KR20120017587A

KR20120017587A - 터치스크린패널 일체형 액정표시장치

Info

Publication number: KR20120017587A
Application number: KR1020100080275A
Authority: KR
Inventors: 이진희; 박상진; 요시무라히데오; 김범준; 하상권; 박진우; 이주형
Original assignee: 삼성모바일디스플레이주식회사
Priority date: 2010-08-19
Filing date: 2010-08-19
Publication date: 2012-02-29
Also published as: US20120044171A1; TW201209477A; EP2420919A2; EP2420919A3; JP5933172B2; TWI537634B; JP2012042909A

Abstract

본 발명은, 상호정전용량 방식의 터치스크린패널이 액정표시패널과 일체화되어 구현되는 터치스크린패널 일체형 액정표시장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 터치스크린패널 일체형 액정표시장치는, 각각의 화소전극을 포함하는 복수의 화소들이 형성된 제1 기판과; 상기 제1 기판에 대향되도록 배치되며, 상기 화소전극을 향하는 일면에 전면적으로 공통전극이 형성된 제2 기판과; 상기 제2 기판의 타면에 형성되되, 제1 방향을 따라 연장되도록 형성되면서 내부에 다수의 절개부가 형성된 복수의 투명패턴 쌍이 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 나열되면서 구현되는 복수의 센서전극들과; 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재되는 액정층;을 포함하며, 상기 공통전극에 인가되는 교류형태의 공통전압에 대응하여 상기 센서전극들에 인가되는 정전용량의 변화를 검출하여 터치위치를 감지한다.

Description

터치스크린패널 일체형 액정표시장치{Liquid Crystal Display Integrated Touch Screen Panel}

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 상호정전용량 방식의 터치스크린패널이 액정표시패널과 일체화되어 구현되는 터치스크린패널 일체형 액정표시장치에 관한 것이다.

터치스크린패널은 액정표시장치와 같은 영상표시장치의 화면에 나타난 지시 내용을 사람의 손 또는 물체로 선택하여 사용자의 명령을 입력할 수 있도록 한 입력장치이다.

이를 위해, 터치스크린패널은 영상표시장치의 전면(front face)에 구비되어 사람의 손 또는 물체에 직접 접촉된 접촉위치를 전기적 신호로 변환한다. 이에 따라, 접촉위치에서 선택된 지시 내용이 입력신호로 받아들여진다.

이와 같은 터치스크린패널은 키보드 및 마우스와 같이 영상표시장치에 연결되어 동작하는 별도의 입력장치를 대체할 수 있기 때문에 그 이용범위가 점차 확장되고 있는 추세이다.

단, 터치스크린패널을 별도로 제작하여 액정표시장치와 같은 영상표시장치의 외면에 부착하게 되면, 영상표시장치의 전체 두께가 증가되고 영상의 시인성이 저하될 우려가 있으며, 공정시간 및 제조비용이 증가하는 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 터치스크린패널과 액정표시패널을 일체화하여 구현함에 의해 두께가 저감된 터치스크린패널 일체형 액정표시장치를 제공함과 아울러, 상기 터치스크린패널의 전극구조를 단순화하여 생산성을 향상시키면서도 터치감도가 개선된 터치스크린패널 일체형 액정표시장치를 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 각각의 화소전극을 포함하는 복수의 화소들이 형성된 제1 기판과; 상기 제1 기판에 대향되도록 배치되며, 상기 화소전극을 향하는 일면에 전면적으로 공통전극이 형성된 제2 기판과; 상기 제2 기판의 타면에 형성되되, 제1 방향을 따라 연장되도록 형성되면서 내부에 다수의 절개부가 형성된 복수의 투명패턴 쌍이 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 나열되면서 구현되는 복수의 센서전극들과; 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재되는 액정층;을 포함하며, 상기 공통전극에 인가되는 교류형태의 공통전압에 대응하여 상기 센서전극들에 인가되는 정전용량의 변화를 검출하여 터치위치를 감지하는 터치스크린패널 일체형 액정표시장치를 제공한다.

여기서, 상기 투명패턴 쌍은, 상기 제1 방향을 따라 일단으로부터 상기 일단에 대응하는 타단에 이르기까지 점진적으로 폭이 감소되면서 연장되는 제1 패턴과, 상기 제1 패턴에 대응하여 상기 제1 방향을 따라 상기 일단으로부터 상기 타단에 이르기까지 점진적으로 폭이 증가되면서 연장되는 제2 패턴을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴은 서로 대칭되는 삼각형상으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 절개부는, 상기 투명패턴 각각의 내부에 균등한 간격으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 투명패턴 쌍은, 서로 대칭되어 배치되며 각각의 내부에 빗살 형태로 절개부가 형성되는 삼각형상의 패턴 쌍으로 구성될 수 있다.

또한, 상기 공통전압이 변경되는 시점에 대응하여, 상기 센서전극들과 연결된 검출라인을 통해 상기 정전용량의 변화를 검출하기 위한 센싱신호가 공급될 수 있다.

여기서, 상기 센싱신호는, 상기 공통전압의 상승시점 및 하강시점 각각에 동기화되어 공급될 수 있다.

또한, 상기 센싱신호는, 상기 공통전압의 상승시점 또는 상기 하강시점에 동기화되어 공급될 수 있다.

또한, 상기 센싱신호는, 한 프레임 내에 다수 분포되는 상기 공통전압의 변경시점 중 일정한 간격으로 선택된 변경시점에 동기화되어 공급될 수 있다.

또한, 상기 공통전압이 변경되는 시점에 대응하여 설정된 센싱기간 중에, 상기 센서전극들 각각과 연결된 모든 검출라인들을 통해 상기 센서전극들에서의 정전용량의 변화를 동시에 검출할 수 있다.

또한, 상기 센서전극들은 동일한 평면 상에 교호적으로 배치될 수 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 터치스크린패널과 액정표시패널을 일체화하여 구현함에 의해 두께가 저감된 터치스크린패널 일체형 액정표시장치를 제공한다.

더불어, 액정표시패널의 공통전극을 터치스크린패널의 구동전극으로도 이용하여 상호정전용량 방식의 터치스크린패널을 구현함에 의해 상기 터치스크린패널의 전극구조를 단순화함과 아울러, 상기 터치스크린패널의 센서전극에 있어서도 단순화된 구조를 채용하되 상기 센서전극 내부에 다수의 절개부를 형성함에 의해, 생산성이 향상되고 감도가 개선된 터치스크린패널 일체형 액정표시장치를 제공한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 터치스크린패널 일체형 액정표시장치의 요부 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 화소의 등가 회로도.
도 3은 도 1에 도시된 공통전극 및 센서전극의 일례를 개략적으로 도시한 평면도.
도 4a는 터치입력이 제공되지 않는 상태에서 공통전극 및 센서전극 간에 형성되는 전계를 도시한 요부 단면도.
도 4b는 터치입력이 제공되는 상태에서 공통전극 및 센서전극 간에 형성되는 전계를 도시한 요부 단면도.
도 5a 및 도 5b는 터치스크린패널의 구동신호에 대한 실시예를 개략적으로 도시한 타이밍도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 터치스크린패널 일체형 액정표시장치의 요부 단면도이다. 그리고, 도 2는 도 1에 도시된 화소의 등가 회로도이다.

액정표시장치는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하여 화상을 구현하는 표시장치로서, 상기 액정은 분자구조가 가늘고 길며 배열에 방향성을 갖는 광학적 이방성과, 전기장 내에 놓일 경우에 그 크기에 따라 분자배열 방향이 변화되는 분극성질을 띤다.

이에 액정표시장치는 액정층을 사이에 두고 서로 마주보는 면으로 각각 화소전극과 공통전극이 형성된 제1 기판(어레이 기판)과 제2 기판(컬러필터 기판)을 합착시켜 구성된 액정패널을 필수 구성요소로 하며, 이들 전극 사이의 전기장 변화를 통해서 액정분자의 배열방향을 인위적으로 조절하고 이때 변화되는 빛의 투과율을 이용하여 화상을 표시하는 비발광 소자이다.

이를 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 액정표시장치(1)는 액정층(90)을 사이에 두고 어레이 기판으로서의 제1 기판(11)과 컬러필터 기판으로서의 제2 기판(61)이 대면 합착된 구성을 갖는다. 이중 하부의 제1 기판(11)은 상면으로 종횡 교차 배열되는 다수의 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(30)을 포함하며, 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차부에는 박막 트랜지스터(Tr)가 구비되어 각 화소(P)에 형성된 화소전극(50)과 일대일로 대응되어 접속된다.

또한, 본 발명의 실시예의 경우, 게이트 배선들(미도시)의 사이에 스토리지 배선들(미도시)이 교대로 배치되어 각 화소(P)에 유지신호를 전달한다.

이때, 게이트 배선들 및 스토리지 배선들은 제1 방향(예컨대, X축 방향)으로 배열되며, 데이터 배선들(30)은 제1 방향과 교차되는 제2 방향(예컨대, Y축 방향)으로 배열된다.

일례로, 도 2에 도시된 바와 같이 i번째 게이트 배선(Gi)과 j번째 데이터 배선(Dj)에 연결된 화소는, 상기 게이트 배선(Gi) 및 데이터 배선(Dj)에 연결된 박막트랜지스터(Tr)와, 이에 연결된 액정 커패시터(Liquid Crystal Capacitor)(Clc)와, 상기 박막 트랜지스터(Tr)와 i 번째 스토리지 배선(Si)에 연결된 스토리지 커패시터(Storage Capacitor)(Cst)를 포함한다.

다시 도 1을 참조하면, 박막 트랜지스터(Tr)는 게이트 배선(미도시)과 연결되는 게이트 전극(15)과, 상기 게이트 전극(15)의 상부 또는 하부 레이어에 형성되는 소스/드레인 전극(33, 35)과, 상기 게이트 전극(15)과 소스/드레인 전극(33, 35) 사이에 형성되는 반도체층(23)으로 구성된다. 여기서, 반도체층(23)은 활성층(23a)과 오믹 콘택층(23b)을 포함한다.

또한, 게이트 전극(15)과 반도체층(23) 사이에는 게이트 절연막(20)이 형성되고, 소스/드레인 전극(33, 35) 상부에는 보호층(40)이 형성되어 있으며, 상기 보호층(40)에는 소스 전극(35)의 일 영역을 노출하는 컨택홀(43)이 구비된다.

또한, 보호층(40)의 상부에는 컨택홀(43)을 통해 소스 전극(35)과 연결되는 화소전극(50)이 형성되며, 상기 화소전극(50)은 박막 트랜지스터(Tr)로부터 데이터 신호를 공급받는다.

액정 커패시터(Clc)는 화소전극(50)과 공통 전극(70)을 두 단자로 하며 두 전극(50, 70) 사이의 액정층(90)은 유전체로서 기능한다.

스토리지 커패시터(Cst)는 제1 및 제2 전극(미도시)과 그 사이에 구비된 절연층(일 예로 게이트 절연막(20))으로 형성된다. 이때, 상기 스토리지 커패시터(Cst)의 제1 전극 또는 제2 전극은 스토리지 배선(Si)으로 구현되거나, 상기 스토리지 배선(Si)과 전기적으로 연결된다.

또한, 제1 기판(11)과 마주보는 상부의 제2 기판(61)은 제1 기판(11)에 대향되도록 배치되는 것으로, 상기 제1 기판(11)에 형성된 화소전극(50)을 향하는 일면에 형성된 블랙 매트릭스(63), 컬러필터(66) 및 공통전극(70)을 포함한다.

블랙 매트릭스(63)는, 배선들이나 박막 트랜지스터(Tr) 등이 형성되는 비표시영역을 가리도록 각 화소영역(P)을 둘러싸는 격자 형상으로 형성된다.

또한, 컬러필터(66)는 각 화소(P)에 대응되게 순차적으로 반복 배열된 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 패턴(66a, 66b, 66c)을 포함한다.

또한, 공통전극(70)은, 블랙 매트릭스(63) 및 컬러필터(66)가 형성된 제2 기판(61)의 일면에 전면적으로 형성된다. 이러한 공통전극(70)은 하부로부터의 빛이 투과될 수 있도록 투명한 도전성 전극물질로 형성된다.

여기서, 컬러필터(66)와 공통전극(70)의 사이에는 도시되지 않은 오버코팅층이 더 형성될 수 있다.

또한, 제1 기판(11) 및 제2 기판(61)의 외측면에는 각각 제1 및 제2 편광판(80, 82)이 부착되며, 화상이 표시되는 방향의 편광판(82) 상에는 투명 기판으로서의 윈도우(190)가 부착된다. 이러한 윈도우(190)는 투명한 점착층(192)에 의해 제2 편광판(82) 상에 부착될 수 있다.

이와 같은 구조를 갖는 액정표시장치(1)의 화상 표시 동작을 간략히 설명하면 다음과 같다.

먼저 각 화소(P)에 구비된 박막 트랜지스터(Tr)의 게이트 전극(15)으로 게이트 신호가 인가되면 활성층(23a)이 활성화되며, 이에 소스 전극(35)은 하부의 활성층(23a)을 경유하여 연결된 드레인 전극(33)을 통해 상기 드레인 전극(33)과 연결된 데이터 배선(30)으로부터 인가되는 데이터 신호를 전달 받는다.

이때, 상기 소스 전극(35)은 콘택홀(43)을 통해 화소 전극(50)과 전기적으로 연결되므로, 데이터 신호의 전압은 화소 전극(50)에 인가되고, 이는 스토리지 커패시터(Cst)에 저장된다.

이에 따라, 화소전극(50)에 인가된 전압과 공통전극(70)에 인가된 전압의 차전압에 대응하여 그 사이의 액정분자의 배열이 조절됨으로써 백라이트(300)로부터의 빛의 투과도가 조절된다. 그러면, 각 화소(P)로부터 데이터신호에 대응되는 휘도의 빛이 방출되어 소정의 화상이 표시된다.

단, 본 발명에 의한 액정표시장치(1)는 터치스크린패널 일체형 액정표시장치로서, 공통전극(70)이 형성되는 면과 대향되는 제2 기판(61)의 이면에는, 복수의 센서전극들(72)이 형성된다.

이러한 센서전극들(72)은, 터치감지를 위한 것으로 하부로부터의 빛이 투과될 수 있도록 투명한 전극물질로 형성되는 투명패턴으로 형성된다.

특히, 본 발명에 의한 센서전극들(72)은 제1 방향(예컨대, X축 방향)을 따라 연장되도록 형성되면서 내부에 다수의 절개부가 형성되는 복수의 투명패턴 쌍이, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향(예컨대, Y축 방향)을 따라 나열되면서 구현된다.

또한, 본 발명에 의한 터치스크린패널 일체형 액정표시장치에 있어서, 제2 기판(61)의 일면에 전면적으로 형성된 공통전극(70)은 터치스크린패널의 구동전극으로도 이용되며, 이를 위해 상기 공통전극(70)에는 교류형태의 공통전압이 공급된다.

즉, 본 발명에 의한 터치스크린패널 일체형 액정표시장치에 있어서, 액정표시패널은 공통전압이 제1 전압과 제2 전압 사이를 스윙하는 인버전 방식으로 구동되며, 터치스크린패널은 상기 공통전압의 전압레벨이 변경될 때 센서전극들(72)에 인가되는 정전용량의 변화를 검출하여 터치위치를 감지하는 상호정전용량(Mutual Capacitance) 방식의 터치스크린패널로 구현된다.

이에 따라, 터치스크린패널의 송신전극(Tx 전극)으로서의 별도의 구동전극을 구비할 필요없이 수신전극(Rx 전극으로서 본원발명의 센서전극, 72)만을 형성하면 되므로 터치스크린패널의 전극구조가 단순화되고, 이에 따라 마스크 공정 수가 저감되는 등 공정단계가 간소화되고 생산성이 향상된다.

전술한 본원발명의 특징, 즉, 센서전극들(72)의 구조 및 형상과, 공통전극(70) 및 센서전극들(72)을 각각 터치스크린패널의 송신전극 및 수신전극으로 이용하여 터치위치를 감지하는 방법에 대한 설명은 도 3 내지 도 5b를 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 도 1에 도시된 공통전극 및 센서전극의 일례를 개략적으로 도시한 평면도이다. 그리고, 도 4a는 터치입력이 제공되지 않는 상태에서 공통전극 및 센서전극 간에 형성되는 전계를 도시한 요부 단면도이고, 도 4b는 터치입력이 제공되는 상태에서 공통전극 및 센서전극 간에 형성되는 전계를 도시한 요부 단면도이다. 또한, 도 5a 및 도 5b는 터치스크린패널의 구동신호에 대한 실시예를 개략적으로 도시한 타이밍도이다.

우선, 도 3을 참조하면, 공통전극(70)은 제2 기판(61)의 일면(예컨대, 배면)에 전면적으로 형성되고, 센서전극(72)은 제2 기판(61)의 타면(예컨대, 상면)에 패터닝되어 복수 개 형성된다. 그리고, 각각의 센서전극(72)에는 정전용량의 변화를 감지하기 위한 검출라인(74)이 연결되며, 상기 검출라인(74)은 패드(P)를 통해 외부의 구동회로와 연결된다.

특히, 본 발명에서, 복수의 센서전극들(72)은, 제1 방향(예컨대, X축 방향)을 따라 연장되도록 형성되면서 내부에 빗살 형태로 다수의 절개부가 형성된 복수의 투명패턴 쌍이, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향(예컨대, Y축 방향)을 따라 나열되면서 구현된다.

이러한 센서전극들(72)의 패턴에 대한 일례로서, 투명패턴 쌍은, 제1 방향을 따라 일단(예컨대, 좌측단)으로부터 상기 일단에 대응하는 타단(예컨대, 우측단)에 이르기까지 점진적으로 폭이 감소되면서 연장되는 제1 패턴(72a)과, 상기 제1 패턴(72a)에 대응하여 상기 제1 방향을 따라 상기 일단으로부터 상기 타단에 이르기까지 점진적으로 폭이 증가되면서 연장되는 제2 패턴(72b)을 포함할 수 있다.

예컨대, 제1 및 제2 패턴(72a, 72b)은 서로 대칭되는(점대칭) 삼각형상으로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에서 이러한 투명패턴, 즉, 제1 및 제2 패턴(72a, 72b) 각각의 내부에는 다수의 절개부가 형성되는데, 일례로 절개부는 제1 및 제2 패턴(72a, 72b) 각각의 내부에 균등한 간격으로 형성될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 절개부의 위치나 형상 등은 다양하게 변경실시될 수 있음은 물론이다.

즉, 센서전극들(72)을 구성하는 투명패턴 쌍은, 일례로 서로 대칭되어 배치되며 각각의 내부에 빗살 형태로 절개부가 형성되는 삼각형상의 패턴 쌍으로 구성될 수 있다.

이와 같이, 센서전극들(72)의 내부에 다수의 절개부가 형성되면, 상기 절개부가 형성된 부분에서 공통전극(70)과의 모서리 전계(Fringe Field)가 증가되어 터치감도가 향상되는 장점이 있다.

또한, 본 발명에서는 교류형태의 공통전압을 공급받는 공통전극(70)이 터치스크린패널의 구동을 위한 송신전극으로서의 역할을 겸하기 때문에 센서전극들(72)은 수신전극만을 구성하게 되면서 터치스크린패널을 구현하기 위한 전극구조가 단순화된다.

더불어, 본 발명의 센서전극들(72)은, 다이아몬드 패턴과 같이 연결부가 교차되는 패턴형태로 구현되지 않고 센서전극들(72) 간의 교차지점이 발생하지 않는 삼각형상의 투명패턴 쌍으로 구현되면서, 동일한 평면 상에 교호적으로 배치된다.

이에 따라, 터치스크린패널의 전극구조가 단순화됨과 아울러, 센서전극(72)을 형성하기 위한 마스크 공정의 수가 저감되어 생산성이 극대화된다.

또한, 각각의 센서전극(72)의 내부에 다수의 절개부를 형성함에 의해 공통전극(70)과의 모서리 전계(Fringe Field)를 증가시켜 우수한 터치감도를 확보할 수 있다.

더불어, 터치스크린패널과 액정표시패널이 일체화되어 구현되므로, 전체적으로 두께가 저감됨은 물론, 액정표시패널 측으로부터의 영상의 시인성이 향상된다.

이하에서는, 도 4a 내지 도 4b를 참조하여 본 발명에 의한 터치스크린패널 일체형 액정표시장치의 터치스크린패널 동작 원리에 대해 설명하기로 한다. 편의상, 도 4a 및 도 4b에서는, 공통전극과 센서전극 사이의 유전체(예컨대, 제2 기판 등)를 간략히 도시하여 도면부호 100으로 표기하고, 센서전극 상의 유전체를 간략히 도시하여 도면부호 200으로 표기하기로 한다.

우선, 도 4a에 도시된 바와 같이 터치입력이 제공되지 않는 상태에서 공통전극(70)과 센서전극(72) 사이에는 상호정전용량(Cm)이 형성된다. 이때, 상호정전용량(Cm)은 공통전극(70)에 공통전압이 인가되는 경우에 발생되며, 전계선은 공통전극(70)과 센서전극(72)이 직접적으로 중첩되는 영역 뿐만 아니라, 센서전극(72)의 절개부에서도 모서리 전계에 의해 생성된다.

공통전극(70)에 교류형태의 공통전압이 공급되면, 상기 공통전압의 전압레벨이 변경되는 시점(상승시점 및 하강시점)에 커패시터의 커플링 작용이 일어나면서 센서전극(72)의 전압도 상기 공통전압의 전압변화량에 상응하여 변경된다.

이때, 공통전극(70)에 인가되는 공통전압에 의해 발생된 상호정전용량(Cm)에 대응하는 전압은, 각각의 센서전극(72)에 연결된 검출라인(도 3의 74)을 통해 감지된다.

한편, 도 4b에 도시된 바와 같이 사람의 손가락과 같이 정전용량의 변화를 야기할 수 있는 터치입력수단이 접촉되면, 터치지점에서 공통전극(70)과 센서전극(72) 사이의 전계선이 차단되어 상호정전용량의 변화가 야기된다.

보다 구체적으로, 터치입력수단은 정전용량의 변화를 충분히 야기할 수 있는 정도의 부피 및 접촉면적이 확보되는 물체인 것이 바람직하다. 특히, 사람의 손가락은 저임피던스 물체로서 센서전극(72)에서 신체까지 AC 정전용량 C1을 갖게 되는데, 신체는 약 200pF의 접지에 대한 자기정전용량을 가지며 이는 상기 C1보다 훨씬 크다.

이에 손가락 등이 접촉되어 터치지점에서 공통전극(70)과 센서전극(72) 사이의 전계선을 차단하는 경우, 상기 전계선은 손가락과 신체에 내재된 정전용량 경로를 통해 접지로 분기된다. 이에 따라, 터치입력이 제공되지 않는 정상상태에서의 상호정전용량(Cm)은 C1만큼 감소된다.(Cm1=Cm-C1)

이러한 상호정전용량의 변화는 결과적으로 터치지점에 위치된 센서전극(72)으로 운반되는 전압을 변화시킨다.

이에 따라, 공통전극(70)으로 인가되는 공통전압의 전압레벨이 변경되는 시점에서, 각각의 센서전극(72)에 연결된 검출라인(74)을 통해 센서전극(72)의 전압을 측정하여 상호정전용량의 변화를 검출하면, 터치입력의 발생여부와 더불어 그 위치를 파악할 수 있게 된다.

다시 도 3을 참조하여 터치위치를 파악하는 원리를 보다 구체적으로 설명하면, 터치지점의 X 좌표는 투명패턴 쌍(72a, 72b) 간의 차지-쉐어링(Charge Sharge) 값에 의해 파악될 수 있는 것으로, 멀티 터치에 대해서도 감지가 가능하다.

보다 구체적으로, Y좌표가 동일한 A 지점 및 B 지점을 예로 들면, 우선 A 지점에서는 제1 패턴(72a)에서의 접촉면적이 제2 패턴(72b)에서의 접촉면적에 비해 크며, 이에 따라 터치입력에 따른 상호정전용량의 변화는 상대적으로 제1 패턴(72a)에서 크게 나타난다.

반면, B 지점에서는 제2 패턴(72b)에서의 접촉면적이 제1 패턴(72a)에서의 접촉면적에 비해 크며, 이에 따라 터치입력에 따른 상호정전용량의 변화는 상대적으로 제2 패턴(72b)에서 크게 나타난다.

따라서, 터치입력에 따른 상호정전용량의 변화가 발생된 투명패턴 쌍(72a, 72b)을 중심으로, 제1 패턴(72a) 및 제2 패턴(72b)에 대한 상호정전용량의 변화 정도를 비교함에 의해 터치지점의 X 좌표를 파악할 수 있게 된다.

또한, Y 좌표에 대해서는, 투명패턴 쌍(72a, 72b) 별로 동일한 Y 좌표가 부여되며, 이러한 Y 좌표는 투명패턴 쌍(72a, 72b)의 위치에 따라 미리 설정된다. 따라서, 터치입력에 따른 상호정전용량의 변화가 발생된 투명패턴 쌍(72a, 72b)을 검출하면, 이에 대한 Y 좌표는 바로 파악할 수 있게 된다.

한편, 본 실시예에서는, 투명패턴 쌍(72a, 72b)으로 구현되는 센서전극들(72)이 X축 방향을 따라 연장되는 패턴으로 형성되는 예를 개시하였으나, 상기 센서전극들(72)이 Y축 방향을 따라 연장되는 패턴으로 그 배열방향이 변경 실시될 수 있음은 물론이다.

또한, 본 발명에 의한 터치스크린패널 일체형 액정표시장치에서는, 터치스크린패널의 구동전극으로도 이용되는 공통전극(70)이 제2 기판(61)에 전면적으로 형성됨으로 인해, 상기 공통전극(70)에 교류형태의 공통전압이 공급될 때 상기 공통전압의 변경시점에 모든 센서전극들(72)에서 동시에 커플링 작용에 따른 전압변화가 발생된다.

따라서, 각 센서전극들(72)에 대해 순차적으로 스캔하는 방식으로 정전용량의 변화를 검출하는 대신, 공통전압의 변경시점에 대응하여 설정된 센싱기간 중에 모든 센서전극들(72)에 대해 동시에 정전용량의 변화를 검출하는 방식을 채용할 수 있게 되고 이에 따라 고속구동이 가능한 장점이 있다. 물론, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 라인별로 센서전극들(72)을 스캔하는 방식으로 정전용량의 변화를 검출하는 것도 가능하다.

더불어, 영상표시를 위한 액정표시패널 측의 구동신호로 이용되는 공통전압을 이용하여 상호정전용량 방식의 터치스크린패널을 구현함에 의해, 액정표시패널 측으로부터의 노이즈를 최소화하여 터치감도를 향상시키는 효과도 얻을 수 있다.

한편, 교류형태의 공통전압을 이용하여 상호정전용량 방식의 터치스크린패널을 구현하기 위해서는 공통전압이 변경되는 시점에서 각 센서전극들(72)에서의 정전용량의 변화를 검출해야 한다. 따라서, 센서전극들(72)과 연결된 검출라인(74)을 통해 상기 정전용량의 변화를 검출하기 위한 센싱신호는, 공통전압이 변경되는 시점에 대응하여 설정되어야 하는 것으로 공통전압에 동기화될 필요가 있다.

이를 위해, 일례로 액정표시패널을 구동하기 위한 소스 구동 IC(Source Driver IC)에서 터치스크린패널을 구동하기 위한 센싱신호를 함께 공급하도록 함으로서, 하나의 IC로 액정표시패널 및 터치스크린패널을 모두 구동할 수 있다.

이때, 터치스크린패널의 구동주파수는 센싱 횟수나 그 시점 등을 변경함에 의해 다양하게 변경 실시될 수 있다.

예컨대, 도 5a에 도시된 바와 같이, 공통전압의 상승시점 및 하강시점 각각에 동기화되도록 센싱신호를 공급함에 의해 고속으로 터치스크린패널을 구동할 수 있다.

또한, 도 5b에 도시된 바와 같이, 공통전압의 상승시점마다, 혹은 상기 공통전압의 하강시점마다 이에 동기화되도록 센싱신호를 공급함에 의해 터치스크린패널을 구동할 수도 있을 것이다.

또한, 한 프레임 내에 다수 분포되는 공통전압의 상승시점 및/또는 하강시점마다 매번 터치스크린패널을 구동하는 대신, 소정의 간격으로 선택된 공통전압의 변경시점에 동기화되도록 센싱신호를 공급함에 의해 터치스크린패널을 구동할 수도 있음은 물론이다.

한편, 한 번의 구동으로 터치위치를 파악하는 대신, 수회에 걸쳐 정전용량의 변화를 검출하고 이에 대한 평균값을 산출함에 의해 터치위치를 파악할 수 있는데, 이 경우 잡음을 효과적으로 제거할 수 있어 신뢰성을 더욱 높일 수 있다.

예컨대, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 10회에 걸쳐 센싱신호를 공급하여 정전용량의 변화를 검출한 후, 이에 대한 평균값을 산출하여 최종적으로 터치위치를 파악할 수 있으며, 하나의 터치위치를 파악하기 위한 센싱 횟수는 다양하게 변경 실시될 수 있을 것이다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

11: 제1 기판 50: 화소전극
61: 제2 기판 70: 공통전극
72: 센서전극 72a, 72b: 투명패턴 쌍
74: 검출라인 80, 82: 편광판
90: 액정층 100, 200: 유전체층

Claims

각각의 화소전극을 포함하는 복수의 화소들이 형성된 제1 기판과;
상기 제1 기판에 대향되도록 배치되며, 상기 화소전극을 향하는 일면에 전면적으로 공통전극이 형성된 제2 기판과;
상기 제2 기판의 타면에 형성되되, 제1 방향을 따라 연장되도록 형성되면서 내부에 다수의 절개부가 형성된 복수의 투명패턴 쌍이 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 나열되면서 구현되는 복수의 센서전극들과;
상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재되는 액정층;을 포함하며,
상기 공통전극에 인가되는 교류형태의 공통전압에 대응하여 상기 센서전극들에 인가되는 정전용량의 변화를 검출하여 터치위치를 감지하는 터치스크린패널 일체형 액정표시장치.
제1항에 있어서,
상기 투명패턴 쌍은, 상기 제1 방향을 따라 일단으로부터 상기 일단에 대응하는 타단에 이르기까지 점진적으로 폭이 감소되면서 연장되는 제1 패턴과, 상기 제1 패턴에 대응하여 상기 제1 방향을 따라 상기 일단으로부터 상기 타단에 이르기까지 점진적으로 폭이 증가되면서 연장되는 제2 패턴을 포함하는 터치스크린패널 일체형 액정표시장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴은 서로 대칭되는 삼각형상으로 형성되는 터치스크린패널 일체형 액정표시장치.
제1항에 있어서,
상기 절개부는, 상기 투명패턴 각각의 내부에 균등한 간격으로 형성되는 터치스크린패널 일체형 액정표시장치.
제1항에 있어서,
상기 투명패턴 쌍은, 서로 대칭되어 배치되며 각각의 내부에 빗살 형태로 절개부가 형성되는 삼각형상의 패턴 쌍으로 구성되는 터치스크린패널 일체형 액정표시장치.
제1항에 있어서,
상기 공통전압이 변경되는 시점에 대응하여, 상기 센서전극들과 연결된 검출라인을 통해 상기 정전용량의 변화를 검출하기 위한 센싱신호가 공급되는 터치스크린패널 일체형 액정표시장치.
제6항에 있어서,
상기 센싱신호는, 상기 공통전압의 상승시점 및 하강시점 각각에 동기화되어 공급되는 터치스크린패널 일체형 액정표시장치.
제6항에 있어서,
상기 센싱신호는, 상기 공통전압의 상승시점 또는 상기 하강시점에 동기화되어 공급되는 터치스크린패널 일체형 액정표시장치.
제6항에 있어서,
상기 센싱신호는, 한 프레임 내에 다수 분포되는 상기 공통전압의 변경시점 중 일정한 간격으로 선택된 변경시점에 동기화되어 공급되는 터치스크린패널 일체형 액정표시장치.
제1항에 있어서,
상기 공통전압이 변경되는 시점에 대응하여 설정된 센싱기간 중에, 상기 센서전극들 각각과 연결된 모든 검출라인들을 통해 상기 센서전극들에서의 정전용량의 변화를 동시에 검출하는 터치스크린패널 일체형 액정표시장치.
제1항에 있어서,
상기 센서전극들은 동일한 평면 상에 교호적으로 배치되는 터치스크린패널 일체형 액정표시장치.