JP5797897B2 - タッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、相互静電容量方式のタッチスクリーンパネルが内蔵された液晶表示装置に関する。
タッチスクリーンパネルは、映像表示装置などの画面に現れた指示内容を人の手または物体で選択し、ユーザの命令を入力できるようにした入力装置である。
このため、タッチスクリーンパネルは、映像表示装置の前面（ｆｒｏｎｔ ｆａｃｅ）に備えられ、人の手または物体に直接接触した接触位置を電気的信号に変換する。これにより、接触位置で選択された指示内容が入力信号として受信される。
このようなタッチスクリーンパネルは、キーボードやマウスのように、映像表示装置に接続して動作する別の入力装置を代替できるため、その使用範囲が次第に拡大する傾向にある。
タッチスクリーンパネルを実現する方式としては、抵抗膜方式、光検出方式、及び静電容量方式などが知られている。このうち、静電容量方式のタッチスクリーンパネルは、人の手または物体が接触したとき、導電性検出パターンが周辺の他の検出パターンまたは接地電極などと形成する静電容量の変化を検出することにより、接触位置を電気的信号に変換する。
このようなタッチスクリーンパネルは、一般的に、液晶表示装置、有機電界発光表示装置のような平板表示装置の外面に取り付けられて製品化される場合が多い。
しかしながら、このように、タッチスクリーンパネルの平板表示装置の外面に取り付けられた場合、タッチスクリーンパネルと平板表示装置との間の粘着層が必要であり、平板表示装置とは別途にタッチスクリーンパネルを形成する工程が要求されるため、工程時間及び工程費用が増加するという欠点がある。
また、従来の構造では、タッチスクリーンパネルが平板表示装置の外面に取り付けられることにより、平板表示装置の全厚が増加するという欠点がある。
韓国特許出願公開第２００９−５０８５７号明細書 韓国特許出願公開第２００７−８１７１７号明細書 韓国特許出願公開第２００９−１９９０２号明細書
上記の問題を解決するためになされた本発明の目的は、液晶表示装置に備えられる共通電極を相互静電容量方式のタッチスクリーンパネルの駆動電極として用いるタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置を提供するためのものである。
また、本発明の他の目的は、タッチ認識のために共通電極に駆動信号を供給することによってもたらされる画質の低下を除去するタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置を提供するためのものである。
上記の目的を達成するための本発明の特徴によれば、本発明は、薄膜トランジスタ及び画素電極をそれぞれ具備する複数の画素が形成された第１基板と、前記第１基板に対向して位置し、前記画素電極に対応して第１方向に配列される複数の共通電極が内側に形成された第２基板と、前記第２基板の外側に形成され、前記第１方向と交差する第２方向に配列される複数の検出電極と、前記第１基板と前記第２基板との間に形成された液晶層と、前記共通電極に順次に駆動信号を供給し、各共通電極に供給される駆動信号と反対の位相を有する補償信号を前記共通電極に供給する共通電極駆動部と、を備え、前記共通電極駆動部は、所定の画像を表示する第１フレーム期間には前記共通電極に同じ共通電圧を供給し、タッチ認識を行う第２フレーム期間には前記共通電極に前記駆動信号及び補償信号を供給し、前記共通電圧は、前記駆動信号と前記補償信号との間の所定期間にも供給される。
また、前記第１フレーム期間と前記第２フレーム期間とは、交互に動作することを特徴とする。
また、前記補償信号は、前記駆動信号と位相が反対であり、大きさが同じ電圧であることを特徴とする。
また、前記共通電極駆動部は、前記補償信号を、前記駆動信号の供給前または供給後に前記共通電極に供給することを特徴とする。
また、前記共通電極駆動部は、現在の共通電極に供給される駆動信号及び補償信号が、前の共通電極に供給される駆動信号及び補償信号に重畳しないように、前記駆動信号と前記補償信号を順次に前記共通電極に供給することを特徴とする。
また、前記薄膜トランジスタは、第１電極が前記第１基板に配列されたデータ配線に接続され、ゲート電極が前記第１基板に配列されたゲート配線に接続され、第２電極が前記画素電極に接続されることを特徴とする。
また、前記第１基板及び第２基板の外側面にそれぞれ取り付けられる第１偏光板及び第２偏光板と、前記第２偏光板の外側面に取り付けられるウィンドウとをさらに備える。
また、前記検出電極は、前記第２基板と前記ウィンドウとの間に形成されることを特徴とする。
また、前記第１基板の下部に位置し、光を提供するバックライトをさらに備える。
また、前記駆動信号は、前記共通電圧より高い電圧であることを特徴とする。
以上のような本発明によれば、液晶表示装置に備えられる共通電極を相互静電容量方式のタッチスクリーンパネルの駆動電極として用いるタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置を提供することができる。
また、本発明によれば、タッチ認識のために共通電極に駆動信号を供給することによってもたらされる画質の低下を除去するタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置を提供することができる。
本発明の実施形態によるタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置を示すブロック図である。 図１における画素の等価回路図である。 本発明の実施形態によるタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置の一領域に関する断面図である。 図３における共通電極パターン（駆動電極）及び検出電極の構造を示す斜視図である。 図３における共通電極パターン（駆動電極）及び検出電極の構造を示す上面図である。 一般的に共通電極に供給される信号を示すタイミングチャートである。 本発明の第１実施形態により共通電極駆動部が共通電極に供給する信号を示すタイミングチャートである。 本発明の第２実施形態により共通電極駆動部が共通電極に供給する信号を示すタイミングチャートである。 本発明の第３実施形態により共通電極駆動部が共通電極に供給する信号を示すタイミングチャートである。 本発明の第４実施形態により共通電極駆動部が共通電極に供給する信号を示すタイミングチャートである。
その他の実施形態の具体的な事項は詳細な説明及び図面に含まれている。
本発明の利点及び特徴、そして、それらを達成する方法は、添付した図面とともに詳細に後述されている実施形態を参照すれば明確になるはずである。しかし、本発明は、以下に開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で実現可能であり、以下の説明において、ある部分が他の部分に接続されているとする場合、これは、直接的に接続されている場合のみならず、その間に他の素子を挟んで電気的に接続されている場合をも含む。また、図面において、本発明と関係のない部分は本発明の説明を明確にするために省略し、明細書全体を通して類似の部分に対しては同じ図面符号を付してある。
以下、添付した図面を参照して本発明について説明する。
図１は、本発明の実施形態によるタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置を示すブロック図である。特に、図１は、タッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置が画像を表示するための構成を中心に示している。図２は、図１における画素の等価回路図であり、図３は、本発明の実施形態によるタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置の一領域に関する断面図である。
図１に示すように、本発明の好ましい実施形態によるタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置は、第１方向（例えば、水平方向）に配列されたゲート配線Ｇ１〜Ｇｎにゲート信号を供給するゲート駆動部３と、第１方向と交差する第２方向（例えば、垂直方向）に配列されたデータ配線Ｄ１〜Ｄｍにデータ信号を供給するデータ駆動部４と、前記ゲート配線Ｇ１〜Ｇｎ及びデータ配線Ｄ１〜Ｄｍと接続する薄膜トランジスタＴｒを具備する複数の画素Ｐ及び共通電極（Ｖｃｏｍ）７０に共通電圧などを供給する共通電極駆動部５とを備え、ゲート駆動部３、データ駆動部４、及び共通電極駆動部５を制御するためのタイミング制御部６をさらに備えることができる。
液晶表示装置は、液晶の光学的異方性と分極性質を利用して画像を実現する表示装置であって、前記液晶は、分子構造が細長く、配列に方向性を持つ光学的異方性と、電場内に置かれた場合にその大きさによって分子配列方向に変化する分極性質を帯びる。
これにより、液晶表示装置は、液晶層を挟んで互いに対向する面にそれぞれ画素電極と共通電極が形成された第１基板と、第２基板とを貼り合わせて構成された液晶パネルを必須構成要素とし、ゲート信号により選択された画素の画素電極と共通電極との間にそれぞれデータ信号及び共通電圧を印加して所定の電界を形成した後、これにより変化した液晶の配列角によってバックライトから供給される光の透過度を調整して映像を表示する。
このため、図２及び図３に示す実施形態を参照すると、タッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置は、液晶層９０を挟んで第１基板１１と第２基板６１とが対面して貼り合わされた構成を有するが、このうち、下部の第１基板１１には、上面に縦横に交差されるゲート配線Ｇ１〜Ｇｎとデータ配線Ｄ１〜Ｄｍとが配列され、前記ゲート配線Ｇ１〜Ｇｎとデータ配線Ｄ１〜Ｄｍとの交差地点には薄膜トランジスタＴｒが具備され、各画素Ｐに形成された画素電極５０と一対一対応で接続されている。
図２に示すように、これを詳細に説明すると、ｉ番目のゲート配線Ｇｉ及びｊ番目のデータ配線Ｄｊに接続された画素Ｐは、前記ｉ番目のゲート配線Ｇｉ及びｊ番目のデータ配線Ｄｊに接続される薄膜トランジスタＴｒと、前記薄膜トランジスタＴｒに接続される画素電極５０と、画素電極５０及び共通電極７０に接続される液晶キャパシタ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）Ｃｌｃとを備える。
前記薄膜トランジスタＴｒは、図３に示すように、ゲート配線に接続されるゲート電極１５及びソース／ドレイン電極３３、３５と、前記ゲート電極１５とソース／ドレイン電極３３、３５との間に形成される半導体層２３とから構成される。ここで、前記半導体層２３は、アクティブ層２３ａと、オームコンタクト層２３ｂとを含む。
また、前記ゲート電極１５の上部にはゲート絶縁膜２０が形成され、ソース／ドレイン電極３３、３５の上部には保護層４０が形成されており、前記保護層４０は、ドレイン電極３５を露出するコンタクトホール４３を備える。
また、前記保護層４０の上部には前記画素電極５０が形成されており、前記コンタクトホール４３を介して前記ドレイン電極３５に接続される。
前記液晶キャパシタＣｌｃは、前記画素電極５０と第２基板６１の共通電極７０とを２つの端子とし、２つの電極５０、７０間の液晶層９０は誘電体として機能する。
また、前記第１基板１１に対向する上部の第２基板６１は、その背面に前記ゲート配線Ｇ１〜Ｇｎ、データ配線Ｄ１〜Ｄｍ、及び薄膜トランジスタＴｒなどの非表示領域を遮るように、各画素Ｐ領域を取り囲む格子状のブラックマトリクス６３と、前記ブラックマトリクス６３の内部において、各画素Ｐに対応して順次に繰り返し配列された赤色、緑色、青色のカラーフィルタパターン６６ａ、６６ｂ、６６ｃと、前記カラーフィルタパターン６６の下部に透明導電性物質（例えば、ＩＴＯ）により透明な共通電極７０が形成されている。
ここで、前記カラーフィルタパターン６６と前記共通電極７０との間にはオーバーコート層（図示せず）がさらに形成されてもよい。また、ブラックマトリクス６３及びカラーフィルタパターン６６の位置は変更できるので、ブラックマトリクス６３及びカラーフィルタパターン６６が異なる位置に形成された場合、共通電極７０は第２基板６２の内側面に形成可能である。
また、図３に示すように、前記第１基板１１及び第２基板６１の外側面には、それぞれ第１偏光板８０及び第２偏光板８２が取り付けられ、画像が表示される方向に位置する偏光板上には、透明基板としてのウィンドウ１９０が取り付けられる。
図３に示す実施形態は、バックライト３００が第１基板１１の下部に位置する構造であるため、画像が第２基板６１の方向に表示され、これにより、前記ウィンドウ１９０は、粘着層１９２によって前記第２偏光板８２上に取り付けられる。図３に示す実施形態では、第１偏光板８０が備えられているため、バックライト３００が第１偏光板８０の下部に位置している。
以下、このような構造を有するタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置の画像表示動作を簡単に説明する。
まず、各画素Ｐに備えられた薄膜トランジスタＴｒのゲート電極１５にゲート信号が印加されると、前記アクティブ層２３ａが活性化され、これにより、ソース電極３３は、前記ソース電極３３に接続されたデータ配線３０から印加されるデータ信号を、下部のアクティブ層２３ａを経て所定間隔離隔したドレイン電極３５に伝達する。
このとき、前記ドレイン電極３５は、コンタクトホール４３を介して画素電極５０に電気的に接続されるため、前記データ信号の電圧は画素電極５０に印加され、これは、各画素Ｐに備えられたストレージキャパシタ（図示せず）に格納される。
これにより、前記画素電極５０に印加された電圧と、前記共通電極７０に印加された電圧との差に相当する電圧に対応して、それらの間の液晶分子の配列が調整されることにより、所定の画像が表示される。
従来の一般的な液晶表示装置の場合、前記共通電極７０は、第２基板６１の下部全面に一体型に形成され、同じ電圧を受ける。
これに対し、本発明の実施形態によるタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置は、前記共通電極７０を分離された複数のパターンに形成し、これを相互静電容量（ｍｕｔｕａｌ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）方式のタッチスクリーンパネルの駆動電極として活用することを特徴とする。
例えば、前記共通電極７０を、第１方向（例えば、Ｘ軸方向）に所定間隔離隔して配列される複数のパターン７０ａで実現（図４参照）し、これをタッチスクリーンパネルの駆動電極として活用し、タッチスクリーンパネルの検出電極７２は前記第２基板６１の外側に形成される。
第２偏光板８２とウィンドウ１９０が設置された場合には、前記検出電極７２が第２基板６１とウィンドウ１９０との間に形成可能である。したがって、具体的な例として、図３に示すように、検出電極７２が第２偏光板８２の上面に形成されてもよく、検出電極７２がウィンドウ１９０の下面に形成されてもよく、検出電極７２が第２基板６１の上面または第２偏光板８２の下面に形成されてもよい。
このとき、前記検出電極７２は、前記第１方向と交差する第２方向（例えば、Ｙ軸方向）に所定間隔離隔して配列される複数のパターンで実現される。
ここで、前記検出電極７２は、透明導電性物質（例えば、ＩＴＯ）で形成し、前記透明導電性物質がパターニングされたフィルムを前記第２偏光板８２またはウィンドウ１９０などに取り付けることにより、これを実現することができる。
以下、本発明の実施形態によるタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置の電極構造及び動作を、図４〜図６を用いてより詳細に説明する。
図４は、図３における共通電極パターン（駆動電極）及び検出電極の構造を示す斜視図であり、図５は、図３における共通電極パターン（駆動電極）及び検出電極の構造を示す上面図である。
図４に示すように、前記共通電極７０を第１方向（例えば、Ｘ軸方向）に所定間隔離隔して配列されるＸ１〜Ｘｎのパターン７０ａに形成し、これをタッチスクリーンパネルの駆動電極として用い、前記駆動電極７０ａに対応する検出電極７２は、前述したように、前記第１方向と交差する第２方向（例えば、Ｙ軸方向）に所定間隔離隔して配列されるＹ１〜Ｙｎのパターンを第２基板６１の外側に形成することにより実現される。
このような駆動電極７０ａと検出電極７２との配列により、互いに交差する地点に対しては、駆動電極と検出電極との間の相互静電容量が形成され、前記相互静電容量が形成される各交差点は、タッチ認識を実現する各々の検出セル１００となる。
図６は、一般的に、共通電極に供給される信号を示すタイミングチャートである。本発明の実施形態によるタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置に画像を表示すると同時に、外部で接触するタッチを検出するために、図６のような信号を共通電極７０に供給することができる。
図６に示すように、画像を表示するために、ゲート配線Ｇ１〜Ｇｎにゲート信号が順次供給される期間、すなわち、所定の画像を表示する第１フレーム期間Ｔ１には共通電極７０の電圧が一定に維持されなければならないため、各共通電極７０には同じ大きさの共通電圧が供給される。
その後、タッチ認識を行う第２フレームＴ２期間には、各共通電極７０に対してハイレベルの電圧を有する駆動信号が順次供給される。駆動信号は、タッチ位置を決定するためのものであって、前記共通電圧より高い電圧であることが好ましい。
駆動信号が供給された検出セル１００に指などがタッチされる場合には、相互静電容量の変化による電圧が検出されるため、タッチ位置を検出することができる。すなわち、Ｘ１駆動電極とＹ１検出電極とが重なる検出セル１００に指が位置する場合を挙げると、Ｘ１駆動電極に駆動信号が供給されたとき、指により相互静電容量が変化し、変化した相互静電容量による特定の電圧がＹ１検出電極から検出されることにより、Ｘ１駆動電極とＹ１検出電極との交差点がタッチ位置に特定される。
しかし、タッチ位置の認識のために、図６のような方式により各共通電極７０に駆動信号を供給すると、共通電極７０の電圧が急激に変化することにより、液晶キャパシタＣｌｃにかかる画素電圧も異常変化し、画質異常（チラツキ現象、横線の発生など）をもたらすようになる。また、タッチをより良く検出するためには、共通電極７０に印加される駆動信号の電圧の大きさを大きくし、駆動信号の供給回数を増やすことがよいが、これは、相対的に画素電圧に及ぼす影響が大きくなるので、画質問題はさらに悪化する。
したがって、駆動信号の供給による画質問題を解決するために、本発明の実施形態によるタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置の共通電極駆動部５は、前記共通電極７０に順次に駆動信号を供給するが、前記供給される駆動信号と反対の位相を有する補償信号をともに供給する。補償信号は、前記駆動信号と位相が反対となり、大きさが同じ電圧であり得る。
図７は、本発明の第１実施形態により共通電極駆動部が共通電極に供給する信号を示すタイミングチャートである。
図７に示すように、所定の画像を表示する第１フレーム期間Ｔ１には各共通電極７０に同じ大きさの共通電圧を供給する。しかし、タッチ認識を行う第２フレーム期間Ｔ２には各共通電極７０に対して駆動信号を印加し、前記駆動信号と位相が反対の補償信号を駆動信号に続けて供給する。
したがって、共通電極７０に駆動信号が供給されることによって発生する画素電圧の異常変化が前記補償信号により相殺されるため、画質問題は発生しない。
このような第１実施形態は、下記の第２実施形態ないし第４実施形態に変更実施できる。
図８は、本発明の第２実施形態により共通電極駆動部が共通電極に供給する信号を示すタイミングチャートである。
図８に示すように、所定の画像を表示する第１フレーム期間Ｔ１には各共通電極７０に同じ大きさの共通電圧を供給する。しかし、タッチ認識を行う第２フレーム期間Ｔ２には各共通電極７０に対して駆動信号と位相が反対の補償信号を先に印加し、その後、補償信号に続けて駆動信号を供給する。
図９は、本発明の第３実施形態により共通電極駆動部が共通電極に供給する信号を示すタイミングチャートである。図９に示す第３実施形態は図７と類似しているが、駆動信号と補償信号との間の所定期間Ｔｂに共通電圧が印加される。
図１０は、本発明の第４実施形態により共通電極駆動部が共通電極に供給する信号を示すタイミングチャートである。図１０に示す第４実施形態は図８と類似しているが、駆動信号と補償信号との間の所定期間Ｔｂに共通電圧が印加される。
結局、第１実施形態及び第３実施形態のように、駆動信号が供給された後に補償信号が供給されてもよく、第２実施形態及び第４実施形態のように、補償信号が先に供給された後に駆動信号が供給されてもよい。
また、第１実施形態及び第２実施形態のように、駆動信号と補償信号が続けて供給されてもよく、第３実施形態及び第４実施形態のように、駆動信号と補償信号との間に共通電圧が供給される所定期間Ｔｂが存在してもよい。
上述した実施形態では、駆動信号と補償信号が順次に各共通電極７０に供給されるが、このとき、現在の共通電極Ｘｉ（ｉは自然数）に供給される駆動信号及び補償信号は、前の共通電極Ｘｉ−１に供給される駆動信号及び補償信号に重畳しないように供給されることが好ましい。また、第１フレーム期間Ｔ１と第２フレーム期間Ｔ２とは、交互に動作することが好ましい。
３：ゲート駆動部、
４：データ駆動部、
５：共通電極駆動部、
６：タイミング制御部、
１１：第１基板、
５０：画素電極、
６１：第２基板、
６３：ブラックマトリクス、
６６：カラーフィルタパターン、
７０：共通電極、
７０ａ：共通電極パターン（駆動電極）、
７２：検出電極、
８０、８２：偏光板、
９０：液晶層、
１００：検出セル、
１９０：ウィンドウ、
１９２：粘着層、
３００：バックライト、
Ｃｌｃ：液晶キャパシタ、
Ｐ：画素、
Ｔｒ：薄膜トランジスタ。

Claims (10)

  1. 薄膜トランジスタ及び画素電極をそれぞれ具備する複数の画素が形成された第１基板と、
    前記第１基板に対向して位置し、前記画素電極に対応して第１方向に配列される複数の共通電極が内側に形成された第２基板と、
    前記第２基板の外側に形成され、前記第１方向と交差する第２方向に配列される複数の検出電極と、
    前記第１基板と前記第２基板との間に形成された液晶層と、
    前記共通電極に順次に駆動信号を供給し、各共通電極に供給される駆動信号と反対の位相を有する補償信号を前記共通電極に供給する共通電極駆動部と、を備え、
    前記共通電極駆動部は、
    所定の画像を表示する第１フレーム期間には前記共通電極に同じ共通電圧を供給し、タッチ認識を行う第２フレーム期間には前記共通電極に前記駆動信号及び補償信号を供給し、
    前記共通電圧は、前記駆動信号と前記補償信号との間の所定期間にも供給されることを特徴とするタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置。
  2. 前記第１フレーム期間と前記第２フレーム期間とは、交互に動作することを特徴とする請求項１に記載のタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置。
  3. 前記補償信号は、
    前記駆動信号と位相が反対であり、大きさが同じ電圧であることを特徴とする請求項１または２に記載のタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置。
  4. 前記共通電極駆動部は、
    前記補償信号を、前記駆動信号の供給前または供給後に前記共通電極に供給することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置。
  5. 前記共通電極駆動部は、
    現在の共通電極に供給される駆動信号及び補償信号が、前の共通電極に供給される駆動信号及び補償信号に重畳しないように、前記駆動信号と前記補償信号を順次に前記共通電極に供給することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置。
  6. 前記薄膜トランジスタは、
    第１電極が前記第１基板に配列されたデータ配線に接続され、ゲート電極が前記第１基板に配列されたゲート配線に接続され、第２電極が前記画素電極に接続されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置。
  7. 前記第１基板及び第２基板の外側面にそれぞれ取り付けられる第１偏光板及び第２偏光板と、
    前記第２偏光板の外側面に取り付けられるウィンドウと、
    をさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置。
  8. 前記検出電極は、
    前記第２基板と前記ウィンドウとの間に形成されることを特徴とする請求項７に記載のタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置。
  9. 前記第１基板の下部に位置し、光を提供するバックライトをさらに備えることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置。
  10. 前記駆動信号は、
    前記共通電圧より高い電圧であることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のタッチスクリーンパネル一体型液晶表示装置。
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