에 따른 화상을 표시한다. 또한, 상기 터치 전극을 통해 사용자의 터치에 따른 정전용량의 변화를 감지하여 사용자의 터치 위치를 검출한다.

먼저, 자기 정전용량 방식의 인셀 터치 표시장치는 도 2a에 도시된 바와 같이 공통 전극으로 터치 전극(315)를 구성한다. 여기서, 터치 전극(315)는 도 3 내지 도 5에 도시된 구성요소와 동일한 구성요소이다.

복수의 터치 전극(315)은 복수의 터치 센싱 신호라인(114)에 컨택 홀(115)을 통해 각각 연결되어 있다. 복수의 터치 전극(315)을 통해 터치 구동신호가 인가되고, 또한 터치 구동신호가 인가된 터치 전극에서 인가된 터치 구동신호 및 사용자의 터치 입력에 따라 발생된 터치 전극의 초기 정전용량의 변화를 센싱한다.

다음으로, 상호 정전용량 방식의 인셀 터치 표시 장치는 도 2b에 도시된 바와 같이 공통 전극(112)으로 터치 구동 전극(112b)과 터치 센싱 전극(112a)을 구성한다.

복수의 터치 구동 전극(112b)은 일정 면적을 가지도록 패터닝되어 있고, 복수의 터치 구동 전극(112b)은 터치구동 신호라인(116)(TX1, TX2, , TXn)을 통해 연결되어 동일 수평 라인에 배치된다. 터치 드라이버로부터의 터치 구동 신호가 복수의 터치 구동 전극(112b)에 공급된다.

복수의 터치 센싱 전극(112a)은 액정 패널의 상측에서부터 하측까지 긴 바(bar) 형태로 패터닝되어 형성되어 있다. 복수의 터치 센싱 전극(112a)은 터치센싱 신호라인(114)(RX1, RX2, , RXm)에 접속되어 터치 구동 전극(112b)과 터치 센싱 전극(112a) 및 사용자의 터치 입력에 따라 발생된 터치 센싱 전극의 초기 정전용량의 변화를 센싱한다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 예에 따른 인셀 터치 액정 표시장치는 화상의 표시와 터치 센싱을 시간 분할하여 구동한다. 표시 기간에는 데이터 드라이버에서 공통 전극에 공통 전압이 공급되어 화상을 표시한다. 그리고, 디스플레이 구간에는 터치 드라이버에서 복수의 터치 전극(315) 또는 복수의 터치 구동 전극(112b)에 터치 구동 신호를 공급하고, 터치 드라이버가 복수의 터치 전극(315) 또는 복수의 터치 센싱 전극(112a)에 형성된 정전용량을 센싱하여 터치 유무 및 위치를 검출할 수 있다.

한편, 다시 도 1을 참조하면, 인셀 터치 액정 표시장치(10)는 사용자의 터치가 빈번하게 발생함으로, 컬러필터가 구현된 상부 기판(60) 상에 터치에 의한 정전기가 발생하게 된다. 이러한, 정전기로 인해 터치 센싱 성능이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 인셀 터치 액정 표시장치(10)는 컬러필터가 구현된 상부 기판(60) 상에 터치 펜 등에 의한 압박 터치시, 압력을 받는 주변 위치에서의 터치 정전용량(Ctc) 변화가 발생하여, 터치된 부위 주위도 터치로 인식하는 현상인 터치 고스트(Touch Ghost)가 발생한다. 이는 미들 프레임에 의한 간섭에 의한 것으로 알려져 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 터치 고스트 현상 억제 성능 및 정전기 방전 방전(ESD: Electrostatic Discharge) 성능이 우수한 인셀 터치 표시장치용 기판을 제공하는 것을 과제로 한다.

또한, 본 발명은 상기의 인셀 터치 표시장치용 기판을 포함하는 인셀 터치 표시장치용 패널을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 인셀 터치 표시장치용 기판은 베이스 기판, 화소 어레이, 방전 전극 및 방전 패드부를 포함한다. 상기 화소 어레이는 베이스 기판 상에 배치되며, 터치 구동 전극과 터치 센싱 전극을 포함한다. 또한, 상기 방전 패드부는 상기 화소 어레이의 일측 상에 배치된다.

특히, 본 발명의 경우, 방전 전극이 상기 베이스 기판과 상기 화소 어레이 사이에 배치된다. 방전 전극은 ITO로 대표되는 투명 전도성 산화물 재질일 수 있다. 투명 전도성 산화물의 경우, 어닐링 여부에 따라 투과율, 특히 블루 파장에서 큰 차이점을 나타내고, 높은 투과율을 위해서는 별도로 어닐링 공정을 수행할 필요가 있다. 그러나, 본 발명의 인셀 터치 표시장치용 기판 구조의 경우, 투명 전도성 산화물 재질의 방전 전극이 미리 배치된 상태에서 TFT 고온 공정이 진행될 수 있어, TFT 고온 공정시 방전 전극의 어닐링 처리 효과를 얻을 수 있어, 투과율 저하, 특히 블루 파장의 투과율 저하를 방지할 수 있다.

그리고, 상기 방전 전극은 컨택 홀을 통해서 방전 전극에 연결될 수 있다. 상기 컨택 홀은 화소 전극과 데이터 라인 또는 드레인/소스 전극 연결을 위한 에칭 공정을 활용하여 형성될 수 있다. 이러한 구조에 의해 전도성 테이프 부착없이도 정전기 방전 성능의 부여가 가능하다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 인셀 터치 표시장치용 패널은 하부 기판 및 상부 기판을 포함한다. 하부 기판은 제1 베이스 기판과, 상기 제1 베이스 기판 상에 배치되며 터치 구동 전극과 터치 센싱 전극을 포함하는 화소 어레이와, 상기 화소 어레이의 일측 상에 배치된 방전 패드부를 포함한다. 상기 상부 기판은 제2 베이스 기판과, 상기 제2 베이스 기판 상에 배치된 컬러필터를 포함한다. 상기 화소 어레이와 상기 컬러필터가 마주보도록 상기 하부 기판과 상부 기판이 합착되어 있다.

특히, 상기 제1 베이스 기판과 상기 화소 어레이 사이에, 상기 방전 패드부와 전기적으로 연결되는 제1 방전 전극이 배치되어 있다. 또한, 상기 제2 베이스 기판의 상기 컬러필터가 배치된 면의 반대면에, 상기 방전 패드부 또는 별도의 방전 패드부와 전기적으로 연결되는 제2 방전 전극이 배치되어 있다.

상기 제1 방전 전극 및 제2 방전 전극은 투명 전도성 산화물 재질일 수 있다. 여기서, 상기 제2 방전 전극의 저항이 제1 방전 전극의 저항보다 높을 수 있다. 이러한 경우, 제1 방전 전극에서는 낮은 저항을 통하여 터치 고스트 현상 억제 및 정전기 방전 효과를 높이고, 제2 방전 전극에서는 정전기 방전 효과와 더불어 하부 기판의 화소 어레이에 구현된 복수의 전극들과 제2 방전 전극 간에 생길 수 있는 기생 커패시턴스를 감소키실 수 있다.

본 발명에 따른 인셀 터치 표시장치용 기판 구조의 경우, 방전 전극이 베이스 기판 상에 배치되고, 컨택 홀을 통해서 방전 전극과 방전 패드부가 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 별도의 핀 커넥터나 전도성 테이프를 이용하지 않고도 정전기 방전 패스를 구현할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 인셀 터치 표시장치용 기판 구조의 경우, 투명 전도성 산화물 재질의 방전 전극이 미리 배치된 상태에서 TFT 고온 공정이 진행될 수 있어, TFT 고온 공정시 방전 전극의 어닐링 처리 효과를 얻을 수 있다. 이에 따라, 방전 기판의 열처리 부재로 인한 투과율 저하를 별도의 열처리 공정을 수행하지 않고도 해결할 수 있다.

본 발명에 따른 인셀 터치 표시장치용 기판 구조를 적용한 패널의 경우, 터치 고스트 및 정전기 방전이 문제시되는 인셀 터치 액정 표시장치나 인셀 터치 유기발광다이오드 표시장치로 응용이 가능하다. 인셀 터치 액정 표시장치의 경우, 하부 기판과 상부 기판에 액정층이 개재되고, 별도의 백라이트 유닛이 추가로 포함된다. 반면, 인셀 터치 유기발광다이오드 표시장치의 경우, 하부 기판에 유기발광다이오드가 추가로 구현된다.

도 1은 일반적인 인셀 터치 액정 표시장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 자기 정전용량 방식의 터치 전극을 나타내는 도면이고, 도 2b는 상호 정전용량 방식의 터치 전극의 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 정전기 방전 성능 향상 및 터치 고스트 현상 억제를 해소할 수 있는 구조의 인셀 터치 액정 표시 장치를 개략적으로 나타낸 예이다.
도 4는 정전기 방전 성능 향상 및 터치 고스트 현상 억제를 해소할 수 있는 구조의 인셀 터치 액정 표시 장치를 개략적으로 나타낸 다른 예이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 인셀 터치 표시장치용 패널을 나타낸 것이다.
도 6은 산소 분위기 하에서 어닐링을 수행하지 않았을 때의 ITO 두께와 파장에 따른 투과율 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 산소 분위기 하에서 어닐링을 수행하였을 때의 ITO 두께와 파장에 따른 투과율 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 인셀 터치 액정 표시장치용 패널의 예를 나타낸 것이다.
도 9는 도 8의 점선 부분을 확대한 것이다.
도 10은 도 8에 도시된 인셀 터치 액정 표시장치용 패널에 있어서, 화상 구현 모드시 액정 상태를 개략적으로 나타낸 예이다.
도 11은 도 8에 도시된 인셀 터치 액정 표시장치용 패널에 있어서, 터치 구현 모드시 액정 상태를 개략적으로 나타낸 예이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 인셀 터치 표시장치용 기판 및 패널의 다양한 실시예를 설명한다.

이하에서 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

또한, 본 발명에서 "~~ 상에 있다"라고 함은 "어떠한 부분이 다른 부분과 접촉한 상태로 바로 위에 있다"를 의미할 뿐만 아니라 "어떠한 부분이 다른 부분과 비접촉한 상태이거나 제3의 부분이 중간에 더 형성되어 있는 상태로 다른 부분의 위에 있다"를 의미할 수도 있다.

도 3 및 도 4는 정전기 방전 성능 향상 및 터치 고스트 현상 억제를 해소할 수 있는 구조의 인셀 터치 액정 표시 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 3을 참조하면, 제1 베이스 기판(310) 상에 TFT가 구현되고, 또한 터치 구동과 터치 센싱을 위한 복수의 공통 전극(315)이 배치되어, 하부 기판을 구성한다. 복수의 공통 전극(315)으로 구현되는 복수의 터치 센서는 도 2a에 도시된 예와 같은 자기 정전 용량 방식으로 구동될 수 있고, 도 2b에 도시된 예와 같은 상호 정전 용량 방식으로 구동될 수 있으며, 이외 공지된 다른 방식으로도 구동 가능하다. 복수의 터치 센서 각각은 다수개의 픽셀에 대응된다.

그리고, 제2 베이스 기판(320) 상에 컬러필터가 구현되어 상부 기판을 구성한다. 하부 기판의 하면에는 하부 편광판(330a)이 배치되고, 상부 기판의 상면에는 상부 편광판(330b)이 배치된다. 그리고 하부 기판과 상부 기판 사이에는 액정층이 개재된다.

또한, 도 3을 참조하면, 제2 베이스 기판(320)과 상부 편광판(330b) 사이에는 제1 투명 전극(340)이 배치되어 있고, 제1 베이스 기판(310)과 제1 편광판(330a) 사이에 제2 투명 전극(350)이 배치되어 있다.

제1 투명 전극(340)은 외부 정전기에 의한 액정 백화 현상을 방지하는 역할을 한다. 그리고, 제2 투명 전극(350)은 터치시 미들 프레임에 의한 간섭을 억제하여 터치 고스트 발생을 방지하는 역할을 한다.

그러나, 도 3에 도시된 인셀 터치 표시장치 구조는 제2 투명 전극(350)이 플로팅(floating) 상태에 있음에 따라, 외부 ESD 인가시 정전기를 패스시키기 어렵다.

이에, 도 4와 같이, 하부 기판의 패드 영역에 핀 커넥터(360)를 부착하고, 도전성 테이프(370) 이용하여 제2 투명 전극(350)과 핀 커넥터(360)를 전기적으로 연결하고 있다. 핀 커넥터(360)는 그라운드에 연결된다.

이러한 도 4에 도시된 인셀 터치 표시장치 구조의 경우, 도전성 테이프(370) 및 핀 커넥터(360) 각각의 부착 공정이 요구된다.

또한, 도 3 및 도 4에 도시된 인셀 터치 표시장치 구조의 경우, TFT가 구현된 하부 기판 배면에 투명 전극이 증착될 수 있는데, 이는 별도의 증착 공정과 이와 더불어 세정 공정, 검사 공정 등의 추가 공정을 요구한다.

따라서, 도 3 및 도 4에 도시된 인셀 터치 표시장치 구조는 근본적인 해결책이 될 수 없다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 인셀 터치 표시장치용 패널을 나타낸 것이다.

도 5를 참조하면, 도시된 인셀 터치 표시장치용 패널은 TFT가 구현된 하부 기판 및 컬러필터가 구현된 상부 기판을 포함한다. 그리고, 하부 기판 하면에는 하부 편광판(330a)가 배치되고, 상부 기판 상면에는 상부 편광판(330b)이 배치될 수 있다.

TFT가 구현된 하부 기판은, 베이스 기판(310), 화소 어레이(520), 방전 전극(510) 및 방전 패드부(540)를 포함한다.

화소 어레이(520)는 베이스 기판(310) 상에 배치되며, 도 2에서 이미 설명한 바와 같이, 공통 전극(315)으로 구현되는 터치 전극을 포함한다.

방전 패드부(540)는 화소 어레이(520)의 일측 상에 배치된다. 방전 패드부(540)는 금속 재질이 될 수 있다. 방전 패드부(540)가 금속 재질일 경우, 핀 커넥터가 될 수 있다. 보다 바람직하게는, 방전 패드부(540)는 ITO(Indium Tin Oxide, FTO(Fluorine doped Tin Oxide) 등과 같은 투명 전도성 산화물 재질이다. 이 경우, 방전 패드부(540)는 화소 전극과 동일 재질일 수 있는데, 예를 들어 도 8에 도시된 예와 같이, TFT 공정에서 화소 전극과 동시에 형성될 수 있다. 즉, 방전 패드부(540)가 화소 전극과 동시에 형성될 경우, 방전 패드부(540)를 별도 공정으로 형성할 필요가 없으며, 핀 커넥터 부착 공정을 생략할 수 있다.

방전 전극(510)은 베이스 기판(310)과 화소 어레이(520) 사이에 배치된다. 또한, 방전 전극(510)은 방전 패드부(540)와 전기적으로 연결된다. 방전 패드부(540)는 예를 들어 FPC(Flexible Printed Circuit)의 그라운드에 연결될 수 있다.

방전 전극(510)은 도 5에 도시된 바와 같이, 컨택 홀(530)을 통하여 방전 패드부(540)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 종래의 전도성 테이프 부착 공정을 생략할 수 있다. 특히, 컨택 홀(530)은 화소 전극과 데이터 라인 또는 드레인/소스 전극의 연결을 위한 패시베이션층 식각시, 방전 전극이 노출될 때까지 오버 에칭을 수행하고, 화소 전극과 데이터 라인 또는 드레인/소스 전극 연결을 위한 컨택 홀과 함께 도금 혹은 투명 전도성 산화물 증착이 이루어질 수 있음에 따라, 별도 공정없이 TFT 공정에서 컨택 홀(530)이 형성될 수 있다.

상기 방전 전극(510)은 ITO, FTO 등과 같은 투명 전도성 산화물 재질일 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 인셀 터치 표시장치용 기판에 있어서, 방전 전극(510)은 베이스 기판(310)과 화소 어레이(520) 사이에 배치되는 점은, 방전 전극(510)이 ITO와 같은 투명 전도성 산화물 재질일 때 다음과 같은 큰 효과를 제공한다.

즉, 투명 전도성 산화물의 경우 어닐링 여부에 따라 투과율, 특히 블루 파장에서 큰 차이점을 나타내고, 높은 투과율을 위해서는 별도로 어닐링 공정을 수행할 필요가 있다.

도 6은 산소 분위기 하에서 어닐링을 수행하지 않았을 때의 ITO 두께와 파장에 따른 투과율 변화를 나타낸 그래프이고, 도 7은 산소 분위기 하에서 어닐링을 수행하였을 때의 ITO 두께와 파장에 따른 투과율 변화를 나타낸 그래프이다.

도 6을 참조하면, ITO를 산소 분위기 하에서 어닐링을 적용하지 않았을 경우, ITO 두께가 증가할수록, 블루 파장 쪽에서 투과율이 현저히 낮은 것을 볼 수 있다. 그러나, 도 7을 참조하면, 산소 분위기 하에서 어닐링을 적용하였을 경우, ITO 두께 전반적으로 전반적인 투과율이 높을 뿐만 아니라 특히 블루 파장에 대한 높은 투과율을 나타낼 수 있다.

본 발명의 인셀 터치 표시장치용 기판 구조의 경우, 투명 전도성 산화물 재질의 방전 전극(510)이 베이스 기판(310) 상에 미리 배치된 상태에 있다. 따라서, 이 상태에서 화소 어레이를 구현하기 위한 예를 들어 230℃ 정도의 CVD 공정과 같은 TFT 고온 공정이 진행되는 경우, TFT 고온 공정시 방전 전극의 어닐링 처리 효과를 동시에 얻을 수 있어, 투과율 저하, 특히 블루 파장의 투과율 저하를 방지할 수 있다. 즉, 투명 전도성 산화물 재질의 방전 전극을 별도 어닐링 하지 않더라도 TFT 공정 자체에서 어닐링 효과를 얻을 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 방전 전극(510)이 투명 전도성 산화물 재질인 경우, 방전 전극(510)은 베이스 기판(310)의 상면 전체에 배치될 수 있다. 이는 방전 전극(510)의 면적을 넓힘으로써, 정전기 방전 성능을 보다 향상시킬 수 있는 효과를 가져온다.

아울러, 도 3 및 도 4에 도시된 예의 경우, 하부 기판 배면에 별도의 투명 전극을 증착하였는데, 이 경우 해당 증착공정과 더불어 별도의 세정 공정 및 검사 공정을 요하였다. 그러나, 도 5에 도시된 바와 같이 방전 전극(510)이 베이스 기판(310)과 화소 어레이(520) 사이에 배치되는 경우, 이러한 별도의 세정 공정 및 검사 공정을 생략할 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 인셀 터치 액정 표시장치용 패널의 예를 나타낸 것이다.

도 8에서는 인셀 터치 액정 표시장치용 패널을 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 전술한 바와 같이 액정층과 백라이트 유닛 대신 화소 어레이에 유기발광다이오드를 구현함으로써 인셀 터치 유기발광다이오드 표시장치용 패널로 응용할 수 있다.

도 8을 참조하면, 도시된 인셀 터치 액정 표시장치용 패널은 하부 기판(800), 액정층(900) 및 상부 기판(1000)을 포함한다.

하부 기판(800)은 제1 베이스 기판(810)과, 제1 베이스 기판(810) 상에 배치되는 제1 방전 전극(820), 상기 제1 방전 전극(820) 상에 배치되며 터치 구동 전극과 터치 센싱 전극을 포함하는 화소 어레이와, 상기 화소 어레이의 일측 상에 배치된 방전 패드부(870a)를 포함한다. 제1 방전 전극(820)은 컨택 홀(825)을 통해 방전 패드부(870a)와 연결된다.

또한, 하부 기판(800)에는 제1 방전 전극(820)을 다른 TFT 요소들과 직접 접촉하지 않도록 하기 위한 패시베이션층(830, 840), 공통 전극(850)을 화소 전극(870)과 직접 접촉하지 않도록 하기 위한 패시베이션층(860) 등 다양한 패시베이션층이 배치되어 있다. 또한, 화소 전극(870)은 컨택 홀(836)을 통해 데이터 라인 또는 드레인/소스 전극(835)에 연결된다. 하부 기판(800)의 화소 어레이에는 게이트 전극, 게이트 절연막, 액티브층 등 다른 TFT 요소들도 포함되나, 도 8에서는 그 도시를 생략하였다. 한편, 복수의 공통 전극(850)은 화소 전극(870)과 다른 층에 형성되어 화소 전극과 함께 전계를 형성함과 더불어 터치 전극으로서의 역할을 한다.

복수의 공통 전극(850)은 센싱 라인과 연결되는데, 센싱 라인이 복수의 공통 전극들 중 하나와 전기적으로 연결되면 다른 공통 전극들과는 전기적으로 절연을 유지할 수 있다. 복수의 공통 전극(850) 및 화소 전극(870)은 ITO와 같은 투명 전도성 산화물 재질일 수 있다.

상부 기판(1000)은 제2 베이스 기판(1010)과, 상기 제2 베이스 기판 상에 배치된 컬러필터를 포함한다.

하부 기판(800)과 상부 기판(1000)은 화소 어레이와 컬러필터가 마주보도록 합착된다.

하부 기판(800)의 하부에는 하부 편광판(1100a)이 배치되고, 상부 기판(1000)의 상부에는 상부 편광판(1100b)이 배치될 수 있다. 이들 하부 편광판(1100a) 및 상부 편광판(1100b)은 빛을 편광시키는 주기능을 수행하지만, 이들 편광판들에 전도성 물질이 포함될 경우, 전도성을 발휘할 수 있어, 또 다른 정전기 방전 구조로 활용할 수 있다.

도 8을 참조하면, 제1 베이스 기판(810)과 화소 어레이 사이에, 상기 방전 패드부(870a)와 전기적으로 연결되는 제1 방전 전극(820)이 배치되어 있다. 또한, 제2 베이스 기판(1010)의 컬러필터가 배치된 면의 반대면(도 8에서는 상부면)에, 방전 패드부(870a) 또는 별도의 방전 패드부(미도시)와 전기적으로 연결되는 제2 방전 전극(1020)이 배치되어 있다.

제2 방전 전극(1020)은 제2 베이스 기판(1010)의 컬러필터가 배치된 면의 반대면 전면에 플레이트 형태로 형성될 수 있고, 또한 메쉬 형태로 형성될 수도 있다. 후자의 경우, 제2 방전 전극이 터치 전극과 중첩되지 않도록 형성될 수 있다. 한편, 디스플레이 구동모드에서는 제2 방전 전극(1020)에 그라운드 전압이 인가되고, 터치 구동모드에서는 터치 전극에 인가되는 터치 신호에 대응되는 신호가 제2 방전 전극(1020)에 인가될 수 있다.

상기 제1 방전 전극(820) 및 제2 방전 전극(1020)은 ITO와 같은 투명 전도성 산화물 재질일 수 있다. 제1 방전 전극(820) 및 제2 방전 전극(1020) 모두 투명 전도성 산화물 재질로 배치됨으로써 방전 전극 존재에 따른 투과율 저하가 최소화될 수 있다.

한편, 상기 제2 방전 전극(1020)의 저항이 제1 방전 전극(820)의 저항보다 더 높을 수 있다. 이 경우, 제1 방전 전극(820)에서는 낮은 저항을 통하여 터치 고스트 현상 억제 및 정전기 방전 효과를 높이고, 제2 방전 전극(1020)에서는 정전기 방전 효과와 더불어 하부 기판(800)의 화소 어레이에 구현된 복수의 전극들(예들 들어 850, 870)과 제2 방전 전극 간에 생길 수 있는 기생 커패시턴스를 감소키실 수 있다.

전술한 바와 같이, 상기 제1 방전 전극(820)과 상기 방전 패드부(870a)는 컨택 홀(825)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 방전 패드부(870a)는 핀 커넥터 형태일 수도 있으나, 화소 전극과 동일한 투명 전도성 산화물 재질인 것이 보다 바람직하다.

도 9는 도 8의 점선 부분을 확대한 것이다.

도 9를 참조하면, 화소 어레이에 데이터 라인 또는 드레인/소스 전극(835)이 배치되고, 화소 어레이 최상부에 화소 전극(870)이 배치되며, 화소 전극(870)과 데이터 라인 또는 드레인/소스 전극(835)이 컨택 홀(836)을 통해 연결된다. 유사하게, 제1 방전 전극(820)은 컨택 홀(825)을 통해 방전 패드부(870a)에 연결된다. 이러한 컨택 홀들(825, 836)을 형성하는 공정은 하나의 공정으로 동시에 수행될 수 있고, 또한 화소 전극(870)과 방전 패드부(870a)를 형성하는 공정 역시 하나의 공정으로 동시에 수행될 수 있다. 즉, 종래에는 별도의 방전 패드부 부착 공정 및 별도의 전도성 테이프 부착 공정이 요구되었으나, 본 발명에서는 이러한 별도의 공정들을 생략할 수 있다.

도 10은 도 8에 도시된 인셀 터치 액정 표시장치용 패널에 있어서, 화상 구현 모드시 액정 상태를 개략적으로 나타낸 예이고, 도 11은 도 8에 도시된 인셀 터치 액정 표시장치용 패널에 있어서, 터치 구현 모드시 액정 상태를 개략적으로 나타낸 예이다.

도 10 및 도 11을 참조하면, TFT가 구현된 하부 기판(800)은 액정층(900)을 구동시킴과 아울러 사용자 손가락의 터치 또는 펜의 터치를 검출하기 위한 복수의 화소를 가지는 화소 어레이를 포함한다. 상기 복수의 화소 각각은 서로 교차하는 데이터 라인(미도시) 와 게이트 라인(미도시)에 의해 정의된다. 각 화소에는 공통 전압이 인가되는 공통전극(850), 데이터 전압을 화소에 공급하는 화소 전극(870)이 형성된다.

도 10의 화상 구현 모드에서, 상기 복수의 화소 각각은 게이트 라인을 통해 인가되는 게이트 신호에 따라 박막 트랜지스터(TFT)가 스위칭 된다. 그리고 데이터 라인에 인가되는 데이터 전압에 따라 화소전극(870)과 공통전극(850) 사이의 Cst(Storage Capacitance)가 형성되어 액정층(900)을 구동하게 되며, 이 때 Cst는 공통전극(850) 상부 방향으로 형성되기 때문에 하부에 위치한 제1 방전 전극(820)ㅇ의 구동에 영향을 미치지 않을 것이다.

또한, 도 11의 화상을 표시하지 않는 비 표시 구간에서는 화소 어레이에 형성된 공통전극(850)을 터치의 검출을 위한 센싱/드라이빙 전극으로 구동시켜 사용자 손가락의 터치 또는 펜의 터치를 검출한다. 여기서 사용자의 손가락 터치에 따라 컬러필터가 구현된 상부 기판(1000)과 공통전극(850) 사이에는 터치 정전용량(Ctc)이 형성된다. 이러한 터치에 따른 터치 정전용량(Ctc)은 손가락이나 터치펜에서 공통전극(850) 사이에 형성되는 커패시턴스인 바, 하부 기판(800)에 위치한 제1 방전전극(820)이 노이즈를 주지 않을 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 경우, 방전 전극이 상기 베이스 기판과 상기 화소 어레이 사이에 배치됨으로써 방전 패드부와의 관계에서 별도 공정없이도 컨택 홀 등을 통해 방전 패드부와 연결 가능함과 더불어, 별도 어닐링 공정없이도 투과율 저하를 방지할 수 있다.

따라서, 본 발명은 터치 고스트 향상과 더불어 정전기 방전 성능 향상이라는 양 효과를 모두 얻을 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 인셀 터치가 적용되는 인셀 터치 액정 표시장치 또는 인셀 터치 유기발광다이오드 표시장치 등에 적용될 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 통상의 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 따라서, 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명의 범주 내에 포함되는 것으로 이해할 수 있을 것이다.

310 : 베이스 기판
510 : 방전 전극
520 : 화소 어레이
530 : 컨택 홀
540 : 방전 패드부
800 : 하부 기판
810 : 제1 베이스 기판
820 : 제1 방전 전극
825, 836 : 컨택 홀
835 : 데이터 라인 또는 드레인/소스 전극
870 : 화소 전극
870a : 방전 패드부
900 : 액정층
1000 : 상부 기판
1010 : 제2 베이스 기판
1020 : 제2 방전 전극

Claims

베이스 기판;
상기 베이스 기판 상에 배치되며, 터치 전극을 포함하는 화소 어레이;
상기 화소 어레이의 일측 상에 배치되는 방전 패드부; 및
상기 베이스 기판과 상기 화소 어레이 사이에 배치되며, 상기 방전 패드부와 전기적으로 연결되는 방전 전극을 포함하는, 인셀 터치 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 방전 전극과 상기 방전 패드부는 컨택 홀을 통해 전기적으로 연결되는 인셀 터치 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 방전 전극은 투명 전도성 산화물 재질인 인셀 터치 표시장치.
제3항에 있어서,
상기 방전 전극은 상기 베이스 기판의 상면 전체에 배치된 인셀 터치 표시장치.
제1 베이스 기판과, 상기 제1 베이스 기판 상에 배치되며 터치 구동 전극과 터치 센싱 전극을 포함하는 화소 어레이와, 상기 화소 어레이의 일측 상에 배치된 방전 패드부를 포함하는 하부 기판; 및
제2 베이스 기판과, 상기 제2 베이스 기판 상에 배치된 컬러필터를 포함하는 상부 기판을 포함하고,
상기 화소 어레이와 상기 컬러필터가 마주보도록 상기 하부 기판과 상부 기판이 합착되어 있으며,
상기 제1 베이스 기판과 상기 화소 어레이 사이에, 상기 방전 패드부와 전기적으로 연결되는 제1 방전 전극이 배치되어 있으며,
상기 제2 베이스 기판의 상기 컬러필터가 배치된 면의 반대면에, 상기 방전 패드부 또는 별도의 패드부와 전기적으로 연결되는 제2 방전 전극이 배치되어 있는, 인셀 터치 표시장치용 패널.
제5항에 있어서,
상기 제1 방전 전극 및 제2 방전 전극은 투명 전도성 산화물 재질인, 인셀 터치 표시장치용 패널.
제6항에 있어서,
상기 제1 방전 전극의 저항이 제2 방전 전극의 저항보다 더 낮은, 인셀 터치 표시장치용 패널.
제5항에 있어서,
상기 제1 방전 전극과 상기 방전 패드부는 컨택 홀을 통해 전기적으로 연결되는, 인셀 터치 표시장치용 패널.
제5항에 있어서,
상기 화소 어레이 최상부에 화소 전극이 배치되며,
상기 방전 패드부의 재질이 상기 화소 전극과 동일 재질인, 인셀 터치 표시장치용 패널.