KR100943441B1 - 터치 입력장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신체를 포함한 터치수단의 접촉이나 접근을 감지하여 해당 위치에 대응하는 좌표신호를 발생시키는 터치 입력장치에 관한 것으로서, 광투과성 재료로 구성된 기판(30); 상기 기판(30)의 일면에 배치되며 위치검출신호 입출력을 위한 복수의 데이터신호선(32) 및 게이트신호 인가를 위한 복수의 게이트신호선(34); 상기 기판(30) 상에서 터치가 이루어지는 액티브영역을 복수개로 분할한 영역에 형성되며, 각 분할 영역 내에 설치되는 3단자형 스위칭소자(40)와 도전패드(50)를 포함하되, 상기 3단자형 스위칭소자(40)의 게이트단자는 상기 게이트신호선(34)에 접속되며 입출력단자 중 어느 한 단자는 상기 도전패드(50)에 접속되고 다른 한 단자는 상기 데이터신호선(32)에 접속되도록 구성되는 터치셀(60); 및 상기 게이트신호선(34)에 게이트신호를 인가하여 각 터치셀(60) 내의 스위칭소자(40)를 턴 온/오프하며, 상기 데이터신호선(32)에 위치검출신호를 인가하여 상기 도전패드(50)와 터치수단 사이에 형성되는 가상의 커패시터를 충전하고, 가상의 커패시터가 방전될 때 데이터신호선(32)으로 위치검출신호를 입수하여 터치신호를 획득하는 터치위치 검출부(70);를 포함하여 구성되며, 기판(30)의 굴곡 없이 터치수단의 접촉 또는 접근을 감지하여 터치 신호를 발생시키며, 멀티 터치 지점에 대한 인식이 가능하며, 단일 기판으로 제공되고 하나의 데이터신호선으로 위치검출신호를 송수신하여 구성품이 매우 간소하고 투과율 저하를 크게 개선할 수 있으며, 표시장치를 구성하는 기판의 일부로 사용 가능하여 터치패널의 실장에도 불구하고 표시장치를 박형화 설 계할 수 있는 효과를 갖는 것이다.

터치 입력장치, 터치셀, 스위칭소자, 도전패드, 커패시터, 멀티 터치

Description

터치 입력장치{Touch input device}

본 발명은 터치 입력장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판의 굴곡 없이 신체의 접촉 또는 접근을 감지하여 터치 신호를 발생시키고, 멀티 터치 지점에 대한 인식이 가능하며, 단일 기판으로 제공되어 표시장치를 구성하는 기판의 일부로 사용 가능한 새로운 구조의 터치 입력장치에 관한 것이다.

일반적으로, 터치 입력장치는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic Light Emitting Diode), AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode) 등의 표시장치 위에 부착되는 것으로서, 손가락이나 터치펜 등의 물체가 접촉될 때 해당 위치에 대응하는 신호를 발생시키는 입력장치의의 하나이다. 터치 입력장치는 소형 휴대단말기, 산업용 단말기, DID(Digital Information Device) 등 매우 폭넓은 분야에서 이용되고 있다.

종래 터치 입력장치는 다양한 유형이 개시되어 있으나, 제조공정이 간단하고 제조코스트가 저렴한 저항방식의 터치 입력장치가 가장 널리 이용되고 있다.

도 1은 저항방식 터치패널의 일예를 보여준다. 도 1을 참조하면, 표시장치(1)의 상면에 제1기판(3)과 제2기판(5)이 상호 대향 배치되며, 제1기판(3)의 상면과 제2기판(5)의 하면에는 각각 ITO(Indium Tin Oxide)같은 투명 도전체가 도포되어 도전층(7, 9)을 형성한다. 제1기판(3)의 상부에는 복수의 저항점(11)들이 형성되며, 도시하지 않았지만 제2기판(5)의 하부에도 이에 대응하여 저항점들이 형성된다.

도시된 바와 같이, 터치펜(17) 등의 물체가 제2기판(5)에 접촉되면, 제2기판(5)에 굴곡이 발생하면서 제2기판(5) 하면의 도전층(9)이 제1기판(3)의 상면의 도전층(7)에 접촉된다. 이때 도전층(7, 9)에 인가되는 전압은 해당 저항점(11)에서 얻어지는 저항에 의해 전압강하 되며, 저항값의 변화로 인해 검출된 전압이 AD컨버터(13)를 통해 디지털 신호로 변환되고, 변환된 신호가 CPU(15)에 전달되어 터치가 이루어진 지점의 좌표를 획득한다. 이와 같은 저항방식의 터치 입력장치는 제조공정이 간단하며, 코스트가 저렴하여 가장 널리 사용되는 터치 입력장치이다.

그러나, 이러한 저항방식의 터치 입력장치는 제2기판(5)의 굴곡을 이용하여 터치를 검출하기 때문에 제2기판(5)의 변형이 불가피하고, 그에 따르는 많은 문제점들에 노출되어 있다. 예컨대, 제2기판(5)으로 필름이 사용되는 경우, 필름의 표면에 스크래치가 발생하는 등으로 표시품질이나 내구성을 저하시키는 문제점이 발생된다. 다른 예로서, 제2기판(5)으로 글래스가 사용되는 경우, 굴곡성을 부여하기 위하여 글래스를 0.2~0.3mm의 두께로 갈아주거나 에칭하게 되는데, 이로 인해 구조적으로 취약해지며 장시간 사용시 크랙이 발생하는 등 수명이 단축되는 문제점이 발생된다.

또한, 기판(5)의 굴곡을 이용하여 터치를 인식하는 방법은 터치 압력이 낮아 제2기판(5)의 굴곡이 약한 경우 터치 지점에 대한 인식이 불가능하며, 때때로 터치 신호를 손실하는 문제점을 갖고 있다.

저항방식의 다른 문제점은 2장의 기판(3, 5)이 사용되며, 각 기판(3, 5)의 전체 영역에 걸쳐 ITO 등이 도포된다는 점이다. 이와 같이 2장의 기판(3, 5)을 이용하고 다층의 ITO가 도포되면, 터치패널의 투과율이 저하되고 이는 곧 표시장치의 표시품질을 저하시키는 원인으로 작용한다. 또한, 2장의 기판(3, 5)을 사용함에 따라 기판(3, 5)들의 이격을 위한 스페이서의 설치가 불가피하며, 이는 공정을 복잡하게 하여 공정비용 상승 및 수율을 저하시키는 요인이 된다.

나아가서, 종래 터치 입력장치는 패널 상에서 복수의 지점이 동시에 터치되는 멀티 터치를 인식할 수 없는 문제점이 있다. 예컨대, 두 손가락으로 터치를 하는 경우, 전자칠판 상에서 동시에 다자가 판서를 하는 경우 등과 같이 멀티 터치가 발생하는 경우, 멀티 터치의 인식이 안 되거나 오작동하는 문제점이 발생한다.

그 밖에도, 종래 저항방식의 터치 입력장치는 터치를 아날로그 신호로 감지함에 따라 고가의 AD컨버터(13)가 필요하게 되며 신호처리 과정에서 시간지연이 발생되고, 저항점들에 대항 영점 조정이 반드시 필요하며, 대형의 표시장치(1)에는 적용하기 곤란한 등의 제반 문제점들을 갖고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 터치 입력장치의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 단일기판에 3단자형 스위칭소자와 도전패드를 이용하여 터치셀을 형성하고 도전패드에 터치수단이 접촉 또는 접근될 때 가상의 커패시터를 발생시켜 가상의 커패시터의 충방전 특성을 이용하여 터치신호를 획득하도록 구성하되, 하나의 데이터신호선으로 위치검출신호를 송수신하도록 구성함으로써, 궁극적으로는 터치패널의 투과율을 크게 향상시켜 표시장치와 결합시 표시장치의 표시품질을 좋게 하며, 기판의 굴곡 및 도전패드의 손상에 의한 수명 단축을 방지하고, 터치패널이 표시장치를 구성하는 기판의 일부로 이용되어 터치패널의 설치에도 불구하고 표시장치의 박형화를 가능하게 하며, 기존에 양산성 및 제품 신뢰성이 검증된 표시장치의 제조공정을 이용할 수 있어 제조코스트가 매우 저렴하고 양산제작이 용이한 터치 입력장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 표시장치에 본 발명의 터치 입력장치가 설치될 때, 표시장치의 신호선들과 터치 입력장치의 신호선들 사이의 신호 간섭에 의한 모아레 현상이 발생하는 것을 방지하기 위한 몇가지 실시예들을 제공함에 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 검출된 터치신호를 메모리수단에 저장하여 신호 처리량이 많아 터치 신호가 누락되는 경우, 메모리에 저장된 신호를 호출하여 인식할 수 있도록 하여 신호의 손실을 방지함에 또 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 터치 입력장치는, 신체를 포함한 터치수단의 접촉 또는 접근을 감지하여 해당 위치에 대응하는 좌표신호를 발생시키는 터치 입력장치에 있어서, 광투과성 재료로 구성된 기판(30); 상기 기판(30)의 일면에 배치되며 위치검출신호 입출력을 위한 복수의 데이터신호선(32) 및 게이트신호 인가를 위한 복수의 게이트신호선(34); 상기 기판(30) 상에서 터치가 이루어지는 액티브영역을 복수개로 분할한 영역에 형성되며, 각 분할 영역 내에 설치되는 3단자형 스위칭소자(40)와 도전패드(50)를 포함하되, 상기 3단자형 스위칭소자(40)의 게이트단자는 상기 게이트신호선(34)에 접속되며 입출력단자 중 어느 한 단자는 상기 도전패드(50)에 접속되고 다른 한 단자는 상기 데이터신호선(32)에 접속되도록 구성되는 터치셀(60); 및 상기 게이트신호선(34)에 게이트신호를 인가하여 각 터치셀(60) 내의 스위칭소자(40)를 턴 온/오프하며, 상기 데이터신호선(32)에 위치검출신호를 인가하여 상기 도전패드(50)와 터치수단 사이에 형성되는 가상의 커패시터를 충전하고, 가상의 커패시터가 방전될 때 데이터신호선(32)으로 위치검출신호를 입수하여 터치신호를 획득하는 터치위치 검출부(70);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 터치위치 검출부(70)는 상기 게이트신호선(34) 각각에 순차적으로 스캔신호를 인가하되, 각각의 스캔신호는 위치검출신호 입력구간(Ti)과 위치검출신호 검출구간(Td)을 갖는다.

보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 각각의 스캔신호는 위치검출신호 입력구간(Ti)과 위치검출신호 검출구간(Td) 사이에 리셋신호구간(Tr)을 포함한다.

보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 터치위치 검출부(70)는 위치검출신호 입력구간(Ti)과 동기하여 데이터신호선(32)을 통해 위치검출신호(D1~D3)를 인가하며, 위치검출신호 검출구간(Td)과 동기하여 데이터신호선(32)을 통해 위치검출신호(S1~S3)를 수신한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 터치위치 검출부(70)는 데이터신호선(32)으로 위치검출신호를 입력하는 입력신호처리부(71a), 데이터신호선(32)으로부터 위치검출신호를 수신하는 출력신호처리부(71b), 데이터신호선(32)의 연결을 상기 입력신호처리부(71a) 또는 출력신호처리부(71b)로 절환하는 신호절환부(71c)를 더 포함한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 스위칭소자(40)의 상부에는 광차폐층이 형성된다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 기판(30)의 일면에는 상기 터치셀(60)을 보호하는 투명절연층(65)이 코팅된다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 기판(30)의 하부에 확산시트(90)가 더 설치된다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 터치위치 검출부(70)는 상기 터치셀(60)의 좌표값에 대응하는 주소들을 갖는 메모리수단(75)을 더 포함하며, 데이터신호선(32)으로부터 위치검출신호가 수신되면 대응 터치셀(60)의 좌표값이 메모리수단(75)의 대응 주소에 저장된다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 기판(30)의 일면에는 복수의 보조신호선(36)이 더 배치되고, 상기 각 터치셀(60)은 상기 도전패드(50)와 보조신호선(36) 사이에 접속되는 커패시터(55)를 더 포함한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 터치 입력장치는 표시장치(20)의 상면에 설치되거나 표시장치(20) 내부에 설치된다.

보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 기판(30)은 표시장치(20) 내에서 표시장치(20)를 구성하는 기판이다.

보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 데이터신호선(32) 및 게이트신호선(34)은 상기 표시장치(20)의 신호선에 대해 사선방향으로 배치된다.

본 발명의 터치 입력장치에 따르면, 단일 기판 상에 데이터신호선 및 게이트신호선을 배선하고 터치가 이루어지는 액티브영역을 복수개로 분할하고 분할된 각 영역 내에 도전패드 및 3단자형 스위칭소자를 설치하여 터치셀을 형성하며, 각 터치셀에서 도전패드에 신체 또는 이와 유사한 터치수단이 접촉하거나 접근할 때 발생하는 가상의 커패시터의 충방전 특성을 이용하여 하나의 데이터신호선으로 터치위치를 검출하도록 구성함으로써, 신호선을 최소화하여 투과율을 크게 향상시키고 표시장치의 표시품질 저하를 크게 줄일 수 있음은 물론 구성품을 간소화하여 제조공정을 단축할 수 있으며, 터치 입력시 기판의 굴곡 없이도 터치 신호를 획득할 수 있어 기판에 가해지는 압력이 작아 장수명화를 기대할 수 있으며, 단일 기판으로 제공되며 기판의 이격을 위한 스페이서 등의 구성품이 불필요하여 패널을 보다 슬림하게 제조할 수 있음은 물론 표시장치를 구성하는 기판의 일부로 사용 가능하여 터치 입력이 가능한 표시장치를 매우 슬림하게 설계할 수 있으며, TFT 등과 같은 3단자형 스위칭소자를 이용하여 각 터치셀에서 획득되는 신호를 독립적으로 처리하여 멀티 터치에 대한 인식이 가능하며, LCD나 AMOLED 등에 의해 검증된 TFT기판의 제조공정을 이용하여 매우 높은 양산성 및 제품 신뢰성을 확보할 수 있으며, 위치검출신호가 디지털 방식의 신호로서 신호를 변환하는 부가의 과정이 불필요하며 반응속도가 매우 빠르고 노이즈나 기타 외부 환경요인에 의한 오작동을 방지할 수 있으며, 태양광 아래에서도 사용이 가능하고 영점조정 등이 불필요하며, 대형의 표시 장치에 사용되기에 적합한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 스위칭소자의 상부에 광차폐층을 형성하여 광에 반응하여 스위칭소자가 오작동하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 기판 상에 터치셀을 보호하는 투명절연층을 형성하거나 터치셀을 기판의 하면에 설치함으로써, 터치수단의 접촉에 의한 도전패드 등의 손상을 방지하고, 도전패드와 터치수단이 일정 거리 이격된 상태를 유지할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 기판의 하부에 확산시트를 설치하거나 기판의 신호선들을 표시장치의 신호선에 대해 사선 방향으로 배치함으로써 표시장치 상에 본 발명의 터치 입력장치가 설치될 때 신호선들의 간섭에 의해 물결무늬의 모양이 나타나는 모아레 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 위치검출신호를 메모리수단에 일시 저장하여, 터치위치 검출부에서의 신호 처리량이 많아 실시간으로 수신되는 위치검출신호를 인식하지 못할 경우 메모리수단에 저장된 신호를 호출하여 처리할 수 있으므로 신호의 손실을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 각 터치셀들에 추가로 커패시터를 더 설치하여, 가상의 커패시터와 추가로 설치된 커패시터가 복합되어 커패시터의 충방전 특성을 판단하고 결정하는 것이 용이하도록 함으로써, 터치신호를 보다 쉽게 획득할 수 있는 효과가 있다.

나아가서, 본 발명에서 사용되는 드라이브IC들은 LCD와 같은 표시장치의 소 스IC 혹은 종래 터치 입력장치에서 사용되는 AD컨버터 등과 달리 부하를 구동하지 않고 단지 신호의 송수신만 수행하게 되므로, IC 자체를 구동하기 위한 최소한의 소모전력만을 필요로 한다. 통상 휴대전화 등과 같은 휴대단말기는 휴대성을 향상시키는 중요한 요소로 소비전류의 최소화가 요구되며, 본 발명의 터치 입력장치는 휴대단말기에 적용될 경우, 다른 터치 입력장치에 비해 배터리 사용을 보다 연장시킬 수 있는 장점을 가진다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께나 영역을 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하였다. 층, 영역, 기판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상면" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

우선, 본 발명은 LCD, PDP, OLED 등의 표시장치 상면에 부가하여 설치되거나 표시장치의 일부로 사용되거나 또는 단독으로 사용되는 터치 입력장치에 관한 것으로서, 종래 2장의 기판을 이용하며 터치 압력에 의해 기판에 굴곡을 발생시켜 2장의 기판이 맞닿을 때 터치 신호를 획득하던 방식과 달리, 단일 기판 상에 TFT(Thin Film Transistor)와 같은 3단자형 스위칭소자 및 도전패드로 구성된 터치셀을 형성 하여 위치검출신호가 인가될 때, 신체를 포함한 터치수단이 기판에 접촉 또는 접근하여 도전패드와 가상의 정전용량을 형성하고 도전패드에 형성된 정전용량으로 인한 전압이나 전류를 감지하여 터치 신호를 획득하는 방식의 터치 입력장치에 관한 것이다. 이하 본 발명의 실시예에서는 전압을 검출하는 실시예에 대하여 설명한다.

본 발명에 따른 터치 입력장치는 기본적으로 단일 기판을 복수의 영역으로 분할하고, 분할된 각각의 영역에는 3단자형 스위칭소자와 이 스위칭소자의 입출력단자 중 어느 하나의 단자에 도전패드를 접속하여 단위 터치셀을 형성한다. 기판 상에는 복수의 게이트신호선 및 데이터신호선이 배치된다. 각각의 터치셀에서 3단자형 스위칭소자의 게이트단자(스위칭소자의 온/오프 제어단자)는 게이트신호선에 접속되고, 입출력단자 중 도전패드가 접속되지 않은 다른 하나의 단자는 데이터신호선에 접속된다. 예를 들어, 스위칭소자의 출력단자에 도전패드가 접속되면 입력단자는 데이터신호선에 접속된다. 이하에서 설명되는 실시예들에서 스위칭소자는"TFT"로 대체되어 설명될 수 있으며, 스위칭소자와 TFT에 대하여는 동일한 도면부호를 사용한다.

게이트신호선 및 데이터신호선은 각각 드라이브IC에 의해 제어된다. 게이트제어IC는 게이트신호선에 게이트신호를 인가하며, 데이터제어IC는 데이터신호선에 위치검출신호를 송수신한다. 두 개의 제어IC는 단일의 드라이브IC에 통합 설치될 수도 있다. 각 터치셀이 동작되는 기본적인 메커니즘은 다음과 같다. 각 터치셀의 도전패드는 신체 또는 이와 유사한 도전특성을 갖는 터치수단의 접촉 또는 접근에 의해 가상의 커패시터를 형성한다. 게이트제어IC가 게이트신호선을 통해 게이트신 호를 인가하면 스위칭소자가 턴 온 상태로 되며, 이때 데이터제어IC가 데이터신호선으로 위치검출신호를 인가하면 도전패드에 형성된 가상의 커패시터가 충전을 시작한다. 이와 유사하게 스위칭소자가 턴 온 상태에 있을 때, 도전패드에 형성된 가상의 커패시터가 방전을 실시하면 데이터신호선으로 위치검출신호가 출력된다. 본 발명의 터치 입력장치는 이와 같이 데이터신호선을 통해 입출력되는 위치검출신호를 이용하여 터치신호를 획득한다.

본 발명의 터치 입력장치는 LCD나 AMOLED 등의 디스플레이장치와 마찬가지로 기판 상에 신호선들을 배선하고 단위 터치셀(LCD 등에서는 단위 화소)에 TFT를 배치하는 등 이미 제품 신뢰성 및 양산성이 검증된 TFT기판의 제조공정을 차용하여 제조될 수 있다. 따라서, 보다 안정적인 제조공정 및 제품 신뢰성을 기대할 수 있다. 물론, 표시장치의 디스플레이패널과 터치패널은 외형적으로 유사할 뿐 실제 기능 및 작용은 서로 다르다. 또한, 본 발명의 터치 입력장치는 단일 기판 상에 형성되는 것으로서, 표시장치와 별도로 표시장치 상면에 설치될 수도 있겠으나, 표시장치 내부에 표시장치의 다른 구성품들과 함께 설치될 수도 있다. 일 예로서, LCD의 칼라필터기판 상면 또는 AMOLED의 봉지기판 상면에 본 발명의 터치 입력장치 구성품들이 설치될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 터치 입력장치의 구조를 보인 분해사시도로서, 기본적인 구조를 개략적으로 도시한 것이다. 본 발명에 따르면, 도시된 바와 같이 표시장치(20)의 상면에 단일 기판(30)으로 구성된 터치패널이 설치된다. 기판(30)은 글래스나 플라스틱 또는 필름 등 광투과성 재료로 구성된다. 도시된 바와 같이, 기 판(30)의 에지부에는 데이터신호선(32)의 위치검출신호를 송수신하는 데이터제어IC(71) 및 게이트신호를 인가하는 게이트제어IC(72)가 실장된다. 데이터제어IC(71) 및 게이트제어IC(72)는 도시된 바와 같이, 기판(30)의 에지부에 분산되어 설치될 수도 있으며, 기판의 일측 에지부에 통합되어 설치될 수도 있다. 또한, 데이터제어IC(71) 및 게이트제어IC(72)는 기판(30)의 에지부에 COF(Chip On Film) 또는 COG(Chip On Glass) 형태로 실장될 수 있다.

비록 도 2에서는 표시장치(20)의 상부에 본 발명에 따른 터치패널이 적층되는 것을 도시하였지만, 본 발명의 터치패널은 단일 기판(30)으로 구성되므로 표시장치(20)를 구성하는 기판의 일부로 사용하는 것도 가능하다. 이는 본 발명이 가지는 중요한 기술적 장점 중 하나이다.

도 3은 본 발명의 터치 패널이 표시장치를 구성하는 기판의 일부로 사용되는 실시예를 보여준다. 도 3에 도시된 표시장치는 능동형 유기발광 디스플레이장치(AMOLED)이다. AMOLED는 TFT기판(100) 위에 화소부(150)가 형성되고, 상기 TFT기판(100)에 봉지기판(200)을 실런트(170)(Sealant)에 의해 봉지시킨다. 여기서 상기 화소부(150)는 도시되지 않은 다수개의 게이트라인과 데이터라인이 서로 절연되어 교차하고, 상기 데이터라인과 평행하게 배열된 공통전원라인과, 상기 게이트라인과 데이터라인과 공통전원라인에 의해 형성되는 복수개 이상의 화소영역이 포함된다. 이러한 AMOLED의 구조에 있어서, 봉지기판(200)은 본 발명의 터치패널이 적용된 기판(30)으로 대체될 수 있다. 예컨대, 봉지기판(200)의 상부나 하부에는 본 발명의 터치셀(60)이 실장될 수 있다. 이처럼 표시장치(20)를 구성하는 기판이 본 발명의 터치패널로 이용될 경우, 표시장치 내에 터치패널을 설치함에도 불구하고 표시장치의 두께 증가분이 발생하지 않는다. 따라서, 터치 입력이 가능한 표시장치를 매우 슬림하게 설계할 수 있다.

이러한 구조에 있어서 터치위치 검출부(70)는 COG 형태로 봉지기판(200)의 에지부에 실장될 수 있다. 다른 예로서, 터치패널로 사용되는 봉지기판(200)에는 연성회로기판인 FPC나 COF가 연결되어 외부로부터 터치위치 검출부(70)의 신호가 전달 될 수 있다. 본 실시예에서는 AMOLED의 경우를 예로 하였으나, 본 발명의 터치패널은 TFT기판과 칼라필터기판이 결합된 LCD 패널의 칼러필터기판으로 사용되어, 칼라필터의 외측 표면에 본 발명의 터치셀(60) 등이 실장될 수 있으며, PDP등의 표시장치의 기판으로 사용될 수도 있다.

도 4는 본 발명에서 도전패드에 손가락이 접근했을 때 도전패드와 신체 사이에 가상의 커패시터가 형성되는 예를 보여준다. 도 4를 참조하면, 손가락(25)이 도전패드(50)에 접근할 때, 손가락(25)과 도전패드(50)가 d의 간격을 가지며 A라는 면적으로 대향한다면, 도 4의 우측 등가회로 및 수식에서 보여지듯이 손가락(25)과 도전패드(50) 사이에는 정전용량 C가 형성된다. 이때, 대지는 신체에 대해 가상의 접지(Ground) 역할을 한다.

일실시예로서, 신체가 도전패드(50)에 접촉할 때, 10~20pF의 정전용량이 형성되며, 신체가 도전패드(50)에 비접촉 상태로 접근할 경우 도전패드(50)와 신체 사이의 유전율 e인 물체의 유전율에 따라 2~5pF의 정전용량이 형성될 수 있다. 본 실시예는 이와 같은 도전패드(50)와 신체 사이에 형성되는 정전용량특성을 이용하 여 신체 또는 이와 유사한 도전특성을 갖는 터치수단이 도전패드(50)에 가볍게 접촉하거나 접근하는 터치를 인식한다.

본 발명의 실시예에서, 도전패드(50)와 신체사이에는 일정거리를 유지하여 터치가 발생하므로 신체의 "접근"이라는 용어를 사용하였다. 만약, 터치셀(60)이 기판(30)의 하면에 설치된다면, 기판(30) 상면에 손가락(25)이 접촉되는 경우 손가락(25)은 도전패드(50)로부터 이격된 상태를 유지한다. 이 경우 손가락(25)은 도전패드(50)와는 이격되나 기판(30)에 대하여는 접촉되고 있으므로 "접촉"이라는 용어도 동시에 사용하였다.

도 5는 기판(30) 상에 터치셀(60)이 형성된 일예를 개략적으로 보인 구성도이며, 도 6은 단위 터치셀의 구성예를 보인 도면이며, 도 7은 도 6에 도시된 단위 터치셀을 Ⅰ-Ⅰ' 선을 따라 절단한 상태를 보인 단면도이다. 이 세 도면을 참조하여 본 발명의 기본적인 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 이하의 실시예에서 데이터신호선(32)을 통해 도전패드(50)에 인가되는 위치검출신호는 "입력위치검출신호(D1~D3)"라고 하였으며, 도전패드(50)에서 데이터신호선(32)으로 출력되는 위치검출신호는 "출력위치검출신호(S1~S3)"로 명명하였으며, 두 개의 신호를 통틀어"위치검출신호(D1/S1~D3/S3)"로 명명하였다.

도 5와 도 6를 참조하면, 기판(30)의 일면에는 복수의 데이터신호선(32) 및 게이트신호선(34)이 배치된다. 데이터신호선(32)은 위치검출신호를 송수신하기 위한 라인이며, 게이트신호선(34)은 스위칭소자(40)의 온/오프를 제어하는 게이트신호를 인가하는 라인이다. 도시된 실시예에서는 데이터신호선(32)과 게이트신호 선(34)이 교차 배선된 것을 예시하였지만, 이는 단지 본 발명의 이해를 돕기 위해 도시한 것일 뿐이며, 데이터신호선(32)과 게이트신호선(34)은 나란하게 배선될 수도 있으며, 사선 형태로 배선될 수도 있다.

도 6을 참조하면, 단위 터치셀(60) 각각은 3단자형 스위칭소자(40)와 도전패드(50)를 포함한다. 3단자형 스위칭소자(40)는 바람직하게는 TFT이다. TFT는 게이트단자에 게이트신호를 인가하여 소자를 턴 온/오프 제어하는 것이 용이하여, 신호의 흐름 및 간섭을 안정적으로 차단할 수 있는 장점이 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 각 터치셀(60)에서 TFT(40)의 게이트단자(44)는 게이트신호선(34)에 접속되고, 소스단자(42)는 데이터신호선(32)에 접속되며 드레인단자(43)는 도전패드(50)와 접속된다. 각각의 단자, 신호선, 도전패드 등이 상호 접속되는 부분에서는 ITO 등을 이용한 contact 공정의 컨택홀(45)이 사용된다.

본 실시예에서 TFT(40)의 소스단자(42)와 드레인단자(43)는 3단자형 스위칭소자의 입력단자 및 출력단자를 의미한다. 도 6의 실시예와 달리, 각 터치셀(60)은 TFT(40)의 소스단자(42)가 도전패드(50)에 접속되고, 드레인단자(43)가 데이터신호선(32)에 접속되도록 구성될 수도 있다.

도 7을 참조하면, TFT(40)의 게이트단자(44)가 게이트신호선(34)에 접속되고, 소스단자(42)가 데이터신호선(32)에 접속되며 드레인단자(43)가 도전패드(50)에 접속된 층 구성을 볼 수 있다. 도시된 바와 같이, TFT(40)는 게이트단자(44)와 중첩되고 소스단자(42) 및 드레인단자(43) 사이에 채널을 형성하는 활성층(48)을 구비한다. 활성층(48)은 소스단자(42) 및 드레인단자(43)에 중첩되게 형성된다. 활 성층(48) 위에는 소스단자(42) 및 드레인단자(43)와의 오믹(Ohmic) 접촉을 위한 오믹접촉층(49)이 더 형성된다. 활성층(48)은 아몰퍼스실리콘(A-si) 또는 폴리실리콘(P-Si)으로 형성된다.

게이트단자(44) 상면에는 게이트절연막(46)이 형성되며, 소스단자(42)와 드레인단자(43) 상면에는 보호막(47)이 형성된다. 도전패드는 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube) 등의 투명한 도전물질로 형성된다. 그리고 도전패드(50)와 TFT(40)의 드레인단자(43)를 접속하기 위해 ITO 등을 이용한 컨택홀(45)이 사용된다. 기판(30)의 상부에는 투명절연층(65)이 코팅되어 기판(30) 상면에 실장되는 구성품들을 보호한다. 만약, 각 구성품들이 기판(30)의 하면에 실장된다면 투명절연층(65)은 제거될 수도 있다.

한편, 도시하지는 않았으나, TFT(40)의 상면에는 광(Light)을 차단하기 위한 광차폐층이 설치될 수 있으며, 광차폐층은 TFT(40)의 소스단자(42)나 드레인단자(43)의 제조에 사용된 메탈, 게이트단자(44) 제조에 사용된 메탈, 또는, 불투과성 절연막 등으로 형성될 수 있다. 불투과성 절연막은 산화막이나 질화막 또는 절연성 폴리 실리콘막 등으로 형성할 수 있다. 이러한 광차폐층은 TFT(40)가 광에 반응하여 오작동하는 것을 방지한다.

또한, 데이터신호선(32)이나 게이트신호선(34), 후술하게 될 보조신호선(36)의 상면이나 하면에도 불투과성 절연막으로 이루어진 광차폐층이 형성될 수 있다. 상기 TFT(40) 상면에 불투과성 절연막으로 광차폐층을 형성하는 경우, 이 광차폐층 과 신호선들(32, 34, 36) 상면의 광차폐층이 동일한 마스크에 형성되어 동일한 공정에서 일시에 형성될 수 있다. 신호선들(32, 34, 36)에 대한 광차폐층은 신호선이 광을 반사시켜서 번쩍거림을 유발하는 등으로 시인성을 저하시키는 문제점과, 표시장치(20)의 명암비(콘트라스트)가 저하되는 문제점을 해결할 수 있다.

상기 광차폐층의 상부에는 다시 보호막(Passivation)을 형성할 수 있다. 보호막은 광차폐층의 외부층에 형성되는 질화막 또는 글라스(PSG)층으로서, 주로 물리적 강도의 증대나 외부 습기나 온도 등에 대한 내성 향상, 절연성 향상 등의 목적으로 형성된다.

상기 터치셀(60)은 패널 상에서 실제 터치가 이루어지는 액티브영역을 구획하여 형성되는 것으로서, LCD 등의 표시장치(20)에서 단위화소들이 매트릭스 형태로 배열되는 것과 마찬가지로 매트릭스 형태로 배열된다. 또한, 본 발명의 터치 패널은 표시장치(20)의 크기에 비례하는 것으로서, 터치셀(60)은 가능한 표시장치(20)의 단위화소가 갖는 분해능보다 정수비로 축소된 분해능으로 설계되는 것이 바람직하다. 이는 본 발명의 터치 패널이 안정되게 터치 신호를 획득하기 위해서는 가능한 도전패드(50)의 크기가 표시장치(20)의 단위화소보다 큰 것이 바람직하기 때문이다. 물론, 터치셀(60)은 표시장치(20)의 단위화소와 동일한 분해능이나 확대된 분해능으로 구성될 수도 있다.

이와 같이 터치셀(60)의 분해능이 표시장치(20)의 단위화소가 갖는 분해능과 동일하거나 정수비로 축소되면, 터치패널의 데이터신호선(32) 및 게이트신호선(34)을 LCD나 AMOLED의 게이트라인 및 데이터라인과 동일한 수직선상에 위치시킬 수 있 으며, 이는 터치패널의 투과율을 높여 표시장치(20)의 표시품질을 향상시키고, 표시장치(20)의 신호선과 터치패널의 신호선간 간섭에 의해 물결무늬가 나타나는 모아레 현상을 방지할 수 있다.

도 8과 도 9에 도시된 실시예는 모아레 현상을 방지하는 다른 방법을 제공한다. 도 8을 참조하면, 기판(30)의 하부에는 확산시트(90)가 더 설치될 수 있다. 이처럼 기판(30)의 하부에 확산시트(90)를 설치하면, 표시장치(20)의 표시부(예컨대, 액정층 또는 유기발광층)와 터치패널 사이에 확산시트(90)가 위치하게 되며, 표시장치(20)의 신호선 배선과 터치패널의 신호선 배선이 수직으로 동일선상에 위치하지 않아도 확산시트(90)의 확산효과에 의해 모아레 현상을 방지할 수 있다.

도 9는 표시장치의 신호선과 터치패널의 신호선이 어긋나게 설치되어 모아레 현상을 방지하는 실시예를 보여준다. 도 9을 참조하면, 종횡으로 도트 표시된 배선은 표시장치의 신호선이다. 예를 들어, 도 9의 도트 표시 배선은 LCD의 TFT기판에 배선되는 횡방향의 게이트라라인과 종방향의 소스라인을 보여준다. 도 9의 실시예를 참조하면, 터치패널을 구성하는 데이터신호선(32)과 게이트신호선(34)가 표시장치(20)의 신호선에 대해 사선 방향으로 배치된다. 이와 같이, 터치패널의 신호선들이 소정의 각도를 갖도록 경사지게 배선되면, 표시장치(20)의 신호선들과는 어긋난 방향으로 배치된다. 즉, 표시장치(20)의 신호선과 터치패널의 신호선이 서로 동일한 방향이 없도록 배선된다. 따라서 중첩되는 동일방향의 신호선 끼리의 광간섭에 의해 발생하는 모아레 현상을 방지할 수 있다. 만일, 표시장치(20)의 신호선들이 사선으로 배치되었으면 터치패널의 신호선들이 직선방향으로 배치될 것이다.

다시 도 5을 참조하면, 터치셀(60)이 3X3의 분해능으로 도시되어 있음을 알 수 있다. 실제로는 터치셀(60)이 매우 높은 분해능으로 배치될 것임에도 불구하고, 도 5에서 3X3의 분해능으로 터치셀(60)을 도시한 것은 본 발명의 이해를 돕기 위해 가정하여 예시한 것에 불과하다. 후술되는 실시예들도 터치셀(60)이 3X3의 분해능으로 배열되는 것을 예시하여 설명하기로 한다.

도 10은 본 발명의 시스템 구성을 예시한 블록도이다. 이를 참조하면, 기판(30)의 일측 에지부 또는 외부에는 터치위치 검출부(70)가 설치된다. 도시한 바와 같이, 터치위치 검출부(70)는 데이터제어IC(71), 게이트제어IC(72), 타이밍 제어부(73), 신호처리부(74), 메모리수단(75) 등으로 구성되며 전원부(76)가 추가될 수 있다. 전원부(76)는 입력위치검출신호(D1~D3)의 전원 및 게이트신호(SW1~SW3)를 구성하는 하이나 로우전압 등을 생성한다. 그리고 터치위치 검출부(70)에서 획득한 터치신호는 CPU(80)로 전달되어 해당 좌표에 대응하는 입력신호를 생성한다.

상기 게이트제어IC(72)는 게이트신호선(34)에 스위칭소자(40)의 온/오프를 위한 게이트신호(SW1~SW3)를 인가하고, 데이터제어IC(71)는 데이터신호선(32)을 이용하여 위치검출신호(D1/S1~D3/S3)를 송수신한다. 앞서 언급한 바와 같이, 이 데이터제어IC(71) 및 게이트제어IC(72)는 COG 또는 COF 형태로 기판(30)의 일측 에지부에 실장 되기도 하며, 기판(30)의 외부에 존재하며 연성회로기판을 이용하여 기판(30)에 신호를 공급할 수 있다.

바람직하게는, 게이트제어IC(72)는 게이트신호선(34) 각각에 순차적으로 스캔신호를 인가한다. 이를 위하여, 타이밍 제어부(73)는 일예로서 수십 ms 이하의 시분할 신호를 발생시키며, 신호처리부(74)는 타이밍 제어부(73)에서 제공되는 클록에 따라 도 11에 도시된 바와 같은 파형을 데이터제어IC(71) 및 게이트제어IC(72)측으로 제공한다.

게이트신호선(34)에 인가되는 로우(Low) 전압은 TFT(40)를 턴 오프 시키기에 충분한 전압이며, 일 실시예로 -5 ~ -10V가 사용된다. 하이(High) 전압은 TFT(40)을 턴 온 시키기에 충분한 전압이며, 일실시예로 12~18V가 사용된다.

도 11의 파형도를 참조하면, 게이트제어IC(72)는 "T"의 주기로 각각의 게이트신호선(34)에 스캔신호를 인가한다. 스캔신호는 각 게이트신호선(34)에 순차적으로 인가되며, 바람직하게는 각각의 스캔신호 사이에는 휴지구간이 존재한다. 한 주기의 스캔신호는 입력위치검출신호(D1~D3)를 입력하기 위한 위치검출신호 입력구간(Ti)과, 출력위치검출신호(S1~S3)를 검출하기 위한 위치검출신호 검출구간(Td)를 갖는다. 그리고 위치검출신호 입력구간(Ti)과 위치검출신호 검출구간(Td) 사에에는 리셋신호구간(Tr)이 포함된다. 도 11에서 SW3의 파형에서와 같이, 리셋신호구간(Tr)은 포함되지 않을 수도 있다. 다만, 이러한 경우에 있어 위치검출신호 입력구간(Ti)과 위치검출신호 검출구간(Td) 각각에는 입력위치검출신호(D1~D3)와 출력위치검출신호(S1~S3)가 동기되는 것이 바람직하다.

도시한 바와 같이, 위치검출신호 입력구간(Ti)에 게이트신호선(34)에 하이 전압이 인가되며, 해당 게이트신호선(34)에 접속된 TFT(40)들은 온 상태로 된다. 그리고 위치검출신호 입력구간(Ti)의 게이트신호(SW1~SW3)와 동기된 입력위치검출신호(D1~D3)가 데이터신호선(32)을 통해 인가된다. 예를 들어, 입력위치검출신 호(D1~D3)는 5V이다. 입력위치검출신호(D1~D3) 인가 후의 리셋구간에는, 게이트신호선(34)에 로우 전압이 인가되어 TFT는 오프상태로 전환된다. 그리고, 데이터신호선(32)을 통해서도 리셋신호가 인가된다. 데이터신호선(32)을 통해 인가되는 리셋신호는 출력위치검출신호(S1-S3)를 검출하기 전에 데이터신호선(32)의 전위를 특정 전위로 만들어주는 신호이며, 본 실시예에서는 0(zero)V의 전압이 인가되어 데이터신호선(32)을 0전위로 만들어준다.

도시한 바와 같이, 위치검출신호 검출구간(Td)에 위에서와 마찬가지로 게이트신호선(34)에 다시 하이 전압이 인가된다. 그리고, 터치위치 검출부(70)는 위치검출신호 검출구간(Td)의 게이트신호(SW1~SW3)와 동기된 출력위치검출신호(S1-S3)를 데이터신호선(32)으로 부터 수신한다. 만약, 위치검출신호 검출구간(Td) 동안, 어떤 출력위치검출신호(S1~S3)가 수신되지 않았다면, S1~S3의 상태는 로우상태이며, 터치가 발생하지 않았음을 의미한다.

만약, 도 5에서 중앙의 터치셀(60)에 손가락(25) 또는 도전체 등의 터치수단이 접근하여 가상의 커패시터를 형성하고 있는 상태에서 입력위치검출신호 D2가 인가되면, 터치수단과 도전패드(50) 사이에는 정전용량이 형성되고 도전패드(50)에 5V의 전압이 형성된다. 이어서 TFT(40)는 리셋신호구간(Tr) 동안 오프상태를 유지하므로 도전패드(50)에 형성된 전압은 리셋동안 5V의 크기를 유지한다, 리셋신호구간(Tr)에서 데이터신호선(32)의 전위는, 데이터신호선(32)에 인가된 로우의 리셋신호에 의해 0V의 크기가 된다. 이어서 위치검출신호 검출구간(Td)에서 TFT(40)가 턴 온 되면, 도전패드(50)에 형성된 5V의 전압이 데이터신호선(32)을 통해 방전되면 서, 데이터신호선(32)으로부터 출력위치검출신호 S2가 입수된다. 이에 따라, 터치위치 검출부(70)는 "SW2, S2"에 대응하는 터치신호를 획득한다. 즉, SW2 게이트신호가 발생될 때, S2 신호가 입수된다면, 이는 "SW2, S2" 좌표에서 터치가 이루어졌음을 의미한다.

도 11의 파형도에서 신호들의 과도응답 특성과 고유한 충방전 파형은 무시하였다. 그리고 본 실시예에서는 터치가 발생하였을 경우의 출력위치검출신호(S1-S3)의 상태를 하이로 표시하였으나, 이는 검출회로의 구성에 따라 로우로 변경될 수 있다. 다른 신호들 역시 검출회로의 구성에 따라 하이와 로우가 바뀔 수 있다.

한편, 터치패널의 상태에 따라, 스캐닝 된 게이트신호의 위치검출신호 입력구간(Ti), 리셋신호구간(Tr), 위치검출신호 검출구간(Td), 휴지구간, 및 도시하지 않았지만 스캔신호에 비해 입력위치검출신호(D1~D3)를 지연시켜 인가하는 타이밍 등은 가변적이므로, 이를 결정하는 수단이 필요하다.

도 12는 신호구간 및 신호 사이의 지연시간을 결정하는 수단의 일 실시예를 보인 구성도로서 레지스터(Register)가 사용된 경우이다. 도 12를 참조하면, R10은 레지스터의 어드레스로서, 레지스터 어드레스의 10번지에 위치함을 나타낸다. Input0~Input3은 위치검출신호 입력구간(Ti)의 폭을 결정하는 비트(Bit)이며, RST0~RST3은 리셋신호구간(Tr)의 폭을 결정하는 비트이다. 도 12의 실시예에서, Input0~Input3의 상태는 "1100", 즉 "HHLL"이므로, 도 12의 아래 테이블에서 이에 해당하는 입력위치검출신호(D1-D3)의 인가 타이밍은 130us가 될 것이다. 도 12에서는 비록 위치검출신호 입력구간(Ti)에 대한 예를 보였으나, 이와 같이 레지스터를 사용하여 신호구간을 결정하는 방법은 리셋신호구간(Tr), 위치검출신호 검출구간(Td), 휴지구간, 게이트신호와 입력위치검출신호(D1~D3)의 지연시간 등을 결정하는 용도로 사용될 수도 있다. 또한, 도시되지는 않았으나, 신호구간 및 신호 사이의 지연시간은 터치위치 검출부(70)에 인가되는 전압의 크기나 전류의 크기로 결정될 수도 있다.

한편, 본 발명의 터치 입력장치는 하나의 데이터신호선(32)으로 위치검출신호를 송수신하므로, 신호선의 배선을 줄이는 장점을 갖지만, 터치위치 검출부(70)에는 입력위치검출신호(D1~D3)와 출력위치검출신호(S1~S3)를 구분하여 처리하는 수단이 필요하다.

도 13은 본 발명에서 터치위치 검출부가 신호절환부를 이용하여 하나의 데이터신호선으로 위치검출신호를 송수신하는 예를 개념적으로 보여준다. 도시한 바와 같이, 데이터제어IC(71)는 입력신호처리부(71a), 출력신호처리부(71b), 신호절환부(71c)를 포함한다. 그리고 데이터신호선(32)의 말단에는 데이터신호선(32)의 연결을 입력신호처리부(71a) 또는 출력신호처리부(71b)로 선택적으로 절환하는 절환스위치(71d)가 설치된다. 데이터제어IC(71)는 신호절환부(71c)를 제어하여, 게이트신호의 위치검출신호 입력구간(Ti)에는 데이터신호선(32)과 입력신호처리부(71a)가 연결되도록 하며, 게이트신호의 위치검출신호 검출구간(Td)에는 데이터신호선(32)과 출력신호처리부(71b)가 연결되도록 한다. 이와 같은 입력신호처리부(71a), 출력신호처리부(71b), 신호절환부(71c) 등의 구성은 물리적 회로 구성을 가질 수도 있지만 소프트웨어적으로 구성될 수도 있다.

본 발명의 터치 입력장치는 많은 신호들을 처리하는 과정에서, CPU(80)가 "Busy" 상태일 경우, 위치검출신호를 인식하지 못하는 경우가 발생될 수 있다. 이미 인식하지 못한 터치 신호는 재생할 수 없으므로, 이는 신호를 잃어버리는 결과를 초래하여 터치 패널의 신뢰성 저하를 불러올 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 도 10에 도시한 바와 같이 터치위치 검출부(70)는 터치셀(60)의 개수 이상의 비트를 갖는 메모리수단(75)을 구비한다.

도 14는 메모리수단의 구성예를 보여준다. 바람직하게는, 메모리수단(75)은 도 14에 도시된 바와 같이, 터치셀(60)의 좌표값에 대응하는 절대주소를 갖는다. 본 실시예에서, 메모리수단(75)은 적어도 9비트의 용량을 가진다. 도 11의 파형도에서 터치위치 검출부(70)가 수신한 위치검출신호는 좌표값 "SW2, S2"로서, 도 14의 메모리수단(75)에서"m5" 주소에 저장된다. 이렇게 저장된 신호들은 신호처리부(74)에 의해 호출되어 이용될 수 있다. 예컨대, 터치위치 검출부(70)는 게이트신호선(34)에 인가되는 신호 전체를 1회 스캐닝한 후에, 메모리수단(75)을 읽어 누락된 신호가 있는지를 확인할 수 있을 것이다. 만약, 터치셀(60)의 분해능이 1366X768인 경우, 메모리수단(75)은 적어도 1049088비트 이상의 용량이 필요하며, 약 132k 바이트의 용량을 확보해야 한다.

도 15는 커패시터가 추가된 본 발명의 또 다른 실시예를 보인 구성도이다. 도 15를 참조하면, 기판(30)의 일면에는 보조신호선(36)이 더 배치된다. 도시한 바와 같이 도전패드(50)와 보조신호선(36) 사이에는 커패시터(55)가 설치된다. 본 실시예에서는 기판의 횡방향으로 보조신호선(36)이 추가되었으나, 보조신호선(36)은 기판의 종방향으로 배치될 수도 있다. 또한, 앞서 언급한 예에서와 같이 보조신호선(36)도 표시장치의 신호선에 대해 사선 방향으로 배치되어 모아레 현상을 회피할 수 있으며, 보조선호선(36)의 상부나 하부에도 광차폐층이 설치될 수 있다. 보조신호선(36)에 인가되는 신호(AUX1-AUX3)는, 일 실시예로 0(Zero)V의 전위를 갖는 그라운드 전위이다.

도 15와 같은 구성에 있어서, 터치 발생시 도전패드(50)에 형성된 가상의 커패시터와 추가된 커패시터(55)의 연결에 의해, 해당 터치셀(60)에서의 충전시간은 터치가 발생하지 않은 터치셀(60)의 충전시간보다 길어진다. 따라서 터치가 이루어진 터치셀(60)의 복합 커패시터에 전하가 충전되고 있는 특정 시점에서, 터치가 발생하지 않은 터치셀(60)의 복합 커패시터와의 충전상태를 비교하면, 터치가 이루어진 터치셀(60)의 충전전위가 상대적으로 낮을 것이다. 또한 터치가 이루어진 터치셀(60)에서의 복합 커패시터의 방전시간은 터치가 발생하지 않은 터치셀(60)에서의 방전시간보다 길어진다. 도 15의 실시예에서는 이와 같이 추가된 커패시터(55)에 의한 충방전 특성비교를 이용하여 터치 유무를 판단할 수 있다.

도시하지는 않았으나, 터치위치 검출부(70)에는 비교기나 타이머가 내장될 수 있으며, 내장된 비교기나 타이머를 이용하여 위치검출신호(D1/S1~D3/S3)의 충방전 전압의 크기나 충방전 시간을 검출하여 터치 유무를 결정할 수 있다.

본 발명의 터치 입력장치는 신체 등의 터치수단을 도전패드(50)에 대해 비접촉 방식으로 터치하여 터치신호를 획득할 수 있다. 이러한 비접촉 방식의 터치를 제공하는 것은 도전패드(50)를 포함한 터치셀(60)을 외부의 충격 등에 의한 손상으 로부터 안정적으로 보호하여 내구성을 향상시키고 장수명화를 기대할 수 있는 매우 큰 기술적 장점을 제공한다. 앞서 언급한 바와 같이 도전패드(50)를 포함한 터치셀(60)은 투명절연층(65)에 의해 보호될 수 있다. 또한, 도전패드(50)가 기판(30)의 배면에 위치하도록 설계함으로써 터치셀(60)의 상면에 투명절연층(65)을 코팅하지 않고도 도전패드(50)를 보호할 수 있다. 이러한 배면 설계방식은 투명절연층(65)의 코팅공정을 제거하여 공정비용을 다운시키는데 기여할 것이다.

본 발명의 다른 기술적 장점은 단일 기판에 설치된다는 점이며, 이는 장치를 매우 슬림하게 하는데 크게 이로울 것이다. 또한, 본 발명의 터치 입력장치는 각 터치셀(60)에 TFT(40)를 설치하고 TFT(40)에 게이트신호를 인가하여 스위칭동작에 의해 터치위치를 검출함으로써, 멀티 터치에 대한 인식이 가능하다. 나아가서, 본 발명의 터치 입력장치는 하나의 데이터신호선(32)을 이용하여 위치검출신호를 송수신하고, 입력위치검출신호(D1~D3)와 출력위치검출신호(S1~S3)를 구분하여 인식함으로써, 구성품이 간소화되고 신호의 구분이 용이하며 멀티 터치를 보다 안정적으로 인식할 수 있는 기술적 장점을 갖는다.

그 밖에도, 본 발명에 따르면, 디지털신호를 사용함으로써 신호의 신속한 처리가 가능하고, 각 터치셀이 절대좌표를 가지므로 영점조정이 필요 없으며, LCD등의 TFT 기판 제조공정을 이용하여 양산성을 확보하고 제조코스트를 크게 절감할 수 있고, 표시장치를 이루는 기판의 일부로 사용될 수 있으므로 표시장치의 투과율이 상승되며 표시장치를 슬림하게 구성할 수 있다. 또한, 본 발명은 다양한 실시예로 표시장치와의 신호간섭에 의한 모아레 현상을 회피하는 방법들을 제공한다.

이상 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

도 1은 종래 저항 방식의 터치패널을 보인 단면 구성도

도 2는 본 발명에 따른 터치 입력장치의 구조를 보인 분해사시도

도 3은 본 발명의 터치패널이 AMOLED의 봉지기판으로 사용되는 예를 개념적으로 묘사한 단면도

도 4는 본 발명에서 도전패드에 가상의 커패시터가 형성되는 예를 보인 도면

도 5는 본 발명의 기본적인 구성을 개략적으로 보인 구성도

도 6은 단위 터치셀의 구성예를 보인 평면구성도

도 7은 도 6에 도시된 Ⅰ-Ⅰ' 선을 따라 자른 단면도

도 8은 확산시트가 설치된 예를 보인 분해사시도

도 9는 모아레를 제거하기 위한 신호선의 배선예를 보인 구성도

도 10은 본 발명의 시스템 구성을 예시한 블록도

도 11은 도 10의 실시예에서 터치신호를 인식하는 예를 보인 파형도

도 12는 신호구간 및 신호사이의 지연시간을 결정하는 예를 보인 구성도

도 13은 신호절환부의 구성예를 개념적으로 묘사한 구성도

도 14는 메모리 수단의 일실시예를 보인 블럭도

도 15는 커패시터가 추가된 본 발명의 또 다른 실시예를 보인 구성도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20 : 표시장치 25 : 손가락

30 : 기판 32 : 데이터신호선

34 : 게이트신호선 36 : 보조신호선

40 : 스위칭소자(TFT) 42 : 소스단자

43 : 드레인단자 44 : 게이트단자

45 : 컨택홀 46 : 게이트절연막

47 : 보호막 48 : 활성층

49 : 오믹접촉층 50 : 도전패드

55 : 커패시터 60 : 터치셀

65 : 투명절연층 70 : 터치위치 검출부

71 : 데이터제어IC 71a : 입력신호처리부

71b : 출력신호처리부 71c : 신호절환부

71d : 절환스위치 72 : 게이트제어IC

73 : 타이밍 제어부 74 : 신호처리부

75 : 메모리수단 76 : 전원부

80 : CPU 90 : 확산시트

100 : TFT 기판 150 : 화소부

170 : 실런트 200 : 봉지기판

Claims (13)

1. 신체를 포함한 터치수단의 접촉 또는 접근을 감지하여 해당 위치에 대응하는 좌표신호를 발생시키는 터치 입력장치에 있어서,

   광투과성 재료로 구성된 기판(30);

   상기 기판(30)의 일면에 배치되며 위치검출신호 입출력을 위한 복수의 데이터신호선(32) 및 게이트신호 인가를 위한 복수의 게이트신호선(34);

   상기 기판(30) 상에서 터치가 이루어지는 액티브영역을 복수개로 분할한 영역에 형성되며, 분할된 각각의 영역에는 상기 터치수단이 소정 거리(d)로 이격될 때 터치수단과의 사이에서 정전용량을 형성하는 도전패드(50)와, 상기 게이트신호선(34)에 게이트단자가 접속되며 입출력단자 중 어느 한 단자는 상기 데이터신호선(32)에 접속되고 다른 한 단자는 상기 도전패드(50)에 접속되는 3단자형의 스위칭소자(40)를 구비한 터치셀(60); 및

   상기 게이트신호선(34)에 게이트신호를 인가하여 각 터치셀(60) 내의 스위칭소자(40)를 턴 온/오프하며, 상기 데이터신호선(32)에 위치검출신호를 인가하여 상기 도전패드(50)와 터치수단 사이에 형성되는 가상의 커패시터를 충전하고, 가상의 커패시터가 방전될 때 데이터신호선(32)으로 위치검출신호를 입수하여, 상기 도전패드(50)에 대한 비접촉 터치입력에 대응하는 터치신호를 획득하는 터치위치 검출부(70);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 터치 입력장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 터치위치 검출부(70)는 상기 게이트신호선(34) 각각에 순차적으로 스캔신호를 인가하되, 각각의 스캔신호는 위치검출신호 입력구간(Ti)과 위치검출신호 검출구간(Td)을 갖는 것을 특징으로 하는 터치 입력장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 각각의 스캔신호는 위치검출신호 입력구간(Ti)과 위치검출신호 검출구간(Td) 사이에 리셋신호구간(Tr)을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 입력장치.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 터치위치 검출부(70)는 위치검출신호 입력구간(Ti)과 동기하여 데이터신호선(32)을 통해 위치검출신호(D1~D3)를 인가하며, 위치검출신호 검출구간(Td)과 동기하여 데이터신호선(32)을 통해 위치검출신호(S1~S3)를 수신하는 것을 특징으로 하는 터치 입력장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 터치위치 검출부(70)는 데이터신호선(32)으로 위치검출신호를 입력하는 입력신호처리부(71a), 데이터신호선(32)으로부터 위치검출신호를 수신하는 출력신호처리부(71b), 데이터신호선(32)의 연결을 상기 입력신호처리부(71a) 또는 출력신호처리부(71b)로 절환하는 신호절환부(71c)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 입력장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 스위칭소자(40)의 상부에는 광차폐층이 형성되는 것을 특징으로 하는 터치 입력장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 기판(30)의 일면에는 상기 터치셀(60)을 보호하는 투명절연층(65)이 코팅된 것을 특징으로 하는 터치 입력장치.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 기판(30)의 하부에 확산시트(90)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 터치 입력장치.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 터치위치 검출부(70)는 상기 터치셀(60)의 좌표값에 대응하는 주소들을 갖는 메모리수단(75)을 더 포함하며, 데이터신호선(32)으로부터 위치검출신호가 수신되면 대응 터치셀(60)의 좌표값이 메모리수단(75)의 대응 주소에 저장되는 것을 특징으로 하는 터치 입력장치.
10. 제 1항에 있어서,

    상기 기판(30)의 일면에는 복수의 보조신호선(36)이 더 배치되고, 상기 각 터치셀(60)은 상기 도전패드(50)와 보조신호선(36) 사이에 접속되는 커패시터(55)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 입력장치.
11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 터치 입력장치는 표시장치(20)의 상면에 설치되거나 표시장치(20) 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 터치 입력장치.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 기판(30)은 표시장치(20) 내에서 표시장치(20)를 구성하는 기판인 것을 특징으로 하는 터치 입력장치.
13. 제 11항에 있어서,

    상기 데이터신호선(32) 및 게이트신호선(34)은 상기 표시장치(20)의 신호선에 대해 사선방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 터치 입력장치.

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