KR20120010071A - 터치인식 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 제 1 기판과 이와 마주하는 제 2 기판 사이에 액정층이 구비되며, 공통전극과 화소전극이 모두 상기 제 1 기판의 내측면에 구비되며, 컬러필터층은 상기 제 2 기판의 내측면에 구비된 액정패널과; 상기 액정패널의 내측면 또는 외측면에 구비되며 서로 이격하는 센싱전극 및 드라이빙 전극과; 상기 센싱전극과 드라이빙 전극 중 어느 한 전극과 중첩하며 그 하부에 위치하며 상기 액정패널 내부에 형성된 쉘드전극을 포함하며, 상기 센싱전극과 드라이빙 전극에 의해 형성되는 프린지 커패시터의 변동에 의해 터치 센싱이 동작하는 것을 특징으로 하는 터치인식 액정표시장치를 제공한다.

Description

터치인식 액정표시장치{Liquid crystal display device having touch sensing function}
본 발명은 터치인식 액정표시장치에 관한 것이며, 특히 커패시터 타입 터치방식에서 터치 감도를 향상시킨 터치인식이 가능한 액정표시장치에 관한 것이다.
최근에 액정표시장치는 소비전력이 낮고, 휴대성이 양호한 기술 집약적이며, 부가가치가 높은 차세대 첨단 디스플레이(display)소자로 각광받고 있다.
일반적으로, 액정표시장치는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하여 구동된다. 상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 가지고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.
따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의해 상기 액정의 분자배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상정보를 표현할 수 있다.
현재에는 박막트랜지스터와 상기 박막트랜지스터에 연결된 화소전극이 행렬방식으로 배열된 능동행렬 액정표시장치(AM-LCD : Active Matrix LCD 이하, 액정표시장치로 약칭함)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
상기 액정표시장치는 공통전극이 형성된 컬러필터 기판과 화소전극이 형성된 어레이 기판과, 상기 두 기판 사이에 개재된 액정으로 이루어지는데, 이러한 액정표시장치에서는 공통전극과 화소전극이 상하로 걸리는 전기장에 의해 액정을 구동하는 방식으로 투과율과 개구율 등의 특성이 우수하다.
한편, 상하로 걸리는 전기장에 의한 액정구동은 시야각 특성이 우수하지 못한 단점을 가지고 있으므로, 근래에는 이러한 단점을 극복하기 위해 시야각 특성이 우수한 횡전계형 액정표시장치가 제안되었다.
이하, 도 1을 참조하여 일반적인 횡전계형 액정표시장치에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 횡전계형 액정표시장치의 단면을 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 컬러필터 기판인 상부기판(9)과 어레이 기판인 하부기판(10)이 서로 이격되어 대향하고 있으며, 이 상부 및 하부기판(9, 10)사이에는 액정층(11)이 개재되어 있다.
상기 하부기판(10)상에는 공통전극(17)과 화소전극(30)이 동일 평면상에 형성되어 있으며, 이때, 상기 액정층(11)은 상기 공통전극(17)과 화소전극(30)에 의한 수평전계(L)에 의해 작동된다.
도 2a와 2b는 일반적인 횡전계형 액정표시장치의 온(on), 오프(off) 상태의 동작을 각각 도시한 단면도이다.
우선, 전압이 인가된 온(on)상태에서의 액정의 배열상태를 도시한 도 2a를 참조하면, 상기 공통전극(17) 및 화소전극(30)과 대응하는 위치의 액정(11a)의 상변이는 없지만 공통전극(17)과 화소전극(30)사이 구간에 위치한 액정(11b)은 이 공통전극(17)과 화소전극(30)사이에 전압이 인가됨으로써 형성되는 수평전계(L)에 의하여, 상기 수평전계(L)와 같은 방향으로 배열하게 된다. 즉, 상기 횡전계형 액정표시장치는 액정이 수평전계에 의해 이동하므로, 시야각이 넓어지는 특성을 띠게 된다.
그러므로 상기 횡전계형 액정표시장치를 정면에서 보았을 때, 상/하/좌/우 방향으로 80도 내지 85도 방향에서도 반전현상 없이 가시 할 수 있다.
다음, 도 2b를 참조하면, 상기 액정표시장치에 전압이 인가되지 않은 오프(off)상태이므로 상기 공통전극과 화소전극 간에 수평전계가 형성되지 않으므로 액정층(11)의 배열 상태가 변하지 않는다.
전술한 구성을 갖는 횡전계형 액정표시장치는 TV, 프로젝터, 휴대폰, PDA 등 다양한 응용제품에 이용되고 있다.
한편, 근래에 들어서는 개인 휴대가 가능한 휴대폰, PDA 또는 노트북 등에서 터치센서가 내장되어 화면을 터치하여 동작할 수 있는 기능을 갖는 제품이 출시되어 사용자의 많은 관심을 끌고 있다.
이러한 추세에 편승하여 다양한 응용제품에 표시소자로서 이용되고 있는 횡전계형 액정표시장치에 있어서도 터치기능을 갖도록 하기 위해 최근 다양한 시도가 진행되고 있다.
도 3a 내지 3c는 횡전계형 액정표시패널에 터치센서를 구비한 일반적인 터치센서 액정표시장치의 개략적인 단면도로서 각각 온 셀 타입(On cell type), 인 셀 타입(In-cell type) 및 하이브리드 타입(Hybrid type)에 대한 도면이다.
도시한 바와같이, 터치센서 액정표시장치는 액정패널과 터치전극의 위치에 따라 애드 온 타입(미도시), 온 셀 타입(도 3a 참조) 인 셀 타입(도 3b 참조) 및 온셀 및 인셀이 복합된 하이브리드 타입(Hybrid)(도 3c 참조)으로 분류된다.
커패시터 타입 터치 방식은 드라이빙 전극과 센싱전극간 형성되는 프린지 커패시터를 이용하여 사용자의 터치 전후의 드라이빙 전극과 센싱전극간 형성되는 프린지 커패시터의 변화를 감지하여 터치 여부 및 터치된 곳의 좌표를 인지하게 된다.
이러한 커패시터 타입 터치 방식은 통상 도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이, 드라이빙 전극과 센싱전극이 동일한 층에 형성되거나, 또는 도 3c에 도시한 바와 같이, 드라이빙 전극과 센싱전극이 각각 절연층을 개재하여 서로 다른 층에 형성되고 있다.
하지만, 전술한 바와같은 구조를 갖는 종래의 터치인식 액정표시장치는 센싱전극과 드라이빙 전극에 의해 발생된 프린지 커패시터의 정전용량의 변화를 통해 터치 여부 및 터치된 곳의 위치를 파악하게 되는데, 이러한 센싱전극과 드라이빙 전극에 의해 발생된 프린지 커패시터의 용량은 매우 작은 가지며, 센싱전극과 드라이빙 전극에 의해 발생되는 프린지 필드는 전면에만 발생되는 것이 아니라 액정패널이 위치하는 배면 쪽으로도 발생되게 된다.
즉, 도 4a와 도 4b(종래의 터치인식 액정표시장치의 단면도로서 센싱전극과 드라이빙 전극에 의해 발생되는 프린지 커패시터를 함께 도시한 도면)를 참조하면,
C0, C1, C2 등의 프린지 커패시터가 드라이빙 전극과 센싱전극 간에 형성된다. 이때, 실질적으로 사용자의 화면 터치 동작 감지에 직접적으로 이용되는 프린지 커패시터는 C0이며, C1, C2와 같이 전극의 아래쪽으로 형성되는 프린지 커패시터는 터치 전/후 C0의 변화폭을 작게 만들고, 이에 의해 터치 감도를 저하시키는 요인이 되고 있다.
따라서, 이러한 터치 감도 저하에 의해 사용자가 화면을 터치시 터치 인식율이 저하되어 사용자의 터치에 의한 동작 구현이 원활하게 진행되지 않는 문제가 발생하고 있다.
상기 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 드라이빙 전극과 센싱전극에 의해 부가적으로 액정패널 쪽으로 발생되는 프린지 커패시터를 억제할 수 있는 수단을 구비함으로써 센싱 작용에 기여하는 드라이빙 전극과 센싱전극에 의해 발생되는 프린지 커패시터의 상대적의 변화량의 크기를 향상시켜 터치 감도를 향상시킬 수 있는 터치인식 액정표시장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 터치인식 액정표시장치는, 제 1 기판과 이와 마주하는 제 2 기판 사이에 액정층이 구비되며, 공통전극과 화소전극이 모두 상기 제 1 기판의 내측면에 구비되며, 컬러필터층은 상기 제 2 기판의 내측면에 구비된 액정패널과; 상기 액정패널의 내측면 또는 외측면에 구비되며 서로 이격하는 센싱전극 및 드라이빙 전극과; 상기 센싱전극과 드라이빙 전극 중 어느 한 전극과 중첩하며 그 하부에 위치하며 상기 액정패널 내부에 형성된 쉘드전극을 포함하며, 상기 센싱전극과 드라이빙 전극에 의해 형성되는 프린지 커패시터의 변동에 의해 터치 센싱이 동작하는 것을 특징으로 한다.
상기 드라이빙 전극과 상기 센싱전극은 투명 도전성 물질로 이루어지며 서로 동일한 층에 형성되는 것이 특징이며, 상기 드라이빙 전극과 센싱전극은 상기 제 2 기판의 외측면에 형성되는 것이 특징이다. 이때, 상기 쉘드전극은 상기 제 2 기판의 내측면 또는 상기 제 1 기판의 내측면에 형성된 것이 특징이며, 상기 제 2 기판의 외측면에 대응하여 상기 센싱전극과 드라이빙 전극을 덮으며 절연층을 개재하여 제 3 기판이 구비된 것이 특징이다.
또한, 상기 드라이빙 전극과 상기 센싱전극은 투명 도전성 물질로 이루어지며 서로 다른층에 형성되는 것이 특징이며, 상기 센싱전극은 제 2 기판의 외측면에 형성되며, 상기 드라이빙 전극은 상기 제 2 기판의 내측면 또는 상기 제 1 기판의 내측면에 형성되며, 상기 쉘드전극은 상기 센싱전극과 중첩하며 상기 드라이빙 전극이 형성된 동일한 층에 동일한 물질로 상기 드라이빙 전극과 이격하며 형성된 것이 특징이다. 이때, 상기 드라이빙 전극에 대응하여 상기 센싱전극이 형성된 동일한 층에 동일한 물질로 이루어지며 플로팅된 상태로 더미패턴이 형성된 것이 특징이다. 또한, 상기 드라이빙 전극은 제 2 기판의 외측면에 형성되며, 상기 센싱전극은 상기 제 2 기판의 내측면 또는 상기 제 1 기판의 내측면에 형성되며, 상기 쉘드전극은 상기 드라이빙 전극과 중첩하며 상기 센싱전극이 형성된 동일한 층에 동일한 물질로 상기 센싱전극과 이격하며 형성된 것이 특징이며, 이때, 상기 센싱전극에 대응하여 상기 드라이빙 전극이 형성된 동일한 층에 동일한 물질로 이루어지며 플로팅된 상태로 더미패턴이 형성된 것이 특징이다.
또한, 상기 제 2 기판의 외측면에는 절연층을 개재하여 제 3 기판이 구비된 것이 특징이다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 기판에는 다수의 화소영역을 포함하는 표시영역과 상기 표시영역 외측으로 비표시영역이 정의되며, 상기 제 1 기판의 내측면에 각 화소영역의 경계에 서로 교차하며 형성된 상기 게이트 및 데이터 배선과; 각 화소영역 내에 상기 게이트 및 데이터 배선과 연결되며 형성된 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터 위로 전면에 형성된 제 1 보호층과; 상기 제 1 보호층 위로 상기 각 화소영역별로 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 형성된 상기 화소전극과; 상기 화소전극 위로 형성된 제 2 보호층과; 상기 제 2 보호층 위로 형성된 표시영역 전면에 형성되며 각 화소영역 내에 다수의 개구를 갖는 상기 공통전극과; 상기 제 2 기판의 내측면에 각 화소영역 경계에 형성된 블랙매트릭스와; 상기 블랙매트릭스와 중첩되며 상기 각 화소영역에 대응하여 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴이 순차 대응되도록 배치된 상기 컬러필터층을 포함한다. 이때, 상기 제 1 기판의 비표시영역에는, 상기 드라이빙 전극과 연결된 X방향 센싱회로가 구비되며, 상기 센싱전극의 끝단에는 y방향 센싱회로가 구비된 것이 특징이다.
본 발명에 따른 터치인식 액정표시장치는 드라이빙 전극과 센싱전극 이외에 쉘드전극이 더욱 구비됨으로써 액정패널 측으로 발생되는 드라이빙 전극과 센싱전극에 의해 프린지 커패시터를 억제시킴으로써 사용자의 터치시 센싱전극과 드라이빙 전극에 의해 발생되는 프린지 커패시터의 상대적인 변화량의 크기가 커지게 됨으로써 터치 감도를 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 횡전계형 액정표시장치의 일부를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2a, 2b는 일반적인 횡전계형 액정표시장치의 온(on), 오프(off) 상태의 동작을 각각 도시한 단면도.
도 3a 내지 3c는 횡전계형 액정표시패널에 터치센서를 구비한 일반적인 터치센서 액정표시장치의 개략적인 단면도로서 각각 온 셀 타입(On cell type), 인 셀 타입(In-cell type) 및 하이브리드 타입(Hybrid type)에 대한 도면.
도 4a와 도 4b는 종래의 터치인식 액정표시장치의 단면도로서 센싱전극과 드라이빙 전극에 의해 발생되는 프린지 커패시터를 함께 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치인식 액정표시장치의 간략한 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 이용되는 액정표장치의 액정패널의 하나의 화소영역에 대한 단면도.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치인식 액정표시장치의 간략한 단면도.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예의 제 1 변형예에 따른 터치인식 액정표시장치의 간략한 단면도.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예의 제 2 변형예에 따른 터치인식 액정표시장치의 간략한 단면도.
도 10a와 10b는 각각 본 발명에 따른 터치인식 액정표시장치의 제 1 기판에 형성된 쉘드전극과 드라이빙 전극(또는 센싱전극)과 제 2 기판에 형성된 센싱전극(또는 드라이빙 전극)과 더미전극의 일례로서의 평면구조를 나타낸 도면.
도 11은 도 10a와 도 10b를 합착한 상태를 도시한 평면도.
도 12a와 12b는 본 발명에 따른 터치인식 액정표시장치의 제 1 기판에 형성된 쉘드전극과 드라이빙 전극(또는 센싱전극)과 제 2 기판에 형성된 센싱전극(또는 드라이빙 전극)과 더미전극의 또 다른 일례로서의 평면구조를 나타낸 도면.
도 13은 도 12a와 도 12b를 합착한 상태를 도시한 평면도.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치인식 액정표시장치의 간략한 단면도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 이용되는 액정표장치의 액정패널의 하나의 화소영역에 대한 단면도이다.
우선, 도 5를 참조하면, 도시한 바와같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치인식 액정표시장치는 제 1 기판(101)과 액정층과 제 2 기판(171)으로 구성된 액정패널(180)과, 상기 액정패널(180)의 외측면 더욱 정확히는 상기 제 2 기판(171)의 외측면에 이격하며 형성되며 투명 도전성 물질로 이루어진 센싱전극(188) 및 드라이빙 전극(185)과, 상기 센싱전극(188)과 드라이빙 전극(185)의 보호를 위한 이들 두 전극(185, 188)을 덮으며 절연층(190)을 개재하여 부착된 제 3 기판(197)으로 구성되고 있으며, 가장 특징적인 구성으로서 상기 센싱전극(188) 또는 드라이빙 전극(185) 중 어느 하나의 전극의 하부에 위치하여 이와 중첩하며 쉘드전극(193)이 형성되고 있는 것이다.
이때, 상기 쉘드전극(193)에는 이와 중첩하는 상기 센싱전극(188) 또는 드라이빙 전극(185)에 인가되는 동일한 전압이 인가되는 것이 특징이다.
터치센서를 이루는 드라이빙 전극(185)과 센싱전극(188)이 각각 도 5에 도시한 바와같이 형성되었을 때, 제 2 기판(171)의 외측면에 형성된 드라이빙 전극(185) 또는 센싱전극(188) 전극의 하측에 쉘드전극(193)을 형성하고, 상기 쉘드전극(193)에 이와 중첩하는 전극(제 1 실시예에 있어서는 센싱전극(188))과 동일한 전위를 가지도록 동일한 전압을 인가하면, 드라이빙 전극(185)과 센싱전극(188)간에 발생하는 프린지 커패시터 중 액정패널(180)쪽으로 발생되는 프린지 커패시터는 새롭게 구비된 상기 쉘드전극(193)에 의해 도시한 바와같이 쉘드전극(193)과 관계하여 C1, C2와 같이 형성된다.
이때, 동일한 전위 형성으로 인해 C2의 값은 0에 수렴하게 되고, 센싱전극(188)과 드라이빙 전극(185)에 의해 발생되는 프린지 커패시터의 캐패시터의 총량이 상대적으로 작게 형성된다. 따라서, 이에 의해 결과적으로 C0의 터치 전/후의 상대적인 정전용량 변화량은 증가함으로써 터치 감도가 향상되는 것이다.
조금 더 상세히 설명하면, 커패시터 타입 터치센서의 감도는 기준이 되는 커패시터의 용량 대비 터치에 의해 변화되는 정전용량의 변화량의 크기로 정의되며, 기준이 되는 커패시터 용량이 작을수록 또는 터치 시 정전용량의 변화량이 클수록 터치센서의 감도는 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 터치인식 액정표시장치는 센싱전극(188)과 드라이빙 전극(185)에 의해 형성되는 프린지 커패시터 중 액정패널(180) 측으로 형성되는 부분은 쉘드전극(193)에 의해 터치인식 액정표시장치 전역에 형성되는 변화되지 않는 고정 커패시터화 됨으로써 실질적으로 센싱전극(188)과 드라이빙 전극(185)에 의해 형성되며 가변될 수 있는 프린지 커패시터는 상기 센싱전극(188)과 드라이빙 전극(185) 상부측으로 발생되는 부분만이 됨을 알 수 있다. 따라서, 센싱 감도의 정의에 의해 기준이 되는 커패시터의 크기는 종래대비 1/2로 줄게되며, 터치에 의해 변동될 수 있는 용량변화의 크기는 종래의 동일하게 되므로 종래대비 약 2배 정도 센싱감도가 향상될 수 있다.
터치인식 액정표시장치에 있어서 터치 시 변동되는 프린지 커패시터 이외의 도전성 구성요소가 중첩함으로써 형성되는 총 커패시터를 고정 커패시터라 할 때, 상기 고정 커패시터의 용량은 수 nF 정도의 크기를 가지며 센싱전극(188)과 드라이빙 전극(185)에 의해 발생되는 프린지 커패시터의 용량은 수 pF 정도의 크기를 갖는다.
따라서, 쉘드전극(193)이 추가적으로 형성됨으로써 발생되는 추가적인 커패시터는 이미 터치인식 액정표시장치에 구비된 구성요소에 의한 고정 커패시터의 용량과 비교할 때 매우 작은 용량이 되므로 문제되지 않는다. 이때, 상기 쉘드전극(193)의 추가에 의해 센싱전극(188)과 드라이빙 전극(185)에 의해 액정패널(180) 측으로 발생되는 프린지 커패시터는 상기 쉘드전극(193)과 연계되어 상기 고정 커패시터로 인식되므로 터치를 인식하는 센싱에 관여하게 되는 센싱전극(188)과 드라이빙 전극(185)에 의한 프린지 커패시터의 센싱 측정의 기준이 되는 용량은 1/2이 되며, 터치에 의한 프린지 커패시터의 용량 변동량은 변화가 없으므로 센싱 감도는 종래대비 2배정도 증가하게 되는 것이다.
이후에는 조금 더 상세히 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치인식 액정표시장치의 구성에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 터치인식 액정표시장치용 액정패널(180)은 제 1 기판(101)과 액정층(190)과 컬러필터 기판(171)으로 이루어지고 있다. 이때, 도면에 나타내지 않았지만, 상기 액정패널(180)의 외측면에는 각각 서로 편광축이 수직하게 배치된 제 1 및 제 2 편광판(미도시)이 구비되고 있으며, 상기 제 1 기판(101)에 구비된 제 1 편광판(미도시)의 외측면에는 백라이트 유닛(미도시)이 구비되고 있다.
상기 제 1 기판(101) 상의 상기 각 화소영역(P)에는 순수 폴리실리콘으로 이루어지며 그 중앙부는 채널을 이루는 제 1 반도체 영역(113a) 그리고 상기 제 1 반도체 영역(113a) 양측면으로 고농도의 불순물이 도핑된 제 2 반도체 영역(113b)으로 구성된 반도체층(113)이 형성되어 있다.
또한, 상기 반도체층(113)을 덮으며 전면에 게이트 절연막(116)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 절연막(116) 위로는 상기 반도체층(113)의 제 1 반도체 영역(113a)에 대응하여 게이트 전극(120)이 형성되어 있다.
또한, 상기 게이트 절연막(116) 위로는 상기 게이트 전극(120)과 연결되며 일방향으로 연장하며 게이트 배선(미도시)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 전극(120)과 게이트 배선(미도시) 위로 전면에 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 층간절연막(123)이 형성되어 있다. 이때, 상기 층간절연막(123)과 그 하부에 위치하는 상기 게이트 절연막(116)에는 상기 제 1 반도체영역(113a) 양측에 각각 위치한 상기 제 2 반도체영역(113b) 각각을 노출시키는 반도체층 콘택홀(125)이 구비되고 있다.
다음, 상기 반도체층 콘택홀(125)을 구비한 상기 층간절연막(123) 상부에는 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(130)이 형성되고 있다.
또한, 상기 층간절연막(123) 위로 소자영역(TrA)에는 상기 반도체층 콘택홀(125)을 통해 노출된 상기 제 2 반도체영역(113b)과 각각 접촉하며 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)이 형성되어 있다. 이때, 상기 소자영역(TrA)에 순차 적층된 상기 반도체층(113)과 게이트 절연막(116)과 게이트 전극(120)과 층간절연막(123)과 소스 및 드레인 전극(133, 136)은 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다. 이때, 상기 박막트랜지스터(Tr)는 상기 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(130)과 전기적으로 연결되며 형성되어 있다.
한편, 본 발명의 제 1 실시예에 있어서는 일례로 폴리실리콘의 반도체층(113)이 구비되어 그 상부에 게이트 전극(120)이 위치한 탑 게이트 타입의 박막트랜지스터(Tr)가 형성되고 있는 것을 보이고 있지만, 이러한 구조를 갖는 박막트랜지스터(Tr)를 대신하여 비정질 실리콘의 액티브층과 이의 상부에서 불순물 비정질 실리콘으로 이루어지며 서로 이격하는 형태의 오믹콘택층으로 이루어진 반도체층을 구비하며 상기 반도체층 하부에 게이트 전극이 위치한 보텀 게이트 타입의 박막트랜지스터가 형성될 수도 있으며, 이들 이외에 다양한 형태로 변형된 박막트랜지스터가 구비될 수도 있음은 자명하다.
다음, 상기 데이터 배선(130)과 소스 및 드레인 전극(133, 136)과 상기 제 1 연결패턴(138) 상부에는 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)로서 제 1 보호층(140)이 형성되고 있다. 이때, 상기 제 1 보호층(140)은 그 상부에 형성된 유기절연물질로 이루어진 제 2 보호층(145)과 상기 금속물질로 이루어진 상기 데이터 배선(130)과 소스 및 드레인 전극(133, 136) 간의 접합특성을 향상시키기 위함이다.
금속물질과 유기절연물질간의 접합력은 금속물질과 무기절연물질간 및 무기절연물질과 유기절연물질간의 접합력보다 상대적으로 약하므로 이를 개선시키기 위해 무기절연물질로 이루어진 상기 제 1 보호층(140)을 형성하는 것이다. 이러한 접합력 향상의 역할을 하는 상기 제 1 보호층(140)은 생략될 수도 있다.
다음, 상기 제 1 보호층(140) 위로는 유기절연물질 예를들면 포토아크릴(photo acryl) 또는 벤조사이클로부텐(BCB)으로서 이루어진 제 2 보호층(145)이 형성되고 있다. 이때, 상기 제 2 보호층(145)은 하부에 위치하는 구성요소간의 단차 등이 극복될 수 있도록 2㎛ 내지 4㎛ 정도의 두꺼운 두께를 가져 평탄한 표면 상태를 이루는 것이 특징이다. 이때, 상기 제 1 및 제 2 보호층(140, 145)에는 상기 드레인 전극(136)을 노출시키는 드레인 콘택홀(147)이 구비되고 있다.
상기 제 2 보호층(145) 위로는 투명 도전성 물질로서 각 화소영역(P)에는 투명 도전성 물질로 상기 드레인 콘택홀(147)을 통해 상기 드레인 전극(136)과 접촉하며 판 형태의 화소전극(150)이 형성되어 있다.
다음, 상기 화소전극(150) 상부로 표시영역 전면에 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로서 제 3 보호층(155)이 형성되고 있다.
또한, 상기 제 3 보호층(155) 위로는 표시영역 전면에 투명 도전성 물질로서 공통전극(160)이 형성되어 있다. 이때, 상기 공통전극(160)에는 각 화소영역(P) 내에 구비된 상기 화소전극(150)에 대응하여 다수의 바(bar) 형태의 개구(op)가 구비됨으로서 구동전압 인가 시 상기 화소전극(150)과 더불어 프린지 필드를 발생시키게 된다.
한편, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정패널(180)에 있어서는 공통전극(160)에 각 화소영역(P)별로 다수의 개구(op)를 형성하여 프린지 필드 형성에 의해 횡전계가 구현되는 것을 일례로 보이고 있지만, 변형예로서 공통전극과 화소전극은 상기 제 2 보호층(145) 상에 바(bar) 형태를 가지고 서로 교대하는 형태로 이루어질 수도 있다. 이러한 경우 상기 각 화소영역(P)을 관통하며 상기 게이트 배선(미도시)이 형성된 동일한 층에 공통배선(미도시)이 형성되며 상기 바(bar) 형태를 갖는 다수의 각 공통전극(미도시)은 상기 공통배선(미도시)과 상기 제 1 및 제 2 보호층(140, 145)에 구비된 공통 콘택홀(미도시)을 통해 접촉하도록 형성되는 것이 특징이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치인식 액정표시장치용 액정패널(180)의 경우, 상기 각 화소영역(P)에 구비된 상기 화소전극(150)과 상기 공통전극(160)은 상기 제 3 보호층(155)을 개재하여 중첩하도록 형성되고 있으며, 중첩하는 상기 공통전극(160)과 제 3 보호층(155)과 화소전극(150)은 스토리지 커패시터를 이룬다.
전술한 구성을 갖는 제 1 기판(101)과 마주하며, 제 2 기판(171)이 구비되고 있다.
상기 제 1 기판(101)과 마주하는 제 2 기판(171)의 내측면에는 각 화소영역(P)의 경계 및 상기 박막트랜지스터(Tr)에 대응하여 블랙매트릭스(173)가 구비되고 있으며, 상기 블랙매트릭스(173)와 중첩하며 상기 블랙매트릭스(173)에 의해 포획된 영역에는 각 화소영역(P)에 순차 대응하는 형태로 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(R, G, B)을 포함하는 컬러필터층(175)이 형성됨으로써 완성되고 있다. 이때, 상기 제 2 기판(171)에는 상기 컬러필터층(175)을 덮으며 오버코트층(미도시)이 더욱 형성될 수도 있다.
한편, 전술한 구성을 갖는 제 1 기판(101)과 제 2 기판(171) 사이에는 액정층(190)이 구비됨으로써 상기 두 기판(101, 171)과 액정층(190)은 액정패널(180)을 이룬다.
한편, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치인식 액정표시장치는 전술한 구성을 갖는 액정패널(180)을 제조하는 단계에서 상기 제 1 기판(101)의 최상층에 구비된 공통전극 상부에 절연층을 개재하고 상기 절연층 상부에 쉘드전극(193)을 형성함으로써 쉘드전극(193)을 구비한 액정패널(180)을 완성한 후, 이러한 액정패널(180)의 제 2 기판(171)의 외측면에 전술한 드라이빙 전극(185)과 센싱전극(188)을 직접 형성하거나 또는 센싱전극(188)과 드라이빙 전극(185)이 형성된 필름을 부착하고 이의 상부에 상기 센싱전극(188) 및 드라이빙 전극(185)의 보호를 위한 상기 제 3 기판(197)을 합착함으로써 완성할 수 있다.
이때 ,상기 센싱전극(188)과 드라이빙 전극(185)은 제 2 기판(171)의 외측면에 구비된 제 2 편광판(미도시)의 외측면에 형성될 수도 있으며 또는 상기 제 2 기판(171)면에 직접 형성된 후 이의 외측면에 제 2 편광판(미도시)이 구비될 수도 있다.
한편, 도면에 나타나지 않았지만, 상기 제 1 기판의 화상을 표시하는 표시영역 외측의 비표시영역에는 상기 드라이빙 전극 및 센싱전극과 연결되며 X방향센싱회로(미도시) 및 Y방향센싱회로가 구비되고 있다.
따라서, 상기 터치인식 액정표시장치의 표시영역에 사용자의 터치가 발생되어 프린지 커패시터의 용량 변화가 발생하면 이와 연결된 X방향 및 Y방향 센싱회로에 의해 터치가 발생된 부분의 위치가 자동적으로 인식되며 상기 터치인식 액정표시장치는 터치가 발생된 부분에 대응하는 동작을 실시하게 된다.
한편, 도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치인식 액정표시장치의 간략한 단면도이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치인식 액정표시장치는 액정패널(180) 내의 제 1 기판(101) 상에 서로 이격하며 드라이빙 전극(185)과 쉘드전극(193)이 구비되고 있으며, 상기 액정패널(180)의 제 2 기판(171)의 외측면에 상기 쉘드전극(193)에 대응하여 센싱전극(188)이 형성되고 있는 것이 특징이다. 이때, 상기 드라이빙 전극(185)과 상기 센싱전극(188)은 서로 바뀌어 형성될 수도 있다. 즉, 제 1 기판(101) 상에 쉘드전극(193)과 이격하며 센싱전극(188)이 형성되고 상기 제 2 기판(171)의 외측면에 드라이빙 전극(185)이 형성될 수도 있다.
그 외의 구성요소는 전술한 제 1 실시예와 동일하므로 그 설명은 생략한다.
전술한 구성을 갖는 제 2 실시예에 따른 터치인식 액정표시장치 또한 드라이빙 전극(185)과 센싱전극(188) 간에 형성되는 프린지 커패시터(C0)는 사용자가 바라보는 측으로 발생되는 것은 사용자의 터치에 의해 가변될 수 있으며, 액정패널(180) 측으로 발생하는 프린지 커패시터는 실질적으로 새롭게 구비된 상기 쉘드전극(193)에 의해 도시한 바와같이 쉘드전극(193)과 관계하여 C1,C2와 같이 형성되며, 이때, 서로 중첩하는 센싱전극(188)과 쉘드전극(193)에 동일한 전위 형성으로 인해 C2의 값은 0에 수렴하게 되고, 센싱전극(188)과 드라이빙 전극(185)에 의해 발생되며 터치에 의해 변동될 수 있는 프린지 커패시터의 총량이 종래의 센싱전극(188)과 드라이빙 전극(185)만 형성된 터치인식 액정표시장치 대비 상대적으로 작게됨으로써 ‘터시 치 변화되는 커패시터 용량 변화량 /프린지 커패시터의 용량’으로 정의되는 터치 센싱 감도를 향상시킬 수 있다.
도 8과 도 9는 각각 본 발명의 제 2 실시예의 제 1 및 제 2 변형예에 따른 터치인식 액정표시장치의 간략한 단면도이다. 플로팅 타입으로 더미패턴이 형성되고 있다는 것 이외에는 전술한 제 2 실시예에 따른 터치인식 액정표시장치와 동일하므로 차별점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
제 2 실시예의 제 1 변형예의 경우, 제 1 기판(101)에는 드라이빙 전극(185)과 쉘드전극(193)이 이격하며 형성되어 있으며, 제 2 기판(171)의 외측면에 상기 쉘드전극(193)에 대응하여 이와 중첩하며 센싱전극(188)이 형성되어 있으며 상기 센싱전극(188)과 이격하며 상기 드라이빙 전극(185)에 대응하여 이와 중첩하며 더미패턴(195)이 형성되어 있는 것이 특징이다.
또한, 제 2 실시예의 제 2 변형예의 경우, 제 1 기판(101)에는 센싱전극(188)과 쉘드전극(193)이 이격하며 형성되어 있으며, 제 2 기판(171)의 외측면에 상기 쉘드전극(193)에 대응하여 이와 중첩하며 드라이빙 전극(185)이 형성되어 있으며, 상기 드라이빙 전극(185)과 이격하며 상기 센싱전극(188)에 대응하여 이와 중첩하며 더미패턴(195)이 형성되어 있는 것이 특징이다.
이때, 제 1 및 제 2 변형예에 있어서, 상기 더미패턴(195)은 아일랜드 형태로 형성되며 실질적으로 전압 등이 인가되지 않는 것으로, 이를 형성하지 않을 시는 제 1 실시예와 같이, 이는 한쪽 터치전극 즉, 센싱전극(188)(또는 드라이빙 전극(185))에 대응해서는 쉘드전극(193)으로 인해 실질적으로 서로 마주하는 형태로 투명 도전성 물질로 이루어진 패턴이 쌍으로 형성되는 반면, 다른 하나의 터치전극인 드라이빙 전극(185)(또는 센싱전극(188))에 대해서는 상기 드라이빙 전극(185) 자체만이 형성되어 실질적으로 투명 도전성 패턴이 하나만이 형성됨에 따라 투과율 차이에 의한 화상 품질 차이가 발생될 여지가 있기에 이를 보상하기 위해 상기 더미패턴(195)을 형성한 것이다.
한편, 본 발명의 제 1 실시예와 제 2 실시예에 그 변형예에 있어서, 제 1 기판(101) 상부에 쉘드전극(193), 드라이빙 전극(185)과 쉘드전극(193), 센싱전극(188)과 쉘드전극(193)이 형성된 것을 보이고 있지만, 상기 제 1 기판(101)에 형성된 전술한 쉘드전극(193), 드라이빙 전극(185)과 쉘드전극(193), 센싱전극(188)과 쉘드전극(193)은 상기 제 2 기판(171)의 내측면에 형성될 수도 있다.
도 10a와 10b는 각각 본 발명에 따른 터치인식 액정표시장치의 제 1 기판에 형성된 쉘드전극과 드라이빙 전극(또는 센싱전극)과 제 2 기판에 형성된 센싱전극(또는 드라이빙 전극)과 더미패턴의 일례로서의 평면구조를 나타낸 도면이며, 도 11은 도 10a와 도 10b를 합착한 상태를 도시한 평면도이며, 도 12a와 12b는 본 발명에 따른 터치인식 액정표시장치의 제 1 기판에 형성된 쉘드전극과 드라이빙 전극(또는 센싱전극)과 제 2 기판에 형성된 센싱전극(또는 드라이빙 전극)과 더미패턴의 또 다른 일례로서의 평면구조를 나타낸 도면이며, 도 13은 도 11a와 도 11b를 합착한 상태를 도시한 평면도이다.
우선, 도 10a와 도 10b 및 도 11을 참조하면, 제 1 기판(101)에는 도시한 바와같이 제 1 폭을 갖는 사각형 형태의 패턴(185a)과 상기 제 1 폭을 갖는 사각형 형태의 패턴(185a) 사이에 상기 제 1 폭보다 얇은 제 2 폭을 갖는 연결패턴(185b)으로 구성된 형태를 갖는 다수의 드라이빙 전극(185)이 일방향으로 연장하며 다수 형성되고 있으며, 상기 각 드라이빙 전극(185) 사이에 쉘드전극(193)이 상기 드라이빙 전극(185)과 이격하며 형성되고 있다.
또한, 제 2 기판(171)에는 상기 제 1 기판(101)에 구비된 상기 다수의 드라이빙 전극(185) 중 제 2 폭을 갖는 연결패턴(185b)에 대응하여 상기 드라이빙 전극(185)의 연장방향과 수직한 방향으로 연장하며 제 3 폭을 갖는 직선형태의 센싱전극(188)이 형성되어 있으며, 또한 상기 제 1 기판(101)에 구비된 제 1 폭의 사각형 형태를 갖는 드라이빙 전극(185) 부분에 대응하여 사각형 형태로서 이격하며 다수의 더미패턴(195)이 형성되어 있다.
도 12a와 도 12b 및 도 13을 참조하면, 제 1 기판(101)에는 도시한 바와같이 다수의 다이아몬드 형태 패턴이 일측 끝단이 서로 연결되며 제 1 방향으로 연장하며 다수의 드라이빙 전극(185)이 형성되어 있으며, 상기 드라이빙 전극(185) 사이로 다이아몬드 형태의 패턴이 연결되며 쉘드전극(193)이 형성되고 있다.
또한, 제 2 기판(171)에는 상기 제 1 기판(101)에 구비된 상기 다수의 드라이빙 전극(185)의 연장하는 방향과 수직한 방향으로 다이아몬드 형태의 패턴이 그 일끝단이 연결되며 연장하며 센싱전극(188)이 형성되어 있으며, 상기 센싱전극(188) 사이로 플로팅된 다이아몬드 형태로서 다수의 더미패턴(195)이 형성되어 있다.
한편, 각 도면에서는 제 1 기판(101)에 드라이빙 전극(185)이 형성되고 제 2 기판(171)에 센싱전극(188)이 형성된 것을 일례로 보이고 있지만, 상기 센싱전극(188)과 드라이빙 전극(185)은 서로 그 위치를 바꾸어 형성될 수 있음은 자명하며, 상기 더미패턴(195)은 생략될 수도 있다.
101 : 제 1 기판 171 : 제 2 기판
180 : 액정패널 182 : 액정층
185 : 드라이빙 전극 188 : 센싱전극
190 : 절연층 193 : 쉘드전극
197 : 제 3 기판 C0 : 프린지 커패시터(가변 커패시터)
C1, C2 : 고정 커패시터

Claims (13)

  1. 제 1 기판과 이와 마주하는 제 2 기판 사이에 액정층이 구비되며, 공통전극과 화소전극이 모두 상기 제 1 기판의 내측면에 구비되며, 컬러필터층은 상기 제 2 기판의 내측면에 구비된 액정패널과;
    상기 액정패널의 내측면 또는 외측면에 구비되며 서로 이격하는 센싱전극 및 드라이빙 전극과;
    상기 센싱전극과 드라이빙 전극 중 어느 한 전극과 중첩하며 그 하부에 위치하며 상기 액정패널 내부에 형성된 쉘드전극
    을 포함하며, 상기 센싱전극과 드라이빙 전극에 의해 형성되는 프린지 커패시터의 변동에 의해 터치 센싱이 동작하는 것을 특징으로 하는 터치인식 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 드라이빙 전극과 상기 센싱전극은 투명 도전성 물질로 이루어지며 서로 동일한 층에 형성되는 것이 특징인 터치인식 액정표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 드라이빙 전극과 센싱전극은 상기 제 2 기판의 외측면에 형성되는 것이 특징인 터치인식 액정표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 쉘드전극은 상기 제 2 기판의 내측면 또는 상기 제 1 기판의 내측면에 형성된 것이 특징인 터치인식 액정표시장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 기판의 외측면에 대응하여 상기 센싱전극과 드라이빙 전극을 덮으며 절연층을 개재하여 제 3 기판이 구비된 것이 특징인 터치인식 액정표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 드라이빙 전극과 상기 센싱전극은 투명 도전성 물질로 이루어지며 서로 다른층에 형성되는 것이 특징인 터치인식 액정표시장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 센싱전극은 제 2 기판의 외측면에 형성되며,
    상기 드라이빙 전극은 상기 제 2 기판의 내측면 또는 상기 제 1 기판의 내측면에 형성되며,
    상기 쉘드전극은 상기 센싱전극과 중첩하며 상기 드라이빙 전극이 형성된 동일한 층에 동일한 물질로 상기 드라이빙 전극과 이격하며 형성된 것이 특징인 터치인식 액정표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 드라이빙 전극에 대응하여 상기 센싱전극이 형성된 동일한 층에 동일한 물질로 이루어지며 플로팅된 상태로 더미패턴이 형성된 것이 특징인 터치인식 액정표시장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 드라이빙 전극은 제 2 기판의 외측면에 형성되며,
    상기 센싱전극은 상기 제 2 기판의 내측면 또는 상기 제 1 기판의 내측면에 형성되며,
    상기 쉘드전극은 상기 드라이빙 전극과 중첩하며 상기 센싱전극이 형성된 동일한 층에 동일한 물질로 상기 센싱전극과 이격하며 형성된 것이 특징인 터치인식 액정표시장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 센싱전극에 대응하여 상기 드라이빙 전극이 형성된 동일한 층에 동일한 물질로 이루어지며 플로팅된 상태로 더미패턴이 형성된 것이 특징인 터치인식 액정표시장치.
  11. 제 7 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 기판의 외측면에는 절연층을 개재하여 제 3 기판이 구비된 것이 특징인 터치인식 액정표시장치.
  12. 제 1 항, 제 4 항, 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 기판에는 다수의 화소영역을 포함하는 표시영역과 상기 표시영역 외측으로 비표시영역이 정의되며,
    상기 제 1 기판의 내측면에 각 화소영역의 경계에 서로 교차하며 형성된 상기 게이트 및 데이터 배선과;
    각 화소영역 내에 상기 게이트 및 데이터 배선과 연결되며 형성된 박막트랜지스터와;
    상기 박막트랜지스터 위로 전면에 형성된 제 1 보호층과;
    상기 제 1 보호층 위로 상기 각 화소영역별로 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 형성된 상기 화소전극과;
    상기 화소전극 위로 형성된 제 2 보호층과;
    상기 제 2 보호층 위로 형성된 표시영역 전면에 형성되며 각 화소영역 내에 다수의 개구를 갖는 상기 공통전극과;
    상기 제 2 기판의 내측면에 각 화소영역 경계에 형성된 블랙매트릭스와;
    상기 블랙매트릭스와 중첩되며 상기 각 화소영역에 대응하여 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴이 순차 대응되도록 배치된 상기 컬러필터층
    을 포함하는 터치인식 액정표시장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 기판의 비표시영역에는,
    상기 드라이빙 전극과 연결된 X방향 센싱회로가 구비되며,
    상기 센싱전극의 끝단에는 y방향 센싱회로가 구비된 것이 특징인 터치인식 액정표시장치.
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