KR20120000466A - Liquid crystal display device having touch sensor embedded therein, method for driving the same and method for fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
본원 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 특히 터치 센서를 내장하여 박형 경량화가 가능한 액정 표시 장치 및 그 구동 방법과 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
오늘날 각종 표시 장치의 화면상에서 터치로 정보 입력이 가능한 터치 스크린이 컴퓨터 시스템의 정보 입력 장치로 널리 적용되고 있다. 터치 스크린은 사용자가 손가락 또는 스타일러스를 통해 화면을 단순히 터치하여 표시 정보를 이동시키거나 선택하므로, 남녀노소 누구나 쉽게 사용할 수 있다. Today, a touch screen capable of inputting information by touch on screens of various display devices is widely applied as an information input device of a computer system. Since the touch screen moves or selects display information by simply touching the screen with a finger or a stylus, it can be easily used by anyone of all ages.
터치 스크린은 표시 장치 화면상에서 발생된 터치 및 터치 위치를 감지하여 터치 정보를 출력하고, 컴퓨터 시스템은 터치 정보를 분석하여 명령을 수행한다. 표시 장치로는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Dispaly Panel; PDP), 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode; OLED) 표시 장치 등과 같은 평판 표시 장치가 주로 이용된다. The touch screen detects the touch and the touch position generated on the display device screen to output touch information, and the computer system analyzes the touch information to perform a command. As the display device, a flat panel display device such as a liquid crystal display (LCD), a plasma display panel (PDP), an organic light emitting diode (OLED) display, or the like is mainly used.
터치 스크린 기술로는 센싱 원리에 따라 저항막 방식, 정전 용량 방식, 적외선 방식, 초음파 방식, 전자기 방식 등이 존재한다. 이들 중 저항막 방식과 정전 용량 방식은 제조 비용면에서 유리하여 널리 이용되고 있다. Touch screen technologies include resistive, capacitive, infrared, ultrasonic, and electromagnetic methods, depending on the sensing principle. Among these, the resistive film type and the capacitive type are widely used in view of manufacturing cost.
저항막 방식 터치 스크린은 터치압에 의해 상하부 저항막(투명 도전막)이 컨택하여 발생되는 전압 변화를 감지하여 터치를 인식한다. 그러나, 저항막 방식 터치 스크린은 터치압으로 인하여 터치 스크린이나 표시 장치가 쉽게 손상되고, 저항막 사이 공기층의 광 산란 효과로 투과율이 낮은 단점이 있다. The resistive touch screen detects a touch by detecting a voltage change generated by contact between upper and lower resistive films (transparent conductive films) by touch pressure. However, the resistive touch screen has a disadvantage in that the touch screen or the display device is easily damaged by the touch pressure, and the transmittance is low due to the light scattering effect of the air layer between the resistive films.
저항막 방식의 단점을 보완할 수 있는 정전 용량 방식의 터치 스크린은 인체나 스타일러스와 같은 도전체가 터치할 때 소량의 전하가 터치점으로 이동하여 발생되는 정전 용량 변화를 감지하여 터치를 인식한다. 정전 용량 방식 터치 스크린은 강화 유리를 사용할 수 있어 내구성이 강하고, 투과율이 높을 뿐만 아니라 터치 센싱 능력이 우수하며 멀티 터치가 가능하여 주목받고 있다.The capacitive touch screen, which can compensate for the disadvantage of the resistive film, senses a touch by detecting a change in capacitance caused by a small amount of charge moving to a touch point when a human body or a conductor such as a stylus touches the touch screen. Capacitive touch screens are attracting attention because they can use tempered glass, which is not only durable, high transmittance, excellent touch sensing capability, and multi-touch.
일반적으로, 터치 스크린은 패널 형태로 제작되어서 표시 장치의 상부에 부착되어 터치 입력 기능을 수행한다. 그러나, 터치 패널이 부착된 표시 장치는 터치 패널을 표시 장치와 별도로 제작하여 표시 장치에 부착해야 하므로, 제조 비용이 높아짐과 아울러 시스템 전체의 두께 및 무게가 증가하여 이동성이 떨어지거나, 디자인상 제약이 따르는 문제점이 있다.In general, the touch screen is manufactured in the form of a panel and attached to an upper portion of the display device to perform a touch input function. However, since the display device with a touch panel needs to be manufactured separately from the display device and attached to the display device, the manufacturing cost increases and the thickness and weight of the entire system increase, resulting in poor mobility or limited design. There is a problem that follows.
본원 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본원 발명이 해결하려는 과제는 터치 센서를 내장하여 박형 경량화가 가능한 액정 표시 장치 및 그 구동 방법과 그 제조 방법을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, the problem to be solved by the present invention is to provide a liquid crystal display device, a driving method and a manufacturing method that can be thin and lightweight by embedding a touch sensor.
본원 발명이 해결하려는 다른 과제는 정전 용량 방식 터치 센서의 구조를 단순화시켜서 내장함과 아울러 멀티 터치 감지가 가능한 액정 표시 장치 및 그 구동 방법과 그 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a liquid crystal display, a driving method thereof, and a method of manufacturing the same, which simplify and incorporate a structure of a capacitive touch sensor and enable multi-touch sensing.
본원 발명의 해결하려는 또 다른 과제는 액정 표시 장치의 제조 공정을 그대로 사용하여 터치 센서를 내장할 수 있는 액정 표시 장치 및 그 구동 방법과 그 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a liquid crystal display device, a driving method thereof, and a method of manufacturing the same, which can incorporate a touch sensor using the manufacturing process of the liquid crystal display device as it is.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본원 발명의 실시예에 따른 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치는 상하부 기판 사이의 액정층과; 상기 하부 기판에 형성된 각 화소 영역에서, 게이트 라인 및 데이터 라인과 접속된 박막 트랜지스터를 통해 데이터 신호를 공급받는 화소 전극과, 공통 라인과 접속된 공통 전극에 의해 상기 화소 영역의 액정층에 수평 전계를 인가하는 화소와; 상기 하부 기판에 다수의 화소 사이마다 형성되고 상기 상부 기판을 터치하는 터치 물체와 정전 용량을 형성하여 터치를 감지하는 터치 센서와; 상기 터치 센서에 구동 전원을 공급하는 센서 전원 라인과; 상기 터치 센서로부터의 센싱 신호를 출력하는 리드아웃 라인을 구비한다.In order to solve the above problems, the liquid crystal display device with a touch sensor according to an embodiment of the present invention includes a liquid crystal layer between the upper and lower substrates; In each pixel region formed on the lower substrate, a horizontal electric field is applied to the liquid crystal layer of the pixel region by a pixel electrode receiving a data signal through a thin film transistor connected to a gate line and a data line, and a common electrode connected to a common line. An applied pixel; A touch sensor formed between the plurality of pixels on the lower substrate and forming a capacitance with a touch object that touches the upper substrate to detect a touch; A sensor power line for supplying driving power to the touch sensor; And a readout line for outputting a sensing signal from the touch sensor.
상기 터치 센서는 상기 하부 기판 상에 형성되어 상기 터치 물체와 센싱 커패시터를 형성하기 위한 센싱 전극과; 상기 센싱 전극과 상기 센서 전원 라인 사이에 형성된 커패시터와; 상기 센싱 전극의 제어에 응답하여 상기 공통 라인과 상기 센서 전원 라인 중 어느 하나와 상기 리드아웃 라인 사이의 전류 패스를 형성하여, 상기 센싱 전극에서 상기 터치를 감지하면 상기 센싱 신호를 출력하는 센서 박막 트랜지스터와; 상기 게이트 라인과 상기 센서 전원 라인 중 어느 하나와 상기 센싱 전극 사이에 접속된 다이오드를 구비한다. The touch sensor may include a sensing electrode formed on the lower substrate to form the touch object and a sensing capacitor; A capacitor formed between the sensing electrode and the sensor power line; A sensor thin film transistor configured to form a current path between any one of the common line, the sensor power line, and the lead-out line in response to the control of the sensing electrode, and output the sensing signal when the sensing electrode senses the touch. Wow; And a diode connected between any one of the gate line and the sensor power line and the sensing electrode.
상기 다이오드는 상기 게이트 라인과 상기 센서 전원 라인 중 어느 하나와 상기 센싱 전극 사이에 순방향 구조로 접속된다.The diode is connected in a forward structure between any one of the gate line and the sensor power line and the sensing electrode.
상기 센서 박막 트랜지스터는, 상기 센싱 커패시터와 상기 커패시터의 직렬 커플링에 의한 상기 센서 전극의 전압의 가변에 응답하여 상기 센싱 신호를 출력한다.The sensor thin film transistor outputs the sensing signal in response to a change in the voltage of the sensor electrode due to the series coupling of the sensing capacitor and the capacitor.
상기 센싱 전극 및 상기 센싱 전원 라인은 상기 게이트 라인과 동일한 게이트 금속으로 형성된다.The sensing electrode and the sensing power line are formed of the same gate metal as the gate line.
상기 센서 박막 트랜지스터는 상기 센싱 전극과 접속된 게이트 전극, 상기 리드아웃 라인과 접속된 소스 전극, 상기 공통 라인과 상기 센서 전원 라인 중 어느 하나와 접속된 드레인 전극을 구비하고; 상기 다이오드는 상기 센싱 전극과 접속된 게이트 전극 및 드레인 전극, 상기 게이트 라인과 상기 센서 전원 라인 중 어느 하나와 접속된 소스 전극을 구비한다.The sensor thin film transistor includes a gate electrode connected to the sensing electrode, a source electrode connected to the readout line, and a drain electrode connected to any one of the common line and the sensor power supply line; The diode includes a gate electrode and a drain electrode connected to the sensing electrode, and a source electrode connected to any one of the gate line and the sensor power supply line.
상기 센싱 전극은 상기 터치 센서 단위로 독립적으로 형성되고; 상기 리드아웃 라인은 상기 데이터 라인과 나란하며, 수직 방향으로 배열된 다수의 터치 센서와 접속되고; 상기 센서 전원 라인은 상기 게이트 라인과 나란하며, 수평 방향으로 배열된 다수의 터치 센서와 접속된다.The sensing electrode is independently formed in the touch sensor unit; The lead-out line is parallel with the data line and connected to a plurality of touch sensors arranged in a vertical direction; The sensor power line is parallel to the gate line and connected to a plurality of touch sensors arranged in a horizontal direction.
상기 센서 전원 라인은 적어도 하나의 다른 센서 전원 라인과 공통 접속될 수 있다.The sensor power line may be commonly connected with at least one other sensor power line.
본원 발명은 상기 게이트 라인을 구동하는 게이트 드라이버와; 상기 데이터 라인을 구동하는 데이터 드라이버와; 상기 리드아웃 라인으로부터 출력되는 상기 센싱 신호을 이용하여 상기 터치를 감지하고, 상기 리드아웃 라인 및 상기 센서 전원 라인의 위치에 근거하여 상기 터치의 위치를 감지하는 리드아웃 회로와; 상기 센서 전원 라인을 구동하는 센서 전원 구동 회로를 추가로 구비한다.The present invention includes a gate driver for driving the gate line; A data driver for driving the data line; A readout circuit configured to sense the touch using the sensing signal output from the readout line and to sense a position of the touch based on positions of the readout line and the sensor power line; A sensor power supply driving circuit for driving the sensor power supply line is further provided.
상기 리드아웃 회로는 상기 데이터 드라이버에 내장되거나, 상기 센서 전원 구동 회로는 상기 게이트 드라이버에 내장되는 것을 특징으로 하는 터치 센서가 내장될 수 있다.The readout circuit may be embedded in the data driver, or the sensor power supply driving circuit may be embedded in the gate driver.
상기 센서 전원 라인은 해당 터치 센싱 기간에서 게이트 온 전압을, 나머지 기간에서 게이트 오프 전압을 공급하는 센서 게이트 라인이고; 상기 센서 전원 구동 회로는 상기 센서 게이트 라인을 스캐닝하는 센서 게이트 드라이버이다. The sensor power line is a sensor gate line for supplying a gate on voltage in a corresponding touch sensing period and a gate off voltage in the remaining period; The sensor power supply driving circuit is a sensor gate driver that scans the sensor gate line.
상기 센서 전원 라인은 해당 터치 센싱 기간에서 제1 공통 전압을, 나머지 기간에서 상기 제1 공통 전압보다 낮은 제2 공통 전압을 공급하는 스캐닝 전원 라인이고, 상기 센서 전원 구동 회로는 상기 스캐닝 전원 라인을 스캐닝하는 스캐닝 전원 회로일 수 있다.The sensor power line is a scanning power line for supplying a first common voltage in a corresponding touch sensing period and a second common voltage lower than the first common voltage in the remaining period, and the sensor power driving circuit scans the scanning power line. May be a scanning power supply circuit.
상기 게이트 드라이버 및 데이터 드라이버는 데이터 기록 기간에서 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인을 구동하고; 상기 센싱 전원 회로는 터치 센싱 기간에서 상기 센싱 전원 라인을 구동한다.The gate driver and the data driver drive the gate line and the data line in a data write period; The sensing power circuit drives the sensing power line in the touch sensing period.
본원 발명의 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치의 구동 방법은 데이터 기록 기간에서, 게이트 라인 및 데이터 라인을 구동하여 다수의 화소에 데이터를 저장하고 각 화소의 액정층에 상기 데이터에 따른 수평 전계를 인가하는 단계와; 터치 센싱 기간에서, 다수의 화소 사이마다 형성된 터치 센서를 구동하여 상기 액정 표시 장치의 상부 기판을 터치하는 터치 물체와 상기 터치 센서 사이에 형성된 정전 용량에 따라 터치를 감지하는 단계를 포함한다.In the method of driving a liquid crystal display device having a touch sensor embedded therein, the data is stored in a plurality of pixels by driving a gate line and a data line in a data writing period, and applying a horizontal electric field according to the data to the liquid crystal layer of each pixel. Making a step; In the touch sensing period, driving the touch sensor formed between the plurality of pixels to detect the touch according to the capacitance formed between the touch object and the touch sensor to touch the upper substrate of the liquid crystal display.
본원 발명은 한 프레임을 상기 데이터 기록 기간과 상기 터치 센싱 기간으로 분할 구동하거나, 한 프레임을 다수의 수평기간 단위로 분할하여 상기 데이터 기록 기간과 상기 터치 센싱 기간이 상기 다수의 수평기간마다 교번되도록 구동한다.The present invention divides and drives one frame into the data recording period and the touch sensing period, or divides one frame into units of a plurality of horizontal periods so that the data recording period and the touch sensing period alternate between the plurality of horizontal periods. do.
본원 발명의 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치의 제조 방법은 기판 상에 게이트 라인, 공통 라인, 센싱 전극, 센싱 전원 라인과 함께 화소 박막 트랜지스터, 센서 박막 트랜지스터, 다이오드 각각의 게이트 전극을 포함하는 게이트 금속 패턴을 형성하는 단계와; 상기 공통 라인과 접속된 공통 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 금속 패턴 및 공통 전극이 형성된 상기 기판 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 게이트 절연막 상에 상기 화소 박막 트랜지스터, 센서 박막 트랜지스터, 다이오드 각각의 반도체층을 형성하는 단계와; 상기 반도체층이 형성된 게이트 절연막 상에 데이터 라인과, 리드아웃 라인과 함께 상기 화소 박막 트랜지스터, 센서 박막 트랜지스터, 다이오드 각각의 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 데이터 금속 패턴을 형성하는 단계와; 상기 데이터 금속 패턴을 덮는 페시베이션막을 형성하고, 다수의 컨택홀을 형성하는 단계와; 상기 페시베이션막 상에 상기 컨택홀을 통해 상기 화소 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 접속되고 상기 공통 전극과 수평 전계를 형성하기 위한 화소 전극을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a liquid crystal display device having a touch sensor according to the present invention includes a gate metal including a gate thin film transistor, a sensor thin film transistor, and a gate electrode of a diode together with a gate line, a common line, a sensing electrode, and a sensing power line on a substrate. Forming a pattern; Forming a common electrode connected to the common line; Forming a gate insulating film on the substrate on which the gate metal pattern and the common electrode are formed; Forming semiconductor layers of each of the pixel thin film transistor, the sensor thin film transistor, and the diode on the gate insulating film; Forming a data metal pattern including a data line and a readout line on the gate insulating layer on which the semiconductor layer is formed, the data metal pattern including the pixel thin film transistor, the sensor thin film transistor, a source electrode and a drain electrode of each diode; Forming a passivation film covering the data metal pattern and forming a plurality of contact holes; Forming a pixel electrode on the passivation layer, the pixel electrode being connected to the drain electrode of the pixel thin film transistor through the contact hole and forming a horizontal electric field with the common electrode.
본원 발명의 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터 기판에 터치 센서를 내장함으로써 박형 경량화가 가능하고 제조 비용을 절감할 수 있다. The liquid crystal display device in which the touch sensor of the present invention is embedded may be thin and light in weight by reducing the manufacturing cost by embedding the touch sensor in the thin film transistor substrate.
또한, 본원 발명의 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치는 터치 센서가 매트릭스 구조로 형성되므로 멀티 터치를 감지할 수 있다.In addition, the liquid crystal display including the touch sensor of the present invention may detect a multi-touch since the touch sensor is formed in a matrix structure.
또한, 본원 발명의 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치는 정전 용량 방식으로 터치를 감지하는 단순 구조의 터치 센서를 다수의 화소 사이마다 형성하여 개구율을 향상시킬 수 있다.In addition, the liquid crystal display including the touch sensor according to the present invention may improve the aperture ratio by forming a touch sensor having a simple structure for sensing a touch in a capacitive manner for each pixel.
또한, 본원 발명의 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터 기판의 제조 공정을 그대로 이용하여 터치 센서를 형성함으로써 공정이 단순하므로 제조 비용을 절감할 수 있다.In addition, the liquid crystal display device in which the touch sensor of the present invention is embedded may form a touch sensor using the manufacturing process of the thin film transistor substrate as it is, thereby simplifying the manufacturing cost and thus reducing manufacturing cost.
또한, 본원 발명의 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치는 데이터 기록 기간과 터치 센싱 기간을 서로 분할하여 구동하므로 터치 센서의 간섭으로 인한 화질 저하를 방지할 수 있다.In addition, since the liquid crystal display including the touch sensor of the present invention is driven by dividing the data recording period and the touch sensing period from each other, it is possible to prevent a deterioration in image quality due to interference of the touch sensor.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치의 수직 다면 구조를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치를 개략적으로 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 프레임 구성도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치의 일부 화소에 대한 등가 회로도.
도 5는 도 4에 나타낸 등가 회로의 구동 파형도.
도 6은 도 4에 나타낸 액정 표시 장치의 등가 회로에 대한 박막 트랜지스터 기판의 평면도.
도 7은 도 6에서 Ⅰ-Ⅰ' 및 Ⅱ-Ⅱ'의 절단선에 따른 박막 트랜지스터 기판의 절단면을 나타낸 단면도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센서를 내장한 액정 표시 장치의 일부 화소에 대한 등가 회로도.1 is a view schematically showing a vertical multi-sided structure of a liquid crystal display device with a touch sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram schematically illustrating a liquid crystal display device having a touch sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a frame configuration diagram of a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 is an equivalent circuit diagram of some pixels of a liquid crystal display with a touch sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a drive waveform diagram of the equivalent circuit shown in FIG. 4. FIG.
6 is a plan view of a thin film transistor substrate for an equivalent circuit of the liquid crystal display shown in FIG. 4;
FIG. 7 is a cross-sectional view of the thin film transistor substrate taken along the cutting lines of II ′ and II-II ′ in FIG. 6.
8 is an equivalent circuit diagram of some pixels of a liquid crystal display having a touch sensor according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치의 수직 단면 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a view schematically illustrating a vertical cross-sectional structure of a liquid crystal display device with a touch sensor according to an embodiment of the present invention.
도 1에 나타낸 액정 표시 장치는 상부 기판(50) 및 하부 기판(60)과, 상하부 기판(50, 60) 사이에 형성된 액정층(70)을 구비한다.The liquid crystal display shown in FIG. 1 includes an
하부 기판(60)에는 다수의 화소 영역(PX)과, 다수의 터치 센서(TS)를 포함하는 박막 트랜지스터 어레이가 형성된다. 터치 센서(TS)는 다수의 화소 영역(PX) 사이마다 형성된다. 즉, 인접한 2개의 터치 센서(TS) 사이에는 다수의 화소 영역(PX)이 위치한다. 각 화소 영역(PX)은 액정층(70)에 수평 전계를 인가함으로써 액정층(70)을 인 플레인 스위칭(In Plane Switching; IPS) 모드 또는 프린지 필드 스위칭(Fringe Field Switching) 모드로 구동한다. 이를 위하여, 각 화소 영역(PX)은 게이트 라인 및 데이터 라인과 접속된 박막 트랜지스터를 통해 데이터 신호를 공급받는 화소 전극과, 공통 전압을 공급받고 상기 화소 전극과 함께 액정층(70)에 수평 전계를 인가하는 공통 전극을 구비한다. 하부 기판(60)의 각 화소 영역(PX)에서 액정층(70)에 수평 전계를 인가하므로, 상부 기판(50)에는 액정층(70)을 구동하기 위한 전극이 필요하지 않다. 상부 기판(50)에는 상기 화소 영역(PX)을 정의하는 블랙 매트릭스와, 화소 영역(PX)에 각각 대응하는 적색, 녹색, 청색 컬러 필터를 포함하는 컬러 필터 어레이가 형성된다. 그리고, 액정 표시 장치는 상하부 기판(50, 60)의 외면에 부착되고 광축이 상호 직교하는 상하부 편광판과, 액정과 접촉하는 내면에 형성되어 액정의 프리틸트각을 설정하는 상하부 배향막을 더 구비한다.A thin film transistor array including a plurality of pixel regions PX and a plurality of touch sensors TS is formed in the
사용자가 인체나 스타일러스와 같은 전도성 터치 물체로 상부 기판(50)의 표면을 터치하면, 터치 물체와 하부 기판(60)의 터치 센서(TS)는 상부 기판(50) 및 액정층(70)을 사이에 두고 정전 용량, 즉 센싱 커패시터(Cf)를 형성한다. 터치 센서(TS)는 센싱 커패시터(Cf)의 형성에 의한 정전 용량 변화를 감지하여 터치를 나타내는 센서 신호를 출력한다.When the user touches the surface of the
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.2 is a block diagram schematically illustrating a liquid crystal display including a touch sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2에 나타낸 액정 표시 장치는 다수의 화소(PX)와 함께 다수의 터치 센서(TS)가 내장된 액정 패널(10)과, 액정 패널(10)의 다수의 게이트 라인(GL)을 구동하는 게이트 드라이버(12)와, 액정 패널(10)의 다수의 데이터 라인(DL)을 구동하는 데이터 드라이버(14)와, 액정 패널(10)의 센서 게이트 라인(SGL)을 구동하는 센서 게이트 드라이버(1)와, 액정 패널(10)의 리드아웃(Readout) 라인(ROL)의 출력을 모니터링하여 터치를 감지하는 리드아웃 회로(18)를 구비한다. 도 2에서 리드아웃 회로(18)는 데이터 드라이버(14)에 내장될 수 있고, 센서 게이트 드라이버(16)도 게이트 드라이버(12)에 내장될 수 있다. 2 includes a
액정 패널(10)은 다수의 게이트 라인(GL)과 다수의 데이터 라인(DL)이 교차하여 정의된 다수의 화소(PX)를 구비하고, 다수의 화소(PX) 사이마다 형성된 터치 센서(TS)가 형성된다. 터치 센서(TS)는 센서 게이트 라인(SGL)에 의해 구동되어서 정전 용량 방식으로 터치를 감지하여 리드아웃 라인(ROL)으로 센싱 신호를 출력한다. 리드아웃 라인(ROL)은 다수의 데이터 라인(DL) 사이마다 데이터 라인(DL)과 나란하게 형성되고, 수직 방향으로 배열된 다수의 터치 센서(TS)와 접속된다. 센서 게이트 라인(SGL)은 다수의 게이트 라인(GL) 사이마다 게이트 라인(GL)과 나란하게 형성되고, 수평 방향으로 배열된 다수의 터치 센서(TS)와 접속되어서 게이트 신호로 구동 전원을 공급한다. 다수의 센서 게이트 라인(SGL)은 라인마다 독립적으로 구동되거나, 일정수 단위로 분할되고 일정수의 센서 게이트 라인(SGL)을 공통으로 구동될 수 있다. 터치 센서(TS)가 매트릭스 형태로 배치되므로 멀티 터치도 동시에 감지할 수 있다. The
액정 패널(10)은 도 3과 같이 한 프레임(1F)을 화소(PX)에 데이터를 저장하는 데이터 기록 기간(DWM)과 터치 센서(TS)를 구동하는 터치 센싱 기간(TSW)으로 분할 구동된다. 예를 들면, 도 3(A)와 같이 한 프레임(1F)은 전반부에서 다수의 게이트 라인(GL)을 스캐닝하면서 데이터 신호를 다수의 화소(PX)에 저장하는 데이터 기록 기간(DWM)과, 후반부에서 다수의 센서 게이트 라인(SGL)을 스캐닝하면서 터치 센서(TS)를 구동하는 터치 센싱 기간(TSW)으로 분할될 수 있다. 한편, 도 3(B)와 같이 한 프레임(1F)을 다수의 수평기간(수평라인) 단위로 분할하여 데이터 기록 기간(DWM)과 터치 센싱 기간(TSW)이 교번되게 할 수 있다.As shown in FIG. 3, the
데이터 기록 기간(DWM)에서 게이트 드라이버(12)는 데이터 기록 기간(DWM)에서 다수의 게이트 라인(GL)을 순차적으로 구동하고, 데이터 드라이버(14)는 게이트 라인(GL)이 구동될 때마다 데이터 신호를 다수의 데이터 라인(DL)으로 공급한다. In the data writing period DWM, the
터치 센싱 기간(TSW)에서 센서 게이트 드라이버(16)는 다수의 센서 게이트 라인(SGL)을 순차적으로 구동하고, 리드아웃 회로(18)는 터치를 감지한 터치 센서(TS)로부터의 센싱 신호를 리드아웃 라인(ROL)을 통해 입력하여 터치 및 터치 위치를 감지한다. 리드아웃 회로(18)는 단위 시간당 리드아웃 라인(ROL)의 출력 전류를 적분하여 터치를 감지한다. 또한, 리드아웃 회로(18)는 리드아웃 라인(ROL)의 위치 정보(X 좌표)와, 구동되는 센서 게이트 라인(SGLi)의 위치 정보(Y 좌표)에 근거하여 터치 위치(XY 좌표)도 감지한다. 리드아웃 회로(18)는 서로 다른 지점에서 동시에 발생되는 멀티 터치도 터치 센서(TS) 및 리드아웃 라인(ROL)을 통해 감지할 수 있다.In the touch sensing period TSW, the
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치의 일부 화소에 대한 등가 회로를 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4에 나타낸 등가 회로의 구동 파형을 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating an equivalent circuit of some pixels of a liquid crystal display including a touch sensor according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram illustrating driving waveforms of the equivalent circuit illustrated in FIG. 4.
도 4에 나타낸 액정 표시 장치는 다수의 화소(PX)와, 다수의 화소(PX) 사이마다 형성된 정전 용량 방식의 터치 센서(TS)를 구비한다. The liquid crystal display shown in FIG. 4 includes a plurality of pixels PX and a capacitive touch sensor TS formed between the plurality of pixels PX.
각 화소(PX)는 게이트 라인(GLi)과 데이터 라인(DL)이 교차하여 정의된 각 화소 영역에 형성된 화소 박막 트랜지스터(Tpx)와, 화소 박막 트랜지스터(Tpx)와 공통 라인(CLi) 사이에 병렬 접속된 액정 커패시터(Clc) 및 스토리지 커패시터(Cst)를 구비한다. 게이트 라인(GLi)은 공통 라인(CLi)과 화소 영역(PX)을 사이에 두고 나란하게 형성된다. 액정 커패시터(Clc)는 박막 트랜지스터(Tpx)와 접속된 화소 전극과, 공통 라인(CLi)과 접속된 공통 전극과, 화소 전극과 공통 전극에 의해 수평 전계가 인가되는 액정층으로 구성된다. 스토리지 커패시터(Cst)는 화소 전극과 공통 전극이 절연층을 사이에 두고 중첩되어 형성된다. Each pixel PX includes a pixel thin film transistor Tpx formed in each pixel region defined by the crossing of the gate line GLi and the data line DL, and parallel between the pixel thin film transistor Tpx and the common line CLi. A liquid crystal capacitor Clc and a storage capacitor Cst which are connected are provided. The gate line GLi is formed in parallel with the common line CLi and the pixel region PX interposed therebetween. The liquid crystal capacitor Clc includes a pixel electrode connected to the thin film transistor Tpx, a common electrode connected to the common line CLi, and a liquid crystal layer to which a horizontal electric field is applied by the pixel electrode and the common electrode. The storage capacitor Cst is formed by overlapping a pixel electrode and a common electrode with an insulating layer interposed therebetween.
화소 박막 트랜지스터(Tpx)는 도 5와 같이 데이터 기록 기간(DWM)에서 해당 게이트 라인(GLi)으로부터의 게이트 신호의 게이트 온 전압(Von)에 응답하여, 데이터 라인(DL)으로부터의 데이터 신호(DS)를 액정 커패시터(Clc) 및 스토리지 커패시터(Cst)에 저장되게 한다. 액정 커패시터(Clc)에 저장된 데이터 신호에 따라 액정이 구동되고, 스토리지 커패시터(Cst)는 액정 커패시터(Clc)가 데이터 신호를 안정적으로 유지하게 한다. The pixel thin film transistor Tpx in response to the gate-on voltage Von of the gate signal from the corresponding gate line GLi in the data writing period DWM as shown in FIG. 5, the data signal DS from the data line DL. ) Is stored in the liquid crystal capacitor Clc and the storage capacitor Cst. The liquid crystal is driven according to the data signal stored in the liquid crystal capacitor Clc, and the storage capacitor Cst causes the liquid crystal capacitor Clc to stably maintain the data signal.
터치 센서(TS)는 게이트 라인(GLi)과 다음단 스토리지 라인(CLi+1) 사이의 공간에 형성된다. 터치 센서(TS)는 터치 물체와 센싱 커패시터(Cf)를 형성하기 위한 센싱 전극(20)과, 센싱 전극(20) 및 센서 게이트 라인(SGLj) 사이에 접속된 커패시터(Cs)와, 센싱 전극(20)의 일측단과 리드아웃 라인(ROL) 및 스토리지 라인(CLi+1) 사이에 접속되어 센서 신호를 출력하는 센서 박막 트랜지스터(Tsw)와, 센싱 전극(20)의 타측단과 센서 게이트 라인(SGLi) 사이에서 저항 역할을 하는 다이오드(Td)를 구비한다. 리드아웃 라인(ROL)은 데이터 라인(DL)과 이격되어 나란하게 형성되고, 센서 박막 트랜지스터(Tsw)로부터 공급된 터치 신호를 외부의 리드아웃 회로로 출력한다. 센싱 전극(20)은 터치 센서(TS) 별로 독립적으로 형성된다. 터치 센서(TS)는 터치점의 크기를 고려하여 다수(n개, n은 자연수)의 화소(PX) 사이마다 형성된다. 예를 들면, 터치점의 선폭이 4mm 정도인 경우 터치 센서(TS)는 50개 정도의 화소(PX)의 사이마다 형성될 수 있다. The touch sensor TS is formed in a space between the gate line GLi and the next storage
센서 박막 트랜지스터(Tsw)의 게이트 전극은 센싱 전극(20)과 접속되고, 소스 전극은 리드아웃 라인(ROL)과 접속되며, 드레인 전극은 공통 라인(CLi+1)과 접속된다. 공통 라인(CLi+1)에 공급되는 공통 전압(Vcom)이 터치 센서의 구동 전원으로 이용된다. 소스 전극과 드레인 전극은 전류 방향에 따라 서로 바뀔 수 있다. 센서 박막 트랜지스터(Tsw)는 도 5의 터치 센싱 기간(TSM)에서 구동되고, 터치에 의한 정전 용량 변화에 따른 센싱 전극(20)의 가변 전압에 응답하여 센싱 신호를 리드아웃 라인(ROL)으로 출력한다.The gate electrode of the sensor thin film transistor Tsw is connected to the
다이오드(Td)는 센싱 전극(20)에 게이트 전극 및 드레인 전극이 접속되고, 소스 전극은 센서 게이트 라인(SGLj)과 접속된다. 다이오드(Td)는 센싱 전극(20)과 센서 게이트 라인(SGLj) 사이에 역방향으로 접속되어서, 센싱 전극(20)에 인가되는 게이트 온 전압(Von)을 안정적으로 유지시킨다.In the diode Td, the gate electrode and the drain electrode are connected to the
센서 박막 트랜지스터(Tsw)는 터치 센싱 기간(TSM)에서 해당 센서 게이트 라인(SGLi)으로부터 다이오드(Td)를 경유하여 공급되는 센싱 게이트 신호의 게이트 온 전압(Von)에 의해 턴-온되고, 나머지 기간에 공급되는 게이트 오프 전압(Voff)에 턴-오프된다. 터치 물체가 액정 표시 장치의 표면을 터치하면, 터치 물체와 센싱 전극(20) 사이에 센싱 커패시터(Cf)가 형성되어 커패시터(Cs)와 직렬로 연결된다. 이때, 터치 센싱 기간(TSM)에서 센서 박막 트랜지스터(Tsw)가 턴-온되면 센싱 전극(20) 상의 게이트 온 전압(Von1)이 다음 수학식 1과 같이 센싱 전극(20) 상에서 직렬로 커플링된 정전 용량이(Cc/(Cc+Cf))에 따라 가변된다. The sensor thin film transistor Tsw is turned on by the gate-on voltage Von of the sensing gate signal supplied from the corresponding sensor gate line SGLi via the diode Td in the touch sensing period TSM, and the remaining period of time. It is turned off to the gate off voltage Voff supplied to. When the touch object touches the surface of the liquid crystal display, a sensing capacitor Cf is formed between the touch object and the
센서 박막 트랜지스터(Tsw)는 가변된 게이트 온 전압(Von2)에 응답하여 리드아웃 라인(ROL)으로 출력되는 전류를 조절함으로써 센싱 신호를 출력한다. 예를 들면, 터치에 의해 커플링된 정전 용량이(Cc/(Cc+Cf))이 감소하여, 도 5와 같이 센싱 전극(20) 상의 터치시 게이트 온 전압(Von2)이 미터치시 게이트 온 전압(Von1) 보다 감소하게 되므로, 센싱 박막 트랜지스터(Tsw)에서 리드아웃 라인(ROL)으로 출력되는 전류가 감소한다. 따라서, 리드아웃 회로는 단위 시간당 리드아웃 라인(ROL)의 출력 전류를 적분하고, 터치 이전의 출력 전류 적분치와 비교하여 터치를 감지한다. The sensor thin film transistor Tsw outputs a sensing signal by adjusting a current output to the readout line ROL in response to the variable gate-on voltage Von2. For example, the capacitance coupled by the touch (Cc / (Cc + Cf)) decreases, so that the gate-on voltage when the gate-on voltage Von2 at the touch on the
도 6은 도 4에 나타낸 액정 표시 장치의 등가 회로에 대한 박막 트랜지스터 기판의 평면도이고, 도 7은 도 6에서 Ⅰ-Ⅰ' 및 Ⅱ-Ⅱ'의 절단선에 따른 절단면을 나타낸 단면도이다.FIG. 6 is a plan view of a thin film transistor substrate for an equivalent circuit of the liquid crystal display shown in FIG. 4, and FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating cut planes taken along lines II ′ and II-II ′ of FIG. 6.
도 6 및 도 7에 나타낸 박막 트랜지스터 기판에서는 공통 라인(CLi, CLi), 게이트 라인(GLi), 센싱 전극(20), 센서 게이트 라인(SGLj)은 하부 기판(60) 상에 게이트 금속 패턴으로 나란하게 형성된다. 상기 게이트 금속 패턴과 교차하는 데이터 라인(DL) 및 리드아웃 라인(ROL)은 게이트 절연막(62) 상에 데이터 금속 패턴으로 나란하게 형성된다. In the thin film transistor substrate shown in FIGS. 6 and 7, the common lines CLi and CLi, the gate lines GLi, the
화소 박막 트랜지스터(Tpx)는 게이트 라인(GL)으로부터 돌출된 게이트 전극(22a)과, 게이트 절연막(62)을 사이에 두고 게이트 전극(22a)과 중첩한 반도체층(24a)과, 데이터 라인(DL)으로부터 돌출되고 반도체층(24a)과 중첩한 소스 전극(26a), 반도체층(24a)과의 중첩부에서 소스 전극(26a)과 마주하며 페시베이션막(64)의 컨택홀(40a)을 통해 화소 전극(32)과 접속된 드레인 전극(28a)을 구비한다. 반도체층(24a)은 소스 전극(26a)과 드레인 전극(28a) 사이에 채널을 형성하는 활성층과, 소스 전극(26a) 및 드레인 전극(28a)과의 오믹 접촉을 위하여 활성층과 소스 전극(26a) 및 드레인 전극(28a)의 중첩부에 형성된 오믹 접촉층을 구비한다.The pixel thin film transistor Tpx includes a
공통 라인(CLi) 및 게이트 라인(GLi)과 데이터 라인(DL)의 교차로 정의된 각 화소 영역에는 공통 라인(CLi)과 접속된 투명한 공통 전극(30)이 형성된다. 투명한 공통 전극(30)은 게이트 절연막(62)이 형성되기 이전에 공통 라인(CLi)이 형성된 기판(60) 상에 공통 라인(CLi)과 일부 중첩되게 형성된다. 투명한 화소 전극(34)은 페시베이션막(64) 위에 공통 전극(30)과 중첩되게 형성되고, 상하로 대칭된 다수의 경사 슬릿(34)을 구비하여 공통 전극(30)과 함께 수평 전계를 형성하여 액정층을 구동한다. 화소 전극(34)과 공통 전극(30)의 중첩으로 스토리지 커패시터(Cst)가 형성된다.In each pixel area defined by the intersection of the common line CLi and the gate line GLi and the data line DL, a transparent
게이트 라인(GLi)과 다음단 공통 라인(CLi+1) 사이의 공간에 센싱 전극(20), 센서 게이트 라인(SGLj), 센서 박막 트랜지스터(Tsw), 다이오드(Td), 커패시터(Cs)를 포함하는 터치 센서가 형성된다. The
센서 박막 트랜지스터(Tsw)는 센싱 전극(20)의 일측단에서 돌출된 게이트 전극(22b)과, 게이트 절연막(62)을 사이에 두고 게이트 전극(22b)과 중첩한 반도체층(24b)과, 리드아웃 라인(ROL)으로부터 돌출되고 반도체층(24b)과 중첩한 소스 전극(26b), 반도체층(24b)과의 중첩부에서 소스 전극(26b)과 마주하며 센서 게이트 라인(SGLi)과 접속된 드레인 전극(28b)을 구비한다. 드레인 전극(28b)는 센싱 게이트 라인(SGLi)을 가로질러 다음단 공통 라인(CLi+1)과 중첩되고, 페시베이션막(64) 및 게이트 절연막(62)을 관통하는 컨택홀(40b)과, 페시베이션막(64) 위에 형성되고 컨택홀(40b)을 경유하는 컨택 전극(38a)을 통해 다음단 공통 라인(CLi+1)과 접속된다.The sensor thin film transistor Tsw includes a
커패시터(Cs)는 센싱 전극(20)과 커패시터 전극(36)이 게이트 절연막(62) 및 페시베이션막(64) 사이에 두고 중접된 구조로 형성된다. 커패시터 전극(36)은 센싱 전극(20) 및 센서 게이트 라인(SGLi)과 중첩되고, 페시베이션막(64) 및 게이트 절연막(62)을 관통하는 컨택홀(40e)을 통해 센서 게이트 라인(SGLi)과 접속된다. 센싱 전극(20)은 터치 물체와 센싱 커패시터(Cf)를 형성한다.The capacitor Cs has a structure in which the
다이오드(Td)는 센싱 전극(20)의 타측단에서 돌출된 게이트 전극(22c)과, 게이트 절연막(62)을 사이에 두고 게이트 전극(22c)과 중첩한 반도체층(24c)과, 센서 게이트 라인(SGLi)과 접속되고 반도체층(24c)과 중첩한 소스 전극(26c), 반도체층(24c)과의 중첩부에서 소스 전극(26c)과 마주하며 센싱 전극(20)과 접속된 드레인 전극(28c)을 구비한다. 소스 전극(26c)는 센싱 게이트 라인(SGLi)과 중첩되고, 페시베이션막(64) 및 게이트 절연막(62)을 관통하는 컨택홀(40c)과, 페시베이션막(64) 위에 형성되고 컨택홀(40c)을 경유하는 컨택 전극(38b)을 통해 센서 게이트 라인(SGLi)과 접속된다. 드레인 전극(28c)는 센싱 전극(20)과 중첩되고, 페시베이션막(64) 및 게이트 절연막(62)을 관통하는 컨택홀(40d)과, 페시베이션막(64) 위에 형성되고 컨택홀(40d)을 경유하는 컨택 전극(38c)을 통해 센싱 전극(20)과 접속된다.The diode Td includes the
도 6 및 도 7에 나타낸 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법은 다음과 같다.The manufacturing method of the thin film transistor substrate shown in FIG. 6 and FIG. 7 is as follows.
기판(60) 상에, 게이트 라인(GLi), 공통 라인(CLi, CLi+1), 센싱 전극(20), 센싱 게이트 라인(SGLi), 화소 박막 트랜지스터(Tpx)의 게이트 전극(22a), 센서 박막 트랜지스터(Tsw)의 게이트 전극(22b), 다이오드(Td)의 게이트 전극(22c)을 포함하는 게이트 금속 패턴이 형성된다. On the
공통 라인(CLi, CLi+1)과 접속된 투명한 공통 전극(30)이 각 화소 영역에 형성된다. A transparent
공통 전극(30)이 형성된 기판(60) 상에 게이트 절연막(62)이 형성된 다음, 그 게이트 절연막(62) 상에 화소 박막 트랜지스터(Tpx)의 반도체층(24a), 센서 박막 트랜지스터(Tsw)의 반도체층(24b), 다이오드(Td)의 반도체층(24c)을 포함하는 반도체 패턴이 형성된다. A
반도체 패턴이 형성된 게이트 절연막(62) 상에 데이터 라인(DL), 리드아웃 라인(ROL), 화소 박막 트랜지스터(Tpx)의 소스 전극(26a) 및 드레인 전극(28a), 센서 박막 트랜지스터(Tsw)의 소스 전극(26b) 및 드레인 전극(28b), 다이오드(Td)의 소스 전극(26c) 및 드레인 전극(28c)을 포함하는 데이터 금속 패턴이 형성된다.The data line DL, the lead-out line ROL, the
데이터 금속 패턴이 형성된 게이트 절연막(62) 상에 페시베이션막(64)이 형성됨과 아울러, 페시베이션막(64)을 관통하는 컨택홀(40a, 40e)과, 페시베이션막(64) 및 게이트 절연막(62)을 관통하는 컨택홀(40b, 40c, 40d)이 형성된다.The
페시베이션막(64) 위에 화소 전극(32), 커패시터 전극(36), 컨택 전극(38a, 38b, 38c)을 포함하는 투명 도전 패턴이 형성된다.A transparent conductive pattern including the
이와 같이, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터 기판의 제조 공정을 그대로 사용하여 터치 센서를 내장할 수 있다.As described above, the liquid crystal display according to the present invention may incorporate the touch sensor using the manufacturing process of the thin film transistor substrate as it is.
한편, 도 6 및 도 7에서는 투명한 공통 전극(30)과, 다수의 경사 슬릿(34)을 갖고 공통 전극(30)과 절연되게 중첩된 투명한 화소 전극(32)을 이용하여 수평 전계를 형성하는 경우만을 예로 들어 설명하였으나, 공통 전극과 화소 전극을 핑거 형상으로 형성하여 공통 전극의 핑거부와 화소 전극의 핑거부의 교번 구조에 의해 수평 전계를 형성하는 화소 구조도 적용될 수 있다. 이 경우, 핑거 형상의 공통 전극이나 화소 전극은 불투명 금속으로 형성될 수 있다.6 and 7 only form a horizontal electric field using the transparent
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센서를 내장한 액정 표시 장치의 일부 화소에 대한 등가 회로를 나타낸 도면이다.8 is a diagram illustrating an equivalent circuit for some pixels of a liquid crystal display having a touch sensor according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 8에 나타낸 등가 회로는 도 4에 나타낸 등가 회로와 대비하여, 터치 센서(TS)가 도 4의 센서 게이트 라인(SGLj) 대신에 스캐닝 전원 라인(SCLj)을 구비하고, 센서 박막 트랜지스터(Tsw)의 드레인 전극이 도 4의 다음단 공통 라인(CLi+1) 대신에 스캐닝 전원 라인(SCLj)과 접속되며, 도 4의 다이오드(Td)와 같은 저항체(R)가 게이트 라인(GLi)과 센싱 전극(20) 사이에 접속된 점에서만 차이가 있고, 나머지 구성은 동일하므로 중복된 구성 요소에 대한 설명은 생략하기로 한다. 도 8에 나타낸 등가 회로는 도 4의 등가 회로보다 터치 센서(TS)의 구성이 단순하므로 화소 개구율을 향상시킬 수 있다.In the equivalent circuit shown in FIG. 8, in contrast to the equivalent circuit shown in FIG. 4, the touch sensor TS includes a scanning power supply line SCLj instead of the sensor gate line SGLj of FIG. 4, and the sensor thin film transistor Tsw. The drain electrode of FIG. 4 is connected to the scanning power supply line SCLj instead of the next common
공통 라인(CLi)은 직류 공통 전압(Vcom)을 공급하는 반면에, 스캐닝 전원 라인(SCLj)은 로우 공통 전압(VcomL)과 하이 공통 전압(VcomH)을 순차적으로 공급하는 교류 공통 전압을 공급한다. 이를 위하여, 도 2에 나타낸 센서 게이트 드라이버(16) 대신에 다수의 스캐닝 전원 라인(SCL)을 스캐닝하기 위한 스캐닝 전원 회로(미도시)를 구비할 수 있다. 스캐닝 전원 라인(SCLj)은 해당 터치 센싱 기간(TSM)에서는 하이 공통 전압(VcomH)을 센서 박막 트랜지스터(Tsw)의 드레인 전극에 구동 전원으로 공급하고, 데이터 기록 기간(DWM)과 다른 스캐닝 전원 라이의 스캐닝 기간에서는 직류 공통 전압(Vcom)과 같은 로우 공통 전압(VcomL)을 공급한다. The common line CLi supplies a DC common voltage Vcom, while the scanning power supply line SCLj supplies an AC common voltage that sequentially supplies a low common voltage VcomL and a high common voltage VcomH. For this purpose, instead of the
저항체(R)는 도 4와 같은 다이오드(Td) 구조로 형성되며 게이트 라인(GLi)과 센싱 전극(20) 사이에 순방향 접속되어서, 게이트 라인(GLi)으로부터 센싱 전극(20)에 인가되는 게이트 신호를 안정적으로 유지시킨다.The resistor R is formed of a diode Td structure as shown in FIG. 4 and is forwardly connected between the gate line GLi and the
이상 설명한 바와 같이, 본원 발명의 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터 기판에 터치 센서를 내장함으로써 박형 경량화가 가능하고 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 터치 센서가 매트릭스 구조로 형성되므로 멀티 터치를 감지할 수 있다. 또한, 정전 용량 방식으로 터치를 감지하는 단순 구조의 터치 센서를 다수의 화소 사이마다 형성하여 개구율을 향상시킬 수 있다. 또한, 박막 트랜지스터 기판의 제조 공정을 그대로 이용하여 터치 센서를 형성함으로써 공정이 단순하므로 제조 비용을 더욱 절감할 수 있다. 또한, 데이터 기록 기간과 터치 센싱 기간을 서로 분할하여 구동하므로 터치 센서의 간섭으로 인한 화질 저하를 방지할 수 있다.As described above, the liquid crystal display device in which the touch sensor of the present invention is embedded may be thin and light in weight by reducing the manufacturing cost by embedding the touch sensor in the thin film transistor substrate. In addition, since the touch sensor has a matrix structure, multi-touch can be detected. In addition, an aperture ratio may be improved by forming a touch sensor having a simple structure for sensing a touch in a capacitive manner for each pixel. In addition, since the touch sensor is formed using the manufacturing process of the thin film transistor substrate as it is, the manufacturing process may be further reduced, thereby further reducing manufacturing costs. In addition, since the data recording period and the touch sensing period are divided and driven, the image quality deterioration due to the interference of the touch sensor can be prevented.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Will be clear to those who have knowledge of.
10: 액정 패널 12: 게이트 드라이버
14: 데이터 드라이버 16: 센서 게이트 드라이버
18: 리드아웃 회로 20: 센싱 전극
22a, 22b, 22c: 게이트 전극 24a, 24b, 24c: 반도체층
26a, 26b, 26c: 소스 전극 28a, 28b, 28c: 드레인 전극
30: 공통 전극 32: 화소 전극
34: 경사 슬릿 36: 커패시터 전극
38a, 38b, 38c: 컨택 전극 40a, 40b, 40c, 40d, 40e: 컨택홀
50: 상부 기판 60: 하부 기판
62: 게이트 절연막 64: 페시베이션막
70: 액정층 GLi: 게이트 라인
DL: 데이터 라인 CLi, CLi+1: 공통 라인
SGLj: 센서 게이트 라인 Tpx: 화소 박막 트랜지스터
Tsw: 센서 박막 트랜지스터 Td: 다이오드
Cf: 센싱 커패시터 Cs: 커패시터10
14: data driver 16: sensor gate driver
18: readout circuit 20: sensing electrode
22a, 22b, 22c:
26a, 26b, 26c:
30: common electrode 32: pixel electrode
34: slanted slit 36: capacitor electrode
38a, 38b, 38c:
50: upper substrate 60: lower substrate
62: gate insulating film 64: passivation film
70: liquid crystal layer GLi: gate line
DL: data line CLi, CLi + 1: common line
SGLj: Sensor Gate Line Tpx: Pixel Thin Film Transistor
Tsw: Sensor Thin Film Transistor Td: Diode
Cf: sensing capacitor Cs: capacitor
Claims (26)
상기 하부 기판에 형성된 각 화소 영역에서, 게이트 라인 및 데이터 라인과 접속된 박막 트랜지스터를 통해 데이터 신호를 공급받는 화소 전극과, 공통 라인과 접속된 공통 전극에 의해 상기 화소 영역의 액정층에 수평 전계를 인가하는 화소와;
상기 하부 기판에 다수의 화소 사이마다 형성되고 상기 상부 기판을 터치하는 터치 물체와 정전 용량을 형성하여 터치를 감지하는 터치 센서와;
상기 터치 센서에 구동 전원을 공급하는 센서 전원 라인과;
상기 터치 센서로부터의 센싱 신호를 출력하는 리드아웃 라인을 구비하는 것을 특징으로 하는 터치 센서가 내장된 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치.A liquid crystal layer between the upper and lower substrates;
In each pixel region formed on the lower substrate, a horizontal electric field is applied to the liquid crystal layer of the pixel region by a pixel electrode receiving a data signal through a thin film transistor connected to a gate line and a data line, and a common electrode connected to a common line. An applied pixel;
A touch sensor formed between the plurality of pixels on the lower substrate and forming a capacitance with a touch object that touches the upper substrate to detect a touch;
A sensor power line for supplying driving power to the touch sensor;
And a readout line for outputting a sensing signal from the touch sensor.
상기 터치 센서는
상기 하부 기판 상에 형성되어 상기 터치 물체와 센싱 커패시터를 형성하기 위한 센싱 전극과;
상기 센싱 전극과 상기 센서 전원 라인 사이에 형성된 커패시터와;
상기 센싱 전극의 제어에 응답하여 상기 공통 라인과 상기 센서 전원 라인 중 어느 하나와 상기 리드아웃 라인 사이의 전류 패스를 형성하여, 상기 센싱 전극에서 상기 터치를 감지하면 상기 센싱 신호를 출력하는 센서 박막 트랜지스터와;
상기 게이트 라인과 상기 센서 전원 라인 중 어느 하나와 상기 센싱 전극 사이에 접속된 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치. The method according to claim 1,
The touch sensor is
A sensing electrode formed on the lower substrate to form the touch object and a sensing capacitor;
A capacitor formed between the sensing electrode and the sensor power line;
A sensor thin film transistor configured to form a current path between any one of the common line, the sensor power line, and the lead-out line in response to the control of the sensing electrode, and output the sensing signal when the sensing electrode senses the touch. Wow;
And a diode connected between any one of the gate line and the sensor power line and the sensing electrode.
상기 다이오드는 상기 게이트 라인과 상기 센서 전원 라인 중 어느 하나와 상기 센싱 전극 사이에 순방향 구조로 접속된 것을 특징으로 하는 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치.The method according to claim 2,
And the diode is connected in a forward structure between any one of the gate line and the sensor power line and the sensing electrode.
상기 센서 박막 트랜지스터는, 상기 센싱 커패시터와 상기 커패시터의 직렬 커플링에 의한 상기 센서 전극의 전압의 가변에 응답하여 상기 센싱 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치.The method according to claim 2,
And the sensor thin film transistor outputs the sensing signal in response to a change in the voltage of the sensor electrode due to the series coupling of the sensing capacitor and the capacitor.
상기 센싱 전극 및 상기 센싱 전원 라인은 상기 게이트 라인과 동일한 게이트 금속으로 형성된 것을 특징으로 하는 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치.The method according to claim 2,
And the sensing electrode and the sensing power line are formed of the same gate metal as the gate line.
상기 센서 박막 트랜지스터는 상기 센싱 전극과 접속된 게이트 전극, 상기 리드아웃 라인과 접속된 소스 전극, 상기 공통 라인과 상기 센서 전원 라인 중 어느 하나와 접속된 드레인 전극을 구비하고;
상기 다이오드는 상기 센싱 전극과 접속된 게이트 전극 및 드레인 전극, 상기 게이트 라인과 상기 센서 전원 라인 중 어느 하나와 접속된 소스 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치. The method according to claim 2,
The sensor thin film transistor includes a gate electrode connected to the sensing electrode, a source electrode connected to the readout line, and a drain electrode connected to any one of the common line and the sensor power supply line;
And a diode including a gate electrode and a drain electrode connected to the sensing electrode, and a source electrode connected to any one of the gate line and the sensor power supply line.
상기 센싱 전극은 상기 터치 센서 단위로 독립적으로 형성되고;
상기 리드아웃 라인은 상기 데이터 라인과 나란하며, 수직 방향으로 배열된 다수의 터치 센서와 접속되고;
상기 센서 전원 라인은 상기 게이트 라인과 나란하며, 수평 방향으로 배열된 다수의 터치 센서와 접속되는 것을 특징으로 하는 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치.The method according to claim 2,
The sensing electrode is independently formed in the touch sensor unit;
The lead-out line is parallel with the data line and connected to a plurality of touch sensors arranged in a vertical direction;
And the sensor power line is parallel to the gate line and connected to a plurality of touch sensors arranged in a horizontal direction.
상기 센서 전원 라인은 적어도 하나의 다른 센서 전원 라인과 공통 접속되는 것을 특징으로 하는 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치.The method according to claim 7,
And the sensor power line is commonly connected to at least one other sensor power line.
상기 게이트 라인을 구동하는 게이트 드라이버와;
상기 데이터 라인을 구동하는 데이터 드라이버와;
상기 리드아웃 라인으로부터 출력되는 상기 센싱 신호을 이용하여 상기 터치를 감지하고, 상기 리드아웃 라인 및 상기 센서 전원 라인의 위치에 근거하여 상기 터치의 위치를 감지하는 리드아웃 회로와;
상기 센서 전원 라인을 구동하는 센서 전원 구동 회로를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치.The method according to claim 2,
A gate driver for driving the gate line;
A data driver for driving the data line;
A readout circuit configured to sense the touch using the sensing signal output from the readout line and to sense a position of the touch based on positions of the readout line and the sensor power line;
And a sensor power supply driving circuit for driving the sensor power supply line.
상기 리드아웃 회로는 상기 데이터 드라이버에 내장되거나, 상기 센서 전원 구동 회로는 상기 게이트 드라이버에 내장되는 것을 특징으로 하는 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치.The method according to claim 9,
And the readout circuit is embedded in the data driver or the sensor power supply driving circuit is embedded in the gate driver.
상기 센서 전원 라인은 해당 터치 센싱 기간에서 게이트 온 전압을, 나머지 기간에서 게이트 오프 전압을 공급하는 센서 게이트 라인이고;
상기 센서 전원 구동 회로는 상기 센서 게이트 라인을 스캐닝하는 센서 게이트 드라이버인 것을 특징으로 하는 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치. The method according to claim 9,
The sensor power line is a sensor gate line for supplying a gate on voltage in a corresponding touch sensing period and a gate off voltage in the remaining period;
And the sensor power supply driving circuit is a sensor gate driver scanning the sensor gate line.
상기 센서 전원 라인은 해당 터치 센싱 기간에서 제1 공통 전압을, 나머지 기간에서 상기 제1 공통 전압보다 낮은 제2 공통 전압을 공급하는 스캐닝 전원 라인이고,
상기 센서 전원 구동 회로는 상기 스캐닝 전원 라인을 스캐닝하는 스캐닝 전원 회로인 것을 특징으로 하는 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치.The method according to claim 9,
The sensor power line is a scanning power line for supplying a first common voltage in a corresponding touch sensing period and a second common voltage lower than the first common voltage in the remaining period.
And the sensor power supply driving circuit is a scanning power supply circuit for scanning the scanning power supply line.
상기 게이트 드라이버 및 데이터 드라이버는 데이터 기록 기간에서 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인을 구동하고;
상기 센싱 전원 회로는 터치 센싱 기간에서 상기 센싱 전원 라인을 구동하는 것을 특징으로 하는 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치.The method according to claim 9,
The gate driver and the data driver drive the gate line and the data line in a data write period;
And the sensing power circuit drives the sensing power line during a touch sensing period.
한 프레임을 상기 데이터 기록 기간과 상기 터치 센싱 기간으로 분할 구동하는 것을 특징으로 하는 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치. The method according to claim 13,
And dividing and driving one frame into the data recording period and the touch sensing period.
한 프레임을 다수의 수평기간 단위로 분할하여 상기 데이터 기록 기간과 상기 터치 센싱 기간이 상기 다수의 수평기간마다 교번되도록 구동하는 것을 특징으로 하는 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치.The method according to claim 13,
And dividing one frame into units of a plurality of horizontal periods so that the data writing period and the touch sensing period are alternated for each of the plurality of horizontal periods.
데이터 기록 기간에서, 게이트 라인 및 데이터 라인을 구동하여 다수의 화소에 데이터를 저장하고 각 화소의 액정층에 상기 데이터에 따른 수평 전계를 인가하는 단계와;
터치 센싱 기간에서, 다수의 화소 사이마다 형성된 터치 센서를 구동하여 상기 액정 표시 장치의 상부 기판을 터치하는 터치 물체와 상기 터치 센서 사이에 형성된 정전 용량에 따라 터치를 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치의 구동 방법.In the driving method of the liquid crystal display device with a built-in touch sensor,
Driving a gate line and a data line in a data writing period, storing data in a plurality of pixels and applying a horizontal electric field according to the data to the liquid crystal layer of each pixel;
In the touch sensing period, driving a touch sensor formed between the plurality of pixels to sense a touch according to a capacitance formed between the touch object touching the upper substrate of the liquid crystal display and the touch sensor. Method of driving a liquid crystal display device with a built-in touch sensor.
상기 터치 센서는
상기 액정 표시 장치의 하부 기판 상에 형성되어 상기 터치 물체와 센싱 커패시터를 형성하기 위한 센싱 전극과;
상기 센싱 전극과 센서 전원 라인 사이에 형성된 커패시터와;
상기 센싱 전극의 제어에 응답하여 공통 라인과 상기 센서 전원 라인 중 어느 하나와 리드아웃 라인 사이의 전류 패스를 형성하여, 상기 센싱 전극에서 상기 터치를 감지하면 상기 센싱 신호를 상기 리드아웃 라인으로 출력하는 센서 박막 트랜지스터와;
상기 게이트 라인과 상기 센서 전원 라인 중 어느 하나와 상기 센싱 전극 사이에 접속된 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치의 구동 방법.The method according to claim 16,
The touch sensor is
A sensing electrode formed on the lower substrate of the liquid crystal display to form the touch object and a sensing capacitor;
A capacitor formed between the sensing electrode and a sensor power line;
In response to the control of the sensing electrode to form a current path between any one of the common line and the sensor power line and the lead-out line, when the sensing electrode detects the touch outputs the sensing signal to the lead-out line A sensor thin film transistor;
And a diode connected between any one of the gate line and the sensor power line and the sensing electrode.
상기 센서 박막 트랜지스터는, 상기 센싱 커패시터와 상기 커패시터의 직렬 커플링에 의한 상기 센서 전극의 전압의 가변에 응답하여 상기 센싱 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치의 구동 방법.18. The method of claim 17,
The sensor thin film transistor is configured to output the sensing signal in response to a change in the voltage of the sensor electrode due to the series coupling of the sensing capacitor and the capacitor.
상기 센서 전원 라인은 해당 터치 센싱 기간에서 게이트 온 전압을, 나머지 기간에서 게이트 오프 전압을 공급하는 센서 게이트 라인인 것을 특징으로 하는 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치의 구동 방법. 18. The method of claim 17,
And the sensor power line is a sensor gate line for supplying a gate-on voltage in a corresponding touch sensing period and a gate-off voltage in a remaining period.
상기 센서 전원 라인은 해당 터치 센싱 기간에서 제1 공통 전압을, 나머지 기간에서 상기 제1 공통 전압보다 낮은 제2 공통 전압을 공급하는 스캐닝 전원 라인인 것을 특징으로 하는 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치의 구동 방법.18. The method of claim 17,
The sensor power line may be a scanning power line for supplying a first common voltage in a corresponding touch sensing period and a second common voltage lower than the first common voltage in the remaining period. Driving method.
한 프레임을 상기 데이터 기록 기간과 상기 터치 센싱 기간으로 분할 구동하는 것을 특징으로 하는 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치의 구동 방법. The method according to claim 16,
And dividing and driving one frame into the data recording period and the touch sensing period.
한 프레임을 다수의 수평기간 단위로 분할하여 상기 데이터 기록 기간과 상기 터치 센싱 기간이 상기 다수의 수평기간마다 교번되도록 구동하는 것을 특징으로 하는 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치의 구동 방법.The method according to claim 16,
And dividing one frame into units of a plurality of horizontal periods so that the data writing period and the touch sensing period are alternated for each of the plurality of horizontal periods.
상기 공통 라인과 접속된 공통 전극을 형성하는 단계와;
상기 게이트 금속 패턴 및 공통 전극이 형성된 상기 기판 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계와;
상기 게이트 절연막 상에 상기 화소 박막 트랜지스터, 센서 박막 트랜지스터, 다이오드 각각의 반도체층을 형성하는 단계와;
상기 반도체층이 형성된 게이트 절연막 상에 데이터 라인과, 리드아웃 라인과 함께 상기 화소 박막 트랜지스터, 센서 박막 트랜지스터, 다이오드 각각의 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 데이터 금속 패턴을 형성하는 단계와;
상기 데이터 금속 패턴을 덮는 페시베이션막을 형성하고, 다수의 컨택홀을 형성하는 단계와;
상기 페시베이션막 상에 상기 컨택홀을 통해 상기 화소 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 접속되고 상기 공통 전극과 수평 전계를 형성하기 위한 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치의 제조 방법.Forming a gate metal pattern including a gate line, a common line, a sensing electrode, and a sensing power line on the substrate, the gate metal pattern including a gate electrode of each of a pixel thin film transistor, a sensor thin film transistor, and a diode;
Forming a common electrode connected to the common line;
Forming a gate insulating film on the substrate on which the gate metal pattern and the common electrode are formed;
Forming semiconductor layers of each of the pixel thin film transistor, the sensor thin film transistor, and the diode on the gate insulating film;
Forming a data metal pattern including a data line and a readout line on the gate insulating layer on which the semiconductor layer is formed, the data metal pattern including the pixel thin film transistor, the sensor thin film transistor, a source electrode and a drain electrode of each diode;
Forming a passivation film covering the data metal pattern and forming a plurality of contact holes;
Forming a pixel electrode connected to the drain electrode of the pixel thin film transistor through the contact hole on the passivation layer and forming a horizontal electric field with the common electrode; Method for manufacturing a display device.
상기 센서 전원 라인과 접속되고, 상기 센싱 전극과 커패시터를 형성하는 커패시터 전극을 상기 화소전극과 동시에 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치의 제조 방법. The method according to claim 23,
And forming a capacitor electrode connected to the sensor power line and forming the sensing electrode and the capacitor simultaneously with the pixel electrode.
상기 센서 박막 트랜지스터의 게이트 전극의 상기 센싱 전극과 접속되고, 소스 소스 전극은 상기 리드아웃 라인과 접속되며, 드레인 전극은 상기 공통 라인 및 상기 센서 전원 라인 중 어느 하나와 접속되고;
상기 다이오드의 게이트 전극 및 드레인 전극은 상기 센싱 전극과 접속되고, 상기 다이오드의 소스 전극은 상기 게이트 라인과 상기 센서 전원 라인 중 어느 하나와 접속되는 것을 특징으로 하는 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치의 제조 방법. The method according to claim 23,
A source electrode is connected to the lead-out line, and a drain electrode is connected to any one of the common line and the sensor power supply line;
The gate electrode and the drain electrode of the diode are connected to the sensing electrode, the source electrode of the diode is connected to any one of the gate line and the sensor power supply line of the liquid crystal display device with a built-in touch sensor Way.
상기 센싱 전극은 터치 센서별로 독립적으로 형성되고;
상기 리드아웃 라인은 상기 데이터 라인과 나란하며, 수직 방향으로 배열된 다수의 터치 센서와 접속되고;
상기 센서 전원 라인은 상기 게이트 라인과 나란하며, 수평 방향으로 배열된 다수의 터치 센서와 접속되는 것을 특징으로 하는 터치 센서가 내장된 액정 표시 장치의 제조 방법.The method according to claim 23,
The sensing electrode is formed independently for each touch sensor;
The lead-out line is parallel with the data line and connected to a plurality of touch sensors arranged in a vertical direction;
The sensor power supply line is parallel to the gate line and is connected to a plurality of touch sensors arranged in a horizontal direction.
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- 2010-06-25 KR KR1020100060843A patent/KR101675848B1/en active IP Right Grant
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