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KR20170081079A - 터치 센서 내장형 표시장치 - Google Patents

터치 센서 내장형 표시장치 Download PDF

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KR20170081079A
KR20170081079A KR1020150191812A KR20150191812A KR20170081079A KR 20170081079 A KR20170081079 A KR 20170081079A KR 1020150191812 A KR1020150191812 A KR 1020150191812A KR 20150191812 A KR20150191812 A KR 20150191812A KR 20170081079 A KR20170081079 A KR 20170081079A
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electrodes
gate
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김진성
김승겸
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 터치 및 공통전극들 사이에 발생하는 가로선 화상불량을 방지할 수 있는 터치센서 내장형 표시장치에 관한 것으로, 서로 교차하도록 배치되는 복수의 게이트 라인들 및 복수의 데이터 라인들, 복수의 화소전극들, 복수의 터치 및 공통전극들 및 복수의 터치/공통라인들을 포함한다. 복수의 화소전극들은 상기 복수의 데이터 라인들 및 상기 복수의 게이트 라인들의 교차에 의해 정의되는 영역들에 각각 배치되며 데이터 전압을 공급받는다. 복수의 터치/공통 전극들은 복수의 화소전극들과 전계를 형성하도록 배치되며, 각각이 가로 p(p는 2이상의 자연수)개 세로 q(q는 2이상의 자연수)개의 화소전극들에 대응하도록 배치된다. 복수의 터치/공통라인들은 복수의 터치/공통 전극들에 각각 연결된다. 게이트 라인들 중 상기 q번째 행 배치의 화소전극들에 대응하는 게이트 라인은 q번째 행 배치의 화소전극들에 대응하는 터치 및 공통전극들의 다음 단에 배치된 터치 및 공통전극들과 중첩하도록 배치된다.

Description

터치 센서 내장형 표시장치{TOUCH SENSOR INTEGRATED TYPE DISPLAY DEVICE}
본 발명은 터치센서 내장형 표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터치 및 공통전극들 사이에 발생하는 가로선 화상불량을 방지할 수 있는 터치센서 내장형 표시장치에 관한 것이다.
최근, 멀티미디어의 발달과 함께 이를 적절하게 표시할 수 있는 표시장치의 필요성에 부합하여, 대형화가 가능하고, 가격이 저렴하면서, 높은 표시품질(동영상 표현력, 해상도, 밝기, 명암비, 및 색 재현력 등)을 갖는 평면형 표시장치(이하, 간단히 "표시장치"라 함)의 개발이 진행되고 있다. 이들 평면형 표시장치에는 키보드, 마우스, 트랙볼, 조이스틱, 디지타이저(digitizer) 등의 다양한 입력장치(Input Device)들이 사용자와 표시장치 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 표시장치용 입력장치에 대한 요구가 날로 증가되고 있다. 이와 같은 요구에 따라 사용자가 표시장치를 보면서 손이나 펜 등으로 화면을 직접 터치하거나 근접시켜 정보를 입력하면 이를 인식할 수 있는 터치센서(touch sensor)가 제안되었다.
터치센서는 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.
상술한 표시장치에 사용되는 터치센서는 그 구조에 따라 상판 부착형(add-on type), 상판 일체형(on-cell type) 및 일체형(integrated type 또는 in-cell type)으로 나눌 수 있다. 상판 부착형은 표시장치와 터치센서 모듈을 개별적으로 제조한 후에, 표시장치의 상판에 터치센서 모듈을 부착하는 방식이다. 상판 일체형은 표시장치의 상부 유리 기판 표면에 터치센서 소자들을 직접 형성하는 방식이다. 일체형은 표시장치 내부에 터치센서 소자들을 내장하여 표시장치의 박형화를 달성하고 내구성을 높일 수 있는 방식이다.
이들 중 일체형 터치센서는 표시장치의 공통전극을 터치 및 공통전극으로 공용할 수 있어 두께를 얇게 할 수 있고, 표시장치의 내부에 터치 소자가 형성되어 내구성을 높일 수 있기 때문에 비교적 널리 이용되고 있다.
일체형 터치센서는 내구성과 박형화가 가능하다는 점에서 상판 부착형 터치센서와 상판 일체형 터치센서의 단점을 해결할 수 있기 때문에 관심이 집중되고 있다. 이러한 일체형 터치센서는 터치된 부분을 감지하는 방식에 따라 광 방식과 정전용량 방식으로 구분되며, 정전용량 방식은 다시 자기 정전용량 방식(self capacitance type)과 상호 정전용량 방식(mutual capacitance type)으로 세분화된다.
자기 정전용량 방식 터치센서는 터치 감지 패널의 터치 영역에 복수의 독립 패턴을 형성하고 각각의 독립 패턴의 정전용량의 변화를 측정하여 터치 여부를 판단하는 방식이다. 상호 정전용량 방식 터치센서는 터치 감지 패널의 터치 및 공통전극 형성영역에 X축 전극라인들(예를 들면, 구동 전극라인들)과 Y축 전극라인들(예를 들면, 센싱 전극라인들)을 서로 교차시켜 매트릭스를 형성하고, X축 전극라인들에 구동펄스를 인가한 다음, Y축 전극라인들을 통해 X축 전극라인들과 Y축 전극라인들의 교차점으로 정의되는 센싱 노드들에 나타나는 전압의 변화를 감지하여 터치 여부를 판단하는 방식이다.
그러나, 상호 정전용량 방식 터치센서는 터치 인식시 발생하는 상호 정전용량의 크기는 매우 작은 반면, 표시장치를 구성하는 게이트 라인과 데이터 라인 사이의 기생용량(parasitic capacitance)은 매우 크기 때문에 기생용량에 의해 터치위치를 정확하게 인식하기 곤란한 문제점이 있다.
또한, 상호 정전용량 방식 터치센서는 멀티 터치 인식을 위해 공통전극 상에 터치 구동을 위한 다수의 터치 구동라인과 터치 센싱을 위한 다수의 터치 센싱라인을 형성시켜야 하기 때문에 매우 복잡한 배선구조를 필요로 하게 되는 문제점이 있다.
자기 정전용량 방식 터치센서는 상호 정전용량 방식 터치센서에 비해 간단한 배선구조로 터치 정밀도를 높일 수 있으므로 필요에 따라 널리 사용되고 있다.
이하, 도 1 내지 5를 참조하여 종래의 자기 정전용량 방식 터치센서 내장형 액정 표시장치(이하, "터치센서 내장형 표시장치"라 함)에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 터치센서 내장형 표시장치를 개략적으로 도시한 평면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 일부 영역 A1을 도시한 평면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 일부 영역 A2를 도시한 평면도이며, 도 4는 도 3에 도시된 I-I'라인을 따라 취한 단면도이다. 도 5는 종래의 터치센서 내장형 표시장치에서 게이트 라인에 공급되는 게이트 신호에 의해 터치 및 공통전극에 발생되는 리플전압을 보여주는 파형도이다.
도 1을 참조하면, 터치센서 내장형 표시장치는 터치 및 공통전극들 및 화소전극들이 배치되며, 데이터가 표시되는 액티브 영역(AA), 액티브 영역(AA) 외측에 배치되며 각종 배선들 및 구동 IC들(IC)이 배치되는 베젤영역(BA)을 포함한다.
액티브 영역(AA)은 서로 교차하는 제 1 방향(예를 들면, x축 방향) 및 제 2 방향(예를 들면, y축 방향)으로 배치된 복수의 터치 및 공통전극들(C11~Cki)과, 복수의 터치 및 공통전극들(C11~Cki)의 각각을 구동 IC들(IC1~ICi)에 연결시키도록 제 2 방향으로 서로 나란하게 배열되는 복수의 터치/공통 라인들(L11~Lki)을 포함한다.
액티브 영역(AA) 내에 배치된 복수의 터치 및 공통전극들(C11~Cki)은 종래의 표시장치의 공통전극을 분할하여 형성된 것으로, 데이터를 표시하는 디스플레이 모드의 구동시에는 공통전극으로서 동작하고, 터치 위치를 인식하는 터치 구동시에는 터치전극으로서 동작한다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 종래의 터치센서 내장형 표시장치에서는 예를 들어, 하나의 터치 및 공통전극(C11)에 대응하여 복수의 화소전극들(P)이 배치된다. 도 2의 예에서는 6개 행, 2개 열에 배치되는 12개의 화소전극들(P)이 하나의 터치 및 공통전극(C11, C21, C31)에 대응하여 배치되어 있다.
화소전극들(P)의 각각은 게이트 라인들(G1~G5)과 데이터 라인들(D1~D6)에 의해 정의되는 영역들에 배치된다.
화소전극들(P)은 박막 트랜지스터들(TFT)을 통해 데이터 라인들(D1~D3, D4~D6)에 연결되며, 게이트 라인들(G1~G6)로부터 공급되는 게이트 신호들에 동기하여 데이터 전압들을 공급받는다.
터치 및 공통전극들(C11, C21, C31)은 디스플레이 구동기간에는 터치/공통라인들(L11, L21, L31)을 통해 공통전압을 공급받고, 터치 구동기간에는 터치 구동전압을 공급받는다. 터치/공통라인들(L11, L21, L31)은 터치 구동기간 동안, 터치 및 공통전극들(C11, C21, C31)에서 센싱된 터치 센싱전압을 구동 IC 들(IC)에 공급한다. 구동 IC 들(IC)은 공지의 터치 알고리즘을 이용하여 터치여부 및 터치위치를 판단한다.
한편, 게이트 라인(GL1~GL6) 및 박막 트랜지스터(TFT)의 게이트 전극(GE)은 기판(SUB) 상에 배치된다.
박막 트랜지스터(TFT)는 기판(SUB) 상에 형성되는 게이트 라인(GL)으로부터 연장되는 게이트 전극(GE)과, 게이트 라인(GL) 및 게이트 전극(GE)을 커버하는 게이트 절연막(GI) 상에서 게이트 전극(GE)과 일부분이 중첩되도록 형성되는 반도체 액티브층(A)과, 반도체 액티브층 상에 형성되며, 일정 간격을 두고 이격된 소스전극(SE) 및 드레인 전극(DE)을 포함한다.
데이터 라인(DL)은 소스전극(SE) 및 드레인 전극(DE)과 동일층에 배치되며, 드레인 전극(DE)과 분리되어 배치된 소스전극(SE)에 연결된다.
화소전극(P)은 게이트 절연막(GI)과 드레인 전극(DE) 상에 형성되며, 드레인 전극(DE)에 직접 접속된다.
데이터 라인(DL)과, 박막 트랜지스터(TFT)의 소스전극(SE) 및 드레인 전극(DE)과, 화소전극(P)은 제 1 절연막(INS1)으로 커버된다. 제 1 절연막(INS1) 상에는 데이터 라인(D1)과 중첩되도록 터치/공통 라인(L11)이 형성된다. 제 1 절연막(INS1) 상에 배치된 터치/공통라인(L11)은 제 2 절연막(INS2)으로 커버된다.
제 2 절연막(INS2) 상에는 화소전극들(P)과 중첩되도록 터치 및 공통전극(C11)이 배치된다. 터치 및 공통전극(C11)은 화소전극들(P)과 수평전계를 형성하도록 복수의 슬릿(SL)을 구비한다. 터치 및 공통전극(C11)은 제 2 절연막(INS2)을 관통하는 콘택홀(CH)을 통해 노출되는 터치/공통라인(L11)에 접속된다.
상술한 종래의 터치센서 내장형 표시장치에서는 기생 정전용량의 발생을 방지하기 위해 박막 트랜지스터(TFT)가 형성되는 위치에는 터치 및 공통전극(C11)이 배치되지 않는다. 즉, 터치 및 공통전극(C11)은 박막 트랜지스터(TFT)와 중첩되지 않도록 배치된다. 따라서, 상하방향으로 서로 인접한 터치 및 공통전극들(C11, C21) 사이에 배치되는 게이트 라인(G2)이 존재하게 된다.
이러한 구성에 따라, 제 1 게이트 라인(G1)은 제 1 터치 및 공통전극(C11)과 중첩되도록 배치되나, 제 2 게이트 라인(G2)은 제 1 터치 및 공통전극(C11) 및 그의 하측에 위치한 제 2 터치 및 공통전극(C21)과 중첩되지 않는다. 즉, 인접한 터치 및 공통전극들(C11, C21) 사이에 배치된 제 2 게이트 라인(G2)은 어떠한 터치 및 공통전극과도 중첩되지 않는다.
도 5를 참조하면, 제 1 내지 제 3 게이트 라인들(G1~G3)에 게이트 신호가 순차적으로 공급될 때, 각 게이트 신호의 시작부(a)와 종료부(b)에서 게이트 신호와 공통전압간의 커플링 신호에 의해 리플전압이 발생한다. 그러나, 종래의 터치센서 내장형 표시장치에서는 각 터치 및 공통전극 내부에서의 게이트 라인과 터치 및 공통전극간 제 1 기생 정전용량과, 상하방향으로 인접한 터치 및 공통전극들간 경계부에서의 게이트 라인과 터치 및 공통전극간 제 2 기생 정전용량 사이의 차이로 인해, 표시장치에 가로선이 표시되는 화상불량이 발생된다.
이를 보다 구체적으로 설명하면, 예를 들어, 전단 터치 및 공통전극(C11) 내부에서는, 제 1 게이트 라인(G1)에 공급되는 제 1 게이트 신호에 의해 전단 터치 및 공통전극(C11)에 제 1 리플전압(r1)이 발생하고, 제 1 게이트 신호에 이어 제 2 게이트 라인(G2)에 제 2 게이트 신호가 공급되면, 제 2 게이트 신호에 의해 전단 터치 및 공통전극(C11)에 제 1 리플전압(r1)과 동일 진폭을 가지며 반대극성의 제 2 리플전압(r2)이 발생한다. 따라서, 전단 터치 및 공통전극(C11) 내부에서는 제 1 리플전압과 동일 진폭 동일 주파수를 갖는 제 2 리플전압(r2)에 의해 제 1 리플전압(r1)이 보상될 수 있다.
그러나, 제 2 게이트 라인(G2)에 인접한 전단 터치 및 공통전극(C11)의 경계부에서는 전단 터치 및 공통전극(C11)에 대응하는 화소전극들(P)과 관련된 제 2 게이트 라인(G2)에 공급되는 제 2 게이트 신호에 의해 제 1 리플전압(r1)과 동일한 제 3 리플전압(r3)이 발생하지만, 제 2 게이트 라인(G2)에 인접한 후단 터치 및 공통전극(C21)의 경계부에는 제 1 터치 및 공통전극(C11)과 제 2 터치 및 공통전극(C21) 사이가 오픈되어 있기 때문에 제 3 리플전압(r3)보다 작은 진폭을 갖는 제 4 리플전압(r4)이 발생된다. 결국, 제 4 리플전압(r4)은 제 3 리플전압(r3)을 보상하지 못하게 된다.
따라서, 종래의 터치센서 내장형 표시장치에서는 각 터치 및 공통전극 내부의 제 1 리플전압(V1)과 각 터치전극 경계부의 제 2 리플전압(V2)의 레벨차로 인해 공통전압의 레벨이 불안정해 지면서 화소 충전시 공통전압값의 변화에 따른 밝은 가로선 형태의 화상불량이 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은 터치 및 공통전극들 사이에 발생하는 가로선 화상불량을 제거할 수 있는 터치센서 내장형 표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적 달성을 위한 본 발명에 따르는 터치센서 내장형 표시장치는 서로 교차하도록 배치되는 복수의 게이트 라인들 및 복수의 데이터 라인들, 복수의 화소전극들, 복수의 터치 및 공통전극들 및 복수의 터치/공통라인들을 포함한다. 복수의 화소전극들은 상기 복수의 데이터 라인들 및 상기 복수의 게이트 라인들의 교차에 의해 정의되는 영역들에 각각 배치되며 데이터 전압을 공급받는다. 복수의 터치/공통 전극들은 복수의 화소전극들과 전계를 형성하도록 배치되며, 각각이 가로 p(p는 2이상의 자연수)개 세로 q(q는 2이상의 자연수)개의 화소전극들에 대응하도록 배치된다. 복수의 터치/공통라인들은 복수의 터치/공통 전극들에 각각 연결된다. 게이트 라인들 중 상기 q번째 행 배치의 화소전극들에 대응하는 게이트 라인은 q번째 행 배치의 화소전극들에 대응하는 터치 및 공통전극들의 다음 단에 배치된 터치 및 공통전극들과 중첩하도록 배치된다.
본 발명의 터치센서 내장형 표시장치는 또한 상기 복수의 게이트 라인들 및 상기 복수의 데이터 라인들의 교차부에 인접하여 배치되어 상기 복수의 데이터 라인들로부터 공급되는 데이터 전압들을 상기 복수의 화소전극들에 각각 공급하는 복수의 박막 트랜지스터를 더 포함한다. 상기 q번째 행에 배치된 화소전극들에 데이터 전압들을 공급하는 박막 트랜지스터들의 게이트 전극들은 상기 전단 터치 및 공통전극 및 상기 후단/터치 공통전극 사이에 배치된다.
또한, 상기 복수의 터치/공통라인들은 상기 복수의 화소전극들과 상기 복수의 터치 및 공통전극들이 배치된 표시영역 내에서 동일한 길이를 갖는다.
또한, 상기 게이트 라인들 및 게이트 전극들은 기판 상에 배치되고, 상기 데이터 라인들과 상기 박막 트랜지스터들의 소스전극들 및 드레인 전극들은 상기 게이트 라인들 및 상기 게이트 전극들을 커버하는 게이트 절연막 상에 배치되며, 상기 화소전극들은 상기 데이터 라인들과 상기 박막 트랜지스터들의 소스전극들 및 드레인 전극들을 커버하는 제 1 절연막 상에 배치되고, 상기 터치/공통라인들은 상기 화소전극들을 커버하는 제 2 절연막 상에 서로 나란하게 배치되며, 상기 터치 및 공통전극들은 상기 화소전극들과 중첩되도록 상기 터치/공통라인들을 커버하는 제 3 절연막 상에 배치된다.
또한, 상기 화소전극들 각각은 상기 제 1 절연막을 관통하는 제 1 콘택홀을 통해 노출된 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극에 접속된다.
또한, 상기 터치 및 공통전극들은 상기 제 3 절연막을 관통하는 제 2 콘택홀들을 통해 노출된 상기 터치/공통라인들에 각각 접속된다.
또한, 상기 터치/공통라인들은 상기 데이터 라인들과 각각 중첩되도록 배치된다.
본 발명에 따르는 터치센서 내장형 표시장치에 의하면, 상하방향으로 인접한 터치 및 공통전극들 사이에 배치된 게이트 라인을 후단 터치 및 공통전극들과 중첩되게 배치함으로써 터치 및 공통전극들 간 경계부의 리플전압을 소거함으로써 가로선 화상불량을 개선할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 터치센서 일체형 표시장치를 개략적으로 도시한 평면도,
도 2는 도 1에 도시된 일부 영역 A1을 도시한 평면도,
도 3은 도 2에 도시된 일부 영역 A2를 도시한 평면도,
도 4는 도 3에 도시된 I-I'라인을 따라 취한 단면도,
도 5는 종래의 터치센서 내장형 표시장치에서 게이트 라인에 공급되는 게이트 신호에 의해 터치 및 공통전극에 발생되는 리플전압을 보여주는 파형도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따르는 터치센서 내장형 표시장치를 개략적으로 도시한 블록도,
도 7은 도 6에 도시된 터치센서 내장형 표시장치의 일부 영역 R1에서 터치 및 공통전극들과 공통/터치 라인들의 관계를 도시한 평면도,
도 8은 도 7에 도시된 일부 영역 R1에서 터치 및 공통전극과 화소전극의 관계를 개략적으로 도시한 평면도,
도 9는 도 8에 도시된 일부 영역 R2를 보다 구체적으로 도시한 평면도,
도 10은 도 9의 라인 I-I'라인을 따라 취한 단면도,
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 터치센서 내장형 표시장치에서 게이트 라인에 공급되는 게이트 신호에 의해 터치 및 공통전극에 발생되는 리플전압을 보여주는 파형도.
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.
본 발명의 터치센서 내장형 표시장치는 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출 표시장치(Field Emission Display: FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Display, OLED), 전기영동 표시장치(Electrophoresis Display, EPD) 등의 평판 표시장치로 구현될 수 있다. 이하의 설명에서는 평판 표시장치의 일례로서 액정 표시장치를 중심으로 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 본 발명의 터치센서 내장형 표시장치는 인셀 터치 센서 기술이 적용 가능한 어떠한 표시장치도 가능하다.
이하, 도 6 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 실시예에 따르는 터치센서 내장형 표시장치에 대해 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따르는 터치센서 내장형 표시장치를 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 7은 도 6에 도시된 터치센서 내장형 표시장치의 일부 영역 R1에서 터치 및 공통전극들과 공통/터치 라인들의 관계를 도시한 평면도이다. 도 8은 도 7에 도시된 일부 영역 R1에서 터치 및 공통전극과 화소전극의 관계를 개략적으로 도시한 평면도이다. 도 9는 도 8에 도시된 일부 영역 R2를 보다 구체적으로 도시한 평면도이고, 도 10은 도 9의 라인 I-I'라인을 따라 취한 단면도이다. 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 터치센서 내장형 표시장치에서 게이트 라인에 공급되는 게이트 신호에 의해 터치 및 공통전극에 발생되는 리플전압을 보여주는 파형도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르는 터치센서 내장형 표시장치는 화소 어레이(PA)를 포함하는 표시패널(DP)과, 표시패널(DP)의 화소들에 입력 영상의 데이터를 기입하는 디스플레이 구동부(DD, GD, TC), 터치 센서들을 구동하는 터치센서 구동부(TSD)를 포함한다.
도 7 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르는 터치센서 내장형 표시장치의 표시패널(DP)은 터치 및 공통전극들(C11~Cki) 및 화소전극들(P)이 배치되며 데이터가 표시되는 액티브 영역(AA), 액티브 영역(AA) 외측에 배치되며 각종 배선들 및 구동 IC들(IC)을 포함하는 터치센서 구동부(TSD)가 배치되는 베젤영역(BA)을 포함한다.
액티브 영역(AA)은 서로 교차하는 제 1 방향(예를 들면, x축 방향) 및 제 2 방향(예를 들면, y축 방향)으로 배치된 복수의 터치 및 공통전극들(C11~Cki)과, 복수의 터치 및 공통전극들(C11~Cki)의 각각을 터치센서 구동부(TSD)의 구동 IC들(IC1~ICi)에 연결시키도록 제 2 방향으로 서로 나란하게 배열되는 복수의 터치/공통 라인들(L11~Lki)을 포함한다.
액티브 영역(AA) 내에 배치된 복수의 터치 및 공통전극들(C11~Cki)은 표시장치의 공통전극을 분할하여 형성된 것으로, 데이터를 표시하는 디스플레이 모드의 구동시에는 공통전극으로서 동작하고, 터치 위치를 인식하는 터치 구동시에는 터치전극으로서 동작한다. 본 발명의 실시예에 따르는 터치센서 내장형 표시장치는 1프레임 기간을 디스플레이 구동 기간과 터치 센서 구동 기간으로 시분할하여 구동된다. 디스플레이 구동 기간 동안에는 입력 데이터가 화소들에 기입되고, 터치 센서 구동 기간 동안에는 터치센서들이 구동되어 터치 입력이 감지된다.
다시 도 6을 참조하면, 디스플레이 구동부(DD, GD, TC)는 데이터 드라이버(DD), 게이트 드라이버(GD) 및 타이밍 콘트롤러(TC)를 포함한다.
데이터 드라이버(DD)는 디스플레이 구동 기간 동안 타이밍 콘트롤러(TC)로부터 수신되는 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 출력한다. 데이터 드라이버(DD)로부터 출력된 데이터전압은 데이터 라인들(D1~Dm)에 공급된다.
데이터 드라이버(DD)는 터치 센서 구동 기간 동안 터치 센서들에 인가되는 터치 구동 신호와 동일 위상, 동일 진폭의 교류 신호를 데이터 라인들(D1~Dm)에 인가하여 터치 센서와 데이터 라인 사이의 기생 정전용량을 최소화한다. 이는 기생 정전용량의 양단 전압이 동시에 변하고 그 전압 차이가 작을 수록 기생 정전용량에 충전되는 전하 양이 작아지기 때문이다.
게이트 드라이버(GD)는 디스플레이 구동 기간 동안, 데이터전압에 동기되는 게이트 펄스(또는 스캔펄스)를 게이트 라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터 전압이 기입되는 표시패널(DP)의 라인을 선택한다. 게이트 펄스는 게이트 하이 전압(VGH)과 게이트 로우 전압(VGL) 사이에서 스윙한다. 게이트 펄스는 게이트 라인들(G1~Gn)을 통해 박막 트랜지스터들의 게이트에 인가된다. 게이트 하이 전압(VGL)은 박막 트랜지스터의 문턱 전압 보다 높은 전압으로 설정되어 박막 트랜지스터를 턴온(turn-on)시킨다. 게이트 로우 전압(VGL)은 박막 트랜지스터의 문턱 전압 보다 낮은 전압으로 설정되어 박막 트랜지스터를 턴오프(turn-off)시킨다.
게이트 드라이버(GD)는 터치 센서 구동 기간 동안 터치 센서들에 인가되는 터치 구동 신호와 동일 위상, 동일 진폭의 교류 신호를 게이트 라인들(G1~Gn)에 인가하여 센서전극과 게이트 라인 사이의 기생 정전용량을 최소화한다. 터치 센서 구동 기간 동안 게이트 라인들(G1~Gn)에 인가되는 교류 신호의 전압은 픽셀들에 기입된 데이터가 변하지 않도록 게이트 하이 전압(VGH) 보다 낮고 박막 트랜지스터의 문턱 전압 보다 낮아야 한다.
타이밍 콘트롤러(TC)는 호스트 시스템(HS)으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 드라이버(DD)와 게이트 드라이버(GD)의 동작 타이밍을 동기시킨다. 스캔 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함한다. 데이터 타이밍 제어신호는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성 제어신호(Polarity, POL), 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함한다.
호스트 시스템(HS)은 텔레비전 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 호스트 시스템(HS)은 스케일러(scaler)를 내장한 SoC(System on chip)을 포함하여 입력 영상의 디지털 비디오 데이터를 표시패널(DP)의 해상도에 적합한 포맷으로 변환한다. 호스트 시스템(HS)은 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)와 함께 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, MCLK)을 타이밍 콘트롤러(TC)로 전송한다. 또한, 호스트 시스템(HS)은 터치 센서 구동부(TSD)로부터 입력되는 터치 입력의 좌표 정보(XY)와 연계된 응용 프로그램을 실행한다.
타이밍 콘트롤러(TC) 또는 호스트 시스템(HS)은 디스플레이 구동부(DD, GD, TC)와 터치 센서 구동부(TSD)를 동기시키기 위한 동기 신호(Tsync)를 발생할 수 있다.
터치 센서 구동부(TSD)는 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 터치 및 공통전극들(C11~Cki)에 공급될 터치 구동 신호(Vdrv)의 전압을 발생한다. 자기 정전용량 타입의 터치 센서는 손가락이 센서전극에 근접 또는 접촉할 때 정전용량이 증가한다. 터치 센서 구동부(TSD)는 터치 구동 신호를 인가하고, 접촉 물체로 인하여 변하는 센서전극의 정전용량(또는 전하)의 변화를 측정하여 터치 위치와 터치 면적을 감지할 수 있다. 터치 센서 구동부(TSD)는 터치 입력의 좌표 정보(XY)를 계산하여 호스트 시스템(HS)으로 전송한다.
도 8 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르는 터치센서 내장형 표시장치에서는 예를 들어, 하나의 터치 및 공통전극(C11)에 대응하여 복수의 화소전극들(P)이 배치된다. 도 8의 예에서는 6개 행, 2개 열에 배치되는 12개의 화소전극들(P)이 하나의 터치 및 공통전극(C11, C21, C31)에 대응하여 배치되어 있다. 그러나, 이는 하나의 예에 불과한 것으로 하나의 터치 및 공통전극에 대응하는 화소전극들의 수는 필요에 따라 적절히 변경될 수 있다.
화소전극들(P)의 각각은 게이트 라인들(G1~G5)과 데이터 라인들(D1~D6)에 의해 정의되는 영역들에 배치된다.
화소전극들(P)은 박막 트랜지스터들(TFT)을 통해 데이터 라인들(D1~D3, D4~D6)에 연결되며, 게이트 라인들(G1~G5)로부터 공급되는 게이트 신호들에 동기하여 데이터 전압들을 공급받는다.
터치 및 공통전극들(C11, C21, C31)은 디스플레이 구동기간에는 터치/공통라인들(L11, L21, L31)을 통해 공통전압을 공급받고, 터치 구동기간에는 터치 구동전압을 공급받는다. 터치/공통라인들(L11, L21, L31)은 터치 구동기간 동안, 터치 및 공통전극들(C11, C21, C31)에서 센싱된 터치 센싱전압을 터치센서 구동부(TSP)의 구동 IC 들(IC)에 공급한다. 구동 IC 들(IC)은 공지의 터치 알고리즘을 이용하여 터치여부 및 터치위치를 판단한다.
한편, 게이트 라인(GL1~GL5) 및 박막 트랜지스터(TFT)의 게이트 전극(GE)은 기판(SUB) 상에 배치된다.
박막 트랜지스터(TFT)는 기판(SUB) 상에 형성되는 게이트 라인(GL)으로부터 연장되는 게이트 전극(GE)과, 게이트 라인(GL) 및 게이트 전극(GE)을 커버하는 게이트 절연막(GI) 상에서 게이트 전극(GE)과 일부분이 중첩되도록 형성되는 반도체 액티브층(A)과, 반도체 액티브(A)층 상에 형성되며, 일정 간격을 두고 이격 배치된 소스전극(SE) 및 드레인 전극(DE)을 포함한다.
데이터 라인(D1)은 소스전극(SE) 및 드레인 전극(DE)과 동일층에 배치되며, 박막 트랜지스터(TFT)의 소스전극(SE)에 연결된다.
데이터 라인(D1), 소스전극(SE), 및 드레인 전극(DE)이 배치된 게이트 절연막(GI) 상에는 데이터 라인(D1), 소스전극(SE), 및 드레인 전극(DE)을 커버하도록 제 1 절연막(INS1) 및 제 2 절연막(INS2)이 순차적으로 배치된다. 제 1 절연막(INS1)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막과 같은 무기 절연막으로 형성될 수 있고, 제 2 절연막(INS2)은 포토아크릴(PAC)과 같은 유기 절연막으로 형성될 수 있다. 제 1 절연막(INS1)과 제 2 절연막(INS2)의 하나는 생략될 수도 있다.
화소전극들(P)은 제 2 절연막(INS2) 상에서 데이터 라인들과 게이트 라인들의 교차에 의해 형성되는 영역들에 배치된다. 화소전극(P)은 제 1 및 제 2 절연막들(INS1, INS2)을 관통하는 제 1 콘택홀(CH1)을 통해 노출된 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(DE)에 접속된다.
화소전극들(P)이 형성된 제 2 절연막(INS2) 상에는 터치/공통라인(L11)이 배치된다. 터치/공통라인(L11)은 데이터 라인(D1)과 중첩되도록 배치된다. 터치/공통라인(L11)과 데이터 라인(D1)을 중첩되게 배치하면, 터치/공통라인(L11)을 비투명성의 고전도성 금속으로 형성하여도 개구율을 저하시키지 않으므로 저항이 높은 투명전극으로 된 터치 및 공통전극(C11)의 저항을 감소시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 터치/공통라인들(L11~Lki)은 서로 나란하게 배치된다. 터치/공통라인들(L11~Lki)은 액티브 영역(AA) 내에서 동일한 길이를 갖도록 배치될 수 있다. 이 경우, 모든 터치 및 공통전극들(C11~Cki)에 동일한 수의 터치/공통라인들이 중첩되기 때문에 터치/공통라인들에 의해 터치 및 공통전극 내의 전계를 어느 위치에서나 동일하게 유지된다. 따라서, 종래의 터치/공통라인들(L11~Lki)의 길이 차로 인한 전계의 차이에 의해 발생하는 표시장치의 얼룩과 같은 화질 불량을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
터치/공통라인들(L11~Lki)이 배치된 제 2 절연막(INS2) 상에는 터치/공통라인들(L11~Lki)을 커버하도록 제 4 절연막(INS4)이 배치된다.
제 4 절연막(INS4) 상에는 도 8에 도시된 바와 같이, 각각이 복수의 화소전극들(P)과 중첩되도록 터치 및 공통전극들(C11, C21, C31)이 배치된다. 도 8의 실시예에서 하나의 터치 및 공통전극은 6행 2열 12개의 화소전극들과 중첩되도록 배치되는 것을 도시하고 있으나, 이는 단지 편의상 도시한 것이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
터치 및 공통전극들(C11, C21, C31)은 제 4 절연막(INS4)를 관통하는 제 2 콘택홀들(CH2)을 통해 노출되는 터치/공통라인들(L11, L21, L31)에 각각 접속된다.
본 발명의 실시예에 따르는 터치센서 내장형 표시장치에서는 상하방향으로 서로 인접한 전단의 터치 및 공통전극(C11)과 후단의 터치 및 공통전극(C21) 중 후단의 터치 및 공통전극(C21)는 그 상단부에서 전단의 터치 및 공통전극(C11)에 대응하는 화소전극(P)관련된 전단 게이트 라인(G2)과 중첩되도록 배치된다. 반면, 전단 게이트 라인(G2)에 연결되거나 또는 전단 게이트 라인(G2)으로부터 연장되는 게이트 전극(GE)은 전단 터치 및 공통전극(C11) 및 후단 터치 및 공통전극(C21) 사이에 배치된다.
도 11을 참조하면, 각 터치 및 공통전극 내부에서는 제 1 게이트 라인(G1)에 공급되는 제 1 게이트 신호에 의해 제 1 리플전압(r1)이 발생하지만, 제 2 게이트 라인(G2)에 공급되는 제 2 게이트 신호에 의해 발생되는 제 2 리플전압(r2)에 의해 제 1 리플전압(r1)이 상쇄된다.
또한, 전단 터치 및 공통전극(C11)과 후단 터치 및 공통전극(C21)의 경계부에서는 제 2 게이트 라인(G2)이 후단 터치 및 공통전극(C21)과 중첩되므로, 제 2 게이트 라인(G2)에 의해 전단 터치 및 공통전극(C11)에는 기생 정전용량이 발생하지 않게 된다.
결국, 제 2 게이트 라인(G2)에 의한 전단 터치 및 공통전극(C11) 경계부에서의 기생 정전용량은 감소되는 대신 후단 터치 및 공통전극(C11) 경계부에서의 기생 정전용량은 증가하므로, 전단 터치 및 공통전극(C11)과 후단 터치 및 공통전극(C21)의 경계부에서의 전단 및 후단 터치 및 공통전극들의 리플전압들을 소거시킬 수 있다.
따라서, 전단 터치전극(C11) 경계부의 기생 정전용량에 의한 리플전압이 후단 터치전극(C21) 경계부의 기생 정전용량에 의한 리플전압을 상쇄시켜 화소 충전시 안정된 공통전압값을 공급할 수 있게 되므로, 종래의 밝은 가로선 형태의 화상불량을 제거할 수 있는 효과를 얻을 수 있게 된다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
예를 들어, 본 발명의 실시예에 따르는 터치센서 내장형 표시장치에서는 하나의 터치 및 공통전극에 대응하는 화소전극들의 수를 가로 6개 세로 2개, 총 12개인 것으로 설명하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
C11~Cki: 터치 및 공통전극 L11~Lki: 터치/공통라인
P:화소전극 DP: 표시패널
DD: 데이터 드라이버 GD: 게이트 드라이버
TSD: 터치센서 구동부

Claims (7)

  1. 서로 교차하도록 배치되는 복수의 게이트 라인들 및 복수의 데이터 라인들;
    상기 복수의 데이터 라인들 및 상기 복수의 게이트 라인들의 교차에 의해 정의되는 영역들에 각각 배치되며 데이터 전압이 공급되는 복수의 화소전극들;
    상기 복수의 화소전극들과 전계를 형성하도록 배치되며, 각각이 가로 p(p는 2이상의 자연수)개 세로 q(q는 2이상의 자연수)개의 화소전극들에 대응하도록 배치되는 복수의 터치/공통 전극들; 및
    상기 복수의 터치/공통 전극들에 각각 연결된 복수의 터치/공통라인들을 포함하며,
    상기 게이트 라인들 중 상기 q번째 행 배치의 화소전극들에 대응하는 게이트 라인은 상기 q번째 행 배치의 화소전극들에 대응하는 터치 및 공통전극들의 다음 단에 배치된 터치 및 공통전극들과 중첩하도록 배치되는 터치센서 내장형 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 게이트 라인들 및 상기 복수의 데이터 라인들의 교차부에 인접하여 배치되어 상기 복수의 데이터 라인들로부터 공급되는 데이터 전압들을 상기 복수의 화소전극들에 각각 공급하는 복수의 박막 트랜지스터를 더 포함하고,
    상기 q번째 행에 배치된 화소전극들에 데이터 전압들을 공급하는 박막 트랜지스터들의 게이트 전극들은 상기 전단 터치 및 공통전극 및 상기 후단/터치 공통전극 사이에 배치되는 터치센서 내장형 표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 터치/공통라인들은 상기 복수의 화소전극들과 상기 복수의 터치 및 공통전극들이 배치된 표시영역 내에서 동일한 길이를 갖는 터치센서 내장형 표시장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 게이트 라인들 및 게이트 전극들은 기판 상에 배치되고,
    상기 데이터 라인들과 상기 박막 트랜지스터들의 소스전극들 및 드레인 전극들은 상기 게이트 라인들 및 상기 게이트 전극들을 커버하는 게이트 절연막 상에 배치되며,
    상기 화소전극들은 상기 데이터 라인들과 상기 박막 트랜지스터들의 소스전극들 및 드레인 전극들을 커버하는 제 1 절연막 상에 배치되고,
    상기 터치/공통라인들은 상기 화소전극들을 커버하는 제 2 절연막 상에 서로 나란하게 배치되며,
    상기 터치 및 공통전극들은 상기 화소전극들과 중첩되도록 상기 터치/공통라인들을 커버하는 제 3 절연막 상에 배치되는 터치센서 내장형 표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 화소전극들 각각은 상기 제 1 절연막을 관통하는 제 1 콘택홀을 통해 노출된 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극에 접속되는 터치센서 내장형 표시장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 터치 및 공통전극들은 상기 제 3 절연막을 관통하는 제 2 콘택홀들을 통해 노출된 상기 터치/공통라인들에 각각 접속되는 터치센서 내장형 표시장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터치/공통라인들은 상기 데이터 라인들과 각각 중첩되도록 배치되는 터치센서 내장형 표시장치.
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