KR20190029046A - 터치표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 터치표시장치의 센싱전극은 다수의 블록단위로 형성되지 않고, 다수의 바 형상으로 형성되어 터치 센싱채널의 수를 줄일 수 있게 된다.
이에 따라, 블록단위로 센싱전극을 형성하는 것에 비하여 터치 ROIC의 터치 센싱채널을 줄일 수 있게 되고, SR-IC를 표시패널이 아닌 연성회로필름에 실장하는 COF방식으로 형성할 수 있게 되어, AIT 모델과 NON-AIT 모델의 표시패널 공용화를 가능하게 한다.
나아가, 표시터치구동부의 구성을 단순화할 수 있게 되며, 시분할 구동하는 것이 아니므로, 타이밍 콘트롤러의 메모리를 줄일 수 있게 되어 제조비용을 저감시킬 수 있게 된다.

Description

터치표시장치 {Touch Display Device}
본 발명은 터치표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 게이트배선을 터치구동전극으로 이용한 터치표시장치에 관한 것이다.
정보화 시대에 발맞추어 디스플레이(display) 분야 또한 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응해서 박형화, 경량화, 저소비전력화 장점을 지닌 평판표시장치(flat panel display device: FPD)로서 액정표시장치(liquid crystal display device: LCD), 플라즈마표시장치(plasma display panel device: PDP), 유기발광다이오드 표시장치(organic light emitting diode display device: OLED), 전계방출표시장치(field emission display device: FED) 등이 소개되어 기존의 브라운관(cathode ray tube: CRT)을 빠르게 대체하고 있다.
최근에는, 이러한 표시패널(display panel) 상에 터치패널(touch panel)을 부착한 터치표시장치(또는 터치스크린)가 각광받고 있다.
터치표시장치는, 영상을 표시하는 출력수단으로 사용되는 동시에, 표시된 영상의 특정부위를 터치하여 사용자의 명령을 입력 받는 입력수단으로 사용되는 것으로, 터치표시장치의 터치패널은 위치정보 검출방식에 따라 감압방식, 정전방식, 적외선방식, 초음파방식 등으로 구분될 수 있다.
즉, 사용자가 표시패널에 표시되는 영상을 보면서 터치패널을 터치하면, 터치패널은 해당 부위의 위치정보를 검출하고 검출된 위치정보를 영상의 위치정보와 비교하여 사용자의 명령을 인식할 수 있다.
이러한 터치표시장치는, 별도의 터치패널을 표시패널에 부착하거나, 터치패널을 표시패널의 기판에 형성하여 일체화하는 형태로 제조될 수 있다.
특히, 최근에는 스마트폰, 태블릿 PC 등과 같은 휴대용 단말기의 슬림화를 위해 터치패널을 구성하는 전극 및 배선을 표시패널의 기판에 형성하여 일체화하는 형태의 인셀 타입(in-cell type) 터치표시장치에 대한 수요가 증가하고 있다.
인셀 타입 터치표시장치는, 표시패널의 표시영역에 매트릭스 형태로 배치된 터치블럭이 정의되고, 터치블럭 단위로 셀프 캡(self cap) 방식의 터치전극이 배치되며, 각 터치전극에는 대응되는 센싱배선이 접속된다.
그리고, 터치표시장치의 1 프레임에는 표시구간(display period)과 터치센싱구간(touch sensing period)이 교대하게 되며, 표시구간에는 공통전압이 센싱배선에 출력되어 해당 터치전극에 인가되고 터치센싱구간 동안에는 터치센싱을 위한 터치구동신호가 센싱배선에 출력되어 해당 터치전극에 인가된다.
여기서, 셀프 정전 용량 방식을 이용하되, 다수의 터치 전극을 터치 센싱 기간에는 터치 전극으로 활용함과 동시에 표시 기간에는 공통 전압(Vcom)이 인가되는 공통 전극으로 활용하는 인셀 터치 방식을 AIT(Advanced In-Cell Touch) 방식이라고 정의한다.
도 1은 종래의 터치표시장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 터치표시장치(10)는, 표시터치구동부(15), 표시패널(11)을 포함한다.
표시터치구동부(15)는 데이터신호 및 터치구동신호를 생성하여 터치 표시패널(19)로 전달하고, 표시패널(19)로부터 센싱신호를 전달받는다.
표시터치구동부(15)는 터치 ROIC(Read Out Integrated Circuit 이하, “ROIC”라 함)와 데이터 구동부로 이루어진 SR-IC를 포함할 수 있다.
표시패널(19)은, 데이터신호를 이용하여 영상을 표시하고, 터치구동신호를 이용하여 터치를 감지한다.
이를 위하여, 표시패널(19)은 터치블럭(TB) 단위로 형성된 다수의 터치전극(17)과, 다수의 터치전극(17)에 각각 연결되고 표시터치구동부(15)에 연결되는 센싱배선(SL)을 포함하며, 다수의 센싱배선(SL)은 터치표시장치 구동부(15)로부터 다수의 터치전극(17)으로 공통전압 또는 터치구동전압을 전달하고, 다수의 터치전극(17)으로부터 표시터치구동부(15)로 센싱신호를 전달한다.
여기서, 센싱배선(SL)은 콘택홀(CH1)을 통해 해당 터치블럭(TB)의 터치전극(17)과 각각 연결된다.
또한, 터치블록(TB)은 개별적으로 구동되므로, 터치 표시장치 구동부(15)의 터치센싱 채널수가 터치블록(TB) 수만큼 필요하게 된다.
이와 같이, 터치블록(TB) 수만큼의 터치센싱 채널수에 따라 표시패널(19)과 표시터치구동부(15)의 전기적 연결은 다수의 표시터치구동부(15)를 액정표시패널의 기판 위에 직접 실장하는 COG(Chip-on-Glass)또는 COP(Chip-on-Panel)방식에 의한다
이에 따라 AIT 모델과 NON-AIT 모델의 표시패널 공용화가 불가능하고, 제조비용이 상승하는 문제가 발생된다.
본 발명은, 터치센싱 채널수를 감소시켜, 제조비용을 저감시킴과 동시에 표시패널 공용화가 가능한 터치표시장치를 제공하는 것을 과제가 있다.
전술한 바와 같은 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 제 1 기판과, 상기 제 1 기판에 위치하며, 서로 교차하여 다수의 화소영역을 정의하는 다수의 게이트배선 및 다수의 데이터배선과, 상기 다수의 게이트배선 및 상기 다수의 데이터배선에 연결되고, 상기 다수의 화소영역 각각에 형성되는 박막트랜지스터와,상기 박막트랜지스터에 연결되는 화소전극과, 상기 게이트배선과 수직한 방향으로 교차하는 다수의 바(Bar) 형상의 센싱전극을 포함하며, 상기 다수의 게이트배선에 게이트신호를 전달하고, 상기 다수의 바(Bar) 형상의 센싱전극에 직류전압을 전달하며, 상기 센싱전극에 인가되는 상기 직류 전압의 리플의 변동을 수신하여 터치 유무를 판단하는 터치표시장치를 제공한다.
여기서, 상기 다수의 바(Bar) 형상의 센싱전극 각각에 연결되는 다수의 센싱배선을 포함할 수 있다
그리고, 상기 다수의 바(Bar) 형상의 센싱전극으로부터 상기 직류 전압의 리플의 변동을 전달 받고, 상기 터치부위의 위치정보를 검출하는 표시터치구동부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 센싱전극은 공통전극이며, 상기 직류전압은 공통전압일 수 있다.
또한, 상기 다수의 바(Bar) 형상의 공통전극과 상기 다수의 센싱배선 사이에 배치되고, 상기 다수의 바(Bar) 형상의 공통전극과 상기 다수의 센싱배선을 각각 접속하는 다수의 콘택홀 갖는 절연막을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 공통전극은 상기 게이트배선과 액정층 사이에 배치될 수 있다.
여기서, 상기 다수의 바(Bar) 형상의 공통전극은 서로 이격되어 전기적으로 분리될 수 있다.
또한, 상기 다수의 바(Bar) 형상의 공통전극 각각은 상기 화소영역에 대응하여 다수의 개구부를 가질 수 있다.
그리고, 상기 제 1 기판 하부에 배치되는 제 2 기판과 상기 제 1 기판 상부에 배치되는 제 1 편광판을 더 포함하며 상기 센싱전극은 상기 제 1 편광판과 상기 제 1 기판 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 제 2 기판은 블랙 매트릭스와 블랙 매트릭스 사이에 구비된 컬러필터를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 배치된 액정층을 더 포함할 수 있다.
본 발명에서는, 게이트 배선을 터치구동전극으로 이용하고, 바 형상의 공통전극을 센싱전극으로 이용하거나 기판 상부에 바 형상의 별도의 센싱전극을 배치하여, 제조비용 저감시킴과 동시에 표시패널을 공용화할 수 있게 한다.
도 1은 종래의 터치표시장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치표시장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치표시장치를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치표시장치의 어레이 기판을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 4의 A-A'를 따라 자른 단면도이다.
도 6은 터치전, 터치시 리플전압의 변화를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치 표시장치를 도시한 평면도이다.
도 8는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치표시장치를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 9는 도 8의 B-B'를 따라 자른 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치표시장치의 동작을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
본 발명의 실시예는 터치 방식을 사용하는 모든 종류의 표시장치에 적용될 수 있는데, 이하에서는 설명의 편의를 위해 표시장치로서 액정표시장치를 예로 들어 설명한다.
< 제 1 실시예>
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치표시장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치표시장치를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치 표시장치(110)는, 영상을 표시하는 표시패널(199)과, 표시패널(199)을 제어하고, 화면상에 하나이상의 영역에 대한 터치를 감지하는 표시터치구동부(TB)를 포함한다.
상세하게는, 터치 표시장치(110)는 복수의 게이트배선(GL) 및 데이터배선(DL)이 교차하여 배치되고, 교차지점에 화소가 정의되는 표시패널(199)과, 외부시스템(미도시)으로부터 타이밍신호 및 영상신호(RGB)를 수신하여 구동부를 제어하는 타이밍 콘트롤러(191)와, 게이트배선(GL) 및 데이터배선(DL)을 통해 표시패널(199)을 구동하는 게이트 구동부 및 데이터 구동부(195, 197)와, 사용자로부터 표시패널(199)상에 터치된 위치를 감지하는 터치검출회로(196)와, 표시패널(199)에 공통전압(Vcom)을 공급하는 공통 전압 생성부(193)로 이루어진다.
표시패널(199)은 투명기판 상에 다수의 게이트배선(GL), 그리고 게이트배선(GL)과 수직하는 방행으로 다수의 데이터배선(DL)이 연장되어 매트릭스 형태로 교차 배치되고, 교차지점에 다수의 화소영역이 정의된다.
각 화소영역에는 박막트랜지스터가 형성되어 있으며, 박막트랜지스터에 의해 제어되는 액정셀이 구성되어 이를 통해 화면을 표시하게 된다.
전술한 박막트랜지스터는 게이트배선(GL)으로부터의 게이트신호, 즉 고전위의 게이트 구동전압(VG)이 인가되는 경우, 턴-온되어 데이터배선(DL)으로부터 인가되는 화소전압을 액정셀에 전달한다.
또한, 박막트랜지스터는 게이트배선(GL)으로부터 저전위의 게이트 구동전압(VG)이 인가되는 경우, 턴-오프되어 액정셀에 충전된 화소전압이 한 프레임 동안 유지되게 한다.
액정셀은 화소전극 및 공통전극이 대향하여 커패시터를 형성하는 것으로, 공통배선과 연결된 공통전극과 박막트랜지스터의 드레인에 접속된 화소전극으로 구성된다.
그리고, 액정셀은 충전된 화소전압이 다음 프레임까지 전위가 안정적으로 유지되게 하기 위한 저장커패시터와 더 연결될 수 있다.
화소(Pixel)는 박막트랜지스터를 통해 충전되는 화소전압과 공통전극에 인가된 공통전압이 이루는 전계에 따라 액정의 배열상태가 가변되어 액정셀의 광 투과율이 조절됨으로써 계조를 구현하게 된다.
또한, 표시패널(199)상에는 게이트 및 데이터 배선(GL, DL)이 형성된 층과 다른 층에 형성된 센싱배선(SL)이 형성되어 있다.
이러한 센싱배선(SL)은 터치가 발생된 위치를 터치 검출회로(196)에 전달하는 역할을 한다.
타이밍 콘트롤러(191)는 외부시스템(미도시)로부터 인가되는 영상 데이터(DATA)와, 클럭신호(DCLK), 수평동기신호(Hsync) 및 수직동기신호(Vsync) 등의 타이밍신호를 인가받아, 전술한 게이트 제어신호(GCS) 및 데이터 제어신호(DCS)를 생성한다.
여기서, 수평동기신호(Hsync)는 화면의 한 수평라인을 표시하는 데 걸리는 시간을 나타내고, 수직동기신호(Vsync)는 한 프레임의 화면을 표시하는 데 걸리는 시간을 나타낸다.
또한, 클록신호(DCLK)는 게이트 및 데이터 구동부(195, 197)과 타이밍 콘트롤러(191)가 동기하여 각종 신호를 생성 기준이 되는 신호이고, 데이터인에이블신호(DE)는 표시패널(199)의 화소전극에 화소전압을 공급하는 기간을 나타내는 신호이다
또한, 도시하지는 않았지만, 타이밍 콘트롤러(191)는 외부시스템(미도시)과 소정의 인터페이스를 통해 연결되어 외부시스템으로부터 출력되는 영상관련 신호와 타이밍신호를 타이밍 콘트롤러(191)에 오류 없이 고속으로 수신하게 된다.
이러한 인터페이스로는 LVDS(Low Voltage Differential Signal)방식 또는 TTL(Transistor-TransistorLogic) 인터페이스 방식 등이 이용될 수 있다.
게이트 구동부(195)는 게이트배선(GL)을 통해 표시패널(199)과 연결되는 복수의 쉬프트 레지스터로 이루어진다.
각 쉬프트 레지스터는 타이밍 콘트롤러(191)의 제어에 따라, 표시패널(199)에 게이트배선(GL)에 게이트 구동신호를 하나의 수평라인씩 순차적으로 출력하게 된다.
이러한, 게이트 구동부(195)는 타이밍 콘트롤러(191)로부터 인가되는 게이트 제어신호(GCS)에 응답하여 표시패널(199)상에 배열된 박막트랜지스터을 턴-온(turn-on)하며, 이에 따라 데이터 구동부(197)로부터 공급되는 아날로그 파형의 화소전압이 각 박막트랜지스터에 접속된 액정셀로 인가되도록 한다.
전술한 게이트 제어신호(GCS)에는 게이트 스타트 펄스(GSP; Gate Start Pulse), 게이트쉬프트 클럭(GSC; Gate Shift Clock), 게이트 출력 인에이블(GOE; Gate Output Enable)등이 있다.
여기서, 게이트 스타트 펄스(GSP)는 게이트 구동부(195)를 구성하는 다수의 쉬프트 레지스터 중, 첫 번째 게이트펄스를 발생시키는 쉬프트 레지스터에 인가되어 첫 번째 게이트펄스가 발생되도록 제어하는 신호이고, 게이트 쉬프트 클럭(GSC)은 모든 쉬프트 레지스터에 공통으로 입력되는 클럭신호로써 게이트 스타트 펄스(GSP)를 쉬프트시키기 위한 클럭신호이다.
그리고, 게이트 출력 인에이블(GOE)은 쉬프트 레지스터들의 출력을 제어하여 서로 다른 수평구간에 해당하는 박막트랜지스터들간 중첩되어 턴-온되는 것을 방지한다.
데이터 구동부(197)는 타이밍 콘트롤러(191)로부터 입력되는 데이터 제어신호들에 대응하여 디지털형태의 영상신호(DATA)를 순차적으로 수신하고, 기준전압을 참조하여 아날로그 형태의 화소전압으로 변환한다.
화소전압은 하나의 수평구간만큼 래치되어 모든 데이터배선(DL)을 통해 동시에 표시패널(199)에 입력된다.
전술한 데이터 제어신호(DCS)에는 소스 스타트 펄스(SSP; Source Start Pulse), 소스 쉬프트 클럭(SSC; Source Shift Clock) 및 소스 출력 인에이블(SOE; Source Output Enable) 등이 있다.
여기서, 소스 스타트 펄스(SSP)는 데이터 구동부(197)의 데이터 샘플링 시작 타이밍을 제어하는 신호이며, 소스 샘플링 클럭(SSC)은 라이징 또는 폴링 에지에 대응하여 데이터 구동부(197)를 구성하는 각 구동IC에서 데이터의 샘플링 타이밍을 제어하는 클럭신호이다.
또한, 소스 출력 인에이블(SOE)은 데이터 구동부(197)의 출력 타이밍을 제어하는 역할을 한다.
터치 검출회로(196)는 타이밍 콘트롤러(191)로부터 인가되는 터치 제어신호(TCS)에 대응하여 표시패널(199)에 대한 터치 유무를 검출하고, 표시패널(199)상에서 그 좌표를 구하는 역할을 하는 회로이다.
이러한 터치 검출회로(196)는 LPF(Low Pass Filter), A/D 컨버터, 신호처리부 및 좌표 추출부 등을 포함할 수 있다.
LPF는 표시패널(199)의 센싱배선(SL)으로부터 전달받은 센싱결과에 포함되는 높은 주파수 성분을 제거하고, 터치 성분만을 취출하여 각각 출력하는 저역 통과 필터이다.
A/D 컨버터는 LPF로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 역할을 한다. 신호 처리부는 A/D 컨버터의 출력 신호에 대응하여 터치지점에 대한 터치의 유무를 검출하는 논리 회로이다.
좌표 추출부는 신호 처리부에서 터치 검출이 이루어진 때에 그 좌표를 구하는 논리 회로이다.
공통전압 생성부(193)는 표시패널(199)의 공통배선에 공통신호(Vcom)를 공급하는 회로이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치 표시장치(110)는 표시패널(199)과 표시터치구동부(TB)를 포함한다.
표시패널(199)에는 게이트 배선(GL)과, 게이트 배선(GL)과 수직한 방향으로 교차하는 다수의 바(Bar) 형상의 센싱전극(172)이 형성된다.
특히, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치표시장치(110)의 센싱전극(172)는 공통전극일 수 있다.
표시터치구동부(TB)는 터치표시장치(110)를 구동하는 각종 신호를 발생시켜 이를 터치표시장치(110)에 공급함으로써, 터치 표시장치(110)를 구동하게 된다.
그리고, 표시터치구동부(TB)는 연성회로필름(F)을 포함할 수 있다.
여기서, 연성회로필름(F)에는 터치 ROIC(Read Out Integrated Circuit 이하, “ROIC”라 함)와 데이터 구동부로 이루어진 SR-IC(SR)가 실장될 수 있다. 즉, COF(Chip On Film) 방식일 수 있다.
또한, 다수의 공통전극(172) 각각은 콘택홀(CH)을 통하여 센싱배선(SL)과 연결될 수 있다.
즉, 다수의 공통전극(172) 각각은 센싱배선(SL)을 통하여 터치 ROIC의 터치 센싱채널과 연결될 수 있다.
이때, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치표시장치(110)의 공통전극(172)은 다수의 블록단위로 형성되지 않고, 다수의 바 형상으로 형성되어 터치 센싱채널의 수를 줄일 수 있게 된다.
즉, 다수의 바 형상의 공통전극(172) 각각 하나의 센싱배선(SL)과 연결될 수 있으므로, 블록단위로 공통전극(172)을 형성하는 것에 비하여 센싱배선(SL)의 수를 현저히 줄일 수 있게 되고, 이에 따라, 센싱배선(SL)과 연결되는 터치 ROIC의 터치 센싱채널의 수를 줄일 수 있게 된다.
이와 같이, 터치 센싱채널 수 감소에 따라, SR-IC(SR)를 표시패널이 아닌 연성회로필름(F)에 실장하는 COF방식으로 형성할 수 있게 되어, AIT 모델과 NON-AIT 모델의 표시패널 공용화를 가능하게 한다.
여기서, 다수의 공통전극(172)은 서로 이격되어 전기적으로 분리될 수 있다.
또한, 다수의 공통전극(172) 각각은 상기 화소영역에 대응하여 다수의 개구부(OP)를 가질 수 있다.
여기서, 다수의 게이트배선(GL)과 다수의 공통전극(172) 사이에는 적어도 하나의 절연막이 배치될 수 있다.
이에 따라, 다수의 게이트배선(GL)과 다수의 공통전극(172)이 적어도 하나의 절연막을 사이에 두고 분리됨으로써, 다수의 게이트배선(GL)과 다수의 공통전극(172) 사이에 정전용량이 형성될 수 있다
즉, 표시터치구동부(TB)로부터 다수의 공통전극(172)에는 공통전압이 공급되고, 다수의 게이트배선(GL)에는 게이트신호가 공급되어, 다수의 게이트배선(GL)과 다수의 공통전극(172) 사이에 정전용량이 형성될 수 있다
여기서, 공통전압은 직류전압일 수 있다.
이에 따라, 터치 전 후의 다수의 게이트배선(GL)과 다수의 공통전극(172) 사이에 정전용량의 변화를 통하여 터치유무 및 위치를 판단할 수 있다.
나아가, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치표시장치(110)는 터치 전 후의 리플 전압의 변동에 따라 터치유무 및 위치를 판단할 수도 있다.
다수의 공통전극(172)에는 소정의 직류전압인 공통전압이 동시에 공급되고, 게이트배선(GL)에는 게이트신호가 순차적으로 공급될 수 있다.
이에 따라, 게이트배선(GL)과 공통전극(172) 사이의 커플링(coupling)에 의하여 공통전압이 비교적 큰 피크치를 갖는 리플 전압이 발생될 수 있다.
여기서, 리플 전압은 터치 시 변동될 수 있다. 예를 들어, 터치 전의 리플 전압은 터치 시 감소될 수 있다.
이에 따라, 표시터치구동부(TB)는 다수의 게이트배선(GL)에 순차적으로 게이트신호를 인가하는 한 프레임 동안 다수의 공통전극(172)으로부터 센싱신호를 수신하여 터치 전 리플 전압에 대하여 LUT(look up table)을 생성할 수 있다.
그리고, 표시터치구동부(TB)는 센싱신호를 터치 전 LUT과 비교하여 터치가 있는지 여부를 판단할 수 있다.
즉, 터치 전 LUT에 기록된 값과 동일한 값인 경우는 터치가 이루어지지 않은 상태를 의미하고, 센싱신호가 LUT에 기록된 값과 다른 값인 경우는 터치가 이루진 상태를 의미한다.
표시터치구동부(TB)는 터치가 있는 것으로 판단한 경우, 터치 위치를 검출할 수 있다. 즉, 표시터치구동부(TB)는 터치 전 LUT에 기록된 값과 다른 값을 나타내는 지점을 터치 위치로 검출할 수 있다.
여기서, 센싱신호는 표시패널(110)의 한 프레임 동안 게이트신호가 순차적으로 인가될 때 발생하는 공통전극(172)의 리플 전압에 의해 수신되는 감지 신호를 의미한다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치표시장치의 어레이 기판을 개략적으로 나타낸 평면도이며, 도 5는 도 4의 A-A'를 따라 자른 단면도이며, 도 6은 터치전, 터치시 리플 전압의 변화를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
여기서, 도 4 는 다수의 바 형상의 공통전극(172) 중 하나의 공통전극(172)이 배치된 영역을 나타내고 있으며, 도 5는 하나의 서브화소의 단면을 나타내고 있다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 터치표시장치(도 3의 110)의 어레이기판(111) 상에는 제 1 방향으로서 행방향을 따라 연장된 다수의 게이트배선(GL)이 형성될 수 있다.
게이트배선(GL) 상에는 게이트절연막(130)이 형성되며, 게이트절연막(130) 상에는 제 2 방향으로서 열방향을 따라 연장된 다수의 데이터배선(DL)이 형성될 수 있다.
이와 같이 서로 교차하는 게이트배선(GL) 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, 게이트절연막(130) 상부에 게이트전극(121) 대응하여 배치되는 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.
또한, 드레인전극(143)과 화소전극(151) 사이에는 절연층(미도시)이 배치될 수도 있다.
다수의 바 형상의 공통전극(172)은 게이트배선(GL)에 수직한 방향으로 교차하며 배치되며, 화소전극(151) 상에 적어도 하나의 절연막, 예를 들어, 제1 및 2보호막(161,162)을 사이에 두고 배치되어 프린지 필드를 형성할 수 있다.
다수의 바 형상의 공통전극(172) 각각은 각 화소영역(P)에 대응하여 화소전극(151)과 마주보는 개구부(OP)가 형성될 수 있다.
한편, 공통전극(172)과 화소전극(151)의 배치 구조와 관련하여, 다른 예로서 다수의 바 형상의 공통전극(172) 각각이 판 형상으로 형성되고, 공통전극(172) 상에 절연막을 사이에 두고 다수의 개구부(OP)를 갖는 화소전극(151)이 배치될 수 있다.
공통전극(172)과 화소전극(151)은 ITO, IZO, ITZO 등의 투명도전성물질로 형성될 수 있다.
그리고, 어레이기판(111)과 액정층(미도시)을 사이에 두고 마주하는 컬러필터기판(미도시)이 배치될 수 있다.
여기서, 센싱전극인 공통전극(172)는 어레이기판(111)과 액정층 사이에 배치될 수 있다.
터치표시장치(도 3의 110)의 어레이기판(111)에는 다수의 바 형상의 공통전극(172) 각각과 연결되어 센싱신호를 전달받는 적어도 하나의 센싱배선(SL)이 형성될 수 있다.
여기서, 센싱배선(SL)은 해당 공통전극(172)의 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(172)과 절연막, 예를 들어, 제2보호막(162)을 사이에 두고 배치될 수 있으며, 센싱배선(SL)과 공통전극(172)은 제2보호막(162)에 형성된 콘택홀(CH)을 통해 접촉하도록 구성될 수 있다.
센싱배선(SL)은 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 저저항의 금속물질로 형성될 수 있다.
여기서, 다수의 게이트배선(GL)과 공통전극(172)은 적어도 하나의 절연막 즉, 게이트 절연막(130), 제 1 및 제 2 보호막(161, 162)을 사이에 두고 분리됨으로써, 다수의 게이트 배선(GL)과 다수의 공통전극(172) 사이에 정전용량이 형성될 수 있다
이에 따라, 터치 전 후의 다수의 게이트배선(GL)과 다수의 공통전극(172) 사이에 정전용량의 변화를 통하여 터치유무 및 위치를 판단할 수 있다.
나아가, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치표시장치(도 3의 110)는 터치 전 후의 리플 전압의 변동에 따라 터치유무 및 위치를 판단할 수도 있다.
도 6을 함께 참조하면, 다수의 공통전극(172)에는 소정의 직류전압인 공통전압이 동시에 공급되고, 게이트배선(GL)에는 게이트신호가 순차적으로 공급될 수 있다.
이에 따라, 게이트배선(GL)과 공통전극(172) 사이의 커플링(coupling)에 의하여 공통전압이 비교적 큰 피크치를 갖는 리플 전압이 발생될 수 있다.
여기서, 리플 전압은 터치 시 감소되므로, 표시터치구동부(TB)는 게이트신호가 순차적으로 인가될 때 발생하는 공통전극(172)의 리플 전압에 의해 수신되는 센싱신호를 통하여 터치 전 LUT과 비교하여 터치가 있는지 여부를 판단할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치표시장치(도 3의 110)의 공통전극(172)은 다수의 블록단위로 형성되지 않고, 다수의 바 형상으로 형성되어 터치 센싱채널의 수를 줄일 수 있게 된다.
즉, 다수의 바 형사의 공통전극(172) 각각 하나의 센싱배선(SL)과 연결될 수 있으므로, 블록단위로 공통전극(172)을 형성하는 것에 비하여 센싱배선(SL)의 수를 현저히 줄일 수 있게 되고, 이에 따라, 센싱배선(SL)과 연결되는 터치 ROIC의 터치 센싱채널을 줄일 수 있게 된다.
이에 따라, SR-IC를 표시패널이 아닌 연성회로필름(도 3의 F)에 실장하는 COF방식으로 형성할 수 있게 되어, AIT 모델과 NON-AIT 모델의 표시패널 공용화를 가능하게 한다.
또한, 별도의 터치구동전극과 터치센싱전극을 형성하지 않고, 게이트배선(GL)과 공통전극(172)을 이용하여 터치를 감지하므로, 표시터치구동부(TB)의 구성을 단순화할 수 있게 된다.
나아가, 디스플레이구간(Display Time)과 터치감지구간(Touch Time)으로 나누어 시분할 구동하는 것이 아니므로, 타이밍 콘트롤러(도2의 191)의 메모리를 줄일 수 있게 되어 제조비용을 저감시킬 수 있게 된다.
< 제 2 실시예>
이하에서는 제 1 실시예와 동일 유사한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치 표시장치를 도시한 평면도이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치표시장치(210)는 표시패널(299)과, 표시터치구동부(TB)를 포함한다.
표시패널(299)에는 게이트배선(GL)과, 게이트배선(GL)과 수직한 방향으로 교차하는 다수의 바(Bar) 형상의 센싱전극(RX)이 형성된다.
표시터치구동부(TB)는 터치표시장치(210)를 구동하는 각종 신호를 발생시켜 이를 터치표시장치(210)에 공급함으로써, 터치표시장치(210)를 구동하게 된다.
그리고, 표시터치구동부(TB)는 연성회로필름(도 3의 F)을 포함할 수 있다.
여기서, 연성회로필름(도 3의 F)에는 터치 ROIC(Read Out Integrated Circuit 이하, “ROIC”라 함)와 데이터 구동부로 이루어진 SR-IC가 실장될 수 있다.
또한, 다수의 센싱전극(RX) 각각은 콘택홀(CH)을 통하여 센싱배선(SL)과 연결될 수 있다.
즉, 다수의 센싱전극(RX) 각각은 센싱배선(SL)을 통하여 터치 ROIC의 터치 센싱채널과 연결될 수 있다.
이때, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치표시장치(210)의 센싱전극(RX)은 다수의 블록단위로 형성되지 않고, 다수의 바 형상으로 형성되어 터치 센싱채널의 수를 줄일 수 있게 된다.
즉, 다수의 바 형사의 센싱전극(RX) 각각 하나의 센싱배선(SL)과 연결될 수 있으므로, 블록단위로 센싱전극(RX)을 형성하는 것에 비하여 센싱배선(SL)의 수를 현저히 줄일 수 있게 되고, 이에 따라, 센싱배선(SL)과 연결되는 터치 ROIC의 터치 센싱채널을 줄일 수 있게 된다.
이와 같이, 터치 센싱채널 수 감소에 따라, SR-IC를 표시패널이 아닌 연성회로필름(도 3의 F)에 실장하는 COF방식으로 형성할 수 있게 되어, AIT 모델과 NON-AIT 모델의 표시패널 공용화를 가능하게 한다.
여기서, 다수의 센싱전극(RX)은 서로 이격되어 전기적으로 분리될 수 있으며, 다수의 센싱전극(RX)에는 직류전압이 인가될 수 있다.
그리고, 다수의 게이트배선(GL)과 다수의 센싱전극(RX)(32) 사이에 정전용량이 형성될 수 있다.
따라서, 표시터치구동부(TB)는 다수의 게이트배선(GL)과 다수의 센싱전극(RX) 사이에 형성되는 정전용량의 변화를 감지하여 사용자의 터치 위치를 센싱한다.
또한, 표시터치구동부(TB)는 다수의 게이트배선(GL)과 다수의 센싱전극(RX) 사이에 형성되는 리플전압의 변동을 감지하여 사용자의 터치 위치를 센싱할 수도 있다.
따라서, 다수의 게이트배선(GL)은 터치 검출을 위한 센싱신호가 인가되는 구동 전극으로 이용될 수 있다.
즉, 첫 번째 게이트배선(GL)에 게이트신호가 전달될 때, 첫번째 센싱전극(RX)에서부터 마지막 센싱전극(RX)까지 신호를 검출하여 사용자의 터치 유무를 판단한다.
그리고, 두 번째 게이트배선(GL)에 게이트신호가 전달될 때, 첫번째 센싱전극(RX)에서부터 마지막 센싱전극(RX)까지 신호를 검출하며, 이를 마지막 게이트배선(GL) 및 마지막 센싱전극(RX)까지 동일하게 적용한다.
한 프레임 기간 동안에, 첫 번째 게이트배선(GL)부터 마지막 게이트배선(GL)까지 센싱전극(RX)에서 신호를 검출하면 게이트배선(GL) 및 센싱전극(RX)에 대한 구동 및 수신의 조합이 1번씩 이루어지게 된다.
또한, 터치표시장치(210)에 터치된 손가락의 좌표는 터치가 감지된 때의 게이트배선(GL)과 게이트배선(GL)과 수직한 방향으로 교차하는 센싱전극(RX)의 위치를 통해 알아낼 수 있다.
즉, 터치 전 후의 다수의 게이트배선(GL)과 다수의 센싱전극(RX) 사이에 정전용량의 변화를 통하여 터치유무 및 위치를 판단할 수 있다.
나아가, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치표시장치는 터치 전 후의 리플 전압의 변동에 따라 터치유무 및 위치를 판단할 수도 있다.
도 8는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치표시장치를 개략적으로 나타낸 평면도이며, 도 9는 도 8의 B-B'를 따라 자른 단면도이며, 도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치표시장치의 동작을 개략적으로 나타낸 도면이다.
여기서, 도 8 는 다수의 바 형상의 센싱전극(RX) 중 하나의 센싱전극(RX)이 배치된 것을 나타내고 있으며, 도 9는 하나의 서브화소의 단면을 나타내고 있다.
도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 터치표시장치(210)의 상부기판(211)과 하부기판(212)과, 상부기판(211)과 하부기판(212) 사이에 액정층(250)을 포함할 수 있다.
상부기판(211)은 박막트랜지스터(T)가 형성된 어레이기판일 수 있으며, 하부기판(212)은 컬러필터가 형성된 컬러필터기판일 수 있다.
상부기판(211) 하부에는 제 1 방향으로서 행방향을 따라 연장된 다수의 게이트배선(GL)이 형성될 수 있다.
게이트배선(GL) 하부에는 게이트절연막(230)이 형성되며, 게이트절연막(230) 하부에는 제 2 방향으로서 열방향을 따라 연장된 다수의 데이터배선(DL)이 형성될 수 있다.
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(221)과, 게이트절연막(230) 하부에 게이트전극(221)에 대응하여 배치되는 반도체층(231)과, 반도체층(231) 하부에 서로 이격된 소스전극 및 드레인전극(241, 243)을 포함할 수 있다. 여기서, 소스전극(241)은 데이터배선(DL)과 연결될 수 있다.
각 화소영역(P)에는 박막트랜지스터(T)의 드레인전극(243)과 연결되는 화소전극(251)이 형성되어 있다.
공통전극(272)은 화소전극(251) 상부 적어도 하나의 절연막, 예를 들어, 제1 및 2보호막(261,262)을 사이에 두고 배치되어 프린지 필드를 형성할 수 있다.
즉, 화소전극(251)은 각 화소영역(P)에 대응하여 공통전극(272)과 마주보는 개구부(OP)를 형성될 수 있다.
공통전극(272)과 화소전극(251)은 ITO, IZO, ITZO 등의 투명도전성물질로 형성될 수 있다.
하부기판(212)은 컬러 필터(CF)와 컬러 필터(CF)와, 블랙 매트릭스(BM)를 포함할 수 있다.
그리고, 상부기판(211) 및 하부기판(212)의 외측면 각각에는 제 1 편광판(215)과 제 2 편광판(217)이 배치될 수 있다.
특히, 본 발명의 제 2 실시예의 터치표시장치(210)는 상부기판(211)과 제 1 편광판(215) 사이에 다수의 바 형상의 센싱전극(RX)이 배치될 수 있다.
즉, 상부기판(211)의 게이트배선(GL)과 수직한 방향으로 교차하는 다수의 바 형상의 센싱전극(RX)이 제 1 편광판(215)과 상부기판(211) 사이에 배치될 수 있다.
또한, 다수의 바 형상의 센싱전극(RX) 각각과 연결되어 센싱신호를 전달받는 적어도 하나의 센싱배선(도 7의 SL)이 형성될 수 있다.
그리고, 상부기판(211)과 하부기판(212) 사이에는 액정층(250)이 형성될 수 있으며, 상부기판(211)과 하부기판(212) 사이에 개재된 액정의 배열 상태를 변화시켜, 컬러필터(CF)를 투과하는 광의 투과율을 조절함으로써 컬러 영상을 표시하게 된다.
특히, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치표시장치(210)는 게이트배선(GL)이 형성된 상부기판(211)을 컬러필터(CF)가 배치된 하부기판(212) 상부에 배치함으로써, 액정층(250)에 의하여 터치신호가 차단되는 것을 방지할 수 있어 터치감도를 향상시킬 수 있게 된다,
즉, 도 9에 도시된 바와 같이 사용자는 손가락 또는 물체를 이용하여 상부기판(212)에 터치를 수행할 수 있으며, 이에 따라, 터치 전 후의 게이트신호가 전달된 게이트배선(GL)과 게이트배선(GL)과 수직한 방향으로 교차하는 다수의 바 형상의 센싱전극(RX) 사이에 정전용량의 변화를 통하여 터치유무 및 위치를 판단할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치표시장치(210)는 게이트배선(GL)과 게이트배선(GL)에 수직한 방향으로 교차되는 다수의 바 형상의 센싱전극(RX)을 형성하여 블록단위의 센싱전극(RX)에 비하여 터치 센싱채널의 수를 줄일 수 있게 된다.
즉, 다수의 바 형상의 센싱전극(RX) 각각 하나의 센싱배선(SL)과 연결될 수 있으므로, 블록단위로 센싱전극(RX)을 형성하는 것에 비하여 센싱배선(SL)의 수를 현저히 줄일 수 있게 되고, 이에 따라, 센싱배선(SL)과 연결되는 터치 ROIC의 터치 센싱채널을 줄일 수 있게 된다.
이에 따라, SR-IC(도 3의 SR)를 표시패널(도 7의 299)이 아닌 연성회로필름(도 3의 F)에 실장하는 COF방식으로 형성할 수 있게 되어, AIT 모델과 NON-AIT 모델의 표시패널 공용화를 가능하게 한다.
또한, 별도의 터치구동전극을 형성하지 않고, 게이트배선(GL)을 이용하므로, 표시터치구동부(TB)의 구성을 단순화할 수 있게 된다.
나아가, 디스플레이구간(Display Time)과 터치감지구간(Touch Time)으로 나누어 시분할 구동하는 것이 아니므로, 타이밍 콘트롤러(도2의 191)의 메모리를 줄일 수 있게 되어 제조비용을 저감시킬 수 있게 된다.
110: 터치표시장치 172: 공통전극
199: 표시패널 TB: 표시터치구동부
SL: 센싱배선 GL:게이트배선
CH: 콘택홀 SR: SR-IC

Claims (9)

  1. 제 1 기판과:
    상기 제 1 기판에 위치하며, 서로 교차하여 다수의 화소영역을 정의하는 다수의 게이트배선 및 다수의 데이터배선과;
    상기 다수의 게이트배선 및 상기 다수의 데이터배선에 연결되고, 상기 다수의 화소영역 각각에 형성되는 박막트랜지스터와;
    상기 박막트랜지스터에 연결되는 화소전극과;
    상기 게이트배선과 수직한 방향으로 교차하는 다수의 바(Bar) 형상의 센싱전극
    을 포함하며,
    상기 다수의 게이트배선에 게이트신호를 전달하고, 상기 다수의 바(Bar) 형상의 센싱전극에 직류전압을 전달하며, 상기 센싱전극에 인가되는 상기 직류 전압의 리플의 변동을 수신하여 터치 유무를 판단하는 터치표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 바(Bar) 형상의 센싱전극 각각에 연결되는 다수의 센싱배선을 포함하는 터치표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 바(Bar) 형상의 센싱전극으로부터 상기 직류 전압의 리플의 변동을 전달 받고, 상기 터치부위의 위치정보를 검출하는 표시터치구동부를 더 포함하는 터치표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 센싱전극은 공통전극이며, 상기 직류전압은 공통전압인 터치표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 다수의 바(Bar) 형상의 공통전극과 상기 다수의 센싱배선 사이에 배치되고, 상기 다수의 바(Bar) 형상의 공통전극과 상기 다수의 센싱배선을 각각 접속하는 다수의 콘택홀 갖는 절연막을 더 포함하는 터치표시장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 공통전극은 상기 게이트배선과 액정층 사이에 배치되는 터치표시장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 기판 하부에 배치되는 제 2 기판과;
    상기 제 1 기판 상부에 배치되는 제 1 편광판
    을 더 포함하며
    상기 센싱전극은 상기 제 1 편광판과 상기 제 1 기판 사이에 배치되는 터치표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 기판은, 블랙 매트릭스와, 상기 블랙 매트릭스 사이에 구비된 컬러필터를 포함하는 터치표시장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 배치된 액정층을 더 포함하는 터치표시장치.
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