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KR102037361B1 - 터치표시장치 - Google Patents

터치표시장치 Download PDF

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KR102037361B1
KR102037361B1 KR1020130010075A KR20130010075A KR102037361B1 KR 102037361 B1 KR102037361 B1 KR 102037361B1 KR 1020130010075 A KR1020130010075 A KR 1020130010075A KR 20130010075 A KR20130010075 A KR 20130010075A KR 102037361 B1 KR102037361 B1 KR 102037361B1
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touch
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column spacer
electrode
pad
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김기덕
강병구
조성용
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 터치표시장치는 화소 전극, 공통 전극, 컬러필터 및 터치 컬럼 스페이서가 형성된 제1 기판, 및 액정층을 사이에 두고 상기 제1 기판과 합착되는 제2 기판을 포함하며, 상기 제2 기판은, 제1 방향으로 배열된 Tx 라인들과 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배열된 Rx 라인들을 포함하되, 상기 Tx 라인들의 펄스전압을 상기 Rx 라인들에서 센싱하여 정전용량의 변화로 터치 위치를 판별하는 터치 센싱부, 및 상기 터치 센싱부에 위치하며, 상기 터치 컬럼 스페이서를 덮는 공통 전극과의 정전용량의 변화로 터치 압력 세기를 판별하는 터치 센서를 포함하며, 상기 터치 센싱부와 상기 터치 센서는 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.

Description

터치표시장치{TOUCH DISPLAY DEVICE}
본 발명은 외부에서 인가되는 터치에 대해 터치 위치 및 터치 압력의 세기를 감지할 수 있는 터치표시장치에 관한 것이다.
최근, 키보드, 마우스, 트랙볼, 조이스틱, 디지타이저(digitizer) 등의 다양한 입력장치(input device)들이 사용자와 가전기기 또는 각종 정보통신기기 사이의 인터페이스를 구성하기 위해 사용되고 있다. 그러나, 상술한 바와 같은 입력장치를 사용하는 것은 사용법을 익혀야 하고 공간을 차지하는 등의 불편을 야기하여 제품의 완성도를 높이기 어려운 면이 있었다. 따라서, 편리하면서도 간단하고 오작동을 감소시킬 수 있는 입력장치에 대한 요구가 날로 증가되고 있다. 이와 같은 요구에 따라 사용자가 손이나 펜 등으로 화면과 직접 접촉하여 정보를 입력하는 터치 패널(touch panel)이 제안되었다.
터치 패널은 간단하고, 오작동이 적으며, 별도의 입력기기를 사용하지 않고도 입력이 가능할 뿐 아니라 사용자가 화면에 표시되는 내용을 통해 신속하고 용이하게 조작할 수 있다는 편리성 때문에 다양한 표시장치에 적용되고 있다.
터치 패널은 구조에 따라서, 상판 부착형(add-on type), 상판 일체형(on-cell type) 및 패널 내장형(in-cell type)으로 나눌 수 있다. 상판 부착형은 표시장치와 터치 패널을 개별적으로 제조한 후에, 표시장치의 상판에 터치 패널을 부착하는 방식이다. 상판 일체형은 표시장치의 상부 유리 기판 표면에 터치 패널을 구성하는 소자들을 직접 형성하는 방식이다. 패널 내장형은 표시장치의 내부에 터치 패널을 구성하는 소자들을 직접 형성하는 방식이다.
그러나, 전술한 터치 패널은 터치패널에 사용자의 손가락과 같은 도전체가 접촉되었는지만을 판별할 수 있을 뿐, 터치 압력의 세기는 감지하지 못하므로, 입력할 수 있는 내용에 한계가 있다. 따라서, 이러한 종래 기술에 의한 문제점들을 해결할 수 있는 터치표시장치의 필요성이 대두되었다.
본 발명은 외부에서 인가되는 터치에 대해 터치 위치 및 터치 압력의 세기를 감지할 수 있는 터치표시장치를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치표시장치는 화소 전극, 공통 전극, 컬러필터 및 터치 컬럼 스페이서가 형성된 제1 기판, 및 액정층을 사이에 두고 상기 제1 기판과 합착되는 제2 기판을 포함하며, 상기 제2 기판은, 제1 방향으로 배열된 Tx 라인들과 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배열된 Rx 라인들을 포함하되, 상기 Tx 라인들의 펄스전압을 상기 Rx 라인들에서 센싱하여 정전용량의 변화로 터치 위치를 판별하는 터치 센싱부, 및 상기 터치 센싱부에 위치하며, 상기 터치 컬럼 스페이서를 덮는 공통 전극과의 정전용량의 변화로 터치 압력 세기를 판별하는 터치 센서를 포함하며, 상기 터치 센싱부와 상기 터치 센서는 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 터치 센서는 하나의 터치 픽셀에 적어도 하나 이상 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 기판은 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이를 지지하는 갭 컬럼 스페이서 및 눌림 컬럼 스페이서를 더 포함하며, 상기 갭 컬럼 스페이서 및 눌림 컬럼 스페이서는 상기 하나의 터치 픽셀에 적어도 하나 이상 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 터치 센싱부와 상기 터치 센서에 구동신호를 인가하는 각 패드부는 상기 제2 기판의 일측에 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 터치 센서의 패드부는 게이트 패드와 데이터 패드를 포함하며, 상기 데이터 패드는 상기 제2 기판의 타측에 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 터치 센서는 상기 정전용량의 변화에 따른 ROIC로의 출력전압을 범위별로 구획하여 터치 압력 세기를 세분화하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치표시장치는 정전용량의 변화에 따라 터치의 압력 세기를 감지하는 터치 센서와 터치의 위치를 감지하는 터치 센싱부를 함께 구비함으로써, 터치 위치 및 터치 압력 세기를 동시에 감지할 수 있는 이점이 있다. 이에 따라, 터치표시장치의 터치 감도가 향상될 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치표시장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치표시장치의 제2 기판의 제조방법을 공정별로 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치표시장치의 제1 기판의 제조방법을 공정별로 나타낸 단면도.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치표시장치의 제2 기판의 제조방법을 공정별로 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 제2 기판을 나타낸 평면도.
도 6은 도 5의 A 영역을 확대한 도면.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치표시장치의 패드부의 위치들을 나타낸 평면도.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치표시장치의 PCB 연결 구조를 나타낸 단면도.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치표시장치의 회로도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치표시장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치표시장치(100)는 액정층(180)을 사이에 두고 서로 합착된 제1 기판(110)과 제2 기판(210)을 포함한다.
제1 기판(110)에는, 하부 기판(115) 상에 제1 게이트 전극(120)이 위치하고, 제1 게이트 전극(120)을 절연시키는 게이트 절연막(125)이 위치한다. 게이트 절연막(125) 상에 제1 반도체층(130)과 제1 반도체층(130)의 양측 단부에 접속되는 제1 소스 전극(135) 및 제1 드레인 전극(미도시)을 포함하는 박막트랜지스터가 위치한다. 제1 소스 전극(135) 상에 제1 패시베이션막(140)이 위치하고, 제1 패시베이션막(140) 상에 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 컬러필터(150)가 위치한다. 컬러필터 상에 상기 드레인 전극과 접속되는 화소 전극(160)이 위치하고, 화소 전극(160)을 절연시키는 PAC층(165)이 위치한다. 그리고, PAC층(165) 상에 터치 컬럼 스페이서(170), 갭 컬럼 스페이서(172) 및 눌림 컬럼 스페이서(173)이 위치한다. 또한, 터치 컬럼 스페이서(170)에 걸쳐 PAC층(165) 상에 공통 전극(175)이 위치한다.
상기 제2 기판(210)은 TFT부(TP), 캐패시터부(CSP), 게이트 TFT 패드부(GTP), 데이터 TFT 패드부(DTP), 터치 센싱부(TSP)가 터치 패드부(TPP)가 정의된 상부 기판(215)을 포함한다. 상부 기판(215)의 TFT부(TP) 상에 제2 게이트 전극(220)이 위치하고, 캐패시터부(CSP)에 캐패시터 하부전극(225)이 위치하며, 게이트 TFT 패드부(GTP)에 게이트 패드(230)가 위치하고, 터치 패드부(TPP)에 터치 패드(235)가 위치한다. 이들을 절연시키는 제2 패시베이션막(240)이 위치하고, TFT부(TP)에 제2 반도체층(245)이 위치한다. 제2 반도체층(245)의 양측 단부에 접속하는 제2 소스 전극(250) 및 제2 드레인 전극(255)이 위치하고, 데이터 TFT 패드부(DTP)에는 데이터 패드(256)가 위치하며, 터치 센싱부(TSP)에 브릿지 전극(270)이 위치한다. 이들 상에 제3 패시베이션막(257)이 위치하고, 제3 패시베이션막(257) 상에 제2 드레인 전극(255)과 접속하는 터치 센싱 전극(260)이 위치한다. 그리고, 게이트 TFT 패드부(GTP)에 게이트 패드(230)에 접속되는 게이트 패드 전극(265)이 위치하고, 데이터 TFT 패드부(DTP)에 데이터 패드(256)에 접속되는 데이터 패드 전극(267)이 위치한다. 또한, 터치 센싱부(TSP)에는 브릿지 전극(277)과 접속되는 Rx 라인(275)이 위치하고, 브릿지 전극(270) 상에 Tx 라인(277)이 위치한다.
상기 터치표시장치(100)는 제1 기판(110)에 컬러필터(150), 화소 전극(160), 공통 전극(175), 갭 컬럼 스페이서(172) 및 눌림 컬럼 스페이서(173)가 형성된 FIT(full integrated tft) 또는 IPS(in-plane switching) FIT 구조이다.그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 컬럼 스페이서들이 제2 기판에 형성된 COT(color filter on tft) 구조로도 형성될 수 있다.
또한, 제2 기판(210)에는 Rx 라인(275)과 Tx 라인(277)이 형성되어 사용자의 터치 시 Rx 라인(275)과 Tx 라인(277) 사이의 정전용량의 변화를 감지하여 터치 위치를 판별하는 터치 센싱부(TSP)를 포함한다. 또한, 제2 기판(210)은 TFT부(TP)와 캐패시터부(CSP)로 이루어진 터치 센서부(TSRP)를 포함하여, 사용자의 터치 시 제2 기판(210)에 눌림이 작용하여 터치 센서부(TSRP)의 터치 센싱 전극(260)과 제1 기판(110)에 형성된 공통 전극(175) 사이의 정전용량의 변화를 감지하여 터치 압력의 세기를 판별한다.
이하, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 터치표시장치의 제조방법을 설명하기로 한다. 하기에서는 전술한 도 1과 동일한 구성에 대해 동일한 도면부호를 붙여 이해가 쉽도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치표시장치의 제2 기판의 제조방법을 공정별로 나타낸 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치표시장치의 제1 기판의 제조방법을 공정별로 나타낸 단면도이다.
도 2의 (a)를 참조하면, 상부 기판(215) 상에 저저항 특성을 갖는 금속물질 예를 들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti) 중 선택되는 하나의 금속물질을 증착한다. 그리고, 이를 패터닝하여 TFT부(TP)에 제2 게이트 전극(220), 캐패시터부(CSP)에 캐패시터 하부전극(225), 게이트 TFT 패드부(GTP)에 게이트 패드(230), 및 터치 패드부(TPP)에 터치 패드(235)를 형성한다.
이어, (b)를 참조하면, 상부 기판(215) 전면에 산화실리콘(SiOx) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하여 제2 패시베이션막(240)을 형성한다. 그리고, TFT부(TP)에 비정질 실리콘을 증착하고 패터닝하여 제2 반도체층(245)을 형성한다. 다음, 상부 기판(215) 전면에 저저항 특성을 갖는 금속물질 예를 들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti) 중 선택되는 하나의 금속물질을 증착한다. 그리고, 금속물질을 패터닝하여 제2 반도체층(245)의 양측 단부에 각각 접속하는 제2 소스 전극(250) 및 드레인 전극(255)을 형성하고, 데이터 TFT 패드부(DTP)에 데이터 패드(256)를 형성한다.
다음, (c)를 참조하면, 상부 기판(215) 전면에 ITO, IZO, ITZO, ZnO 중 선택된 하나의 투명도전물질을 증착하고 패터닝하여 터치 센싱부(TSP)에 브릿지 전극(270)을 형성한다. 이어, (d)를 참조하면, 상부 기판(215) 전면에 산화실리콘(SiOx) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하여 제3 패시베이션막(257)을 형성한다. 그리고, 제3 패시베이션막(257)의 일부 영역을 식각하여, 게이트 TFT 패드부(GTP)의 게이트 패드(230)를 노출하는 제1 비어홀(CH1), 터치 패드부(TPP)의 터치 패드(235)를 노출하는 제2 비어홀(CH2), TFT부(TP)의 드레인 전극(255)을 노출하는 제3 비어홀(CH3), 데이터 TFT 패드부(DTP)의 데이터 패드(256)를 노출하는 제4 비어홀(CH4), 및 터치 센싱부(TSP)의 브릿지 전극(270)의 양측 단부를 노출하는 제5 비어홀(CH5)을 각각 형성한다.
이어, (e)를 참조하면, 상부 기판(215) 전면에 ITO, IZO, ITZO, ZnO 중 선택된 하나의 투명도전물질을 증착하고 패터닝하여, TFT부(TP)의 제2 드레인 전극(255)과 접속되는 터치 센싱 전극(260), 게이트 TFT 패드부(GTP)의 게이트 패드(230)와 접속되는 게이트 패드 전극(265), 데이터 TFT 패드부(DTP)의 데이터 패드(256)과 접속되는 데이터 패드 전극(267), 터치 센싱부(TSP)의 브릿지 전극(270)에 각각 접속되는 Rx 라인(275) 및 제3 패시베이션막(257) 상에 위치한 Tx 라인(277), 및 터치 패드부(TPP)의 터치 패드(235)와 접속되는 터치 패드 전극(269)을 형성한다. 본 발명은 도 2의 (f)에 도시된 것처럼 선택적으로 제4 패시베이션막(285)을 더 형성할 수도 있다. 따라서, 상부 기판(215)이 제조된다.
다음으로, 도 3을 참조하여 제1 기판의 제조방법을 살펴보면 다음과 같다. 하기 제1 기판의 제조방법은 도 1의 제1 기판에서 동일한 구조가 계속 반복되는 것을 하나만 도시하여 설명하기로 한다.
도 3의 (a)를 참조하면, 하부 기판(115) 상에 저저항 특성을 갖는 금속물질 예를 들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti) 중 선택되는 하나의 금속물질을 증착한다. 그리고, 이를 패터닝하여 게이트 전극(120)을 형성한다. 이어, (b)를 참조하면 하부 기판(115) 전면에 산화실리콘(SiOx) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하여 게이트 절연막(125)을 형성한다. 게이트 절연막(125) 상에 비정질 실리콘을 증착하고 패터닝하여 제1 반도체층(130)을 형성한다. 하부 기판(115) 전면에 저저항 특성을 갖는 금속물질 예를 들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti) 중 선택되는 하나의 금속물질을 증착한다. 그리고, 금속물질을 패터닝하여 제1 반도체층(130)의 양측 단부에 각각 접속하는 제1 소스 전극(135) 및 드레인 전극(미도시)을 형성한다.
다음, (c)를 참조하면, 하부 기판(115) 전면에 산화실리콘(SiOx) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하여 제1 패시베이션막(140)을 형성한다. 그리고, (d)에 도시된 바와 같이, 제1 패시베이션막(140) 상에 컬러필터(150)를 형성한다. 컬러필터(150)는 적색, 녹색 및 청색의 컬러필터(150)가 형성되어 하나의 단위화소(pixel)를 이룬다.
이어, (e)를 참조하면, 컬러필터(150)가 형성된 하부 기판(115) 상에 ITO, IZO, ITZO, ZnO 중 선택된 하나의 투명도전물질을 증착하고 패터닝하여 화소 전극(160)을 형성한다. 화소 전극(160)은 적색, 녹색 및 청색의 컬러필터(150)가 각각 형성된 서브화소마다 패터닝되어 형성된다. 이어, 하부 기판(115) 전면에 포토아크릴(photoacryl)을 도포하여 PAC층(165)을 형성한다. 그리고, 하부 기판(115) 상에 블랙 수지를 도포하고 패터닝하여 터치 컬럼 스페이서(170), 갭 컬럼 스페이서(172) 및 눌림 컬럼 스페이서(173)를 형성한다. 터치 컬럼 스페이서(170)는 제2 기판에 형성된 터치 전극과 정전용량을 형성하기 위해 돌출된 컬럼 스페이서이고, 갭 컬럼 스페이서(172)는 제1 기판과 제2 기판 사이의 지지대 역할을 하며, 눌림 컬럼 스페이서(172)는 사용자의 터치나 외부 충격으로부터 제1 기판이 더 이상 눌려지지 않게 하는 역할을 한다.
다음, (f)를 참조하면, 하부 기판(115) 전면에 ITO, IZO, ITZO, ZnO 중 선택된 하나의 투명도전물질을 증착하고 패터닝하여 공통 전극(175)을 형성한다. 공통 전극(175)은 터치 컬럼 스페이서(170)의 표면을 따라 덮게 형성된다. 이와 같이 제조된 제1 기판(110)과 제2 기판(210)은 서로 합착된 후 액정이 주입되어 터치표시장치가 제조된다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치표시장치의 제2 기판의 제조방법을 공정별로 나타낸 도면이다. 앞에 서술한 제조방법은 단면도만을 나타내었으나, 보다 자세한 터치표시장치의 제2 기판의 평면 구조를 살펴보면 다음과 같다.
도 4a를 참조하면, 상부 기판(215) 상에 터치 게이트 라인(222), 게이트 패드(230), 터치 라우팅(232) 및 터치 패드(235)가 형성된다. 여기서, 터치가 센싱되는 터치 센싱부(TSP) 내에 터치 게이트 라인(222)이 형성되고, 터치 센싱부(TSP) 외에 게이트 패드(230), 터치 라우팅(232) 및 터치 패드(235)가 형성된다.
다음 도 4b를 참조하면, 상부 기판(215) 상의 터치 센싱부(TSP)에 제2 패시베이션막(240)이 형성된다. 제2 패시베이션막(240) 상에 제2 반도체층(245)이 형성되고, 제2 반도체층(245)의 양측 단부에 접속되는 제2 소스 전극(250)과 제2 드레인 전극(미도시)이 형성된다. 터치 센싱부(TSP)에는 제2 소스 전극(250)과 접속되는 터치 데이터 라인(268)이 형성되고, 터치 센싱부(TSP) 외에 터치 데이터 라인(268)과 접속되는 데이터 패드(256)가 형성된다. 그리고, 터치 센싱부(TSP)에 브릿지 전극(270)들이 투명도전물질로 형성된다.
이어, 도 4c를 참조하면, 상부 기판(215) 상에 제3 패시베이션막(240)이 형성되고, 브릿지 전극(270)의 양측 단부를 노출하는 제5 비어홀(CH5)이 형성되고, 터치 패드(235)를 노출하는 제2 비어홀(CH2)이 형성된다. 그리고, 도 4d를 참조하면, 제3 패시베이션막(240) 상에 제2 드레인 전극(미도시)과 접속되는 터치 센싱 전극(260), 브릿지 전극(270)과 접속되는 Rx 라인(275) 및 Rx 라인과 절연되는 Tx 라인(277), 및 터치 패드(235)와 접속되는 터치 패드 전극(269)이 형성된다.
도 5는 본 발명의 제2 기판을 나타낸 평면도이고, 도 6은 도 5의 A 영역을 확대한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 3×3의 9개의 터치 픽셀(TPX)에 9×9 81개의 표시패널의 단위화소가 배열된다. 본 실시예는 일 실시예일 뿐 단위화소의 개수는 인치 및 해상도에 따라 조절이 가능하다. 각 터치 픽셀(TPX)의 일측 모서리에 터치 컬럼 스페이서(170)가 하나씩 배치된다. 터치 컬럼 스페이서(170)에는 세로 방향으로 가로지르는 터치 게이트 라인(222)과 터치 데이터 라인(268)이 나란하게 배열되어, 터치 컬럼 스페이서(170)에 대향하는 TFT부에 신호가 인가된다.
그리고, 터치 픽셀(TPX)에는 각각 갭 컬럼 스페이서(172)와 눌림 컬럼 스페이서(173)가 배치되어 제1 기판(110)과 제2 기판(210)의 갭을 유지한다. 갭 컬럼 스페이서(172)와 눌림 컬럼 스페이서(173)는 Rx 라인(275)을 세로 방향으로 연결하는 브릿지 전극(270)과 동일선 상에 위치한다. 그러나, 본 발명의 갭 컬럼 스페이서(172)와 눌림 컬럼 스페이서(173)의 개수 및 위치는 일 실시예일 뿐 다양하게 조절할 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치표시장치의 패드부의 위치들을 나타낸 평면도이고, 도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치표시장치의 PCB 연결 구조를 나타낸 단면도이다.
앞선 도 4a 내지 도 4d의 제조방법에서 설명한 터치표시장치는 도 7에 도시된 바와 같이, 터치표시장치의 하측에 게이트 라인(222)이 연결된 게이트 패드(230)와 데이터 라인(268)이 연결된 데이터 패드(256)를 포함한 압력 센서 패드부(PSP)가 위치한다. 압력 센서 패드부(PSP)의 양측에는 Rx 라인들(275)과 연결된 Rx 패드부(RxP)가 각각 위치한다. 각 Rx 패드부(RxP)의 측부에는 그라운드부(GND)가 위치하고, 양 끝에는 Tx 라인들(277)과 연결된 Tx 패드부(TxP)가 각각 위치한다. 이에 따라, 터치표시장치의 하측에 하나의 PCB(printed circuit board)가 연결된다.
도 8을 참조하면, 전술한 바와는 달리, 앞선 도 7과 동일한 구조에서 데이터 라인(268)이 연결된 데이터 패드(256)가 터치표시장치의 상측에 형성되고, 데이터 PCB(D-PCB)가 별도로 연결될 수도 있다. 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 패드부의 위치 및 PCB의 위치는 다양하게 설계 가능하다.
한편, 도 9를 참조하면, 본 발명의 터치표시장치는 터치 및 TFT 구동을 위한 FPC(flexible printed circuit)가 부착된다. 정전용량의 변화로 터치의 위치를 감지하는 터치 센싱부와 터치 압력의 세기를 감지하는 터치 센서를 구동하는 터치 FPC(T-FPC)가 제2 기판(210)에 부착된다. 그리고, 박막 트랜지스터, 화소 전극 및 공통 전극을 구동하는 박막 트랜지스터 FPC(TFT FPC)가 제1 기판(110)에 부착된다.
전술한 바와 달리, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 기판(110)에 터치 FPC와 박막 트랜지스터 FPC가 합쳐진 구동 FPC(D-FPC)가 부착된다. 이때, 제2 기판(210)에 형성된 터치 센싱부와 터치 센서는 제1 기판(110)과 제2 기판(210) 사이를 도통하는 AuB(400)를 통해 제1 기판(110)에 형성된 패드부에 연결한다. 그리고, 구동 FPC(D-FPC)를 통해 구동 신호가 인가될 수 있다.
이하, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 터치표시장치의 구동방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치표시장치의 회로도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명은 터치 센서(TSC)와 터치 센싱부(TSP)를 포함한다. 상기 터치 센서(TSC는 손가락이나 펜에 의해 제2 기판이 눌려질 때 정전용량 값이 달라지는 가변 정전용량을 포함한다. 가변 정전용량은 제2 기판이 손가락이나 펜에 의해 눌려질 때, 두께가 달라지는 액정셀로 구현될 수 있다.
터치 센서(TSC)는 게이트 라인(Vgs)과 공통 전극(Vcom) 사이에 직렬로 연결된 제2 스토리지 캐패시터(Cst2) 및 센싱 캐패시터(CLC2)와, 상기 제 2 스토리지 캐패시터(Cst2)와 센싱 캐패시터(CLC2)의 사이 노드 A에 게이트 전극이 연결된다. 또한, ROIC로 연결되는 리드 아웃 배선(read out line)에 드레인 전극이 연결되며, 소스 전극이 전압 라인(Vdrv)에 연결되는 스위칭 트랜지스터(Tsw)를 포함하여 이루어진다. 더불어, 상기 노드 A와 상기 게이트 라인(Vgs)의 사이에는 상기 스위칭 트랜지스터(Tsw)에 들어가는 게이트 전극에 인가되는 전압 값을 안정화하기 위한 다이오드(DA)가 부과되고 저항(R1)의 역할로 쓰여진다.
상기 ROIC는 상기 스위칭 트랜지스터(Tsw)에 흐르는 전류를 감지하는 것으로, 그 단부에 증폭기(amplipier)를 더 구비하여, 감지된 전류를 증폭시켜 감도를 향상시킬 수 있다. 여기서, 저항(R1) 값은 시정수 R1·(CLC2+Cst2+Csw)의 계산시, 이 값이 1프레임 시간보다는 작으며 일 게이트 하이신호의 온타임(1H)보다는 충분히 크도록 제작한다. 이는, 상기 스위칭 트랜지스터(Tsw)에 인가되는 게이트 전압 신호의 온 타임 이상 상기 스위칭 트랜지스터(Tsw)에 인가되는 게이트 전압 값을 유지시켜 상기 스위칭 트랜지스터의 터치 감지시 인식을 적어도 상기 스위칭 트랜지스터의 온타임 이상 안정적으로 유지하기 위함이다. 여기서, Csw 는 스위칭 트랜지스터(Tsw)의 게이트 전극과 채널 사이의 정전용량, Cst2는 제2 스토리지 캐패시터(Cst2)의 정전용량, CLC2는 센싱 캐패시터의 정전용량을 나타낸다.
상기 공통 전압(Vcom)은, 게이트 라인(Vgs)에 하이 신호가 인가될 때, 상기 스위칭 트랜지스터(Tsw)에 전류가 흐르게 하기 위해 일정 양전압 이상의 DC 전압 값으로 인가되며, 이에 따라 상기 게이트 라인(Vgs)에 하이신호가 인가되면 상기 스위칭 트랜지스터(Tsw)가 동작하여 상기 RIOC로 상기 스위칭 트랜지스터(Tsw)에 흐르는 전류가 흐르게 되어 감지된다.
본 발명에서는 외부 압력의 세기에 따라 액정셀 갭이 변하고, 이에 따라 센싱 캐패시터의 정전용량이 변하게 된다. 그리고, 정전용량의 변화는 전압분배에 의해 ROIC로 전달되는 출력전압(Vout)이 달라지게 되므로, 출력전압을 크기 별로 세분화하여 터치 압력의 세기를 설정할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 약하게 터치하면, 센싱 캐패시터의 정전용량의 변화량도 그만큼 작게되어 출력전압(Vout)도 작다. 반면, 사용자가 강하게 터치하면, 센싱 캐패시터의 정전용량의 변화량이 크고 출력전압(Vout)도 크게 된다. 이에 따라 출력전압의 값을 범위별로 세분화하여 터치 압력의 세기를 판단할 수 있게 된다. 예를 들어, 출력전압이 0.01 내지 0.05V인 경우에는 1등급으로 판단하고, 0.05 내지 0.1인 경우네는 2등급으로 판단하여 터치 압력의 세기를 판단할 수 있다.
한편, 상기 터치 센싱부(TSP)는 초기 정전용량(CP1, CP2), 터치 정전용량(Cm)을 포함한다. 터치 센싱부(TSP)에 손가락 또는 펜 등의 도전성 물체가 접촉하는 경우, 터치 정전용량(Cm)의 일부가 도전성 물체에 흡수되므로 Tx 라인으로부터 Rx 라인으로 전달되는 전하량(Q)이 줄어들게 된다. 이는 RIOC에 전하량이 변한 전류가 흐르게 되어 감지된다.
본 발명에서는 정전용량의 변화에 따라 터치의 압력 세기를 감지하는 터치 센서(TSC)와 터치의 위치를 감지하는 터치 센싱부(TSP)를 함께 구비함으로써, 터치 위치 및 터치 압력 세기를 동시에 감지할 수 있는 이점이 있다. 이에 따라, 터치표시장치의 터치 감도가 향상될 수 있는 이점이 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
110 : 제1 기판 170 : 터치 컬럼 스페이서
172 : 갭 컬럼 스페이서 173 : 눌림 컬럼 스페이서
180 : 액정층 210 : 제2 기판
260 : 터치 전극 275 : Rx 라인
277 : Tx 라인

Claims (9)

  1. 화소 전극, 공통 전극, 컬러필터 및 터치 컬럼 스페이서가 형성된 제1 기판; 및
    액정층을 사이에 두고 상기 제1 기판과 합착되는 제2 기판을 포함하며,
    상기 제2 기판은,
    제1 방향으로 배열된 Tx 라인들과 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배열된 Rx 라인들을 포함하되, 상기 Tx 라인들의 펄스전압을 상기 Rx 라인들에서 센싱하여 정전용량의 변화로 터치 위치를 판별하는 터치 센싱부; 및
    상기 터치 센싱부와 이격하며, 상기 터치 컬럼 스페이서를 덮는 공통 전극과의 정전용량을 형성하는 터치 센싱 전극을 포함하여 상기 공통 전극과 상기 터치 센싱 전극 사이의 정전용량의 변화로 터치 압력 세기를 판별하는 터치 센서를 포함하며,
    상기 터치 센싱부와 상기 터치 센서는 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하며,
    상기 Tx라인들과 상기 Rx라인들은 상기 액정층에 인접한 상기 제2 기판의 일면에 위치하는 것을 특징으로 하는 터치표시장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 터치 센서는 하나의 터치 픽셀에 적어도 하나 이상 위치하는 것을 특징으로 하는 터치표시장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 기판은 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이를 지지하는 갭 컬럼 스페이서 및 눌림 컬럼 스페이서를 더 포함하며, 상기 갭 컬럼 스페이서 및 눌림 컬럼 스페이서는 상기 하나의 터치 픽셀에 적어도 하나 이상 위치하는 것을 특징으로 하는 터치표시장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 터치 센싱부와 상기 터치 센서에 구동신호를 인가하는 각 패드부는 상기 제2 기판의 일측에 위치하는 것을 특징으로 하는 터치표시장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 터치 센서의 패드부는 게이트 패드와 데이터 패드를 포함하며, 상기 데이터 패드는 상기 제2 기판의 타측에 위치하는 것을 특징으로 하는 터치표시장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 터치 센서는 상기 정전용량의 변화에 따른 ROIC로의 출력전압을 범위별로 구획하여 터치 압력 세기를 세분화하는 것을 특징으로 하는 터치표시장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 기판 상에 상기 터치 센싱 전극과 중첩되는 캐패시터 하부전극을 더 포함하며,
    상기 터치 센싱 전극과 상기 캐패시터 하부전극은 정전용량을 형성하는 것을 특징으로 하는 터치표시장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 터치 컬럼 스페이서는 상기 캐패시터 하부전극과 중첩하는 것을 특징으로 하는 터치표시장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 터치 컬럼 스페이서는 블랙 수지로 이루어지는 터치표시장치.
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