KR20220044471A - 터치 센서를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 하나의 실시예에 따른 표시 장치는 영상을 표시하는 복수개의 화소를 포함하는 표시 패널, 외부 물체의 터치를 감지하는 복수개의 터치 센서 전극, 그리고 복수개의 터치 센서 전극과의 사이에서 상호 정전용량을 생성하는 복수개의 감지 입력 전극을 포함하고, 복수개의 터치 센서 전극은 영상을 표시하는 표시 영역 안에 위치하고, 복수개의 감지 입력 전극은 상기 표시 패널의 가장자리 영역 중에서 영상을 표시하지 않는 블랙 매트릭스 영역과 중첩하는 영역에 위치한다.

Description

터치 센서를 포함하는 표시 장치{DISPLAY DEVICE INCLUDING TOUCH SENSOR}
터치 센서를 포함하는 표시 장치가 제공된다.
액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD), 유기 발광 표시 장치(organic light emitting diode, OLED), 전기영동 표시 장치(electrophoretic display, EPD) 등의 평판 표시 장치(flat panel display, FPD)는 전기장 생성 전극과 전기 광학 활성층(electro-optical active layer)을 포함한다. 전기 광학 활성층으로서, 액정 표시 장치는 액정층을 포함하고, 유기 발광 표시 장치는 유기 발광층을 포함하고, 전기 영동 표시 장치는 전하를 띤 입자를 포함할 수 있다. 전기장 생성 전극은 박막 트랜지스터 등의 스위칭 소자에 연결되어 데이터 신호를 인가 받을 수 있고, 전기 광학 활성층은 이러한 데이터 신호를 광학 신호로 변환함으로써 영상을 표시한다.
최근 이러한 평판 표시 장치는 영상을 표시하는 기능 이외에 사용자와의 상호 작용이 가능한 터치 감지 기능을 포함할 수 있다. 터치 감지 기능은 사용자가 화면 위에 손가락이나 터치 펜(touch pen) 등을 터치하면 표시 장치가 화면에 가한 압력, 전하, 빛 등의 변화를 감지함으로써 물체가 화면에 터치되었는지 여부 및 그 터치 위치 등의 터치 정보를 알아내는 것이다. 표시 장치는 이러한 터치 정보에 기초하여 영상 신호를 입력 받을 수 있다.
이러한 터치 감지 기능은 센서를 통해 구현될 수 있다. 센서는 저항막 방식(resistive type), 정전 용량 방식(capacitive type), 전자기 유도형(electro-magnetic type, EM), 광 감지 방식(optical type) 등 다양한 방식에 따라 분류될 수 있다.
이 중, 정전 용량 방식의 센서는 감지 신호를 전달할 수 있는 감지 전극으로 이루어진 감지 축전기를 포함하고, 손가락과 같은 도전체가 센서에 접근할 때 발생하는 감지 축전기의 정전 용량(capacitance)의 변화를 감지하여 접촉 여부와 접촉 위치 등을 알아낼 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 터치 센서의 커플링 노이즈를 방지하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예는 표시 장치의 가장자리 영역의 터치 특성을 개선하기 위한 것이다.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 표시 장치는 영상을 표시하는 복수개의 화소를 포함하는 표시 패널, 외부 물체의 터치를 감지하는 복수개의 터치 센서 전극, 그리고 복수개의 터치 센서 전극과의 사이에서 상호 정전용량을 생성하는 복수개의 감지 입력 전극을 포함하고, 복수개의 터치 센서 전극은 영상을 표시하는 표시 영역 안에 위치하고, 복수개의 감지 입력 전극은 상기 표시 패널의 가장자리 영역 중에서 영상을 표시하지 않는 블랙 매트릭스 영역과 중첩하는 영역에 위치한다.
여기서, 터치 센서 전극은 셀프 캐패시턴스 방식 또는 상호 캐패시턴스 방식 중 적어도 어느 하나로 외부 물체의 터치를 감지할 수 있다.
또한, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 표시 장치는 표시 패널과 연결되어 있는 감지 주사 구동부, 터치 센서 전극 및 감지 입력 전극과 전기적으로 연결되어 있으며 감지 주사 구동부로부터 감지 입력 신호를 입력 받아 터치 센서 전극 및 감지 입력 전극에 전달하는 감지 입력 신호선, 표시 패널과 연결되어 있는 감지 신호 처리부, 그리고 터치 센서 전극과 전기적으로 연결되어 있으며 터치 센서 전극으로부터 감지 출력 신호를 받아 감지 신호 처리부에 전달하는 감지 출력 신호선을 포함할 수 있다.
여기서, 터치 센서 전극은 셀프 캐패시턴스 방식에 의해 생성된 제1 감지 출력 신호를 제1 감지 출력 신호선을 통해 감지 신호 처리부에 전달하고, 상호 캐패시턴스 방식에 의해 생성된 제2 감지 출력 신호를 제2 감지 출력 신호선을 통해 감지 신호 처리부에 전달할 수 있다.
또한, 감지 신호 처리부는 터치 센서 전극으로부터 셀프 캐패시턴스 방식에 의해 생성된 제1 감지 출력 신호 또는 상호 캐패시턴스 방식에 의해 생성된 제2 감지 출력 신호 중 적어도 어느 하나를 이용하여 터치 좌표를 추출할 수 있다.
또한, 감지 신호 처리부는 제1 감지 출력 신호와 제2 감지 출력 신호를 조합하여 터치 좌표를 추출할 수 있다.
또한, 감지 신호 처리부는 제1 감지 출력 신호와 제2 감지 출력 신호 값의 터치 센서 전극의 위치에 따른 평균 값을 산출하고, 평균 값으로 조합된 신호를 보간법을 이용하여 터치 좌표를 추출할 수 있다.
또한, 감지 신호 처리부는 제1 감지 출력 신호의 좌표와 제2 감지 출력 신호의 좌표를 보간법을 이용하여 추출하고, 추출한 두 신호 좌표의 평균 값으로 터치 좌표를 추출할 수 있다.
또한, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 표시 장치는 표시 패널과 연결되어 있는 터치 센서 제어부, 그리고 터치 센서 전극 및 감지 입력 전극과 전기적으로 연결되어 있으며 터치 센서 제어부로부터 감지 입력 신호를 입력 받아 터치 센서 전극 및 감지 입력 전극에 전달하고, 터치 센서 전극으로부터 감지 출력 신호를 받아 터치 센서 제어부에 전달하는 감지 신호선을 포함할 수 있다.
여기서, 터치 센서 전극은 셀프 캐패시턴스 방식에 의해 생성된 제1 감지 출력 신호를 제1 감지 신호선을 통해 터치 센서 제어부에 전달하고, 상호 캐패시턴스 방식에 의해 생성된 제2 감지 출력 신호를 제2 감지 신호선을 통해 터치 센서 제어부에 전달할 수 있다.
또한, 터치 센서 제어부는 터치 센서 전극으로부터 셀프 캐패시턴스 방식에 의해 생성된 제1 감지 출력 신호 또는 상호 캐패시턴스 방식에 의해 생성된 제2 감지 출력 신호 중 적어도 어느 하나를 이용하여 터치 좌표를 추출할 수 있다.
또한, 터치 센서 제어부는 제1 감지 출력 신호와 제2 감지 출력 신호를 조합하여 터치 좌표를 추출할 수 있다.
또한, 터치 센서 제어부는 제1 감지 출력 신호와 제2 감지 출력 신호 값의 터치 센서 전극의 위치에 따른 평균 값을 산출하고, 평균 값으로 조합된 신호를 보간법을 이용하여 터치 좌표를 추출할 수 있다.
또한, 터치 센서 제어부는 제1 감지 출력 신호의 좌표와 제2 감지 출력 신호의 좌표를 보간법을 이용하여 추출하고, 추출한 두 신호 좌표의 평균 값으로 터치 좌표를 추출할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 표시 장치의 표시 패널은 제1 기판 및 제2 기판을 포함하고, 터치 센서 전극은 제2 기판의 윗면에 대한 물체의 터치를 감지하고, 제2 기판은 절연막을 사이에 두고 그 위에 복수개의 터치 센서 전극이 형성되어 있는 터치 센서층과 복수개의 감지 입력 전극이 위치하고 그 아래에 공통 전극이 위치할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 표시 장치의 표시 패널은 제1 기판 및 제2 기판을 포함하고, 제2 기판의 윗면에는 정전기 방지층이 위치하고, 정전기 방지층 위에 부착층을 사이에 두고 복수개의 터치 센서 전극이 형성되어 있는 터치 센서층과 복수개의 감지 입력 전극이 위치할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 표시 장치의 표시 패널은 제1 기판 및 제2 기판을 포함하고, 제2 기판의 윗면에는 정전기 방지층이 위치하고, 정전기 방지층 위에 보호층을 사이에 두고 복수개의 터치 센서 전극이 형성되어 있는 터치 센서층과 복수개의 감지 입력 전극이 위치할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 표시 장치의 표시 패널은 제1 기판 및 제2 기판을 포함하고, 제2 기판의 윗면에는 정전기 방지층이 위치하고, 정전기 방지층에 복수개의 터치 센서 전극과 복수개의 감지 입력 전극이 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 표시 장치의 표시 패널은 제1 기판 및 제2 기판을 포함하고, 표시 패널은 복수개의 터치 센서 전극이 형성되어 있는 터치 센서층과 복수개의 감지 입력 전극을 포함할 수 있다.
여기서, 터치 센서층에 형성된 감지 신호선은 도전 도트를 통해 제1 기판 측에 연결되어 있을 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 표시 장치에서 터치 센서는 커플링 노이즈를 방지할 수 있고, 표시 장치의 가장자리 영역의 터치 특성이 개선될 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 터치 센서를 포함하는 표시 장치의 개략적인 배치도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 터치 센서의 패턴을 나타내는 표시 장치의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 표시 패널의 가장자리 영역(Ed)을 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 표시 패널의 가장자리 영역의 단면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 표시 장치의 대략적인 구성을 도시하는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 터치 센서를 포함하는 표시 장치의 단면도이다.
도 10 내지 도 14는 본 발명의 하나의 실시예들에 따른 터치 센서를 포함하는 표시 장치의 단면도이다.
도 15는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 표시 장치의 터치 좌표 추출 방법을 나타낸 순서도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 한편, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 한편, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 센서를 포함하는 표시 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다. 이하에서 주로 액정 표시 장치와 관련하여 설명할지라도, 본 발명의 실시예는 유기 발광 표시 장치, 전기 영동 표시 장치 같은 다른 표시 장치에도 적용될 수 있다.
정전 용량 방식의 센서는 표시 장치 내에서의 센서 구조에 따라 표시 장치의 내부 회로에 의하여 커플링 노이즈(coupling noise)가 발생할 수 있고, 표시 장치의 가장자리(edge)의 터치 특성이 저하될 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 터치 센서를 포함하는 표시 장치의 개략적인 배치도이다.
먼저 도 1을 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 터치 센서를 포함하는 표시 장치(1)는 터치 센서(TS)를 포함하는 표시 패널(300), 표시 주사 구동부(400), 데이터 구동부(500), 그리고 터치 센서 제어부(600)를 포함한다.
이하에서는 표시 장치(1)에서 영상을 표시하는 영역을 표시 영역(AA, active area)이라 칭하고, 표시 영역(AA)을 제외한 나머지 영역인 비표시 영역을 블랙 매트릭스(BM, Black Matrix) 영역, 즉 BM 영역으로 칭하여 설명한다. 따라서, 표시 장치(1)는 표시 영역(AA)과 BM 영역을 포함한다.
표시 패널(300)은 복수개의 주사 신호선(G1-Gn), 복수개의 데이터선(D1-Dm), 복수개의 감지 신호선(SPL1-SPLi)에 연결되어 있다. 그리고, 표시 패널(300)은 복수개의 감지 신호선(SPL1-SPLi)에 연결되어 있는 복수개의 터치 센서(TS), 그리고 영상을 표시하며 행렬 형태로 배열되어 있는 복수개의 화소(PX)를 포함한다.
감지 신호선(SPL1-SPLi)은 대략 행 방향 또는 대략 열 방향으로 연장되어 있으며, 각 터치 센서(TS)에 연결되어 감지 입력 신호와 감지 출력 신호를 전달한다.
감지 입력 신호는 다양한 파형 및 전압 레벨을 가질 수 있다. 예를 들어 감지 입력 신호는 주기적으로 출력되는 펄스를 포함할 수 있고, 적어도 두 개의 서로 다른 전압 레벨을 포함할 수 있다. 또한 감지 입력 신호는 일정한 전압 레벨을 기준으로 변화하는 교류 전압(AC)일 수도 있다.
각 터치 센서(TS)에 입력되는 감지 입력 신호와 각 터치 센서(TS)로부터 출력되는 감지 출력 신호는 각각 도 2와 같이 감지 입력 신호선(SL1-SLp)과 감지 출력 신호선(PL1-PLq)을 통하여 전달될 수 있다.
도 2는 감지 입력 신호와 감지 출력 신호가 별개의 신호선을 이용하여 전달되는 경우를 나타낸다. 감지 입력 신호선(SL1-SLp)은 감지 주사 구동부(610)에 연결되어 있으며 서로가 거의 평행하게 뻗을 수 있다. 감지 입력 신호선(SL1-SLp)은 감지 주사 구동부(610)로부터 입력 받은 감지 입력 신호를 전달할 수 있다.
감지 출력 신호선(PL1-PLq)은 감지 신호 처리부(620)와 연결되어 있으며 감지 입력 신호선(SL1-SLp)과 교차하며 서로가 거의 평행하게 뻗을 수 있다. 감지 출력 신호선(PL1-PLq)에는 일정한 기준 전압이 인가될 수 있으며, 표시 패널(300)에 대한 터치에 따라 터치 센서(TS)에서 발생한 감지 출력 신호를 감지 신호 처리부(620)에 전달할 수 있다.
주사 신호선(G1-Gn)은 대략 행 방향으로 연장되어 있으며, 각 화소(PX)에 연결되어 있는 박막 트랜지스터 같은 스위칭 소자(Q)를 턴-온 시킬 수 있는 게이트 온 전압과 턴-오프 시킬 수 있는 게이트 오프 전압의 조합으로 이루어진 게이트 신호를 전달할 수 있다.
데이터선(D1-Dm)은 대략 열 방향으로 연장되어 있으며, 각 화소(PX)에 연결되어 있는 스위치 소자(Q)의 턴-온 시 데이터 전압을 전달한다.
화소(PX)는 영상을 표시하는 단위로서, 하나의 화소(PX)가 기본색(primary color) 중 하나를 고유하게 표시하거나, 복수개의 화소가 시간에 따라 번갈아 기본색을 표시함으로써, 이들 기본색의 공간적 또는 시간적 합으로 원하는 색상을 표시할 수 있다. 각각의 화소(PX)에는 공통 전압과 데이터 전압이 인가될 수 있다.
도 3을 참조하면, 각 화소(PX)는 주사 신호선(G1-Gn)과 데이터선(D1-Dm)에 연결되어 있는 박막 트랜지스터 등의 스위칭 소자(Q) 및 스위칭 소자(Q)와 연결된 화소 전극(191)을 포함할 수 있다.
터치 센서(TS)는 정전 용량 방식으로서 접촉에 따른 감지 출력 신호를 생성할 수 있다. 하나의 감지 입력 신호선(SL1-SLp)과 하나의 감지 출력 신호선(PL1-PLq)이 교차하는 부분에 하나의 터치 센서(TS)가 위치할 수 있다.
또한 하나의 터치 센서(TS)의 영역에는 복수개의 화소(PX)가 위치할 수 있다. 예를 들어, 하나의 터치 센서(TS)의 영역에는 행 방향 또는 열 방향을 따라 수십 개 내지 수백 개의 화소(PX) 열이 배치될 수 있다. 그러나 하나의 터치 센서(TS)에 대응하는 화소(PX)의 밀도는 이에 한정되지 않고 표시 장치의 해상도에 따라 다양하게 변화될 수 있다.
터치 센서(TS)는 셀프 커패시턴스(self-capacitance) 방식으로 터치에 따른 감지 출력 신호를 생성할 수 있다. 터치 센서(TS)는 감지 신호선(SPL1-SPLi)으로부터 감지 입력 신호를 수신하고 손가락 같은 외부 물체의 터치에 의한 커패시턴스 변화를 감지 출력 신호로서 감지 신호선(SPL1-SPLi)을 통해 출력할 수 있다.
또한 터치 센서(TS)는 감지 입력 신호선(SL1-SLp)으로부터 감지 입력 신호를 수신하고 손가락 같은 외부 물체의 터치에 의한 커패시턴스 변화를 감지 출력 신호로서 감지 출력 신호선(PL1-PLq)을 통해 출력할 수 있다.
터치 센서 제어부(600)는 터치 센서(TS)에 인가될 감지 주사 신호를 생성하여 송신하고, 터치 센서(TS)로부터 감지 출력 신호를 수신하여 터치 정보를 생성한다.
감지 주사 구동부(610)는 표시 패널(300)의 감지 입력 신호선(SL1-SLp)과 연결되어 감지 입력 신호를 감지 입력 신호선(SL1-SLp)에 인가한다. 이때 감지 입력 신호선(SL1-SLp)에 대한 감지 입력 신호의 인가는 순차적으로 이루어질 수 있다.
감지 신호 처리부(620)는 표시 패널(300)의 감지 출력 신호선(PL1-PLq)과 연결되어 있으며, 감지 출력 신호선(PL1-PLq)으로부터의 감지 출력 신호를 입력받아 처리한다. 감지 신호 처리부(620)는 처리된 감지 출력 신호를 이용하여 접촉 여부 및 접촉 위치 등의 접촉 정보를 생성할 수 있다.
터치 센서 제어부(600)는 감지 주사 구동부(610) 및 감지 신호 처리부(620)를 포함할 수 있다.
표시 주사 구동부(400)는 표시 패널(300)의 주사 신호선(G1-Gn)과 연결되어 있으며 게이트 신호를 주사 신호선(G1-Gn)에 인가한다.
데이터 구동부(500)는 표시 패널(300)의 데이터선(D1-Dm)과 연결되어 있으며, 입력 영상 신호에 대응하는 데이터 전압을 데이터선(D1-Dm)에 인가한다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 터치 센서의 패턴을 나타내는 표시 장치의 평면도이고, 도 5는 표시 패널(300)의 가장자리 영역(Ed)을 나타낸 평면도이다. 도 6은 표시 패널(300)의 가장자리 영역(Ed)의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 매트릭스 형태로 배열될 수 있는 터치 센서(TS)는 산화인듐주석(indium tin oxide, ITO), 산화인듐아연(indium zinc oxide, IZO), 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT) 같은 투명한 도전 물질로 형성될 수 있다. 터치 센서(TS)는 사각형 삼각형 원형 등 다양한 형상을 가질 수 있으며, 수 mm의 크기를 가질 수 있다. 예컨대 터치 센서(TS)가 사각형인 경우, 한 변의 길이는 약 3-5 mm일 수 있다. 이러한 터치 센서(TS)의 크기는 물체가 표시 패널(300)에 터치될 때 접촉하는 면적에 따라 달라질 수 있다.
터치 센서(TS) 및 이에 연결된 감지 신호선(SPL)은 동일한 재료로 패터닝에 의해 형성될 수 있다. 예컨대, 하나의 ITO 층을 적층하고 패터닝하여 다수의 터치 센서(TS)와 감지 신호선(SPL)을 하나의 마스크로 동시에 형성할 수 있다.
도 4를 참조하면, 표시 패널(300)에는 터치 센서(TS)가 배열되고, 감지 신호선(SPL)이 터치 센서(TS)에 연결될 수 있다. BM 영역에는 감지 입력 전극(Tx)이 열 방향으로 배열되고, 감지 입력 신호선(SL)이 감지 입력 전극(Tx)에 연결될 수 있다. 가장자리 영역(Ed)은 표시 영역(AA)과 BM 영역(BM)의 경계 근처의 영역이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 표시 패널(300)의 가장자리 영역(Ed)에 외부 물체의 접촉이 있는 경우, 터치 센서(TS) 내부의 터치 센서 전극(TSe)과 외부 물체와의 사이에서 생성되는 정전용량(Ct)이 변화하고 그에 따른 감지 출력 신호가 감지 신호선(SPL)으로 출력될 수 있다. 그리고, 표시 패널(300)의 가장자리 영역(Ed)의 외부 물체의 접촉이 있는 경우, 터치 센서(TS) 내부의 터치 센서 전극(TSe)과 감지 입력 전극(Tx) 사이의 감지 축전기(Cm)에 충전된 전하량이 변화하고 그에 따른 감지 출력 신호가 감지 신호선(SPL)으로 출력될 수 있다.
표시 패널(300)의 가장자리 영역(Ed)에 외부 물체의 접촉이 있는 경우에는 셀프 캐패시턴스 방식과 상호 캐패시턴스 방식(mutual-capacitance), 각각 두 가지 방식에 의하여 생성된 각각의 감지 출력 신호가 감지 신호선(SPL)으로 출력될 수 있다. 셀프 캐패시턴스 방식에 의하여 생성된 감지 출력 신호와 상호 캐패시턴스 방식에 의하여 생성된 감지 출력 신호는 하나의 감지 신호선(SPL)으로 출력될 수도 있지만, 각각 별개의 감지 신호선(SPL) 또는 감지 출력 신호선(PL)으로 출력될 수도 있다.
터치 센서 제어부(600)는 셀프 캐패시턴스 방식에 의한 감지 출력 신호를 이용하여 표시 패널(300)의 가장자리 영역(Ed)의 터치 신호를 획득하고, 상호 캐패시턴스 방식에 의한 감지 출력 신호를 이용하여 표시 패널(300)의 가장자리 영역(Ed)의 터치 신호를 획득하여 두 터치 신호를 조합하여 표시 패널(300)의 가장자리 영역(Ed)의 터치 좌표를 추출할 수 있다.
BM 영역에 감지 입력 전극(Tx)을 배열시켜 감지 입력 전극(Tx)과 터치 센서(TS) 내부의 터치 센서 전극(TSe) 사이의 상호 캐패시턴스를 이용하여 표시 패널(300)의 가장자리 영역(Ed)의 터치를 감지하는 경우에는 터치 센서(TS)의 셀프 캐패시턴스만을 이용하여 표시 패널(300)의 가장자리 영역(Ed)의 터치를 감지하는 경우보다 터치 감지 성능이 개선될 수 있다.
그리고, 표시 패널(300)의 가장자리 영역(Ed)의 터치 특성을 개선하기 위하여 BM 영역에 터치 센서(TS)나 감지 출력 전극(Rx)를 배열시키는 경우에는 BM 영역에 존재하는 주변회로(800)와 커플링 노이즈(coupling noise)가 발생될 수 있다. 주변회로(800)는 표시 주사 구동부(400), 데이터 구동부(500), 터치 센서 제어부(600), 감지 주사 구동부(610), 감지 신호 처리부(620) 등일 수 있다.
표시 패널(300)의 가장자리 영역(Ed)을 제외한 나머지 영역에서 외부 물체의 접촉이 있는 경우에는 터치 센서(TS) 내부의 터치 센서 적극(TSe)과 외부 물체 사이에서 생성되는 정전용량(Ct)를 이용한 셀프 캐패시턴스 방식으로만 감지 출력 신호를 생성하여 터치 좌표를 추출할 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 터치 센서를 포함하는 표시 장치(1)는 접촉면을 포함하는 절연 기판인 상부 기판(210)을 포함한다. 절연 기판인 상부 기판(210) 아래에는 복수개의 터치 센서 전극(TSe) 및 복수개의 감지 입력 전극(Tx)이 위치한다.
감지 입력 전극(Tx)은 열 방향으로 배열될 수 있고, 복수개의 감지 입력 전극(Tx)은 하나의 감지 입력 전극 열을 이룰 수 있다. 한 감지 입력 전극 열에 위치하는 복수개의 감지 입력 전극(Tx)은 서로 연결되어 있을 수도 있다. 각 감지 입력 전극(Tx)의 모양은 도 5에 도시한 바와 같이 사각형일 수 있으나 이에 한정되지 않고 다양한 모양을 가질 수 있다. 각 감지 입력 전극(Tx)의 한 변의 길이는 대략 수 mm일 수 있으나 접촉 물체 및 접촉 방법에 따라 그 크기는 달라질 수 있다.
터치 센서 전극(TSe)은 감지 입력 전극(Tx) 사이에 상호 캐패시턴스를 형성하므로 감지 출력 전극(Rx)과 같은 역할을 한다. 터치 센서 전극(TSe)과 감지 입력 전극(Tx)은 단면 구조에서 절연 기판인 상부 기판(210) 아래의 동일한 평면 상에 위치할 수 있으나, 이와 달리 서로 다른 층에 위치할 수도 있다.
감지 입력 전극(Tx)은 ITO(indium tin oxide), 또는 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명한 도전 물질로 만들어질 수 있다.
도 6을 참조하면, 감지 입력 전극(Tx)은 터치 센서 제어부(600) 또는 감지 주사 구동부(610)와 연결되어 있는 감지 입력 신호선(40, SL)과 전기적으로 연결되어 있고, 터치 센서 전극(TSe)은 터치 센서 제어부(600) 또는 감지 신호 처리부(620)와 연결되어 있는 감지 출력 신호선(50, SPL, PL)과 전기적으로 연결되어 있다.
감지 입력 신호선(40)과 감지 출력 신호선(50)은 서로 다른 층에 위치할 수 있다. 예를 들어 도 6에 도시한 바와 같이 감지 입력 신호선(40)이 감지 출력 신호선(50)보다 아래에 위치할 수도 있고 또는 그 반대일 수도 있다. 여기서는 도 6에 도시한 바와 같이 절연 기판인 상부 기판(210)을 기준으로 감지 입력 신호선(40)이 감지 출력 신호선(50)보다 아래에 위치하는 경우를 예로 들어 설명한다.
터치 센서 전극(TSe) 아래에는 감지 출력 신호선(50)이 위치할 수 있다. 감지 출력 신호선(50)은 열 방향으로 길게 뻗을 수 있고, 각 감지 출력 신호선(50)은 하나의 터치 센서 전극(TSe)과 직접 접촉하여 연결될 수 있다. 감지 출력 신호선(50)은 감지 출력 신호를 터치 센서 제어부(600) 또는 감지 신호 처리부(620)에 전달할 수 있다.
감지 출력 신호선(50) 아래에는 절연층(80)이 위치한다. 절연층(80)은 유기 절연 물질 또는 무기 절연 물질을 포함할 수 있다. 절연층(80)은 터치 센서 전극(TSe)과 감지 입력 전극(Tx)을 드러내는 접촉 구멍(85)을 포함할 수 있다.
절연층(80) 아래에는 복수개의 감지 입력 신호선(40)이 위치할 수 있다. 감지 입력 신호선(40)은 행 방향으로 길게 뻗을 수 있고, 접촉 구멍(85)을 통하여 터치 센서 전극(TSe) 및 감지 입력 전극(Tx)과 전기적으로 연결될 수 있다. 터치 센서 전극(TSe)과 감지 입력 전극(Tx)은 하나의 감지 입력 신호선(40)을 통해 서로 전기적으로 연결되어 있을 수 있고, 터치 센서 전극(TSe)과 감지 입력 전극(Tx)은 각각 별도의 감지 입력 신호선(40)과 연결되어 있을 수 있다. 각 감지 입력 신호선(40)을 통해 터치 센서 제어부(600) 또는 감지 주사 구동부(610)로부터 입력된 동일한 감지 입력 신호가 행 방향으로 배열된 복수개의 터치 센서(TS)와 감지 입력 전극(Tx)에 전달될 수 있다.
외부 물체가 표시 패널(300)의 가장자리 영역(Ed)의 절연 기판인 상부 기판(210) 위에 접촉하는 경우, 외부 물체와 터치 센서 전극(TSe) 사이에 생성되는 정전용량(Ct)이 변화하고 그에 따른 출력 감지 신호가 감지 출력 신호선(50)을 통해 터치 센서 제어부(600) 또는 감지 신호 처리부(620)에 전달될 수 있다. 또한, 터치 센서 전극(TSe)과 감지 입력 전극(Tx) 사이의 정전용량(Cm)이 변화하고 그에 따라 출력 감지 신호가 감지 출력 신호선(50)을 통해 터치 센서 제어부(600) 또는 감지 신호 처리부(620)에 전달될 수 있다.
셀프 캐패시턴스 방식에 의해 생성되는 출력 감지 신호와 상호 캐패시턴스 방식에 의해 생성되는 출력 감지 신호는 동일한 감지 출력 신호선(50)을 통해 터치 센서 제어부(600) 또는 감지 신호 처리부(620)에 전달될 수도 있지만, 각각 별도의 감지 출력 신호선(50)을 통해 전달될 수도 있다.
감지 입력 신호선(40) 및 감지 출력 신호선(50)이 불투명할 경우 이들은 차광 부재(도시하지 않음)에 가리워질 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 표시 장치의 대략적인 구성을 도시하는 단면도이다.
도 7 및 도 8을 을 참조하여 본 발명의 하나의 실시예에 따른 터치 센서를 포함하는 표시 장치(1)의 대략적인 구성에 대해서 설명한다. 도 7은 인셀(in-cell) 방식의 터치 센서를 포함하는 표시 장치이고, 도 8은 온셀(on-cell) 방식의 터치 센서를 포함하는 표시 장치이다.
터치 센서를 포함하는 표시 장치(1)는 대향 배치되는 제1 기판(100), 제2 기판(200)과 그 사이의 액정층(30)을 갖는 구성이다. 액정층(30)의 구동 방식은 한정되지 않는다.
제2 기판(200)의 윗면에 외부 물체가 접촉하는 경우, 제1 기판(100)은 하부 표시판일 수 있고, 제2 기판(200)은 상부 표시판일 수 있다. 절연 기판인 하부 기판(110)을 포함하는 제1 기판(100)의 BM 영역에는 주변회로(800)가 실장될 수 있다.
도 7을 참조하면, 제1 기판(100)의 표시 영역(AA)에 터치 센서(TS)가 위치하고, BM 영역에 감지 입력 전극(Tx)이 위치할 수 있다. 터치 센서(TS)와 감지 입력 전극(Tx)은 제1 기판(100)에 위치할 수도 있지만, 제2 기판(200)에 위치할 수도 있다. 또한, 터치 센서(TS)와 감지 입력 전극(Tx)은 동일한 층에 위치할 수도 있지만, 서로 다른 층에 위치할 수도 있다.
도 8을 참조하면, 제2 기판(200)의 위의 표시 영역(AA)에 터치 센서(TS)가 위치하고, BM 영역에 감지 입력 전극(Tx)이 위치할 수 있다. 터치 센서(TS)와 감지 입력 전극(Tx)은 동일한 층에 위치할 수도 있지만, 서로 다른 층에 위치할 수도 있다.
도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 터치 센서를 포함하는 표시 장치의 단면도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 터치 센서를 포함하는 표시 장치는 제1 기판(100), 제2 기판(200), 그리고 액정층(30)을 포함할 수 있다. 제2 기판(200)의 윗면에 외부 물체가 접촉하는 경우, 제1 기판(100)은 하부 표시판일 수 있고, 제2 기판(200)은 상부 표시판일 수 있다.
표시 장치는 투명한 절연 기판인 하부 기판(110)과 상부 기판(210)에 복수개의 층이 적층되어 있는 구조를 갖는다. 상부 기판(210)의 윗면이 외부로부터 터치가 이루어지는 터치면으로 의도된다. 하부 기판(110)과 그 위에 적층된 층들이 제1 기판(100)을 구성할 수 있고, 상부 기판(210)과 그 위에 적층된 층들이 제2 기판(200)을 구성할 수 있다. 액정 표시 장치의 경우 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 사이에 액정층을 포함한다.
제1 기판(100)에 대해 설명하면, 하부 기판(110) 위에 게이트선(121)과 공통 전압선(131)을 포함하는 게이트 도전체가 위치할 수 있다. 게이트 도전체는 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은 계열 금속, 구리(Cu)나 구리 합금 등 구리 계열 금속, 몰리브덴(Mo)이나 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 따위로 만들어질 수 있다. 실시예에 따라서는, 게이트 도전체는 물리적 성질이 두 개 이상의 도전막을 포함하는 다중막 구조를 가질 수도 있다.
하부 기판(110) 위의 BM 영역에는 주변회로(800)가 위치할 수 있다. 주변회로(800)는 표시 주사 구동부(400), 데이터 구동부(500), 터치 센서 제어부(600), 감지 주사 구동부(610), 감지 신호 처리부(620) 등일 수 있다.
게이트 도전체 위로는 질화규소(SiNx) 따위로 이루어진 게이트 절연막(140)이 위치한다. 게이트 절연막(140)은 물리적 성질이 다른 적어도 두 개의 절연층을 포함하는 다층막 구조를 가질 수도 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 수소화 비정질 실리콘(hydrogenated amorphous silicon)(a-Si) 또는 다결정 실리콘(polycrystalline silicon)(poly-Si) 등으로 이루어진 반도체(154)가 위치한다.
반도체(154) 위에는 소스 전극(173), 드레인 전극(175)을 포함하는 데이터 도전체가 위치한다. 반도체(154) 및 이에 중첩하는 게이트선(121), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 박막 트랜지스터를 이룬다.
드레인 전극(175) 및 게이트 절연막(140) 위에는 화소 전극(191)이 위치한다. 화소 전극(191)은 드레인 전극(175)의 일부와 접촉하고 있다. 화소 전극(191)은 ITO, IZO 등의 투명한 도전 물질로 이루어질 수 있다.
박막 트랜지스터 및 화소 전극(191) 위에는 제1 보호막(passivation layer)(180a)이 위치한다. 제1 보호막(180a)은 질화규소(SiOx)와 산화규소(SiOx) 따위의 무기 절연물, 또는 유기 절연물로 만들어질 수 있다. 제1 보호막(180a) 및 게이트 절연막(140)에는 공통 전압선(131)을 드러내는 접촉 구멍이 형성되어 있을 수 있다.
제1 보호막(180a) 위에는 공통 전극(270)이 위치한다. 공통 전극(270)은 접촉 구멍을 통해 공통 전압선(131)으로부터 공통 전압(Vcom)을 인가 받을 수 있다. 공통 전극(270)은 ITO, IZO 등의 투명한 도전 물질로 이루어질 수 있다.
공통 전극(270) 위에는 제2 보호막(180b)이 위치한다. 제2 보호막(180b)은 제1 보호막(180a)과 동일한 물질로 만들어질 수 있다.
제2 보호막(180b) 위의 표시 영역(AA)에는 터치 센서층(280)이 위치한다. 터치 센서층(280)은 터치 센서 전극(TSe)을 갖는 터치 센서(TS)를 포함한다.
제2 보호막(180b) 위의 BM 영역에는 감지 입력 전극(281)이 위치한다. 감지 입력 전극(Tx)은 ITO(indium tin oxide), 또는 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명한 도전 물질로 만들어질 수 있다.
제2 기판(200)에 대해 설명하면, 상부 기판(210) 위에 차광 부재(220) 및 색필터(230)가 위치한다. 차광 부재(220)는 블랙 매트릭스라고도 하며 빛샘을 막아준다. 색필터(230)는 차광 부재(220)로 둘러싸인 영역 내에 대부분 존재할 수 있고, 그러한 영역은 빛이 투과하는 화소 영역으로 정의할 수 있다. 색필터(230) 및 차광 부재(220) 중 적어도 하나는 제1 기판(100)에 위치할 수도 있다.
제1 기판(100) 및 제2 기판(200) 사이에는 액정층(30)이 위치할 수 있다. 이 경우, 데이터 전압을 인가받은 화소 전극(191)은 공통 전압(Vcom)을 인가받은 공통 전극(271)과 함께 액정층(30)에 전기장을 생성할 수 있다. 본 발명의 하나의 실시예에 따른 표시 장치의 액정층(30)은 액정 분자(도시하지 않음)를 포함하며, 액정 분자는 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 수평을 이루도록 배향되어 있을 수 있다.
도 10 내지 도 14는 본 발명의 하나의 실시예들에 따른 터치 센서를 포함하는 표시 장치의 단면도이다.
도 10의 표시 장치는 도 9에 예시된 표시 장치를 뒤집어 놓은 것과 같은 구조를 가지지만, 공통 전극(270)과 터치 센서층(280) 및 감지 입력 전극(281)의 위치가 변경되어 있다. 즉, 터치 센서층(280) 및 감지 입력 전극(281)이 공통 전극(270)보다 기판(110)에 가깝게 위치한다. 이 경우, 터치 센서는 기판(110)의 윗면에 터치되는 물체를 감지한다.
도 11 내지 도 14는 터치 센서의 구조의 변형 예를 도시한다. 이들 변형 예에는 다르게 설명하지 않는 한, 전술한 터치 센서의 구성이 모두 적용될 수 있다.
우선, 도 11은 제1 기판(100)과 제2 기판(200)을 포함하는 표시 장치(1)의 제2 기판(200) 위에 ITO 같은 투명 도전 물질로 형성된 정전기 방지층(260) 위에 터치 센서층(280)과 감지 입력 전극(281)을 형성한 외장형(add-on) 구조를 예시한다. 터치 센서층(280)과 감지 입력 전극(281)은 필름에 ITO 같은 투명 도전 물질로 층을 형성하고 패터닝하여 형성된 후, 필름과 함께 접착층(L1)에 의해 정전기 방지층(260)에 부착되어 있다. 터치 센서층(280)은 표시 패널(300)이 위치하는 표시 영역(AA)에 위치하도록 부착되어 있고, 감지 입력 전극(281)은 블랙 매트릭스(BM)영역에 부착되어 있다. 터치 센서층(280) 위로는 커버 윈도우(W)가 접착층(L2)에 의해 부착될 수 있다.
도 12는 정전기 방지층(260) 위에 보호막(290)을 형성하고 그 위에 터치 센서층(280)과 감지 입력 전극(281)을 패터닝에 의해 형성한 온셀(on-cell) 구조를 예시한다. 터치 센서층(280)은 표시 패널(300)이 위치하는 표시 영역(AA)에 위치하도록 부착되어 있고, 감지 입력 전극(281)은 블랙 매트릭스(BM) 영역에 부착되어 있다. 터치 센서층(280) 위에는 커버 윈도우(W)가 접착층(L)에 의해 부착될 수 있다.
도 13은 제2 기판(200) 위에 형성된 정전기 방지층을 패터닝하여 터치 센서층(280)과 감지 입력 전극(281)을 형성한 구조를 예시한다. 따라서 터치 센서층(280)은 정전기 방지층의 역할도 겸하게 된다. 터치 센서층(280)은 표시 패널(300)이 위치하는 표시 영역(AA)에 위치하도록 부착되어 있고, 감지 입력 전극(281)은 블랙 매트릭스(BM) 영역에 부착되어 있다. 터치 센서층(280) 위에는 커버 윈도우(W)가 접착층(L)에 의해 부착될 수 있다.
도 14는 박막 트랜지스터가 형성되지 않은 제2 기판(200) 측에 터치 센서층(280)과 감지 입력 전극(281)을 형성한 구조를 예시한다. 터치 센서층(280)은 표시 패널(300)이 위치하는 표시 영역(AA)에 위치하도록 부착되어 있고, 감지 입력 전극(281)은 블랙 매트릭스(BM) 영역에 부착되어 있다. 터치 센서층(280)과 감지 입력 전극(281)이 제2 기판(200) 측에 형성될 경우 연성회로기판(FPCB)의 연결이 곤란하므로, 터치 센서층(280)과 감지 입력 전극(281)의 감지 신호선(도시되지 않음)은 도전 도트(conductive dot)를 통해 제1 기판(100) 측에 연결될 수 있다.
도 15는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 표시 장치의 터치 좌표 추출 방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 터치 센서를 포함하는 표시 장치는 기본적으로 자기 정전용량 방식으로 터치 신호를 획득하고, 획득한 터치 신호에 기초하여 터치 좌표를 추출한다.
터치 센서를 포함하는 표시 장치(1)는 표시 영역(AA)의 가장자리 부분에 대해서는 자기 정전용량 방식과 상호 정전용량 방식, 두 가지 방식으로 터치 신호를 획득하고(S101, S102), 터치 신호를 조합하여(S103), 터치 좌표를 추출한다(S104).
외부 물체가 표시 패널(300)의 가장자리 영역(Ed)의 절연 기판인 상부 기판(210) 위에 접촉하는 경우, 터치 센서 제어부(600) 또는 감지 신호 처리부(620)는 자기 정전용량 방식으로 외부 물체와 터치 센서 전극(TSe) 사이에 생성되는 정전용량(Ct)의 변화에 따른 출력 감지 신호인 터치 신호를 획득할 수 있다(S101). 그리고, 터치 센서 제어부(600) 또는 감지 신호 처리부(620)는 상호 정전용량 방식으로 터치 센서 전극(TSe)과 감지 입력 전극(Tx) 사이의 정전용량(Cm)의 변화에 따른 출력 감지 신호인 터치 신호를 획득할 수 있다(S102).
터치 센서 제어부(600) 또는 감지 신호 처리부(620)는 전달 받은 두 터치 신호를 조합할 수 있다(S103). 터치 센서 제어부(600) 또는 감지 신호 처리부(620)는 자기 정전용량 방식으로 획득한 터치 신호의 좌표를 보간법(interpolation)을 이용하여 추출하고, 상호 정전용량 방식으로 획득한 터치 신호의 좌표를 보간법을 이용하여 추출하여 두 터치 신호를 조합할 수 있다(S103). 터치 센서 제어부(600) 또는 감지 신호 처리부(620)는 보간법을 이용하여 추출한 두 터치 신호의 좌표의 평균 값으로 최종 터치 좌표를 추출할 수 있다(S104).
또한, 터치 센서 제어부(600) 또는 감지 신호 처리부(620)는 전달 받은 두 터치 신호의 디지털 값의 각각의 터치 센서 전극(TSe)의 위치에 따른 평균 값을 산출하여 신호를 조합할 수 있다(S103). 그리고 터치 센서 제어부(600) 또는 감지 신호 처리부(620)는 두 터치 신호의 평균 값으로 조합된 신호를 보간법을 이용하여 터치 좌표를 추출할 수 있다(S104).
따라서, 표시 패널(300)의 가장자리 영역(Ed)의 터치 좌표를 추출하는 경우, 자기 정전용량 방식 또는 상호 정전용량 방식 중 한 가지 방식에 의해 터치 좌표를 구하는 것보다 정교한 터치 좌표를 구할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 통상의 기술자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
1: 표시 장치 30: 액정층
40: 감지 입력 신호선 50: 감지 출력 신호선
80: 절연층 85: 접촉 구멍
100: 제1 기판 110: 하부 기판
121: 게이트선 131: 공통 전압선
140: 게이트 절연막 154: 반도체
173: 소스 전극 175: 드레인 전극
180a, 180b: 보호막 191: 화소 전극
200: 제2 기판 210: 상부 기판
220: 차광 부재 260: 정전기 방지층
270: 공통 전극 280: 터치 센서층
281: 감지 입력 전극 290: 보호막
300: 표시 패널 400: 표시 주사 구동부
500: 데이터 구동부 600: 터치 센서 제어부
610: 감지 주사 구동부 620: 감지 신호 처리부
AA: 표시 영역 BM: 블랙 매트릭스
TS: 터치 센서 TSe: 터치 센서 전극
Tx: 감지 입력 전극

Claims (1)

  1. 영상을 표시하는 복수개의 화소를 포함하는 표시 패널,
    외부 물체의 터치를 감지하는 복수개의 터치 센서 전극, 그리고
    상기 복수개의 터치 센서 전극과의 사이에서 상호 정전용량을 생성하는 복수개의 감지 입력 전극
    을 포함하고,
    상기 복수개의 터치 센서 전극은 상기 영상을 표시하는 표시 영역 안에 위치하고,
    상기 복수개의 감지 입력 전극은 상기 표시 패널의 가장자리 영역 중에서 상기 영상을 표시하지 않는 블랙 매트릭스 영역과 중첩하는 영역에 위치하는 표시 장치.
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