KR20200060027A

KR20200060027A - 터치 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR20200060027A
Application number: KR1020180145485A
Authority: KR
Inventors: 김원경; 문경주; 정의진
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2018-11-22
Filing date: 2018-11-22
Publication date: 2020-05-29
Also published as: KR102643284B1

Abstract

본 발명의 실시예들은 터치 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 발광 소자들이 포함된 디스플레이 픽셀들과 압전 소자들이 포함된 터치 픽셀들을 포함하고, 디스플레이 픽셀들에 배치되는 디스플레이 구동용 트랜지스터들과 터치 픽셀들에 배치되는 센서 구동용 트랜지스터들을 포함하는 박막 트랜지스터 어레이와, 서로 절연되고 이격되는 제1 구동전극 라인들과, 제1 구동전극 라인들 상에 위치하고 서로 이격되는 압전 소자들과, 압전 소자들 상에 위치하며 서로 절연되고 이격되는 제2 구동전극 라인들을 포함하는 터치 센서 어레이를 포함함으로써, 터치 유무나 터치 위치를 센싱하는 센서와 지문을 센싱하는 센서가 통합되어 내장된 터치 디스플레이 패널을 포함하는 터치 디스플레이 장치르르 제공할 수 있다.

Description

터치 디스플레이 장치{TOUCH DISPLAY DEVICE}

본 발명의 실시예들은 터치 디스플레이 장치에 관한 것이다.

정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하는 디스플레이 장치에 대한 요구가 증가하고 있으며, 액정 디스플레이 장치, 유기발광 디스플레이 장치 등과 같은 다양한 유형의 디스플레이 장치가 활용되고 있다.

이러한 디스플레이 장치 중에는 사용자의 터치를 센싱하여 입력 기능을 제공하는 터치 디스플레이 장치가 있으며, 이러한 터치 디스플레이 장치는 터치 유무나 터치 위치 등을 센싱하는 기능만을 제공하거나, 경우에 따라, 지문 인식 기능을 더 제공하기도 한다.

이 경우, 터치 디스플레이 장치는 터치 유무나 터치 위치를 센싱하기 위한 터치 센서 구조와, 지문 인식을 위한 지문 센서 구조를 별도로 포함하고 있어야만 한다. 이처럼, 터치 디스플레이 장치는 2가지 유형의 센서 구조를 구비해야 하기 때문에 구조가 복잡해지고 제작도 어려운 문제점이 있다.

특히, 터치 센서 구조 및/또는 지문 센서 구조가 디스플레이 패널과 별도로 제작되어 조립되는 경우, 부품 수가 증가하여 제작 공정이 매우 복잡해지고 장치 사이즈나 두께도 커지는 문제점이 있을 수 있다.

본 발명의 실시예들의 목적은, 터치 유무나 터치 위치를 센싱하는 센서와 지문을 센싱하는 센서를 통합하여 제공하는 터치 디스플레이 장치를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 실시예들의 다른 목적은, 터치 유무나 터치 위치를 센싱하는 센서와 지문을 센싱하는 센서가 내장된 터치 디스플레이 패널을 포함하는 터치 디스플레이 장치를 제공하는 데 있다.

일 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 발광 소자들이 포함된 디스플레이 픽셀들과 압전 소자들이 포함된 터치 픽셀들을 포함하는 터치 디스플레이 패널과, 터치 디스플레이 패널을 구동하기 위한 구동 회로를 포함하는 터치 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

터치 디스플레이 패널은, 기판 상에 위치하고, 디스플레이 픽셀들에 배치되는 디스플레이 구동용 트랜지스터들과 터치 픽셀들에 배치되는 센서 구동용 트랜지스터들을 포함하는 박막 트랜지스터 어레이와, 박막 트랜지스터 어레이 상에 위치하며, 제1 평탄화층에 의해 서로 절연되고 이격되는 제1 구동전극 라인들과, 제1 구동전극 라인들 상에 위치하고 제1 평탄화층에 의해 서로 이격되는 압전 소자들과, 압전 소자들 상에 위치하며 제1 평탄화층에 의해 서로 절연되고 이격되는 제2 구동전극 라인들을 포함하는 터치 센서 어레이를 포함할 수 있다.

제1 구동전극 라인들은 센서 구동용 트랜지스터들과 전기적으로 연결되고, 압전 소자들은 제1 구동전극 라인들과 제2 구동전극 라인들 사이에 위치하되 터치 픽셀들 각각에 위치할 수 있다.

제1 구동전극 라인들과 제2 구동전극 라인들은 교차하여 배치될 수 있다.

압전 소자들은, 제1 구동전극 라인들과 제2 구동전극 라인들이 교차하는 영역에 위치할 수 있다.

발광 소자들은 터치 센서 어레이 상에 배치될 수 있다.

터치 센서 어레이는 박막 트랜지스터 어레이 상에 배치된 보호층 상에 위치하고, 제1 구동전극 라인들은 보호층의 홀을 통해 센서 구동용 트랜지스터들과 각각 전기적으로 연결될 수 있다.

발광 소자들의 제1 전극들은, 제1 구동전극 라인들, 압전 소자들 및 제2 구동전극 라인들을 회피하여, 제1 평탄화층과 보호층의 홀을 통해 디스플레이 구동용 트랜지스터들과 전기적으로 연결될 수 있다.

터치 디스플레이 패널은, 보호층 상에 위치하되, 제1 구동전극 라인들의 사이에 위치하며, 보호층의 홀을 통해 디스플레이 구동용 트랜지스터들과 각각 컨택되는 제1 연결패턴들과, 제2 구동전극 라인들의 사이에 위치하며, 발광 소자들의 제1 전극들과 각각 컨택하는 제2 연결패턴들을 더 포함할 수 있다.

제1 연결패턴들과 제2 연결패턴들은 제1 평탄화층의 홀을 통해 연결될 수 있다.

제1 연결패턴들은 제1 구동전극 라인들과 동일한 물질로 구성되고, 제2 연결패턴들은 제2 구동전극 라인들과 동일한 물질로 구성될 수 있다. \

제1 구동전극 라인들 각각은, 터치 픽셀들 각각에 위치하는 제1 구동파트들과, 터치 픽셀들 사이에 위치하며 제1 구동파트들을 연결해주는 제1 연결파트들을 포함하고, 제1 구동파트들은 제1 연결파트들보다 큰 폭을 가질 수 있다.

제2 구동전극 라인들 각각은, 터치 픽셀들 각각에 위치하는 제2 구동파트들과, 터치 픽셀들 사이에 위치하며 제2 구동파트들을 연결해주는 제2 연결파트들을 포함하고, 제2 구동파트들은 제2 연결파트들보다 큰 폭을 가질 수 있다.

압전 소자들은 제1 구동파트들과 제2 구동파트들 사이에 위치할 수 있다.

터치 픽셀들 각각에는, 제1 구동파트, 압전 소자 및 제2 구동파트를 포함하는 터치 센서와, 제1 스캔신호에 의해 제어되며, 제1 구동신호가 공급되는 구동신호배선과 제1 구동파트 사이에 전기적으로 연결된 송신 트랜지스터와, 리드아웃 배선과 전원전압이 공급되는 전원배선 사이에 전기적으로 연결된 제1 수신 트랜지스터 및 제2 수신 트랜지스터를 포함할 수 있다.

제1 수신 트랜지스터는 제1 수신 트랜지스터 및 제2 수신 트랜지스터 간의 연결지점에 해당하는 중간노드와 전원배선 사이에 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 수신 트랜지스터는 제2 스캔신호에 따라 제어되고, 중간노드와 리드아웃 배선 사이에 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 수신 트랜지스터의 게이트 노드는 제1 구동파트에 전기적으로 연결될 수 있다.

터치 픽셀들 중 송신 트랜지스터가 턴-온 된 터치 픽셀은 초음파를 발생하고, 발생된 초음파가 터치 오브젝트에 의해 반사되고, 터치 픽셀들 중 제1 및 제2 수신 트랜지스터가 턴-온 된 터치 픽셀은 터치 오브젝트에 의해 반사된 초음파를 수신할 수 있다.

터치 픽셀들 각각에서, 제1 구동파트와 제2 구동파트 사이에 압전 소자는 1개만 존재할 수도 있고, 둘 이상으로 분할되어 존재할 수도 있다.

제1 구동전극 라인들 및 제2 구동전극 라인들은 투명 전극 물질로 구성될 수 있다.

압전 소자들은 액티브 층 물질로 구성될 수 있다. 압전 소자들은 투명한 광학 특성을 갖는 액티브 층 물질로 구성될 수 있다.

제1 구동전극 라인들과 압전 소자들 사이에는 태양 전지들(Solar Cells) 또는 열 전지들(Thermal Cells)이 위치하고, 태양 전지들 또는 열 전지들에서 압전 소자들을 통해 배터리로 전기가 충전될 수 있다. 는 터치 디스플레이 장치.

한편, 발광 소자들은 박막 트랜지스터 어레이 상에 위치할 수도 있다. 이 경우, 발광 소자들 상에 봉지층이 배치되고, 터치 센서 어레이는 봉지층 상에 배치될 수 있다.

이 경우, 제1 구동전극 라인들은, 디스플레이 픽셀의 발광 영역을 회피하여 봉지층의 홀을 통해 센서 구동용 트랜지스터들과 전기적으로 연결될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 터치 유무나 터치 위치를 센싱하는 센서와 지문을 센싱하는 센서를 통합하여 제공하는 터치 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 터치 유무나 터치 위치를 센싱하는 센서와 지문을 센싱하는 센서가 내장된 터치 디스플레이 패널을 포함하는 터치 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 개략적인 시스템 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널의 간단한 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널의 디스플레이 파트를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널의 디스플레이 파트에서 디스플레이 픽셀 회로를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널의 터치 센서 파트를 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널의 터치 센서 파트에 배치되는 터치 센서의 구조를 나타낸 도면들이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널의 터치 센서 파트에 배치되는 터치 센서의 다른 구조를 나타낸 도면들이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널의 터치 센서 파트에 배치되는 터치 센서의 터치 유무에 따른 압전 소자의 분극 상태를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널의 터치 센서 파트에서 터치 픽셀 회로를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 터치 센싱을 위한 신호 시스템을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 터치 센싱 원리를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 터치 픽셀 컬럼 별 터치 센싱 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치의 제1 기간과 제2 기간 동안 제1 내지 제3 터치 픽셀의 스캐닝과 구동 타이밍도이다.
도 17은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널의 TOB 구조에 관한 단면도이다.
도 18은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널의 TOB 구조에 관한 더욱 구체적인 단면도이다.
도 19는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널의 TOB 구조에서, 발광 소자의 제1 전극과 트랜지스터 간의 연결 구조가 터치 센서를 관통하는 것을 나타낸 도면이다.
도 20은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널의 TOB 구조에서, 에너지 하베스팅 레이어가 적용된 단면도이다.
도 21은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널의 TOE 구조에 관한 단면도이다.
도 22는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널의 TOE 구조에서, 에너지 하베스팅 레이어가 적용된 단면도이다.

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.

또한, 본 발명의 실시예들을 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에서의 구성 요소들을 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에서의 구성 요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위하여 사용하는 것일 뿐이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성 요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성 요소일 수도 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에서의 특징들(구성들)이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 또는 분리 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예는 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 개략적인 시스템 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널(110)의 간단한 단면 구조를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)는 터치 디스플레이 패널(110)과 터치 디스플레이 패널(110)을 구동하기 위한 구동 회로를 포함할 수 있다.

터치 디스플레이 패널(110)은 영상 표시를 위한 디스플레이 파트(Display Part)와 터치 센싱을 위한 터치 센서 파트(Touch Sensor Part)를 포함할 수 있다.

구동 회로는, 터치 디스플레이 패널(110)의 디스플레이 파트를 구동하기 위한 디스플레이 구동 회로(120)와, 터치 디스플레이 패널(110)의 터치 센서 파트를 구동하기 위한 터치 센싱 회로(130) 등을 포함할 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널(110)은, 기본적으로, 기판(210)과, 기판(210) 상의 박막 트랜지스터 어레이(220)와, 박막 트랜지스터 어레이(220) 상의 터치 센서 어레이(230) 등을 포함할 수 있다.

박막 트랜지스터 어레이(220)와 박막 트랜지스터 어레이(220) 사이에는 절연층이 더 존재할 수 있다.

기판(210)는 휘지 않는 기판일 수도 있고, 경우에 따라서, 플렉서블(Flexible) 한 기판일 수도 있다.

박막 트랜지스터 어레이(220)는, 여러 가지 종류의 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 박막 트랜지스터 어레이(220)는 디스플레이 구동을 위한 트랜지스터들과 터치 센서를 구동하기 위한 트랜지스터들을 포함할 수 있다.

기판(210)과 박막 트랜지스터 어레이(220)는 터치 디스플레이 패널(110)의 백플레인(Backplane)에 해당할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널(110)의 디스플레이 파트(Display Part)를 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 터치 디스플레이 패널(110)의 디스플레이 파트(Display Part)는 다수의 디스플레이 픽셀(D-PXL)을 포함할 수 있다. 다수의 디스플레이 픽셀(D-PXL)은 터치 디스플레이 패널(110)의 영상 표시 영역(D/A)에 매트릭스 타입으로 배치될 수 있다. 다수의 디스플레이 픽셀(D-PXL) 각각에는 발광 소자가 배치될 수 있다.

또한, 터치 디스플레이 패널(110)의 디스플레이 파트(Display Part)는, 다수의 디스플레이 픽셀(D-PXL)을 구동시키기 위한 각종 신호 배선들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 터치 디스플레이 패널(110)의 디스플레이 파트(Display Part)는 컬럼(Column) 방향으로 배치되는 다수의 데이터 라인과, 로우(Row) 방향으로 배치되는 다수의 게이트 라인 등을 포함할 수 있다.

터치 디스플레이 패널(110)의 디스플레이 파트를 구동하기 위한 디스플레이 구동 회로(120)는 다수의 데이터 라인을 구동하기 위한 데이터 구동 회로와, 다수의 게이트 라인을 구동하기 위한 게이트 구동 회로와, 데이터 구동 회로 및 게이트 구동 회로의 동작을 제어하기 위한 디스플레이 컨트롤러 등을 포함할 수 있다.

데이터 구동 회로는, 일 예로, COF (Chip On Film) 타입 또는 COG (Chip On Glass) 타입 등으로 구현되어 터치 디스플레이 패널(110)과 전기적으로 연결될 수 있다. 게이트 구동 회로는, 일 예로, COF (Chip On Film) 타입, COG (Chip On Glass) 타입, 또는 GIP (Gate In Panel) 타입 등으로 구현되어 터치 디스플레이 패널(110)과 전기적으로 연결될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널(110)의 디스플레이 파트에서 디스플레이 픽셀(D-PXL)의 회로를 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 터치 디스플레이 패널(110)의 디스플레이 파트에서, 각 디스플레이 픽셀(D-PXL)은, 기본적으로, 발광 소자(LE: Luminous Element), 구동 트랜지스터(DT), 제1 트랜지스터(T1) 및 스토리지 캐패시터(Cst) 등을 포함할 수 있다.

발광 소자(LE)는, 일 예로, 유기 발광 다이오드(OLED: Organic Light Emitting Diode), 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode) 등의 다양한 형태일 수 있다.

발광 소자(LE)는 제1 전극과 제2 전극을 포함한다. 일 예로, 제1 전극은 애노드 전극이고, 제2 전극은 캐소드 전극이라도 할 수 있다. 제1 전극은 구동 트랜지스터(DT)과 연결될 수 있다. 제2 전극은 기저전압(EVSS)이 인가될 수 있다.

구동 트랜지스터(DT)는 발광 소자(LE)를 구동하기 위한 트랜지스터로서, 제1 노드(N1), 제2 노드(N2) 및 제3 노드(N3)을 포함할 수 있다.

구동 트랜지스터(DT)의 제1 노드(N1)는 게이트 노드로서, 제1 트랜지스터(T1)의 소스 노드(또는 드레인 노드)와 전기적으로 연결될 수 있다. 구동 트랜지스터(DT)의 제2 노드(N2)는 소스 노드(또는 드레인 노드)로서 발광 소자(LE)의 제1 전극과 전기적으로 연결될 수 있다. 구동 트랜지스터(DT)의 제3 노드(N2)는 드레인 노드(또는 소스 노드)로서 구동전압(EVDD)이 공급되는 구동전압 라인(DVL)과 전기적으로 연결될 수 있다.

제1 트랜지스터(T1)는 제1 게이트 라인(GL1)에 의해 공급되는 제1 게이트 신호(SCAN1)에 의해 제어되며, 구동 트랜지스터(DT)의 제1 노드(N1)와 데이터 라인(DL) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 트랜지스터(T1)는 턴-온 되어, 데이터 전압(Vdata)을 구동 트랜지스터(DT)의 제1 노드(N1)에 전달해줄 수 있다.

스토리지 캐패시터(Cst)는 구동 트랜지스터(DT)의 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.

구동 트랜지스터(DT)는 N 타입 트랜지스터일 수도 있고 P 타입 트랜지스터일 수도 있다. 제1 트랜지스터(T1)는 N 타입 트랜지스터일 수도 있고 P 타입 트랜지스터일 수도 있다.

스토리지 캐패시터(Cst)는 구동 트랜지스터(DT)의 내부 캐패시터(Cgs, Cgd)가 아니라, 구동 트랜지스터(DT)의 외부에 의도적으로 설계된 외부 캐패시터이다.

도 4에 예시된 디스플레이 픽셀 회로는, 2개의 트랜지스터(DT, T1)와 1개의 캐패시터(Cst)를 포함하는 기본적인 구조이다. 경우에 따라, 디스플레이 픽셀 회로는 1개 이상의 트랜지스터를 더 포함하거나, 1개 이상의 캐패시터를 더 포함할 수도 있다.

도 4에 예시된 디스플레이 픽셀 회로에 포함된 2개의 트랜지스터(DT, T1)는 박막 트랜지스터 어레이(220)에 포함될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널(110)의 터치 센서 파트를 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 터치 디스플레이 패널(110)의 터치 센서 파트는 다수의 터치 픽셀(T-PXL)을 포함할 수 있다. 다수의 터치 픽셀(T-PXL)은 터치 디스플레이 패널(110)의 센싱 영역(S/A)에 매트릭스 타입으로 배치될 수 있다.

터치 디스플레이 패널(110)의 터치 센서 파트는 다수의 터치 픽셀(T-PXL)을 구동하기 위한 신호 배선들을 더 포함할 수 있다.

다수의 터치 픽셀(T-PXL)을 구동하기 위한 신호 배선들은 컬럼 방향으로 배치되는 신호 배선들과 로우 방향으로 배치되는 신호 배선들을 포함할 수 있다.

한편, 터치 디스플레이 패널(110)에서, 터치 센싱이 가능한 센싱 영역(S/A)은 영상 표시가 가능한 영상 표시 영역(D/A)과 위치나 크기 등이 대응될 수 있다. 예를 들어, 터치 디스플레이 패널(110)에서, 센싱 영역(S/A)의 크기는 영상 표시 영역(D/A)의 크기와 동일할 수 있다. 경우에 따라, 터치 디스플레이 패널(110)에서, 센싱 영역(S/A)의 크기는 영상 표시 영역(D/A)의 크기와 다를 수도 있다.

터치 디스플레이 패널(110)에 배치된 다수의 터치 픽셀(T-PXL) 각각은 터치 센서를 포함할 수 있다. 아래에서는 각 터치 픽셀(T-PXL)에 배치된 터치 센서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널(110)의 터치 센서 파트에 배치되는 터치 센서(TS: Touch Sensor)의 구조를 나타낸 도면들이다. 도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널(110)의 터치 센서 파트에 배치되는 터치 센서(TS)의 다른 구조를 나타낸 도면들이다. 도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널(110)의 터치 센서 파트에 배치되는 터치 센서(TS)의 터치 유무에 따른 압전 소자(PIEZO)의 분극 상태를 나타낸 도면이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 터치 디스플레이 패널(110)에는, 제1 구동전극 라인들(DEL1)과, 압전 소자들(PIEZO)과, 제2 구동전극 라인들(DEL2)이 배치됨으로써, 터치 센서들(TS)이 배치될 수 있다.

도 10을 참조하면, 터치 센서 어레이(230)는 박막 트랜지스터 어레이(220) 상의 보호층(T-PAS) 상에 위치할 수 있다. 제1 구동전극 라인들(DEL1)은 제1 평탄화층(PLN1)에 의해 서로 절연될 수 있다. 압전 소자들(PIEZO)은 제1 구동전극 라인들(DEL1) 상에 위치하고, 제1 평탄화층(PLN1)에 의해 서로 이격될 수 있다. 제2 구동전극 라인들(DEL2)은 압전 소자들(PIEZO) 상에 위치하고, 제1 평탄화층(PLN1)에 의해 서로 절연될 수 있다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 각 제1 구동전극 라인(DEL1)은 여러 개의 제1 구동파트들(DE1)과 제1 구동파트들(DE1)을 컬럼(Column) 방향으로 연결해주는 제1 연결파트들(CP1)을 포함할 수 있다.

각 제2 구동전극 라인(DEL2)은 여러 개의 제2 구동파트들(DE2)과 제2 구동파트들(DE2)을 로우(Row) 방향으로 연결해주는 제2 연결파트들(CP2)을 포함할 수 있다.

압전 소자들(PIEZO)은 제1 구동파트들(DE1)과 제2 구동파트들(DE2) 사이에 위치할 수 있다. 즉, 각 압전 소자(PIEZO)는 1개의 제1 구동파트(DE1)와 1개의 제2 구동파트(DE2) 사이에 위치할 수 있다. 압전 소자들(PIEZO)은, 일 예로, 액티브 층을 구성하는 물질로 이루어질 수 있고, ZnO (Zinc Oxide), 페로브스카이트(Perovskite) 구조 물질 등으로 구성될 수 있으며, 이외에도, 다양한 압전물질들이 사용될 수 있다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 1개의 제1 구동파트(DE1)는 1개의 터치 픽셀(T-PXL)의 영역에 포함될 수 있고, 1개의 제2 구동파트(DE2)는 1개의 터치 픽셀(T-PXL)의 영역에 포함될 수 있고, 1개의 압전 소자(PIEZO)는 1개의 터치 픽셀(T-PXL)의 영역에 포함될 수 있다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 각 터치 픽셀(T-PXL)에 포함되는 터치 센서(TS)는 1개의 제1 구동파트(DE1), 1개의 압전 소자(PIEZO) 및 1개의 제2 구동파트(DE2)로 구성될 수 있다.

터치 센서(TS)에서, 제1 구동파트(DE1) 및 제2 구동파트(DE2) 각각에는 제1 구동신호와 제2 구동신호가 인가될 수 있다. 여기서, 제1 구동신호는 전압 레벨이 변하는 AC 신호일 수 있고, 제2 구동신호는 DC 전압에 해당하는 바이어스 전압일 수 있다.

터치 센서(TS)에서, 제1 구동파트(DE1) 및 제2 구동파트(DE2) 각각에는 제1 구동신호와 제2 구동신호가 인가되면, 제1 구동파트(DE1)와 제2 구동파트(DE2) 사이에 위치하는 압전 소자(PIEZO)는 초음파 또는 음파를 발생시킬 수 있다. 여기서, 음파는 16Hz ~ 20KHz의 범위의 주파수를 가질 수 있다. 초음파는 20KHz 이상의 주파수를 가질 수 있다. 아래에서는, 설명의 편의를 위하여, 압전 소자(PIEZO)는 초음파를 발생시키는 것으로 가정한다.

어느 하나의 터치 센서(TS) 내 압전 소자(PIEZO)에서 발생된 초음파는 주변에서 반사되어 인근의 터치 센서(TS)로 유입된다. 이에 따라, 인근의 터치 센서(TS) 내 압전 소자(PIEZO)는 반사된 초음파에 의해 진동하게 되고 제1 구동파트(DE1)의 전압 상태를 변화시킬 수 있다.

도 10을 참조하면, 사용자에 의해 터치가 터치 센서(TS) 상에 가해졌는지에 따라, 각 터치 센서(TS) 내 압전 소자(PIEZO)의 분극 상태가 다를 수 있다. 즉, 사용자에 의해 터치가 터치 센서(TS) 상에 발생하지 않은 경우, 터치 센서(TS) 내 압전 소자(PIEZO)는 분극 현상이 일어나지 않을 수 있다. 사용자에 의해 터치가 터치 센서(TS) 상에 발생한 경우, 터치 센서(TS) 내 압전 소자(PIEZO)는 분극 현상이 일어날 수 있다. 또한, 사용자에 의해 터치 센서(TS) 상에 가해진 터치 압력이 클수록, 터치 센서(TS) 내 압전 소자(PIEZO)는 분극 현상이 더욱 심해질 수 있다.

터치 디스플레이 장치(100)는, 각 터치 센서(TS) 내 압전 소자(PIEZO)의 분극 상태의 차이를 인식함으로써 터치 유무 및/또는 터치 위치를 파악할 수 있고, 지문을 인식할 수 있다.

도 7을 참조하면, 터치 센서(TS) 내 압전 소자(PIEZO)의 종횡비(Aspect Ratio, R)는 압전 소자(PIEZO)의 가로 길이(A) 대 세로 길이(B)의 비율(B/A)이다(R=B/A).

압전 소자(PIEZO)의 종횡비(R)에 따라 압전 소자(PIEZO)의 분극 현상이 달라질 수 있다. 압전 소자(PIEZO)의 종횡비(R)가 커지는 경우, 압전 소자(PIEZO)의 분극 현상이 심해질 수 있다. 이에 따라, 압전 소자(PIEZO)에 의한 터치 감도가 향상될 수 있다.

도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널의 터치 센서 파트에 배치되는 터치 센서(TS: Touch Sensor)의 다른 구조를 나타낸 도면들이다.

각 터치 센서(TS)에서, 1개의 제1 구동파트(DE1)와 1개의 제2 구동파트(DE2) 사이에는, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 1개의 압전 소자(PIEZO)가 존재할 수도 있고, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 2개 이상의 압전 소자(PIEZO)가 존재할 수도 있다.

다시 말해, 각 터치 센서(TS)에서, 1개의 제1 구동파트(DE1)와 1개의 제2 구동파트(DE2) 사이의 압전 소자(PIEZO)는, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 1개의 싱글 타입일 수도 있고, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 2개 이상으로 분할(분리) 된 멀티 타입일 수도 있다.

도 6 및 도 7과 같이, 1개의 터치 센서(TS) 내 1개의 압전 소자(PIEZO)가 존재하는 경우, 1개의 압전 소자(PIEZO)의 종횡비(R)는 가로 길이(A) 대 세로 길이(B)의 비율(B/A)이다.

도 8 및 도 8과 같이, 1개의 터치 센서(TS) 내 2개 이상의 압전 소자(PIEZO)가 존재하는 경우, 각 압전 소자(PIEZO)의 종횡비(R)는 줄어든 가로 길이(a) 대 세로 길이(B)의 비율(B/a)이다.

터치 센서(TS) 내 2개 이상의 압전 소자(PIEZO)가 존재하는 경우, 각 압전 소자(PIEZO)의 종횡비(R)는, 터치 센서(TS) 내 1개의 압전 소자(PIEZO)가 존재하는 경우에 비해, 감소된 가로 길이(a)로 인해 증가한다.

따라서, 터치 센서(TS) 내 2개 이상의 압전 소자(PIEZO)가 존재하는 경우, 터치 센서(TS) 내 2개 이상의 압전 소자(PIEZO)에 의한 분극 현상의 정도가 더욱 커지게 되어 터치 감도가 더욱더 향상될 수 있다.

도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널(110)의 터치 센서 파트에서 각 터치 픽셀(T-PXL)의 회로 (터치 픽셀 회로)를 나타낸 도면이다.

도 11을 참조하면, 터치 디스플레이 패널(110)의 터치 센서 파트에서 각 터치 픽셀(T-PXL)의 회로(터치 픽셀 회로)는 터치 센서(TS), 송신파트(TX-PART) 및 수신파트(RX-PART)를 포함할 수 있다.

터치 센서(TS)는, 제1 구동전극 라인(DEL1)의 일 부분인 제1 구동파트(DE1)와, 압전 소자(PIEZO)와, 제2 구동전극 라인(DEL2)의 일 부분인 제2 구동파트(DE2)를 포함할 수 있다. 이러한 터치 센서(TS)는 일종의 캐패시터일 수 있다.

제1 구동파트(DE1)는 컬럼 방향으로 배치되는 제1 구동전극 라인(DEL1)에 포함되는 여러 개의 제1 구동파트(DE1) 중에서 해당 터치 픽셀(T-PXL)에 대응되는 하나이다.

제2 구동파트(DE2)는 로우 방향으로 배치되는 제2 구동전극 라인(DEL2)에 포함되는 여러 개의 제2 구동파트(DE2) 중에서 해당 터치 픽셀(T-PXL)에 대응되는 하나이다.

압전 소자(PIEZO)는 제1 구동파트(DE1)와 제2 구동파트(DE2) 사이에 위치한다. 제1 구동파트(DE1)와 제2 구동파트(DE2) 사이에는 1개의 압전 소자(PIEZO)가 위치할 수도 있고, 여러 개로 분할된 압전 소자(PIEZO)가 위치할 수도 있다.

터치 디스플레이 패널(110)의 터치 센서 파트에서 각 터치 픽셀(T-PXL)은 구동모드(송신모드)로 동작하거나 센싱모드(수신모드)로 동작할 수 있다.

송신파트(TX-PART)는, 해당 터치 픽셀(T-PXL)이 구동모드(송신모드)로 동작할 때 동작하는 회로부분으로서 제1 구동신호(DS)를 터치 센서(TS)의 제1 구동파트(DE1)으로 전송해줄 수 있다.

수신파트(RX-PART)는 해당 터치 픽셀(T-PXL)이 센싱모드(수신모드)로 동작할 때 동작하는 회로부분으로서 리드아웃 회로(RX-CC)가 리드아웃 배선(RL: Readout Line)을 통해 전기적인 신호(센싱신호)를 검출하도록 해줄 수 있다.

본 명세서에서 "구동"은 "송신(TX, Transmission)"과 동일한 의미로 사용될 수도 있고, "센싱"은 "수신(RX, Reception)"와 동일한 의미로 사용될 수도 있을 것이다.

전술한 바와 같이, 터치 센서(TS)는 제1 구동파트(DE1), 압전 소자(PIEZO) 및 제2 구동파트(DE2)를 포함할 수 있다.

제1 구동파트(DE1)는 송신파트(TX-PART)를 통해 제1 구동신호(DS)가 인가될 수 있는 전극이다. 제1 구동파트(DE1) 또는 이와 동일한 전기적인 상태를 갖는 지점(패턴, 전극)을 구동노드(Nd)라고 한다.

제2 구동파트(DE2)은 제2 구동신호(GB)을 인가 받을 수 있다.

제1 구동파트(DE1)에 인가되는 제1 구동신호(DS)는, 일 예로, 소정의 진폭(△V)을 갖고 전압 레벨이 변하는 신호일 수 있으며, AC 신호(펄스 신호 또는 변조 신호라고도 함) 형태일 수 있다. 제1 구동신호(DS)는 구형파, 정현파, 삼각파 등의 다양한 파형을 가질 수 있다.

이러한 제1 구동신호(DS)는 다수의 터치 픽셀(T-PXL) 중에서 구동 대상이 되는 하나 이상의 터치 픽셀(구동 터치 픽셀)에 공급되는 신호일 수 있다.

본 명세서에서는, 제2 구동파트(DE2)에 인가되는 제2 구동신호(GB)는 제1 구동파트(DE1)에 인가되는 제1 구동신호(DS)와 다른 신호이다. 제2 구동파트(DE2)에 인가되는 제2 구동신호(GB)는 낮은 전압 레벨의 DC 전압이며, 전 영역에 인가되는 글로벌 바이어스일 수 있다.

제1 구동파트(DE1)에 소정의 주파수를 갖는 AC 신호 형태의 제1 구동신호(DS)가 인가되고, 제2 구동파트(DE2)에 낮은 DC 전압 레벨의 제2 구동신호(GB)가 인가되면, 압전 소자(PIEZO)는 진동하여 신호를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 터치 센서(TS)에서 발생되는 신호는 전자기파 일 수 있으며, 초음파 또는 음파 등일 수 있다.

여기서, 터치 센서(TS)에서 음파가 발생되는 경우, 음파는 대략 16Hz ~ 20KHz의 범위를 가질 수 있다. 그리고, 터치 센서(TS)에서 초음파가 발생되는 경우, 초음파는, 일 예로, 20KHz 이상의 주파수를 가질 수 있다. 즉, 터치 센서(TS)에서 발생되는 초음파는 50μsec 이하의 주기를 가질 수 있다.

위에서 언급한 압전 소자(PIEZO)는, 일 예로, ZnO (Zinc Oxide), 페로브스카이트(Perovskite) 등으로 구성될 수 있으며, 액티브 층을 구성하는 물질일 수 있으며, 이외에도, 다양한 압전 물질이 사용될 수 있다. 아래에서는, 설명의 편의를 위하여, 터치 센서(TS)에서 발생되는 신호는 초음파인 것으로 가정하여 설명한다.

전술한 터치 센서(TS)는 전기적인 에너지를 다른 에너지 형태의 신호로 변환하여 발생시키고, 신호가 수신되면 이를 전기적인 에너지로 변환하여 발생시키는 일종의 에너지 변환 장치이며 신호 발생 장치일 수 있다. 일 예로, 터치 센서(TS)는 제1 구동파트(DE1)에 인가된 전기적인 에너지에 따라 초음파를 발생시키고, 초음파가 수신되면 전기적인 에너지를 발생시키는 트랜스듀서(Transducer)일 수 있다.

보다 구체적으로, 터치 센서(TS)에서, 제1 구동파트(DE1)에 AC 신호 형태의 제1 구동신호(DS)가 인가되고 제2 구동파트(DE2)에 낮은 DC 전압 레벨의 제2 구동신호(GB)이 인가되면, 압전 소자(PIEZO)는 진동하여 제1 및 제2 구동파트(DE1, DE2)에 인가된 전압들(DS, GB)에 의한 전기적인 에너지를 초음파로 변환시켜 발생시킬 수 있다. 여기서, 압전 소자(PIEZO)의 진동은 압전 소자(PIEZO)의 분극 상태가 변화하는 것을 의미할 수 있다.

그리고, 터치 센서(TS)에서, 압전 소자(PIEZO)에 초음파가 수신되면, 압전 소자(PIEZO)이 진동하여 초음파가 전기적인 에너지로 변환된 전압이 제1 구동파트(DE1)에서 발생하게 된다. 여기서, 압전 소자(PIEZO)의 진동은 압전 소자(PIEZO)의 분극 상태가 변화하는 것을 의미할 수 있다.

송신파트(TX-PART)는, 구동모드(송신모드) 시, 터치 센서(TS)에서 신호(예: 초음파)가 발생될 수 있도록 하는 회로파트이다.

송신파트(TX-PART)는 제1 스캔배선(SCL(n))을 통해 공급된 제1 스캔신호(SC(n))에 의해 제어되며, 제1 구동파트(DE1)과 전압 레벨이 변하는 제1 구동신호(DS)가 공급되는 구동신호배선(DRL) 사이에 전기적으로 연결된 송신 트랜지스터(TXT)를 포함할 수 있다. 이하에서는, 스캐닝의 순서를 고려하여, 제1 스캔배선 및 제1 스캔신호를 제n 스캔배선(SCL(n)) 및 제n 스캔신호(SC(n))라고 한다.

송신 트랜지스터(TXT)는 제n 스캔배선(SCL(n))을 통해 공급된 제n 스캔신호(SC(n))에 의해 온-오프가 제어될 수 있다.

송신 트랜지스터(TXT)는 제n 스캔신호(SC(n))에 의해 턴-온 되어, 구동신호배선(DRL)에서 공급된 제1 구동신호(DS)를 터치 센서(TS)의 제1 구동파트(DE1)에 전달해줄 수 있다.

수신파트(RX-PART)는 센싱모드(수신모드) 시 리드아웃 배선(RL)을 통해 신호가 검출될 수 있도록 해주는 회로파트이다.

수신파트(RX-PART)는 리드아웃 배선(RL)과 전원배선(VL) 사이에 전기적으로 연결된 제1 수신 트랜지스터(RXT1) 및 제2 수신 트랜지스터(RXT2)를 포함할 수 있다. 여기서, 전원배선(VL)은 전원전압(VCC)이 인가되는 라인이다. 여기서, 전원전압(VCC)은 DC 전압일 수 있다.

제1 수신 트랜지스터(RXT1)의 소스노드 또는 드레인노드와 제2 수신 트랜지스터(RXT2)의 드레인노드 또는 소스노드는 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 제1 수신 트랜지스터(RXT1) 및 제2 수신 트랜지스터(RXT2)가 연결된 지점(노드)를 중간노드(Ni)라고 한다.

제1 수신 트랜지스터(RXT1)는 중간노드(Ni)와 전원배선(VL) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 수신 트랜지스터(RXT1)의 게이트노드는 제1 구동파트(DE1)에 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 제1 수신 트랜지스터(RXT1)는 제1 구동파트(DE1)의 전압 상태에 따라 제어될 수 있다.

제2 수신 트랜지스터(RXT2)는 제2 스캔배선(SCL(n-1))을 통해 공급된 제2 스캔신호(SC(n-1))에 의해 제어되고, 중간노드(Ni)와 리드아웃 배선(RL) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 수신 트랜지스터(RXT2)는, 제(n-1) 스캔배선(SCL(n-1))을 통해 게이트노드에 인가되는 제(n-1) 스캔신호(SC(n-1))에 따라 제어될 수 있다. 이하에서는, 스캐닝의 순서를 고려하여, 제2 스캔배선 및 제2 스캔신호를 제(n-1) 스캔배선(SCL(n-1)) 및 제(n-1) 스캔신호(SC(n-1))라고 한다.

턴-온 레벨 전압의 제(n-1) 스캔신호(SC(n-1))가 제2 수신 트랜지스터(RXT2)의 게이트노드에 인가되고 있는 상황에서, 구동노드(Nd)의 전압 변동이 발생하여 제1 수신 트랜지스터(RXT1)가 턴-온 되는 경우, 리드아웃 회로(RX-CC)와 전원배선(VL)은 전기적으로 연결될 수 있다.

이에 따라, 리드아웃 회로(RX-CC)는 전원전압(VCC) 또는 이와 대응되는 전기적인 신호를 센싱신호로서 검출할 수 있다.

다수의 터치 픽셀들(T-PXL) 중에서 구동모드로 동작하는 터치 픽셀(T-PXL)은 송신 트랜지스터(TXT)가 턴-온 되고, 내부의 터치 센서(TS)를 통해 초음파를 발생시킨다.

발생된 초음파는 손가락, 펜 등의 터치 입력 도구인 터치 오브젝트에 의해 반사될 수 있다.

다수의 터치 픽셀들(T-PXL) 중에서 센싱모드로 동작하는 터치 픽셀(T-PXL)은 제1 및 제2 수신 트랜지스터(RXT1, RXT2)가 턴-온 되고, 터치 오브젝트에 의해 반사된 초음파를 내부의 터치 센서(TS)를 통해 수신할 수 있다.

도 11에 예시된 터치 픽셀(T-PXL)의 경우, Tn-1 기간 동안 센싱모드(수신모드)로 동작할 수 있다. 즉, Tn-1 기간 동안, 해당 터치 픽셀(T-PXL)에서 제2 수신 트랜지스터(RXT2)의 게이트노드에는 턴-온 전압 레벨의 제(n-1) 스캔신호(SC(n-1))가 인가된다. 하지만, Tn-1 기간 동안 해당 터치 픽셀(T-PXL)이 구동모드(송신모드)로 동작하지 않도록, 해당 터치 픽셀(T-PXL)에서 송신 트랜지스터(TXT)의 게이트노드에는 턴-오프 전압 레벨의 제n 스캔신호(SC(n))가 인가될 수 있다.

Tn-1 기간 동안, 다른 터치 픽셀(T-PXL)에서 발생된 초음파가 주변에서 반사되어 도 11에 예시된 해당 터치 픽셀(T-PXL)로 수신되면, 터치 센서(TS)의 압전 소자(PIEZO)가 진동하게 되어, 제1 구동파트(DE1)에 전압 변동이 발생하게 된다. 이에 따라, 제1 수신 트랜지스터(RXT1)가 턴-온 될 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 수신 트랜지스터(RXT1, RXT2)가 모두 턴-온 되어, 리드아웃 회로(RX-CC)는 리드아웃 배선(RL)을 통해 전원배선(VL)의 전원전압(VCC)을 센싱신호로서 검출할 수 있다.

도 11의 예시된 터치 픽셀(T-PXL)의 경우, Tn-1 기간과 다른 Tn 기간 동안 구동모드(송신모드)로 동작할 수 있다. 즉, Tn 기간 동안, 해당 터치 픽셀(T-PXL)에서 송신 트랜지스터(TXT)의 게이트노드에는 턴-온 전압 레벨의 제n 스캔신호(SC(n))가 인가될 수 있다. 하지만, Tn 기간 동안 해당 터치 픽셀(T-PXL)이 센싱모드(수신모드)로 동작하지 않도록, 제2 수신 트랜지스터(RXT2)의 게이트노드에는 턴-오프 전압 레벨의 제(n-1) 스캔신호(SC(n-1))가 인가될 수 있다.

Tn 기간 동안, 해당 터치 픽셀(T-PXL)에서 송신 트랜지스터(TXT)의 게이트노드에는 턴-온 전압 레벨의 제n 스캔신호(SC(n))가 인가됨으로써, 송신 트랜지스터(TXT)가 턴-온 된다. 턴-온 된 송신 트랜지스터(TXT)를 통해 제1 구동신호(DS)가 터치 센서(TS)의 제1 구동파트(DE1)에 인가된다. 이때, 터치 센서(TS)의 제2 구동파트(DE2)에는 제2 구동신호(GB)이 인가된 상태이다. 따라서, 제1 구동파트(DE1)과 제2 구동파트(DE2) 사이의 압전 소자(PIEZO)가 진동하게 되어 초음파가 발생된다.

제n 스캔배선(SCL(n)) 및 제(n-1) 스캔배선(SCL(n-1))은 각 터치 픽셀 열 마다 대응되어 배치될 수도 있다. 즉, 하나의 터치 픽셀 행에서 볼 때, 제n 스캔배선(SCL(n)) 및 제(n-1) 스캔배선(SCL(n-1))은 각 터치 픽셀에 대응되어 배치될 수 있다.

이와 다르게, 제n 스캔배선(SCL(n)) 및 제(n-1) 스캔배선(SCL(n-1)) 각각은 2개의 터치 픽셀 열이 공유할 수도 있다. 즉, 예를 들어, 제(n-1) 스캔배선(SCL(n-1))은 제1 터치 픽셀의 수신파트(RX-PART)와, 제1 터치 픽셀의 수신파트(RX-PART)와 인접한 다른 터치 픽셀 내 송신파트(TX-PART)와 공유될 수 있다. 제n 스캔배선(SCL(n))은 제1 터치 픽셀의 송신파트(TX-PART)와, 제1 픽셀의 송신파트(TX-PART)와 인접한 또 다른 터치 픽셀 내 수신파트(RX-PART)와 공유될 수 있다.

도 11에 예시된 터치 픽셀 회로에 포함된 트랜지스터들(TXT, RXT1, RXT2)는 박막 트랜지스터 어레이(220)에 포함될 수 있다.

도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 터치 센싱을 위한 신호 시스템을 나타낸 도면이다.

도 12를 참조하면, 터치 디스플레이 패널(110)에는 터치 센싱이 가능한 센싱 영역(S/A)이 존재하고, 이러한 센싱 영역(S/A)에 다수의 픽셀(T-PXL)이 배치될 수 있다.

도 12를 참조하면, 터치 디스플레이 패널(110)에는 다수의 구동신호배선(DRL), 다수의 전원배선(VL), 다수의 스캔배선(SCL(n-1), SCL(n), …), 다수의 리드아웃 배선(RL) 등이 배치될 수 있다.

다수의 구동신호배선(DRL), 다수의 전원배선(VL) 및 다수의 리드아웃 배선(RL) 각각은 다양한 형태, 다양한 배치, 다양한 개수 등으로 배치될 수 있다.

구동신호배선(DRL)은 터치 픽셀 행 방향 또는 터치 픽셀 열 방향으로 배치될 수 있다. 다만, 아래에서는, 설명의 편의를 위해, 도 12와 같이, 구동신호배선(DRL)은 터치 픽셀 행 방향으로 배치된 것을 가정한다.

구동신호배선(DRL)은 1개의 터치 픽셀 행 또는 2개 이상의 터치 픽셀 행마다 1개씩 배치될 수 있다. 또는, 구동신호배선(DRL)은 1개의 터치 픽셀 열 또는 2개 이상의 터치 픽셀 열마다 1개씩 배치될 수 있다. 또는, 구동신호배선(DRL)은 메쉬 형태로 배치될 수도 있다.

다수의 구동신호배선(DRL) 각각은 어느 한 시점에서 해당 터치 픽셀 열에 속하는 모든 터치 픽셀들로 제1 구동신호(DS)를 동시에 공급할 수도 있다.

이와 다르게, 다수의 구동신호배선(DRL) 중 일부만이 어느 한 시점에서 해당 터치 픽셀 열에 속하는 터치 픽셀들(T-PXL) 중 일부 터치 픽셀들로만 제1 구동신호(DS)를 동시에 공급할 수도 있다. 이에 따르면, 구동신호 공급에 따른 소비전력을 저감할 수 있는 이점이 있고, 센싱 대상이 되는 터치 픽셀 열에 포함된 터치 픽셀들(T-PXL) 중에서 일부만을 센싱하는 부분 센싱 방식에 보다 유리할 수 있다.

또한, 다수의 구동신호배선(DRL) 각각의 제1 구동신호(DS)의 공급은 개별적으로 그리고 독립적으로 제어될 수도 있다.

전원배선(VL)은 터치 픽셀 행 방향 또는 터치 픽셀 열 방향으로 배치될 수 있다. 다만, 아래에서는, 설명의 편의를 위해, 도 12와 같이, 전원배선(VL)은 터치 픽셀 행 방향으로 배치된 것을 가정한다.

전원배선(VL)은 1개의 터치 픽셀 행 또는 2개 이상의 터치 픽셀 행마다 1개씩 배치될 수수 있다. 또는, 전원배선(VL)은 1개의 터치 픽셀 열 또는 2개 이상의 터치 픽셀 열마다 1개씩 배치될 수 있다. 또는, 전원배선(VL)은 메쉬 형태로 배치될 수도 있다.

다수의 전원배선(VL) 각각은 해당 터치 픽셀 열에 속하는 모든 터치 픽셀들로 전원전압(VCC)을 동시에 공급할 수도 있다.

이와 다르게, 다수의 전원배선(VL) 중 일부만이 해당 터치 픽셀 열에 속하는 모든 터치 픽셀들(T-PXL) 중 일부 터치 픽셀들로만 전원전압(VCC)을 동시에 공급할 수도 있다. 이에 따르면, 전원전압 공급에 따른 소비전력을 저감할 수 있는 이점이 있고, 센싱 대상이 되는 터치 픽셀 열에 포함된 터치 픽셀들(T-PXL) 중에서 일부만을 센싱하는 부분 센싱 방식에 보다 유리할 수 있다.

또한, 다수의 전원배선(VL) 각각의 전원전압(VCC)의 공급은 개별적으로 그리고 독립적으로 제어될 수도 있다.

스캔배선들(SCL(n-1), SCL(n), …)은 터치 픽셀 행 방향 또는 터치 픽셀 열 방향과 평행하게 배치될 수 있다. 다만, 아래에서는, 설명의 편의를 위해, 도 12와 같이, 스캔배선들(SCL(n-1), SCL(n), …)은 터치 픽셀 행 방향으로 배치된 것을 가정한다. 여기서, n-1, n 등은 스캔배선의 순서를 의미할 수 있다.

각 스캔배선(SCL(n-1), SCL(n))은 2개의 터치 픽셀 열(또는 2개의 터치 픽셀 행)이 공유할 수도 있다. 즉, 제(n-1) 스캔배선(SCL(n-1))은 2개의 터치 픽셀 열 사이에 배치되고, 제n 스캔배선(SCL(n))도 2개의 터치 픽셀 열 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제(n-1) 스캔배선(SCL(n-1))은 제1 터치 픽셀의 수신파트(RX-PART)와, 제1 터치 픽셀의 수신파트(RX-PART)와 인접한 다른 터치 픽셀(T-PXL) 내 송신파트(TX-PART)와 공유될 수 있다. 제n 스캔배선(SCL(n))은 제1 터치 픽셀의 송신파트(TX-PART)와, 제1 터치 픽셀의 송신파트(TX-PART)와 인접한 또 다른 터치 픽셀(T-PXL) 내 수신파트(RX-PART)와 공유될 수 있다.

리드아웃 배선(RL)은 터치 픽셀 행 또는 터치 픽셀 열과 평행하게 배치될 수 있다.

리드아웃 배선(RL)은 1개의 터치 픽셀 행 또는 2개 이상의 터치 픽셀 행마다 1개씩 배치될 수수 있다. 또는, 리드아웃 배선(RL)은 1개의 터치 픽셀 열 또는 2개 이상의 터치 픽셀 열마다 1개씩 배치될 수 있다.

도 12를 참조하면, 터치 센싱 회로(130)는 스캐닝 회로(SC-CC), 송신회로(TX-CC), 수신회로(RX-CC), 멀티플렉서(MUX) 등을 포함할 수 있다.

스캐닝 회로(SC-CC)는 제n 스캔배선(SCL(n)) 및 제(n-1) 스캔배선(SCL(n-1))으로 제n 스캔신호(SC(n)) 및 제(n-1) 스캔신호(SL(n-1))를 출력할 수 있다.

이에 따라, 다수의 터치 픽셀 열 중 제1 터치 픽셀 열에 포함된 터치 픽셀들(T-PXL)의 전체 또는 일부가 구동모드로 동작할 수 있고, 제2 터치 픽셀 열에 포함된 터치 픽셀들(T-PXL)의 전체 또는 일부가 센싱모드로 동작할 수 있다.

구동모드로 동작하는 터치 픽셀들은 초음파를 발생시키는 터치 픽셀들(T-PXL)을 의미하고, 센싱모드로 동작하는 터치 픽셀들은 초음파를 수신하는 터치 픽셀들(T-PXL)을 의미할 수 있다. 어느 한 시점에서, 구동모드로 동작하는 터치 픽셀(T-PXL)과 센싱모드로 동작하는 터치 픽셀(T-PXL)은 서로 인접한 다른 터치 픽셀들(T-PXL)이지만, 동일한 터치 픽셀(T-PXL)일 수도 있다.

송신회로(TX-CC)는 터치 디스플레이 패널(110)로 제1 구동신호(DS), 제2 구동신호(GB) 및 전원전압(VCC)을 출력할 수 있다.

제2 구동신호(GB)는 터치 디스플레이 패널(110)에 배치된 제2 구동전극 라인(DEL2)에 인가된다. 이에 따라, 제2 구동전극 라인(DEL2)에 포함된 여러 개의 제2 구동파트(DE2) 각각으로 제2 구동신호(GB)가 인가될 수 있다. 여러 개의 제2 구동파트(DE2)는 여러 개의 터치 픽셀(T-PXL)에 각각 대응된다.

전원전압(VCC)은 터치 디스플레이 패널(110)에 배치된 전원배선(VL)에 공급될 수 있다.

송신회로(TX-CC) 및 수신회로(RX-CC) 등은 별도의 부품으로 구현될 수도 있고, 송신회로(TX-CC) 및 수신회로(RX-CC) 등이 모두 통합되어 하나의 부품으로 구현될 수도 있다.

멀티플렉서(MUX)는 수신회로(RX-CC) 내에 포함될 수도 있으며, 다수의 스위치소자(트랜지스터)를 포함하여 구현될 수 있다.

스캐닝 회로(SC-CC)는 터치 디스플레이 패널(110)의 외부에 위치하여, 터치 디스플레이 패널(110)의 외곽영역에 실장(위치)될 수도 있다.

도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 터치 센싱 원리를 나타낸 도면이다.

도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)는 초음파에 기초하여 터치 유무 및/또는 터치 위치를 센싱할 수 있고, 지문을 인식(센싱)할 수도 있다.

다수의 터치 픽셀(T-PXL) 중 구동모드로 동작하는 구동 터치 픽셀(T-PXL)이 구동되어 구동 터치 픽셀(T-PXL) 내에서 초음파가 발생하면, 발생된 초음파는 터치 디스플레이 패널(110)의 표면(커버 글라스의 표면일 수 있음)에 접촉한 손가락 지문에 닿게 되고 반사될 수 있다.

손가락 지문은 리지(Ridge)와 밸리(Valley)에 의해 형성된다. 리지는 터치 디스플레이 패널(110)의 표면과 접촉하거나, 밸리보다 터치 디스플레이 패널(110)의 표면에 더욱 근접해 있다. 밸리는 터치 디스플레이 패널(110)의 표면과 접촉하지 않거나, 리지보다 터치 디스플레이 패널(110)의 표면과 더 멀리 떨어져 있을 수 있다.

손가락 지문의 밸리 영역에서는, 터치 디스플레이 패널(110)의 표면과 사람의 피부 사이에 공기가 존재한다. 구동 터치 픽셀(T-PXL)에서 발생된 초음파가 공기층에 닿게 되면, 터치 디스플레이 패널(110)의 표면과 공기의 음향 임피던스(acoustic impedance) 차이로 인하여, 공기층에 닿은 초음파는 대부분 반사되어 터치 디스플레이 패널(110)의 내부로 향하게 된다.

손가락 지문의 리지 영역에서는, 터치 디스플레이 패널(110)의 표면에 사람이 닿아 있다. 구동 터치 픽셀(T-PXL)에서 발생된 초음파는 리지 영역에서 사람의 피부에 도달하게 된다. 피부에 도달한 초음파 중에서 일부는 반사되나, 대부분은 피부 안으로 들어가서 피부 안에서 반사될 수 있다.

따라서, 손가락 지문의 리지 영역과 밸리 영역 각각에서 반사되어 터치 디스플레이 패널(110) 내 센싱 터치 픽셀(T-PXL)에 수신되는 초음파는 수신세기나 수신시간(수신지연) 등이 다를 수 있으며, 이에 기초하여, 터치 디스플레이 장치(100)는 손가락 유무(터치 유무)와 손가락 위치(터치 위치)를 센싱할 수 있을 뿐 아니라, 리지와 밸리를 구분하여 지문을 인식할 수 있다.

이와 같이, 터치 디스플레이 장치(100)는, 피부의 안쪽까지 센싱하는 방식이므로, 피부 표면의 오염이나 상태에 민감하지 않으며, 개인정보에 해당하는 지문의 센싱과 관련하여 높은 보안성을 제공할 수 있다.

도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 터치 픽셀 컬럼 별 터치 센싱 동작을 설명하기 위한 도면들이다.

도 14를 참조하면, 다수의 터치 픽셀 행 각각마다 리드아웃 배선(RL)이 1개씩 배치될 수 있다.

각 리드아웃 배선(RL)은 해당 터치 픽셀 행에 포함되는 터치 픽셀들(T-PXL) 각각의 제2 수신 트랜지스터(RXT2)의 소스노드 또는 드레인노드와 모두 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 1개의 리드아웃 배선(RL)은 여러 개의 터치 픽셀들(T-PXL)의 제2 수신 트랜지스터(RXT2)의 소스노드 또는 드레인노드와 전기적으로 연결되는 여러 개의 컨택지점(CNT)이 존재할 수 있다.

예를 들어, 터치 픽셀들(T-PXL) 각각의 제2 수신 트랜지스터(RXT2)의 소스노드 또는 드레인노드 상에는 절연층이 위치하고, 절연층 상에 리드아웃 배선(RL)이 배치된다. 리드아웃 배선(RL)은 컨택지점(CNT)에서 절연층의 컨택홀을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.

도 14를 참조하면, 어느 한 시점에서, 다수의 터치 픽셀 열 중에서 하나의 터치 픽셀 열이 구동 터치 픽셀 열(Driving Touch Pixel Column)이 되고, 구동 터치 픽셀 열과 인접한 다른 터치 픽셀 열이 센싱 터치 픽셀 열(Sensing Touch Pixel Column)이 될 수 있다. 구동 터치 픽셀 열에 포함된 터치 픽셀들(T-PXL)은 구동 터치 픽셀(T-PXL)이라고 한다. 센싱 터치 픽셀 열에 포함된 터치 픽셀들(T-PXL)은 센싱 터치 픽셀(T-PXL)이라고 한다.

구동 터치 픽셀(T-PXL)은 구동모드(송신모드)로 동작하여 초음파를 발생시키고, 센싱 터치 픽셀(T-PXL)은 센싱모드(수신모드)로 동작하여 구동 터치 픽셀(T-PXL)에서 발생된 초음파가 지문에 반사되어 들어오는 초음파를 수신할 수 있다.

센싱 터치 픽셀(T-PXL)에 포함된 제2 수신 트랜지스터(RXT2)는 턴-온 되어 있다. 구동 터치 픽셀(T-PXL)에 포함된 제2 수신 트랜지스터(RXT2)는 턴-오프 되어 있으며, 구동 터치 픽셀(T-PXL) 및 센싱 터치 픽셀(T-PXL)이 아닌 터치 픽셀(T-PXL)에 포함된 제2 수신 트랜지스터(RXT2) 또한 턴-오프 되어 있다. 따라서, 수신회로(RX-CC)는, 리드아웃 배선(RL)을 통해서, 센싱 터치 픽셀(T-PXL)에 대한 신호 검출만 수행할 수 있다.

도 14에 도시된 바와 같이, 센싱 터치 픽셀 열은 구동 터치 픽셀 열보다 멀티플렉서(MUX)에 더 인접한 터치 픽셀 열일 수 있다. 터치 픽셀 회로에서 송신파트(TX-PART)와 수신파트(RX-PART)의 위치가 바뀌거나 구동방식이 변경되거나 하는 경우, 구동 터치 픽셀 열이 센싱 터치 픽셀 열보다 멀티플렉서(MUX)에 더 인접한 터치 픽셀 열일 수 있다.

한편, 도 14에 도시된 바와 같이, 터치 센싱 회로(130)는 멀티플렉서(MUX)와 가까워지는 방향으로 센싱 터치 픽셀 열을 선택하면서 스캐닝하여, 모든 터치 픽셀들(T-PXL)을 센싱할 수 있다.

반대로, 터치 센싱 회로(130)는 멀티플렉서(MUX)와 멀어지는 방향으로 센싱 터치 픽셀 열을 선택하면서 스캐닝하여, 모든 터치 픽셀들(T-PXL)을 센싱할 수 있다.

도 15 및 도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)의 제1 기간(t=T1)과 제2 기간(t=T2) 동안 제1 내지 제3 터치 픽셀(T-PXL1, T-PXL2, T-PXL3)의 스캐닝과 구동 타이밍도이다.

도 15를 참조하면, 제1 내지 제3 터치 픽셀(T-PXL1, T-PXL2, T-PXL3)은 순차적으로 인접하게 배치된다.

도 15 및 도 16은 스캐닝 방향이 멀티플렉서(MUX)와 가까워지는 방향인 것을 예로 든 것이다. 이에 따라, 제1 내지 제3 터치 픽셀(T-PXL1, T-PXL2, T-PXL3) 중에서, 제1 터치 픽셀(T-PXL1)이 멀티플렉서(MUX)와 가장 멀리 위치하고, 제3 터치 픽셀(T-PXL3)이 멀티플렉서(MUX)와 가장 가깝게 위치할 수 있다.

만약, 스캐닝 방향이 멀티플렉서(MUX)에서 멀어지는 방향이면, 제1 터치 픽셀(T-PXL1)이 멀티플렉서(MUX)와 가장 가깝게 위치하고, 제3 터치 픽셀(T-PXL3)이 멀티플렉서(MUX)와 가장 멀게 위치할 수 있다.

도 15 및 도 16을 참조하면, 제1 기간(T1) 동안, 제1 터치 픽셀(T-PXL1)이 구동 터치 픽셀이고, 제2 터치 픽셀(T-PXL2)이 센싱 터치 픽셀이다.

도 15 및 도 16을 참조하면, 제1 기간(T1) 동안, 제(n-1) 스캔배선(SCL(n-1))에 공급된 턴-온 레벨 전압의 제(n-1) 스캔신호(SC(n-1))는, 제1 터치 픽셀(T-PXL1)의 송신 트랜지스터(TXT)의 게이트 노드와 제2 터치 픽셀(T-PXL2)의 제2 수신 트랜지스터(RXT2)의 게이트 노드에 공통으로 인가된다.

따라서, 제1 터치 픽셀(T-PXL1)의 송신파트(TX-PART)의 구동 동작에 따라 터치 센서(TS)에서 초음파가 발생하고, 이렇게 발생된 초음파는 손가락 지문에서 반사되어, 제2 터치 픽셀(T-PXL2)의 터치 센서(TS)의 압전 소자(PIEZO)에서 수신될 수 있다. 이에 따라, 터치 센싱 회로(130)는 제2 터치 픽셀(T-PXL2)과 대응되는 리드아웃 배선(RL)을 통해 신호를 검출할 수 있다.

도 15 및 도 16을 참조하면, 제2 기간(t=T2) 동안, 제2 터치 픽셀(T-PXL2)이 구동 터치 픽셀이고, 제3 터치 픽셀(T-PXL3)이 센싱 터치 픽셀이다.

도 15 및 도 16을 참조하면, 제2 기간(T2) 동안, 제n 스캔배선(SCL(n))에 공급된 턴-온 레벨 전압의 제n 스캔신호(SC(n))는, 제2 터치 픽셀(T-PXL2)의 송신 트랜지스터(TXT)의 게이트 노드와 제3 터치 픽셀(T-PXL3)의 제2 수신 트랜지스터(RXT2)의 게이트 노드에 공통으로 인가된다.

따라서, 제2 터치 픽셀(T-PXL2)의 송신파트(TX-PART)의 구동 동작에 따라 터치 센서(TS)에서 초음파가 발생하고, 이렇게 발생된 초음파는 손가락 지문에서 반사되어, 제3 터치 픽셀(T-PXL3)의 터치 센서(TS)의 압전 소자(PIEZO)에서 수신될 수 있다. 이에 따라, 터치 센싱 회로(130)는 제3 터치 픽셀(T-PXL3)과 대응되는 리드아웃 배선(RL)을 통해 신호를 검출할 수 있다.

전술한 바와 같이, 터치 디스플레이 패널(110)은 터치 센서(TS)를 내장하는 디스플레이 패널이다. 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널(110)은 터치 센서(TS)가 내장되는 위치의 관점에서 2가지 구조를 가질 수 있다.

첫 번째 구조로서, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널(110)은 터치 센서(TS)가 백플레인(Backplane) 상에 위치하는 TOB (Touch Sensor On Backplane) 구조를 가질 수 있다. 두 번째 구조로서, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널(110)은 터치 센서(TS)가 봉지층(Encapsulation Layer) 상에 위치하는 TOE (Touch Sensor On Encapsulation Layer) 구조를 가질 수 있다.

아래에서는, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널(110)의 2가지 구조(TOB, TOE)에 대하여 설명한다.

도 17은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널(110)의 TOB 구조에 관한 단면도이다. 도 18은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널(110)의 TOB 구조에 관한 더욱 구체적인 단면도이다. 도 19는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널(110)의 TOB 구조에서, 발광 소자(LE)의 제1 전극(AE)과 디스플레이 구동용 트랜지스터(D-TFT) 간의 연결 구조가 터치 센서(TS)를 관통하는 것을 나타낸 도면이다.

도 17 및 도 18을 참조하면, 터치 디스플레이 패널(110)은 발광 소자들(LE)이 포함된 디스플레이 픽셀들(D-PXL)과 압전 소자들(PIEZO)이 포함된 터치 픽셀들(T-PXL)을 포함할 수 있다.

도 17을 참조하면, 터치 디스플레이 패널(110)은 기판(210), 기판(210) 상에 위치하는 박막 트랜지스터 어레이(220) 및 박막 트랜지스터 어레이(220) 상에 위치하는 터치 센서 어레이(230) 등을 포함할 수 있다.

도 17을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널(110)은 TOB (Touch Sensor On Backplane) 구조를 갖기 때문에, 발광 소자들(LE)을 포함하는 발광소자 어레이(LE Array)는 터치 센서 어레이(230) 상에 배치될 수 있다.

도 17 및 도 18을 참조하면, 박막 트랜지스터 어레이(220)는 디스플레이 픽셀들(D-PXL)에 배치되는 디스플레이 구동용 트랜지스터들(D-TFT)과 터치 픽셀들(T-PXL)에 배치되는 센서 구동용 트랜지스터들(T-TFT)을 포함할 수 있다.

도 17 및 도 18을 참조하면, 터치 센서 어레이(230)는, 제1 평탄화층(PLN1)에 의해 서로 절연되고 이격되는 제1 구동전극 라인들(DEL1)과, 제1 구동전극 라인들(DEL1) 상에 위치하고 제1 평탄화층(PLN1)에 의해 서로 이격되는 압전 소자들(PIEZO)과, 압전 소자들(PIEZO) 상에 위치하며 제1 평탄화층(PLN1)에 의해 서로 절연되고 이격되는 제2 구동전극 라인들(DEL2)을 포함할 수 있다.

도 17 및 도 18을 참조하면, 압전 소자들(PIEZO)은 제1 구동전극 라인들(DEL1)과 제2 구동전극 라인들(DEL2) 사이에 위치하고, 터치 픽셀들(T-PXL) 각각에 위치할 수 있다.

도 18을 참조하면, 압전 소자들(PIEZO)은 제1 구동전극 라인들(DEL1)과 제2 구동전극 라인들(DEL2) 사이에 위치하고, 터치 픽셀들(T-PXL) 각각에 위치할 수 있다.

도 18을 참조하면, 제1 구동전극 라인들(DEL1)은 센서 구동용 트랜지스터들(T-TFT)과 전기적으로 연결될 수 있다.

제1 구동전극 라인들(DEL1)과 제2 구동전극 라인들(DEL2)은 서로 동일한 방향(예: 컬럼 방향 또는 로우 방향)으로 배치될 수 있다.

이와 다르게, 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 구동전극 라인들(DEL1)과 제2 구동전극 라인들(DEL2)은 교차하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 구동전극 라인들(DEL1)은 컬럼 방향으로 배치되고, 제2 구동전극 라인들(DEL2)은 로우 방향으로 배치될 수도 있다.

이 경우, 압전 소자들(PIEZO)은 제1 구동전극 라인들(DEL1)과 제2 구동전극 라인들(DEL2)이 교차하는 영역(터치 픽셀 영역)에 위치할 수 있다.

도 17 및 도 18은 제1 구동전극 라인들(DEL1)이 컬럼 방향으로 배치되고, 제2 구동전극 라인들(DEL2)이 로우 방향으로 배치될 때, 로우 방향으로 절취한 경우의 단면도들이다. 즉, 제1 구동전극 라인들(DEL1)이 컬럼 방향으로 배치되고, 제2 구동전극 라인들(DEL2)이 로우 방향으로 배치될 때, 1개의 제1 구동전극 라인(DEL1)을 따라서 절취한 경우의 단면도들이다.

도 17 및 도 18을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널(110)은 TOB (Touch Sensor On Backplane) 구조를 더욱 구체적으로 설명하면, 터치 센서 어레이(230)는 박막 트랜지스터 어레이(220) 상에 배치된 보호층(T-PAS) 상에 위치한다.

제1 구동전극 라인들(DEL1)은 보호층(T-PAS)의 홀을 통해 센서 구동용 트랜지스터들(T-TFT)과 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 제1 구동전극 라인들(DEL1)과 전기적으로 연결되는 센서 구동용 트랜지스터들(T-TFT)은 도 11의 터치 픽셀 회로에서 송신 트랜지스터(TXT) 및 제1 수신 트랜지스터(RXT1)일 수 있다.

도 18을 참조하면, 각 발광 소자(LE)는 제1 전극(AE), 발광층(EL) 및 제2 전극(CE)으로 구성될 수 있다.

발광 소자들(LE)의 제2 전극(CE) 상에 봉지층(ENCAP)이 배치될 수 있다.

봉지층(ENCAP)은 수분이나 공기 등의 침투를 방지하기 위한 층으로서, 무기물로 구성된 제1 봉지층과, 유기물로 구성된 제2 봉지층과, 유기물로 구성된 제3 봉지층 등이 교번하면서 적층된 다중 층일 수 있다.

발광 소자들(LE)의 제1 전극들(AE)은 연결 구조를 통해 디스플레이 구동용 트랜지스터들(D-TFT)과 전기적으로 연결될 수 있다.

도 6 내지 도 9, 도 19를 참조하여, 도 17 및 도 18을 입체적으로 생각해보면, 발광 소자(LE)의 제1 전극(AE)과 디스플레이 구동용 트랜지스터(D-TFT) 간의 연결 구조는, 2개의 제2 구동전극 라인(DEL2) 간의 이격 공간과, 압전 소자들(PIEZO) 간의 이격 공간과, 2개의 제1 구동전극 라인(DEL1) 간의 이격 공간을 관통하여 형성된다.

도 18에 도시된 제2 구동전극 라인(DEL2)은 지면 뒤쪽의 다른 제2 구동전극 라인(DEL2)과 이격되어 있다.

도 18을 참조하면, 발광 소자들(LE)의 제1 전극들(AE)은, 제1 구동전극 라인들(DEL1), 압전 소자들(PIEZO) 및 제2 구동전극 라인들(DEL2)을 회피하여, 제1 평탄화층(PLN1)과 보호층(T-PAS)의 홀을 통해 디스플레이 구동용 트랜지스터들(D-TFT)과 전기적으로 연결될 수 있다.

더욱 구체적으로 설명하면, 터치 디스플레이 패널(110)은, 발광 소자들(LE)의 제1 전극들(AE)과 디스플레이 구동용 트랜지스터들(D-TFT) 간의 연결 구조로서 제1 연결패턴들(SD1)과 제2 연결패턴들(SD2)을 포함할 수 있다.

제1 연결패턴들(SD1)은 보호층(T-PAS) 상에 위치하되, 컬럼 방향으로 배치되고 로우 방향으로 서로 이격되는 제1 구동전극 라인들(DEL1)의 사이에 위치하며, 보호층(T-PAS)의 홀을 통해 디스플레이 구동용 트랜지스터들(D-TFT)과 각각 컨택할 수 있다.

제2 연결패턴들(SD2)은 로우 방향으로 배치되고 컬럼 방향으로 서로 이격되는 제2 구동전극 라인들(DEL2)의 사이에 위치하며, 발광 소자들(LE)의 제1 전극들(AE)과 각각 컨택할 수 있다.

제1 연결패턴들(SD1)과 제2 연결패턴들(SD2)은 제1 평탄화층(PLN1)의 홀을 통해 연결될 수 있다.

제1 연결패턴들(SD1)은 제1 구동전극 라인들(DEL1)과 동일한 물질로 구성될 수 있다. 제2 연결패턴들(SD2)은 제2 구동전극 라인들(DEL2)과 동일한 물질로 구성될 수 있다.

이와 같이, 디스플레이 구동 관련 패턴들에 해당하는 제1 연결패턴들(SD1)이 터치 센서 구동 관련 패턴들에 해당하는 제1 구동전극 라인들(DEL1)과 동일한 물질로 동일한 층에 형성되고, 디스플레이 구동 관련 패턴들에 해당하는 제2 연결패턴들(SD2)이 터치 센서 구동 관련 패턴들에 해당하는 제2 구동전극 라인들(DEL2)과 동일한 물질로 동일한 층에 형성됨으로써, 패널 제작 공정을 간단하게 해줄 수 있고 패널 두께도 줄여줄 수 있다.

한편, 제1 구동전극 라인들(DEL1) 및 제2 구동전극 라인들(DEL2)은 금속 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 구동전극 라인들(DEL1) 및 제2 구동전극 라인들(DEL2)은 ITO (Indium Tin Oxide), AZO (Aluminum-doped Zinc Oxide), 나노와이어(Nano-wire) 및 나노파이버(Nano-fiber) 등의 투명 전극 물질로 구성될 수 있다.

한편, 제1 구동전극 라인들(DEL1) 각각은 메쉬 형태의 전극이고, 제2 구동전극 라인들(DEL2) 각각은 메쉬 형태의 전극일 수도 있다.

압전 소자들(PIEZO)은 트랜지스터의 채널을 위해 사용되는 액티브 층(Active Layer)을 형성하기 위한 물질(액티브 층 물질)로 구성될 수 있다.

압전 소자들(PIEZO)은 ZnO (Zinc Oxide) 등의 투명한 광학 특성을 갖는 액티브 층 물질로 구성될 수 있다.

도 20은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널(110)의 TOB 구조에서, 에너지 하베스팅 레이어(EHL: Energy Harvesting Layer)가 적용된 단면도이다.

도 20을 참조하면, 터치 센서(TS)는 에너지 하베스팅 레이어(EHL)를 내장할 수 있다. 즉, 터치 센서들(TS)에 포함되는 제1 구동전극 라인들(DEL1)과 압전 소자들(PIEZO) 사이에는 에너지 하베스팅 레이어(EHL)가 위치할 수 있다.

예를 들어, 에너지 하베스팅 레이어(EHL)에는 태양 전지들(Solar Cells)이 위치할 수 있다.

터치 디스플레이 패널(110)이 구동되는 동안, 태양전지들은 발광 소자들(LE)에서 방출되는 빛을 흡수하여 에너지 하베스팅을 수행할 수 있다. 특히, 태양전지들은 발광 소자들(LE)에서 방출되는 빛 중에서 자외선을 흡수하여 눈의 피로도를 감소시켜줄 수 있다.

터치 디스플레이 패널(110)이 구동 되지 않는 동안, 태양전지들은 외부 광원(예: 태양광 등)을 이용하여 에너지 하베스팅을 수행할 수 있다.

태양전지들의 에너지 하베스팅에 의해, 태양 전지들에서 전자 전송 역할을 하는 압전 소자들(PIEZO)을 통해 배터리로 전기가 충전될 수 있다.

한편, 예를 들어, 에너지 하베스팅 레이어(EHL)에는 열 전지들(Thermal Cells)이 위치할 수도 있다.

터치 디스플레이 패널(110)이 구동되는 동안, 터치 디스플레이 패널(110)에서는 열이 발생할 수 있다. 열 전지들은 발생된 열을 이용하여 에너지 하베스팅을 수행할 수 있다.

열 전지들의 에너지 하베스팅에 의해, 열 전지들에서 전자 전송 역할을 하는 압전 소자들(PIEZO)을 통해 배터리로 전기가 충전될 수 있다.

이상에서는, 첫 번째 구조로서, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널(110)에 대한 TOB (Touch Sensor On Backplane) 구조를 설명하였다. 아래에서는, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널(110)의 두 번째 구조로서, 터치 센서(TS)가 봉지층(Encapsulation Layer) 상에 위치하는 TOE (Touch Sensor On Encapsulation Layer) 구조를 설명한다.

다만, TOB 구조와 TOE 구조는 제1 구동전극 라인들(DEL1)과 센싱 구동용 트랜지스터(T-TFT) 간의 연결 구조 등에서만 일부 차이점이 있을 뿐, 나머지는 크게 차이가 없다. 따라서, 아래에서는 차이점이 있는 내용만을 위주로 설명한다.

도 21은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널(110)의 TOE 구조에 관한 단면도이다.

도 21을 참조하면, 터치 디스플레이 패널(110)의 TOE 구조를 갖는 경우, 발광소자 어레이(LE Array)는 백플레인(Backplane)과 터치 센서 어레이(230) 사이에 위치할 수 있다.

보다 구체적으로, 도 21을 참조하면, 발광 소자들(LE)은 박막 트랜지스터 어레이(220) 상에 위치할 수 있다. 발광 소자들(LE) 상에 봉지층(ENCAP)이 배치될 수 있다. 터치 센서 어레이(230)는 봉지층(ENCAP) 상에 배치될 수 있다.

발광소자 어레이(LE Array)에 포함된 각 발광 소자(LE)는 박막 트랜지스터 어레이(220) 상에 절연되어 디스플레이 픽셀(D-PXL) 마다 위치하는 제1 전극(AE)과, 제1 전극(AE) 상에 디스플레이 픽셀(D-PXL) 마다 위치하는 발광층(LE)과, 모든 디스플레이 픽셀(D-PXL)의 전 영역에서 발광층(LE) 상에 위치하는 제2 전극(CE)을 포함할 수 있다.

디스플레이 픽셀(D-PXL) 마다 위치하는 제1 전극(AE)은 절연층의 홀을 통해 박막 트랜지스터 어레이(220)에 포함된 디스플레이 구동용 트랜지스터(D-TFT)와 전기적으로 연결될 수 있다.

도 21을 참조하면, 제1 구동전극 라인들(DEL1)은 디스플레이 픽셀(D-PXL)의 발광 영역을 회피하여 봉지층(ENCAP)의 홀을 통해 센서 구동용 트랜지스터들(T-TFT)과 전기적으로 연결될 수 있다.

한편, 제1 구동전극 라인들(DEL1) 및 제2 구동전극 라인들(DEL2)은 금속 물질로 구성될 수 있다.

발광 소자들(LE)의 발광 성능을 향상시키기 위하여, 제1 구동전극 라인들(DEL1) 및 제2 구동전극 라인들(DEL2)은, 일 예로, ITO (Indium Tin Oxide), AZO (Aluminum-doped Zinc Oxide), 나노와이어(Nano-wire) 및 나노파이버(Nano-fiber) 등의 투명 전극 물질로 구성될 수 있다.

또 다르게, 발광 소자들(LE)의 발광 성능을 향상시키기 위하여, 제1 구동전극 라인들(DEL1) 각각은 메쉬 형태의 전극이고, 제2 구동전극 라인들(DEL2) 각각은 메쉬 형태의 전극일 수도 있다.

도 22는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 디스플레이 패널(110)의 TOE 구조에서, 에너지 하베스팅 레이어가 적용된 단면도이다.

도 22를 참조하면, 터치 센서(TS)는 에너지 하베스팅 레이어(EHL)를 내장할 수 있다. 즉, 터치 센서들(TS)에 포함되는 제1 구동전극 라인들(DEL1)과 압전 소자들(PIEZO) 사이에는 에너지 하베스팅 레이어(EHL)가 위치할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예들에 의하면, 터치 유무나 터치 위치를 센싱하는 센서와 지문을 센싱하는 센서를 통합하여 제공하는 터치 디스플레이 장치(100)를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 터치 유무나 터치 위치를 센싱하는 센서와 지문을 센싱하는 센서가 내장된 터치 디스플레이 패널(110)을 포함하는 터치 디스플레이 장치(100)를 제공할 수 있다.

이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 터치 디스플레이 장치
110: 터치 디스플레이 패널
120: 디스플레이 구동 회로
130: 터치 센싱 회로
210: 기판
220: 박막 트랜지스터 어레이
230: 터치 센서 어레이

Claims

발광 소자들이 포함된 디스플레이 픽셀들과 압전 소자들이 포함된 터치 픽셀들을 포함하는 터치 디스플레이 패널; 및
상기 터치 디스플레이 패널을 구동하기 위한 구동 회로를 포함하고,
상기 터치 디스플레이 패널은,
기판 상에 위치하고, 상기 디스플레이 픽셀들에 배치되는 디스플레이 구동용 트랜지스터들과 상기 터치 픽셀들에 배치되는 센서 구동용 트랜지스터들을 포함하는 박막 트랜지스터 어레이와,
상기 박막 트랜지스터 어레이 상에 위치하며, 제1 평탄화층에 의해 서로 절연되고 이격되는 제1 구동전극 라인들과, 상기 제1 구동전극 라인들 상에 위치하고 상기 제1 평탄화층에 의해 서로 이격되는 압전 소자들과, 상기 압전 소자들 상에 위치하며 서로 절연되고 이격되는 제2 구동전극 라인들을 포함하는 터치 센서 어레이를 포함하고,
상기 제1 구동전극 라인들은 상기 센서 구동용 트랜지스터들과 전기적으로 연결되고, 상기 압전 소자들은 상기 제1 구동전극 라인들과 상기 제2 구동전극 라인들 사이에 위치하되 상기 터치 픽셀들 각각에 위치하는 터치 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 구동전극 라인들과 상기 제2 구동전극 라인들은 교차하여 배치되는 터치 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 압전 소자들은,
상기 제1 구동전극 라인들과 상기 제2 구동전극 라인들이 교차하는 영역에 위치하는 터치 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 발광 소자들은 상기 터치 센서 어레이 상에 배치되는 터치 디스플레이 장치.
제4항에 있어서,
상기 터치 센서 어레이는 상기 박막 트랜지스터 어레이 상에 배치된 보호층 상에 위치하고,
상기 제1 구동전극 라인들은 상기 보호층의 홀을 통해 상기 센서 구동용 트랜지스터들과 각각 전기적으로 연결되고,
상기 발광 소자들의 제1 전극들은,
상기 제1 구동전극 라인들, 상기 압전 소자들 및 상기 제2 구동전극 라인들을 회피하여, 상기 제1 평탄화층과 상기 보호층의 홀을 통해 상기 디스플레이 구동용 트랜지스터들과 전기적으로 연결되는 터치 디스플레이 장치.
제5항에 있어서,
상기 보호층 상에 위치하되, 상기 제1 구동전극 라인들의 사이에 위치하며, 상기 보호층의 홀을 통해 상기 디스플레이 구동용 트랜지스터들과 각각 컨택되는 제1 연결패턴들과,
상기 제2 구동전극 라인들의 사이에 위치하며, 상기 발광 소자들의 상기 제1 전극들과 각각 컨택하는 제2 연결패턴들을 더 포함하고,
상기 제1 연결패턴들과 상기 제2 연결패턴들은 상기 제1 평탄화층의 홀을 통해 연결되는 터치 디스플레이 장치.
제6항에 있어서,
상기 제1 연결패턴들은 상기 제1 구동전극 라인들과 동일한 물질로 구성되고,
상기 제2 연결패턴들은 상기 제2 구동전극 라인들과 동일한 물질로 구성되는 터치 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 구동전극 라인들 각각은,
상기 터치 픽셀들 각각에 위치하는 제1 구동파트들과, 상기 터치 픽셀들 사이에 위치하며 제1 구동파트들을 연결해주는 제1 연결파트들을 포함하고, 상기 제1 구동파트들은 상기 제1 연결파트들보다 큰 폭을 갖고,
상기 제2 구동전극 라인들 각각은,
상기 터치 픽셀들 각각에 위치하는 제2 구동파트들과, 상기 터치 픽셀들 사이에 위치하며 제2 구동파트들을 연결해주는 제2 연결파트들을 포함하고, 상기 제2 구동파트들은 상기 제2 연결파트들보다 큰 폭을 갖고,
상기 압전 소자들은 상기 제1 구동파트들과 상기 제2 구동파트들 사이에 위치하는 터치 디스플레이 장치.
제8항에 있어서,
상기 터치 픽셀들 각각에는,
상기 제1 구동파트, 상기 압전 소자 및 상기 제2 구동파트를 포함하는 터치 센서;
제1 스캔신호에 의해 제어되며, 제1 구동신호가 공급되는 구동신호배선과 상기 제1 구동파트 사이에 전기적으로 연결된 송신 트랜지스터; 및
리드아웃 배선과 전원전압이 공급되는 전원배선 사이에 전기적으로 연결된 제1 수신 트랜지스터 및 제2 수신 트랜지스터를 포함하고,
상기 제1 수신 트랜지스터는 상기 제1 수신 트랜지스터 및 상기 제2 수신 트랜지스터 간의 연결지점에 해당하는 중간노드와 상기 전원배선 사이에 전기적으로 연결되고,
상기 제2 수신 트랜지스터는 제2 스캔신호에 따라 제어되고, 상기 중간노드와 상기 리드아웃 배선 사이에 전기적으로 연결되고,
상기 제1 수신 트랜지스터의 게이트 노드는 상기 제1 구동파트에 전기적으로 연결된 터치 디스플레이 장치.
제9항에 있어서,
상기 터치 픽셀들 중 상기 송신 트랜지스터가 턴-온 된 터치 픽셀은 초음파를 발생하고,
상기 발생된 초음파가 터치 오브젝트에 의해 반사되고,
상기 터치 픽셀들 중 상기 제1 및 제2 수신 트랜지스터가 턴-온 된 터치 픽셀은 상기 터치 오브젝트에 의해 반사된 초음파를 수신하는 터치 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 터치 픽셀들 각각에서 압전 소자는 둘 이상으로 분할된 터치 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 구동전극 라인들 및 상기 제2 구동전극 라인들은 투명 전극 물질로 구성되는 터치 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 구동전극 라인들 각각은 메쉬 형태의 전극이고, 상기 제2 구동전극 라인들 각각은 메쉬 형태의 전극인 터치 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 압전 소자들은 액티브 층 물질로 구성되는 터치 디스플레이 장치.
제14항에 있어서,
상기 압전 소자들은 투명한 광학 특성을 갖는 액티브 층 물질로 구성되는 터치 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 구동전극 라인들과 상기 압전 소자들 사이에는 태양 전지들(Solar Cells)이 위치하고,
상기 태양 전지들에서 상기 압전 소자들을 통해 배터리로 전기가 충전되는 터치 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 구동전극 라인들과 상기 압전 소자들 사이에는 열 전지들(Thermal Cells)이 위치하고,
상기 열 전지들에서 상기 압전 소자들을 통해 배터리로 전기가 충전되는 터치 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 발광 소자들은 상기 박막 트랜지스터 어레이 상에 위치하고,
상기 발광 소자들 상에 봉지층이 배치되고,
상기 터치 센서 어레이는 상기 봉지층 상에 배치되는 터치 디스플레이 장치.
제18항에 있어서,
상기 제1 구동전극 라인들은,
상기 디스플레이 픽셀의 발광 영역을 회피하여 상기 봉지층의 홀을 통해 상기 센서 구동용 트랜지스터들과 전기적으로 연결되는 터치 디스플레이 장치.