KR101819676B1

KR101819676B1 - 터치 센서 일체형 액정 표시장치

Info

Publication number: KR101819676B1
Application number: KR1020110017177A
Authority: KR
Inventors: 한만협; 김철세; 이부열; 황상수
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2018-03-02
Also published as: KR20120097762A

Abstract

본 발명은 두께 감소와 터치 인식 감도의 향상을 달성할 수 있는 터치 센서 일체형 액정 표시장치에 관한 것으로, 액정층을 사이에 두고 서로 대향 배치된 제 1 기판 및 제 2 기판; 상기 제 2 기판과 대향하는 상기 제 1 기판의 일면 상에 형성되는 복수의 화소전극들; 절연층을 사이에 두고 상기 복수의 화소전극과 중첩되도록 상기 제 1 기판의 일면 상에 형성되는 공통전극; 및 상기 제 1 기판과 대향하는 면의 반대면인 상기 제 2 기판의 일면 상에 배치되는 터치 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

터치 센서 일체형 액정 표시장치{TOUCH SENSOR INTEGRATED LIQUID CRYCTAL DISPLAY DEVICE}

본 발명은 표시장치에 관한 것으로, 특히 터치 센서 일체형 액정표시장치에 관한 것이다.

터치 센서는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display, FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 전계발광 표시장치(Electroluminescence Device, EL), 전기영동 표시장치 등과 같은 화상표시장치에 설치되어 사용자가 화상표시장치를 보면서 터치 패널을 가압하여(누르거나 터치하여) 미리 정해진 정보를 입력하는 입력장치의 한 종류이다.

상술한 표시장치에 사용되는 터치 센서는 그 구조에 따라 상판 부착형(add-on type), 상판 일체형(on-cell type) 및 내장형(integrated type)으로 나눌 수 있다. 상판 부착형은 표시장치와 터치 센서를 개별적으로 제조한 후에, 표시장치의 상판에 터치 센서를 부착하는 방식이다. 상판 일체형은 표시장치의 상부 유리 기판 표면에 터치 세서를 구성하는 소자들을 직접 형성하는 방식이다. 내장형은 표시장치 내부에 터치 센서를 내장하여 표시장치의 박형화를 달성하고 내구성을 높일 수 있는 방식이다.

그러나, 상판 부착형 터치 센서는 표시장치 위에 완성된 터치 센서가 올라가 장착되는 구조로 두께가 두껍고, 표시장치의 밝기가 어두워져 시인성이 저하되는 문제가 있다. 또한, 상판 일체형 터치 센서는 표시장치의 상면에 별도의 터치 센서가 형성된 구조로서, 상판 부착형 보다 두께를 줄일 수 있지만, 여전히 터치 센서를 구성하는 구동전극층과 센싱전극층 및 이들을 절연시키기 위한 절연층 때문에 전체 두께가 증가하고 공정수가 증가하여 제조가격이 증가하는 문제점이 있었다.

한편, 내장형 터치 센서는 내구성 향상과 박형화가 가능하다는 점에서 상판 부착형과 상판 일체형의 터치 센서에 의해 발생하는 문제점들을 해결할 수 있는 장점이 있다. 이러한 내장형 터치 센서는 광 방식과 압력식으로 분류된다.

광방식 터치 센서는 표시장치의 박막 트랜지스터 기판 어레이에 광센싱층을 형성하고, 백라이트 유닛으로부터의 광이나 적외선 광을 이용하여 터치된 부분에 존재하는 물체를 통해 반사된 광을 인식하는 방식이다. 그러나, 광 방식 터치 센서는 주변이 어두운 경우 비교적 안정된 구동성능을 보여주지만, 주변이 밝은 경우 반사된 광보다 더 강한 광들이 노이즈로 작용하게 된다. 실제 터치에 의해 반사되는 광의 세기는 매우 약하여 외부가 조금만 밝아도 터치인식에 오류가 발생할 수 있기 때문이다. 특히, 광 방식 터치 센서는 주변환경이 태양광에 노출되는 경우 광의 세기가 워낙 강하여 아에 터치 인식이 되는 않은 경우도 발생할 수 있는 문제점이 있다.

압력식 터치 센서는 터치되는 압력에 따라 상부 유리기판과 하부 유리기판 사이의 간격의 변화를 감지하여 터치를 인식하는 것으로, 상부 유리기판과 하부 유리기판 사이의 간격 변화에 따라 통전여부를 감지하여 터치를 인식하는 방식이다.

압력식 터치 센서는 상부 유리기판을 눌러서 상부 유리기판과 하부 유리기판 사이의 간격을 변화시켜야 하지만, 소프트 터치에 의해서는 간격이 거의 변화하지 않는다는 문제점이 있다. 또한, 이러한 문제점을 해소시키기 위해 유리를 얇게 하는 경우 터치 특성은 향상되지만 내구성이 약해져 장치가 쉽게 깨지거나 변형되는 심각한 문제를 초래할 수 있다.

따라서, 이러한 종래 기술에 의한 문제점들을 해결할 수 있는 터치 센서 일체형 액정 표시장치의 필요성이 대두되었다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 표시장치의 터치를 인식하기 위한 터치 센싱 소자를 표시장치의 구성요소와 겸용하게 함으로써 두께를 얇게 하고 내구성을 향상시킨 터치 센서 일체형 액정 표시장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 디스플레이 구동과 터치 구동을 시분할로 구동하여, 디스플레이 구동과 터치 구동시의 신호간섭을 최소화함으로써 터치 인식 품질을 향상시킬 수 있는 터치 센서 일체형 액정표시장치를 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 일체형 액정 표시장치는 액정층을 사이에 두고 서로 대향 배치된 제 1 기판 및 제 2 기판; 상기 제 2 기판과 대향하는 상기 제 1 기판의 일면 상에 형성되는 복수의 화소전극들; 절연층을 사이에 두고 상기 복수의 화소전극과 중첩되도록 상기 제 1 기판의 일면 상에 형성되는 공통전극; 및 상기 제 1 기판과 대향하는 면의 반대면인 상기 제 2 기판의 일면 상에 배치되는 터치 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 터치 검출부는 베이스 필름과, 상기 베이스 필름의 일면 상에 형성되며 제 1 방향으로 나란하게 배열되는 복수의 터치 검출전극들을 포함하며, 상기 복수의 터치 검출전극들은 상기 공통전극과 대향하여 배치되며 상기 공통전극과의 사이에 정전용량을 형성하도록 구성된다.

또한, 터치 센서 일체형 액정 표시장치는 상기 제 1 기판의 타면 상에 형성되는 제 1 편광판과, 상기 베이스 필름의 타면과 상기 제 2 기판의 일면 사이에 형성되는 제 2 편광판을 더 포함하도록 구성된다.

또한, 터치 센서 일체형 액정표시장치는 상기 베이스 필름의 타면과 상기 제 2 기판의 일면 사이에 형성되는 제 2 편광판을 더 포함하도록 구성된다.

또한, 터치 센서 일체형 액정표시장치는 상기 제 1 기판의 타면 상에 형성되는 제 1 편광판과, 상기 베이스 필름의 타면과 상기 제 2 기판의 일면 사이에 형성되는 제 2 편광판을 더 포함하도록 구성된다.

또한, 터치 센서 일체형 액정표시장치는상기 복수의 검출전극에 부착되는 강화유리층을 더 포함하도록 구성된다.

또한, 상기 공통전극은 적어도 상기 제 1 방향으로 나란하게 배열되는 복수의 제 1 터치전극들과 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 나란하게 배열되는 복수의 제 2 터치전극들로 구성되며, 상기 제 1 및 제 2 터치전극의 각각은 상기 화소전극들의 복수개의 크기에 대응하도록 구성된다.

또한, 터치 센서 일체형 액정표시장치는 상기 제 1 방향 또는 상기 제 2 방향으로 나란하게 배열되는 상기 제 1 및 제 2 터치전극들을 상기 제 1 방향 또는 상기 제 2 방향으로 연결하기 위한 신호구동라인들을 더 포함하도록 구성된다.

또한, 상기 터치 센서 일체형 액정 표시장치는 디스플레이 구동시에는 터치 구동이 오프되고, 터치 구동시에는 디스플레이 구동이 오프되는 시분할로 구동되며, 상기 디스플레이 구동시에는 상기 공통전극에 공통전압이 공급되고, 상기 터치 구동시에는 상기 공통전극에 터치 구동전압이 공급된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 액정 표시장치의 터치를 인식하기 위한 터치 센싱 소자를 표시장치 구성요소와 겸용하게 함으로써 두께를 얇게하고 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 시인성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 터치 센서 일체형 액정 표시장치의 디스플레이 구동과 터치 구동을 시분할로 구동하여, 디스플레이 시에는 터치 구동이 오프되고, 터치 시에는 디스플레이 구동이 오프되도록 하고 있기 때문에 디스플레이 구동과 터치 구동시의 신호간섭이 최소화되어 터치 인식 품질을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 일체형 액정 표시장치의 개략 블록도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 일체형 액정 표시장치의 단면도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센서 일체형 액정 표시장치의 단면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따르는 공통전극을 구성하는 터치전극들과 이들의 연결관계를 도시한 개략도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 일체형 액정 표시장치의 타이밍도.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 일체형 액정 표시장치의 개략 블록도, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 일체형 액정 표시장치의 단면도, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센서 일체형 액정 표시장치의 단면도, 도 4는 본 발명의 실시예에 따르는 공통전극을 구성하는 터치전극들과 이들의 연결관계를 도시한 개략도, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 일체형 액정 표시장치의 타이밍도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 일체형 액정 표시장치는 컬러필터 어레이(CFA)와 박막트랜지스터 어레이(TFTA)를 포함하는 액정표시패널, 터치 검출부(TD), 백라이트 유닛(BLU), 호스트 콘트롤러(100), 타이밍 콘트롤러(101), 데이터 구동부(102), 게이트 구동부(103), 전원부(105), 터치 인식 프로세서(107) 등을 포함한다.

액정표시패널(LCP)은 실런트(133)에 의해 접합되는 컬러필터 어레이(CFA)와 박막트랜지스터 어레이(TFTA)를 구비하며, 이들 사이에는 액정층(130)이 형성되어 있다.

박막트랜지스터 어레이(TFTA)는 회로기판으로서의 제 1 기판(110)과, 제 1 기판(110)의 일면 상에 매트릭스 형태로 배열된 복수의 화소전극들(115)과, 상기 복수의 화소전극(115)들 상에 형성되는 절연층(117)과, 상기 절연층(117) 상에 형성되며 상기 복수의 화소전극들(115)과 대향하도록 배치된 공통전극(119)을 포함한다. 여기에서 공통전극(119)은 터치 검출 동작을 수행하기 위한 터치 센서의 일부를 구성하며 터치 센서의 구동전극으로서 이용된다.

박막 트랜지스터 어레이(TFTA)는 또한 상기 복수의 화소전극들(115)을 구동시키기 위한 박막 트랜지스터 및 복수의 화소전극들(115)에 화소신호를 공급하기 위한 배선들을 포함하나, 이들 구성요소는 액정 표시장치의 일반적인 구성요소이므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 박막 트랜지스터 어레이(TFTA)의 제 1 기판(110)의 타면에는 제 1 편광판(113)이 접착된다.

컬러필터 어레이(CFA)는 제 2 기판(120)의 일면에 형성되는 컬러필터와 블랙 매트릭스을 포함한다. 컬러필터 어레이(CFA)의 컬러필터 및 블랙 매트릭스 또한 액정 표시장치의 일반적인 구성요소이므로 그에 대한 상세한 설명에 대해서는 생략한다. 제 2 기판(120)의 타면에는 제 2 편광판(123)이 형성된다.

터치 검출부(TD)는 베이스 필름(140)과, 상기 베이스 필름(140)의 일면 상에 서 미리 정해진 간격을 두고 제 1 방향으로 나란하게 배열되는 복수의 터치 검출전극들(143)을 포함한다. 복수의 검출전극들(143)은 박막 트랜지스터 어레이(TFTA)의 제 1 기판(110) 상에 형성되는 공통전극(119)과 대향 배치되어 공통전극(119)과의 사이에 정전용량을 형성하도록 컬러필터 어레이(CFA)의 제 2 기판(120)의 타면 상에 형성된다. 터치 검출부(TD)와 제 2 기판(120) 사이에는 제 2 편광판(123)이 형성된다. 터치 검출부(TD)를 구성하는 터치 검출전극들(143)은 터치 검출 동작을 수행하는 터치 센서의 일부를 구성하며 센싱전극으로서 사용된다. 터치 검출부(TD)를 구성하는 베이스 필름(140)의 타면에는 외부 환경에 의해 터치 검출부(TD)가 손상되지 않도록 점착층(160)에 의해 강화유리층(150)이 부착된다.

백라이트 유닛(Back Light Unit)(BLU)은 액정표시패널(LCP)의 하부에 배치된다. 백라이트 유닛(BLU)은 다수의 광원들을 포함하여 액정표시패널(LCP)에 균일하게 빛을 조사한다. 백라이트 유닛(BLU)은 직하형(direct type) 백라이트 유닛 또는, 에지형(edge type) 백라이트 유닛으로 구현될 수 있다. 백라이트 유닛의 광원은 HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp), CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp), LED(Light Emitting Diode) 중 어느 하나 또는 두 종류 이상의 광원을 포함할 수 있다.

데이터 구동부(102)는 타이밍 콘트롤러(101)의 제어 하에 디지털 비디오 데이터(RGB)를 샘플링하고 래치한다. 데이터 구동부(102)는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 정극성/부극성 감마보상전압(GMA1~GMAn)으로 변환하여 데이터전압의 극성을 반전시킨다. 데이터 구동부(102)로부터 출력되는 정극성/부극성 데이터전압은 게이트 구동부(103)로부터 출력되는 게이트펄스에 동기된다. 데이터 구동부(102)의 소스 드라이브 IC(Integrated Circuit, 집적회로)들 각각은 COG(Chip On Glass) 공정이나 TAB(Tape Automated Bonding) 공정으로 액정표시패널(LCP)의 데이터라인들(DL)에 접속될 수 있다. 소스 드라이브 IC는 타이밍 콘트롤러(101) 내에 집적되어 타이밍 콘트롤러(101)와 함께 원칩 IC로 구현될 수도 있다.

게이트 구동부(103)는 타이밍 콘트롤러(101)의 제어 하에 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 순차적으로 출력하고 그 출력의 스윙전압을 게이트 하이 전압(VGH)과 게이트 로우 전압(VGL)으로 쉬프트시킨다. 게이트 구동부(103)로부터 출력되는 게이트펄스는 데이터 구동부(102)로부터 출력되는 데이터전압에 동기되어 게이트라인들(GL)에 순차적으록 공급된다. 게이트 하이 전압(VGH)은 박막트랜지스터의 문턱 전압 이상의 전압이고, 게이트 로우 전압(VGH)은 박막트랜지스터의 문턱 전압보다 낮은 전압이다. 게이트 구동부(103)의 게이트 드라이브 IC들은 TAP 공정을 통해 액정표시패널(LCP)의 제 1 기판(110)의 게이트라인들(GL)에 연결되거나 GIP(Gate In Panel) 공정으로 화소과 함께 액정표시패널(LCP)의 제 1 기판(110) 상에 직접 형성될 수 있다.

타이밍 콘트롤러(101)는 호스트 콘트롤러(100)로부터의 타이밍신호를 이용하여 데이터 구동부(102) 및 게이트 구동부(103)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들을 발생한다. 데이터 구동부(102) 및 게이트 구동부(103)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들은 게이트 구동부(103)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 타이밍 제어신호와, 데이터 구동부(102)의 동작 타이밍과 데이터전압의 극성을 제어하기 위한 데이터 타이밍 제어신호를 포함한다.

게이트 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock, GSC), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함한다. 게이트 스타트 펄스(GSP)는 게이트 구동부(103)로부터 매 프레임기간마다 가장 먼저 게이트 펄스를 출력하는 첫 번째 게이트 드라이브 IC에 인가되어 그 게이트 드라이브 IC의 쉬프트 시작 타이밍을 제어한다. 게이트 쉬프트 클럭(GSC)은 게이트 구동부(103)의 게이트 드라이브 IC들에 공통으로 입력되어 게이트 스타트 펄스(GSP)를 쉬프트시키기 위한 클럭신호이다. 게이트 출력 인에이블신호(GOE)는 게이트 구동부(103)의 게이트 드라이브 IC들의 출력 타이밍을 제어한다.

데이터 타이밍 제어신호는 소스 스타트 펄스(Source Start Pulse, SSP), 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity : POL), 및 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함한다. 소스 스타트 펄스(SSP)는 데이터 구동부(102)에서 가장 먼저 데이터를 샘플링하는 첫 번째 소스 드라이브 IC에 인가되어 데이터 샘플링 시작 타이밍을 제어한다. 소스 샘플링 클럭(SSC)은 라이징 또는 폴링 에지에 기준하여 소스 드라이브 IC들 내에서 데이터의 샘플링 타이밍을 제어하는 클럭신호이다. 극성제어신호(POL)는 소스 드라이브 IC들로부터 출력되는 데이터전압의 극성을 제어한다. 소스 출력 인에이블신호(SOE)는 소스 드라이브 IC들의 출력 타이밍을 제어한다. mini LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 인터페이스를 통해 데이터 구동부(102)에 디지털 비디오 데이터(RGB)가 입력된다면, 소스 스타트 펄스(SSP)와 소스 샘플링 클럭(SSC)은 생략될 수 있다.

전원 공급부(105)는 PWM(Pulse Width Modulation) 변조회로, 부스트 컨버터(boost converter), 레귤레이터(regulater), 차지펌프(charge pump), 분압회로, 연산 증폭기(Operation Amplifier) 등을 포함한 DC-DC 컨버터(DC-DC Convertor)로 구현된다. 전원 공급부(105)는 호스트 콘트롤러(100)로부터의 입력전압을 조정하여 액정표시패널(LCP), 데이터 구동부(102), 게이트 구동부(103), 타이밍 콘트롤러(101), 백라이트 유닛(BLU)의 구동에 필요한 전원을 발생시킨다.

전원 공급부(105)로부터 출원되는 전원들은 고전위 전원전압(VDD), 게이트 하이전압(VGH), 게이트 로우전압(VGL), 공통전압(Vcom), 정극성/부극성 감마기준전압들(VGMA1∼VGMAn), 터치 구동전압(Vtsp) 등을 포함한다. 이들 전압 중 공통전압(Vcom)과 터치 구동전압(Vtsp)은 호스트 콘트롤러(100)의 제어하에 공통전극(119)에 선택적으로 공급된다.

호스트 콘트롤러(100)는 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)와, 디스플레이 구동에 필요한 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, MCLK)을 LVDS 인터페이스(Low Voltage Difference Signalling), TMDS(Transition Minimized Differential Signaling) 인터페이스 등의 인터페이스를 통해 타이밍 콘트롤러(101)에 전송한다. 호스트 콘트롤러(100)는 또한 액정 표시장치의 화면에 화상을 표시하기 위한 디스플레이 구동시에는 공통전극(119)에 공통전압(Vcom)이 공급되고, 터치 인식을 위한 터치 구동시에는 공통전극(119)에 터치 구동전압(Vtsp)이 공급될 수 있도록 전원 공급부(105)를 제어하는 제어신호(Vin)를 전원 공급부(105)에 공급한다.

터치 인식 프로세서(107)는 터치 검출부(TD)의 복수의 터치 검출전극들(143)에 접속되어 이들 터치 검출전극들의 각각의 초기 정전용량의 전압과 터치 후의 터치 정전용량의 전압을 차동 증폭하고 그 결과를 디지털 데이터로 변환한다. 그리고 터치 인식 프로세서(107)는 터치 인식 알고리즘을 이용하여 초기 정전용량과 터치 정전용량의 차이를 바탕으로 터치가 이루어진 터치 위치를 판단하고, 그 터치 위치를 지시하는 터치 좌표 데이터를 호스트 콘트롤러(100)에 출력한다.

도 3은 본 발명의 다른 실시에에 따른 터치 센서 일체형 액정 표시장치를 도시한 단면도이다.

도 3에서 터치 검출부(TD)가 부착되는 위치를 제외하고는 도 2의 실시예와 실질적으로 동일하므로 중복되는 부분에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.

도 3에서, 박막 트랜지스터 어레이(TFTA)를 구성하는 부호 210은 제 1 기판, 215는 제 1 기판(210)의 일면 상에 매트릭스 형태로 배열된 복수의 화소전극들, 217은 상기 복수의 화소전극(215)들 상에 형성되는 절연층, 219는 상기 절연층(217) 상에 형성되며 상기 복수의 화소전극(215)들과 대향하도록 배치된 공통전극이다. 박막 트랜지스터 어레이(TFTA)의 제 1 기판(210)의 타면에는 제 1 편광판(213)이 접착된다. 또한, 도 2의 실시예와 마찬가지로 공통전극(219)은 터치 검출 동작을 수행하기 위한 터치 센서의 일부를 구성하며, 터치 센서의 구동전극으로서 사용된다.

또한 컬러필터 어레이(CFA)는 제 2 기판(220)의 일면에 형성되는 컬러필터(도시생략) 및 블랙 매트릭스(도시생략)와, 제 2 기판(220)의 타면에 형성되는 제 2 편광판(223)을 포함한다.

터치 검출부(TD)는 베이스 필름(240)과, 상기 베이스 필름(240)의 일면 상에 서 미리 정해진 간격을 두고 제 1 방향으로 나란하게 배열되는 복수의 터치 검출전극들(243)을 포함한다. 또한, 터치 검출부(TD)를 구성하는 복수의 터치 검출전극들(243) 상에는 외부 환경에 의해 터치 검출부가 손상되지 않도록 강화유리층(250)이 형성된다. 도 2의 실시예에 따른 터치 센서 일체형 액정 표시장치와 도 3의 실시예에 따른 터치 센서 일체형 액정 표시장치의 구성을 비교해 보면, 도 3의 터치 검출부(TD)는 베이스 필름(240)이 점착층(260)에 의해 제 2 편광판(223) 상에 부착되나, 도 2의 터치 검출부(TD)는 복수의 검출전극들(143)이 직접 제 2 편광판(123)에 부착된다는 점에서 서로 다르다.

그러나, 도 3의 실시예에 따른 터치 센서 일체형 액정표시장치의 터치 검출부(TD)를 구성하는 복수의 검출전극들(243)은 박막 트랜지스터 어레이(TFTA)의 제 1 기판(210) 상에 형성되는 공통전극(219)과 대향 배치되어 공통전극(219)과의 사이에 정전용량을 형성하고 있으며, 터치 검출부(TD)를 구성하는 터치 검출전극들(243)은 터치 검출 동작을 수행하는 터치 센서의 일부를 구성하며 센싱전극으로서 사용된다는 점에서 도 2의 실시예에 따른 터치 센서 일체형 액정표시장치의 터치 검출부(TD)를 구성하는 복수의 검출전극들(143)와 동일한 기능을 한다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 공통전극(119, 219)은 적어도 수개 또는 수십개의 화소전극의 크기에 대응하는 크기를 갖도록 분할되는 복수의 터치전극들로 구성되며, 이들 터치전극들은 검출전극들(143, 243)이 배열된 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 배열된 복수의 구동신호라인들에 의해 서로 연결된다.

도 4는 공통전극(119, 219))을 구성하는 터치전극들이 가로방향과 세로방향으로 각각 3개씩 형성된 예를 도시한 도면으로서, 터치전극들(TE11, TE12, TE13, TE21, TE22, TE23, TE31, TE32, TE33)이 검출전극들(143)이 배열된 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 구동신호라인들(DSL1, DSL2, DSL3)에 의해 각각 연결된 예를 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 터치전극들(TE11, TE12, TE13, TE21, TE22, TE23, TE31, TE32, TE33)은 구동신호라인들(DSL1, DSL2, DSL3)에 의해 제 2 방향으로 연결되어 있으므로 터치 센서의 구동전극으로서의 기능을 하며, 구동신호라인들(DSL1, DSL2, DSL3)은 공통전압(Vcom)과 터치 구동전압(Vtsp)을 상기 터치전극들(TE11, TE12, TE13, TE21, TE22, TE23, TE31, TE32, TE33)에 선택적으로 공급하기 위한 신호라인으로서의 기능을 한다.

다음으로 본 발명의 실시예에 따르는 터치 센서 일체형 액정 표시장치의 동작에 대해 설명하기로 한다. 이하의 설명에서는 60Hz 시분할 구동의 예를 들어 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따르는 터치 센서 일체형 액정 표시장치는 시분할로 구동된다. 또한, 시분할 구동의 1주기는 도 5에 도시된 바와 같이 디스플레이 구간과 터치 구간으로 구성되어 있으며, 디스플레이 시에는 터치 구동이 오프되고, 터치 시에는 디스플레이 구동이 오프되어 상호 간의 신호간섭이 최소화되도록 되어 있다. 일례로 60Hz 시분할 구동에서는 16.7ms가 1주기가 되며, 이를 디스플레이 구동 구간(약 10ms)과 터치 구동 구간(약 6.7ms)으로 나누어 사용하게 된다.

디스플레이 구간에서 호스트 콘트롤러(100)는 전원 공급부(105)를 제어하여 예를 들면 구동신호라인(DSL1, DSL2, DSL3)(도 4 참조)을 통해 터치전극들(TE11, TE12, TE13, TE21, TE22, TE23, TE31, TE32, TE33)로 구성되는 공통전극(119, 219)에 공통전압(Vcom)을 공급하고, 데이터 구동부(102)는 게이트 구동부(103)로부터 출력되는 게이트 펄스(Gate)에 동기되어 데이터 라인(DL)을 통해 화소전극(115, 215)에 디지털 비디오 데이터에 대응하는 화소전압(Data)을 공급한다. 이와 같이 화소전극(115, 215)과 공통전극(119, 219)에 각각 인가되는 공통전압(Vcom)과 화소전압(Data)에 의해 액정층(130, 230)에 전계가 형성되므로, 이 전계에 의해 액정 상태가 변화되어 디스플레이 동작이 수행된다. 이 때 복수의 터치 검출전극들(143, 243)에 접속된 터치 인식 프로세서(107)는 터치 검출전극들(143, 243)의 각각의 초기 정전용량의 전압값을 측정하여 저장한다.

다음으로, 터치 구동 구간에서 호스트 콘트롤러(100)는 전원 공급부(105)를 제어하여, 예를 들면 구동신호라인(DSL1, DSL2, DSL3)(도 4 참조)을 통해 공통전극(119)을 구성하는 터치전극들(TE11, TE12, TE13, TE21, TE22, TE23, TE31, TE32, TE33)에 터치 구동전압(Vtsp)을 공급하고, 복수의 터치 검출전극들(143, 243)에 접속된 터치 인식 프로세서(107)는 저장된 터치 검출전극들(143, 243)의 각각의 초기 정전용량의 전압과 터치 구동구간에서 측정된 정전용량의 전압(Vd)을 차동 증폭하고 그 결과를 디지털 데이터로 변환한다. 터치 인식 프로세서(107)는 터치 인식 알고리즘을 이용하여 초기 정전용량과 터치 정전용량의 차이를 바탕으로 터치가 이루어진 터치 위치를 판단하고, 그 터치 위치를 지시하는 터치 좌표 데이터를 출력한다.

상기 터치 센서 일체형 액정 표시장치는 디스플레이 구동시에는 터치 구동이 오프되어 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)에 신호공급이 중단되고, 터치 구동시에는 디스플레이 구동이 오프되어, 공통전압(Vcom)이 공급되지 않는 시분할 구동으로 구동된다.

상술한 본 발명의 실시예에 따르면, 액정 표시장치의 터치를 인식하기 위한 터치 센싱 소자를 표시장치 구성요소와 겸용하게 함으로써 두께를 얇게하고 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 시인성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 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.

100 : 호스트 콘트롤러 101 : 타이밍 콘트롤러
102 : 데이터 구동부 103 : 게이트 구동부
105 : 전원 공급부 107 : 터치 센싱 프로세서
110, 210 : 제 1 기판 113, 213 : 제 1 편광판
115, 215 : 화소전극 117, 217 : 절연층
119, 219 : 공통전극 120, 220 : 제 2 기판
123, 223 : 제 2 편광판 130, 230 : 액정층
133, 233 : 실런트 140, 240 : 베이스 필름
143, 243 : 검출전극 150, 250 : 강화유리층
160, 260 : 점착층 CFA : 컬러필터 어레이
TD : 터치 검출부 TFTA : 박막 트랜지스터 어레이
Vcom : 공통전압 Vtsp : 터치 구동전압
TE11, TE12, TE13, TE21, TE22, TE23, TE31, TE32, TE33 : 터치전극
DSL1, DSL2, DSL3 : 구동 신호라인

Claims

액정층을 사이에 두고 서로 대향 배치된 제 1 기판 및 제 2 기판;
상기 제 2 기판과 대향하는 상기 제 1 기판의 일면 상에 형성되는 복수의 화소전극들;
절연층을 사이에 두고 상기 복수의 화소전극과 중첩되도록 상기 제 1 기판의 일면 상에 형성되며, 제 1 방향으로 배열되는 복수의 제 1 전극패턴들과, 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 배열되는 복수의 제 2 전극패턴들을 구비하는 공통전극;
상기 제 1 기판과 대향하는 면의 반대면인 상기 제 2 기판의 일면 상에 배치되며, 상기 제 1 방향으로 연장되는 복수의 터치 검출전극들을 구비하는 터치 검출부; 및
상기 터치 검출전극의 연장방향과 교차하는 제 2 방향으로 배열된 동일 라인상의 전극패턴들을 서로 연결시키는 구동신호라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센서 일체형 액정 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 터치 검출부는 베이스 필름과, 상기 베이스 필름의 일면 상에 형성되는 상기 복수의 터치 검출전극들을 포함하며,
상기 복수의 터치 검출전극들은 상기 공통전극과 대향하여 배치되며 상기 공통전극과의 사이에 정전용량을 형성하는 것을 특징으로 하는 터치 센서 일체형 액정 표시장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 기판의 타면 상에 형성되는 제 1 편광판과, 상기 복수의 터치 검출전극들과 상기 제 2 기판의 일면 사이에 형성되는 제 2 편광판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센서 일체형 액정 표시장치.
제 3 항에 있어서,
상기 베이스 필름의 타면 상에 점착층에 의해 부착되는 강화유리층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센서 일체형 액정 표시장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 기판의 타면 상에 형성되는 제 1 편광판과, 상기 베이스 필름의 타면과 상기 제 2 기판의 일면 사이에 형성되는 제 2 편광판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센서 일체형 액정 표시장치.
제 5 항에 있어서,
상기 복수의 터치 검출전극에 부착되는 강화유리층을 더 포함하는 특징으로 하는 터치 센서 일체형 액정 표시장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 전극패턴들의 각각은 상기 화소전극들의 복수개의 크기에 대응하는 것을 특징으로 하는 터치 센서 일체형 액정 표시장치.
삭제
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 터치 센서 일체형 액정 표시장치는 디스플레이 구동시에는 터치 구동이 오프되고, 터치 구동시에는 디스플레이 구동이 오프되는 시분할로 구동되는 것을 특징으로 하는 터치 센서 일체형 액정 표시장치.
제 9 항에 있어서,
상기 디스플레이 구동시에는 상기 공통전극에 공통전압이 공급되고, 상기 터치 구동시에는 상기 공통전극에 터치 구동전압이 공급되는 것을 특징으로 하는 터치 센서 일체형 액정 표시장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구동신호라인은 상기 동일 라인상의 전극패턴들과 중첩되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 터치 센서 일체형 액정 표시장치.