KR101071151B1

KR101071151B1 - 터치 패널

Info

Publication number: KR101071151B1
Application number: KR1020090060087A
Authority: KR
Inventors: 이성호
Original assignee: 이성호
Priority date: 2009-07-02
Filing date: 2009-07-02
Publication date: 2011-10-10
Also published as: KR20100067025A

Abstract

본 발명은 신체를 포함한 터치수단의 접촉 또는 접근을 감지하여 해당 위치에 대응하는 좌표신호를 발생시키는 터치 패널에 관한 것으로서, 광투과성 재료로 구성된 기판(30); 상기 기판(30)의 일면에 배치되며 위치검출신호 입출력을 위한 복수의 제1신호선(32) 및 제2신호선(34); 상기 기판(30) 상에서 터치가 이루어지는 액티브영역을 복수개로 분할한 영역에 형성되며, 각 분할 영역 내에서 상기 제1신호선(32)과 제2신호선(34) 사이에 설치되는 3단자형 스위칭소자(40)와, 상기 스위칭소자(40)의 게이트단자에 접속되는 도전패드(50)를 구비한 터치셀(60); 및 상기 제1신호선(32)에 위치검출신호를 인가하고, 상기 도전패드(50)에 터치수단이 접촉되거나 접근될 때 상기 스위칭소자(40)의 상태변화에 따라 상기 제2신호선(34)으로 위치검출신호를 입수하여 대응 터치셀(60)의 좌표신호를 획득하는 터치위치 검출부(70);를 포함하여 구성되며, 기판(30)의 굴곡 없이 터치수단의 가벼운 접촉 또는 접근을 감지하여 터치 신호를 발생시키며, 멀티 터치 지점에 대한 인식이 가능하며, 단일 기판으로 제공되어 투과율 저하를 방지하며 경박단소화를 지향하여 표시장치 내에 설치 가능한 효과를 갖는 것이다.

터치 패널, 터치셀, 스위칭소자, 도전패드, 신호선, 커패시터, 멀티 터치

Description

터치 패널{Touch panel}

본 발명은 터치 패널에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판의 굴곡 없이 신체의 접촉 또는 비접촉을 감지하여 터치 신호를 발생시키고, 멀티 터치 지점에 대한 인식이 가능하며, 단일 기판으로 제공되어 표시장치 내에 설치 가능한 새로운 구조의 터치 패널에 관한 것이다.

일반적으로, 터치 패널은 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 펜 등의 물체가 접촉될 때 해당 위치에 대응하는 신호를 발생시키는 입력장치의의 하나이다. 터치 패널은 소형 휴대단말기, 산업용 단말기, DID(Digital Information Device) 등 매우 폭넓은 분야에서 이용되고 있다.

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

도 1은 저항방식 터치 패널의 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)와 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, 펜(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 저항값에 의해 전압강하되며, 저항값의 변화로 인해 검출된 전압이 AD컨버터(13)를 통해 디지털 신호로 변환되고, 변환된 신호가 CPU(15)에 전달되어 터치가 이루어진 지점의 좌표값을 획득한다. 이와 같은 저항방식의 터치 패널은 제조공정이 간단하며, 코스트가 저렴하여 가장 널리 사용되는 터치 패널이다.

그러나, 이러한 저항방식의 터치 패널은 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 표시품질을 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, 터치 패널의 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 패널은 패널 상에서 복수의 지점이 동시에 터치되는 멀티 터치를 인식할 수 없는 문제점이 있다. 예컨대, 전자칠판 등에서 칠판에 손등을 대고 판서를 하는 경우, 전자칠판 상에서 동시에 다자가 판서를 하는 경우 등과 같이 멀티 터치가 발생하는 경우, 멀티 터치의 인식이 안되거나 터치 패널이 오작동하는 문제점이 발생한다.

그 밖에도, 종래 저항방식의 터치 패널은 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 패널의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 3단자형 스위칭소자와 도전패드를 이용하여 터치셀을 형성함으로써 단일 기판을 이용하여 신체의 가벼운 접촉이나 접근을 감지하여 터치 신호를 발생시키도록 하며 멀티 터치 지점에 대하여 터치 신호를 인식 가능하도록 하여, 궁극적으로는 기판의 굴곡에 의한 수명 단축을 방지하고 터치 패널의 투과율을 향상시켜 표시장치와 결합시 표시품질을 좋게 하며, 표시장치 내에 터치 패널을 내장 설계하기 용이하게 함은 물론, 기존에 양산성 및 제품 신뢰성이 검증된 표시장치의 제조공정을 이용할 수 있어 제조코스트가 매우 저렴하고 양산제작이 용이한 터치 패널을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 표시장치의 상면에 본 발명의 터치 패널을 설치할 때, 표시장치의 신호선들과 터치 패널의 신호선들간 간섭에 의해 물결무늬의 모양이 나타나는 모아레 현상이 발생하는 것을 방지하기 위해, 기판의 하부에 확산시트를 설치하여 모아레 현상을 방지함에 또 다른 목적이 있다.

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

또한, 본 발명은 스위칭소자의 게이트단자를 플로팅시키고 신체의 정전기를 이용하여 터치 신호를 획득하는 새로운 구조의 터치 패널을 제공함에 또 다른 목적 이 있다.

또한, 본 발명은 한 쌍의 도전패드를 상호 맞물리는 톱니 형상으로 배치하고 신체의 전기도체 특성을 이용하여 한 쌍의 도전패드를 통전시켜 터치 신호를 획득하는 새로운 구조의 터치 패널을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 신체의 정전용량을 이용하여 비접촉식 멀티 터치가 가능한 터치 패널을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 터치 패널은, 신체를 포함한 터치수단의 접촉 또는 접근을 감지하여 해당 위치에 대응하는 좌표신호를 발생시키는 터치 패널에 있어서, 광투과성 재료로 구성된 기판(30); 상기 기판(30)의 일면에 배치되며 위치검출신호 입출력을 위한 복수의 제1신호선(32) 및 제2신호선(34); 상기 기판(30) 상에서 터치가 이루어지는 액티브영역을 복수개로 분할한 영역에 형성되며, 각 분할 영역 내에서 상기 제1신호선(32)과 제2신호선(34) 사이에 설치되는 3단자형 스위칭소자(40)와, 상기 스위칭소자(40)의 게이트단자에 접속되는 도전패드(50)를 구비한 터치셀(60); 및 상기 제1신호선(32)에 위치검출신호를 인가하고, 상기 도전패드(50)에 터치수단이 접촉되거나 접근될 때 상기 스위칭소자(40)의 상태변화에 따라 상기 제2신호선(34)으로 위치검출신호를 입수하여 대응 터치셀(60)의 좌표신호를 획득하는 터치위치 검출부(70);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

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(74)을 더 포함하며, 제2신호선(34)으로부터 위치검출신호가 수신되면 대응 터치셀(60)의 좌표값이 메모리수단(74)의 대응 주소에 저장된다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 기판(30)의 일면에는 복수의 게이트신호선(36)이 더 배치되고, 상기 각 터치셀(60)은 상기 도전패드(50)와 게이트신호선(36) 사이에 접속되는 커패시터(54)를 더 포함하며, 상기 터치위치 검출부(70)는 상기 게이트신호선(36) 각각에 게이트신호를 인가한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 기판(30)의 일면에는 복수의 게이트신호선(36)과 보조신호선(37)이 더 배치되고, 상기 각 터치셀(60)은 제1신호선(32)에 입력단자가 연결되는 제1스위칭소자(42)와, 제1스위칭소자(42)의 게이트단자에 접속되는 도전패드(50)와, 제1스위칭소자(42)의 출력단자에 입력단자가 연결되고 제2신호선(34)에 출력단자가 연결되며 게이트신호선(36)에 게이트단자가 연결되는 제2스위칭소자(44)와, 제1스위칭소자(42)의 출력단자와 보조신호선(37) 사이에 접속되 는 커패시터(54)로 구성되며, 상기 터치위치 검출부(70)는 상기 게이트신호선(36) 각각에 게이트신호를 인가한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 기판(30)의 일면에는 복수의 게이트신호선(36)이 더 배치되고, 상기 각 터치셀(60)의 도전패드(50)는 상기 스위칭소자(40)의 게이트단자에 접속되는 제1도전패드(50a)와 이 제1도전패드(50a)와 이격 배치되며 상기 게이트신호선(36)에 접속되는 제2도전패드(50b)로 구성되며, 상기 터치위치 검출부(70)는 상기 게이트신호선(36) 각각에 게이트신호를 인가한다.

보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제1도전패드(50a) 및 제2도전패드(50b)는 각각 오목부(51)와 볼록부(53)가 연속하는 요철 형상으로 형성되며, 각 터치셀(60) 내에서 제1도전패드(50a)와 제2도전패드(50b)는 상호 오목부(51)와 볼록부(53)가 치합되도록 배치된다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 기판(30)의 일면에는 복수의 보조신호선(37)이 더 배치되고, 상기 각 터치셀(60)은 제1신호선(32)에 게이트단자가 연결되고 보조신호선(37)과 제2신호선(34) 각각에 입력단자와 출력단자가 연결되는 스위칭소자(40)와, 스위칭소자(40)의 게이트단자에 접속되는 도전패드(50)로 구성된다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 기판(30)의 일면에는 복수의 게이트신호선(36)과 보조신호선(37)이 더 배치되고, 상기 각 터치셀(60)은 제1신호선(32)에 입력단자가 연결되고 게이트신호선(36)에 게이트단자가 연결되는 제1스위칭소자(42)와, 제1스위칭소자(42)의 출력단자에 접속되는 도전패드(50)와, 제1스위칭소자(42)의 출력단자에 게이트단자가 연결되고 보조신호선(37)과 제2신호선(34) 각각에 입력단자와 출력단자가 연결되는 제2스위칭소자(44)로 구성되며, 상기 터치위치 검출부(70)는 상기 게이트신호선(36) 각각에 게이트신호를 인가한다.

보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제1스위칭소자(42)의 출력단자와 보조신호선(37) 사이에 커패시터(54)가 접속된다.

보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 보조신호선(37)은 제1보조신호선(37a)과 제2보조신호선(37b)이 각기 별도로 제공되며, 상기 제2스위칭소자(44)의 입력단자와 상기 커패시터(54)의 일단부는 각기 다른 보조신호선(37a, 37b)에 연결된다.

보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 기판(30)의 일면에는 상기 터치셀(60)을 보호하는 투명절연막이 코팅된다.

본 발명의 터치 패널에 따르면, 단일 기판 상에 신호선들을 배선하고 터치가 이루어지는 액티브영역을 구획하여 구획된 각 영역 내에 신호선들에 연결되는 3단자형 스위칭소자와 도전패드로 구성된 터치셀을 형성하며, 도전패드에 신체 또는 이와 유사한 도전특성을 가진 터치수단이 접촉되거나 접근될 때 스위칭소자의 상태변화에 따라 터치셀의 좌표신호를 획득하도록 구성함으로써, 터치 입력시 기판의 굴곡 없이도 터치 신호를 발생시킬 수 있어 기판에 가해지는 압력이 작아 신호가 누락되는 현상이 발생하지 않고 기판의 굴곡을 이용한 터치 패널에 비해 장수명화를 기대할 수 있으며, 단일 기판을 이용함에 따라 투과율이 크게 향상되어 표시장치의 표시품질을 크게 저하시키지 않으며, 기판의 이격을 위한 스페이서 등의 구성품이 불필요하여 패널을 보다 슬림하게 제조할 수 있고 표시장치에 내장 조립하는 것이 용이하며, TFT 등과 같은 3단자형 스위칭소자를 이용하여 각 터치셀에서 획득되는 신호가 독립적으로 인식되도록 하여 멀티 터치에 대한 인식이 가능하며, LCD나 AMOLED 등에 의해 검증된 TFT기판의 제조공정을 이용하여 매우 높은 양산성 및 제품 신뢰성을 확보할 수 있으며, 위치검출신호로 디지털 신호를 인가하여 처리함에 따라 신호를 변환하는 부가의 과정이 불필요하며 반응속도가 매우 빠르고 노이즈나 기타 외부 환경요인에 의한 오작동을 방지할 수 있으며, 태양광 아래에서도 사용이 가능하며, 영점조정 등이 불필요하며, 대형의 표시장치에 사용되기에 적합한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 기판의 하부에 확산시트를 설치함으로써 표시장치의 상면에 본 발명의 터치 패널이 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, 스위칭소자의 게이트단자를 플로팅시키고 신체의 정전기를 이용하여 스위칭소자를 턴 온/오프시켜 터치 신호를 획득하는 실시예를 제공하며, 본 실시예에서는 매우 간단한 구조로 터치 패널을 구성할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 각 터치셀 내에서 한 쌍의 도전패드를 상호 맞물리는 톱니 형상으로 배치하고 신체의 전기도체 특성을 이용하여 한 쌍의 도전패드를 통전시켜 터치 신호를 획득하도록 구성함으로써, 패널의 액티브영역 중 어느 위치에서나 터치 지점을 인식할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 신체의 정전용량을 이용하여 비접촉식 터치를 인식할 수 있도록 함으로써, 도전패드를 보호코팅층 등에 의해 보호하거나 기판의 하면에 설치하여 은폐시킬 수 있으며, 이는 ITO 등의 투명도전체가 벗겨지는 현상을 방지하여 보다 장수명화를 기대할 수 있게 한다.

나아가서, 본 발명에서 사용되는 드라이브IC들은 LCD와 같은 표시장치의 게이트IC나 소스IC 혹은 종래 터치패널에서 사용되는 AD컨버터 등과 달리 부하를 구동하지 않고 단지 신호의 송수신만 수행하게 되므로, IC 자체를 구동하기 위한 최소한의 소모전력만을 필요로 한다. 특히, 수신용 드라이브IC는 하이 임피던스(Hi- impedance)로 신호를 수신하므로 소비전류가 거의 없다. 휴대전화 등과 같은 휴대단말기는 휴대성을 향상시키는 중요한 요소로 소비전류의 최소화가 요구되며, 본 발명의 터치 패널은 휴대단말기에 적용될 경우, 다른 터치 패널에 비해 배터리 사용을 보다 연장시킬 수 있는 장점을 가진다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.

우선, 본 발명은 LCD, PDP, OLED, AMOLED 등의 표시장치 상면에 부가하여 설치되거나 또는 단독으로 사용되는 터치 패널에 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 형성하여, 손가락과 같은 신체의 일부가 가볍게 접촉되거나 접근할 때 TFT의 상태변화를 감지하여 터치 신호를 획득하는 방식의 터치 패널에 관한 것이다.

본 발명에 따른 터치 패널은 기본적으로 단일 기판을 복수의 영역으로 분할하고, 분할된 각각의 영역에는 스위칭소자와 이 스위칭소자의 게이트단자에 접속되는 도전패드를 설치하여 단위 터치셀을 형성한다. 스위칭소자의 소스단자(이하 "입력단자"라 칭함)와 드레인단자(이하 "출력단자"라 칭함)는 각각 신호선 또는 보조 신호선들에 연결되며 게이트단자에는 도전패드가 접속된다. 게이트단자는 플로 팅(floating) 상태에서 신체의 정전기나 정전용량 특성에 의해, 또는 게이트신호선으로부터 게이트신호를 받아 턴 온/오프 된다. 이처럼 게이트단자에 인가되는 전압에 따라 스위칭소자의 상태가 변화될 때 신호선들을 통해 위치검출신호를 수신하여 터치 신호를 획득하게 된다.

본 발명의 터치 패널은 다양한 실시예들을 제공한다. 본 발명은 위와 같은 기본구조를 바탕으로 하여, 각 터치셀 내에서 스위칭소자들을 부가하거나, 도전패드를 쌍으로 구성하거나, 커패시터를 부가하여 다양한 실시태양으로 변경될 수 있다. 이하에서 설명되는 실시예들은 신체의 정전기에 의해 스위칭소자의 상태를 변화시키는 실시예, 이격 배치된 한 쌍의 도전패드에 신체가 접촉하여 통전되는 것에 의해 스위칭소자의 상태를 변화시키는 실시예, 및 신체의 정전용량 특성에 의해 스위칭소자의 상태를 변화시키는 실시예이다. 본 실시예들에서 설명되지는 않지만, 두 개의 신호선을 이용하여 위치검출신호를 송수신하며, 각 터치셀에는 스위칭소자와 도전패드를 설치하여 도전패드에 신체가 접촉 또는 접근될 때 스위칭소자의 상태변화에 의해 터치 신호를 획득하는 실시예들은 본 발명의 기술사상에 포함된다고 할 것이다.

나아가서, 본 발명의 터치 패널은 비록 표시장치의 디스플레이 패널과는 별도로 설치되는 것이지만, LCD나 AMOLED 등의 디스플레이 패널과 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. 물 론, 표시장치의 디스플레이 패널과 터치 패널은 외형적으로 유사할 뿐 실제 기능 및 작용은 서로 다르다.

이하에서 설명되는 실시예들에서 스위칭소자는 "TFT"로 대체되어 설명될 수 있으며, 스위칭소자와 TFT에 대하여는 동일한 도면부호를 사용한다.

도 2는 본 발명에 따른 터치 패널의 구조를 보인 분해사시도로서, 본 발명의 터치 패널의 기본 구조를 개략적으로 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 표시장치(20)의 상면에 단일 기판(30)의 터치 패널이 설치된다. 기판(30)은 글래스 또는 필름 등 광투과성 재료로 구성된다. 도시된 바와 같이, 기판(30)의 에지부에는 후술되는 신호선들에 위치검출신호 및 게이트신호 등을 인가하는 드라이브IC(71)가 실장된다. 드라이브IC(71)는 도시된 바와 같이, 기판(30)의 에지부에 분산되어 설치될 수도 있으며, 일측 에지부에 통합되어 설치될 수도 있다. 또한, 드라이브IC(71)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 발명의 터치 패널이 적층되는 것을 도시하였지만, 본 발명의 터치 패널은 단일 기판(30)으로 구성되므로 매우 슬림하게 제조될 수 있으며, 이에 따라 터치 패널을 표시장치(20) 내부에 내장하여도 표시장치의 경박단소화를 크게 저해하지 않는다. 이는 본 발명이 가지는 중요한 기술적 장점 중 하나이다. 예컨대, LCD의 경우에 있어서, TFT기판과 칼라필터기판이 접합된 액정패널 위에 본 발명의 단일 기판(30)으로 구성된 터치 패널과 편광판 등을 적층한 후, BLU의 하우징 내에 이들을 설치하는 것으로서, 터치 패널을 표시장 치(20) 내에 내장시킬 수 있을 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 터치 패널의 기본 구성을 개략적으로 보여주는 구성도이다. 이를 참조하면, 기판(30)의 일면에는 위치검출신호 입출력을 위한 복수의 제1신호선(32) 및 제2신호선(34)이 배치된다. 제1신호선(32)은 위치검출신호를 송신하기 위한 라인이며, 제2신호선(34)은 위치검출신호를 수신하기 위한 라인이다. 도시된 실시예에서는 제1신호선(32)과 제2신호선(34)이 교차 배선된 것을 예시하였지만, 이는 단지 본 발명의 이해를 돕기 위해 도시한 것일 뿐이며, 제1신호선(32)과 제2신호선(34)은 나란하게 배선될 수도 있으며, 사선 형태로 배선될 수도 있다.

도시된 바와 같이, 제1신호선(32)과 제2신호선(34) 사이에는 3단자형 스위칭소자(40)가 설치되고, 3단자형 스위칭소자의 게이트단자에는 도전패드(50)가 접속되어 터치셀(60)을 형성한다.

3단자형 스위칭소자(40)는 바람직하게는 TFT(40)이다. 도시된 바와 같이, TFT(40)의 입력단자는 제1신호선(32)에 연결되고, 출력단자는 제2신호선(34)에 연결된다. 따라서, TFT(40)는 게이트단자에 OFF 전압이 인가되는 경우 제1신호선(32)과 제2신호선(34)의 연결을 차단하며, 게이트단자에 온(ON) 전압이 인가되는 경우 도통되어 제1신호선(32)을 따라 전달되는 위치검출신호가 제2신호선(34)을 통해 수신되도록 한다.

도전패드(50)는 기판(30)의 상면에 ITO 등과 같은 투명도전체를 도포하여 형성된다. 도전패드(50)는 터치셀(60)의 전체 영역을 커버하도록 설치될 수도 있겠으나, 바람직하게는, 터치셀(60)의 국부 영역에만 설치된다. 예컨대, 기판(30)의 외 면에 접촉되는 손가락의 단부는 수 mm의 폭을 갖게 되는데, 각 터치셀(60)의 너비가 이보다 작은 경우, 상기 도전패드(50)는 터치셀(60)의 국부 영역만을 커버하도록 형성되어도 신체의 일부와 접촉될 수 있다. 보다 바람직하게는, 도전패드(50)는 어느 일측 신호선(32, 34)에 오버랩(Overlap)되도록 형성된다. 이와 같이 도전패드(50)의 영역을 국부적으로 하거나 신호선(32, 34) 위에 오버랩되도록 형성하면 터치 패널의 투과율은 크게 향상될 것이다.

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 LCD의 단위화소와 동일한 분해능이나 확대된 분해능으로 구성될 수도 있다.

이와 같이 터치셀(60)의 분해능이 표시장치(20)의 단위화소가 갖는 분해능과 동일하거나 정수비로 축소되면, 터치 패널의 제1신호선(32) 및 제2신호선(34)을 LCD의 게이트라인 및 데이터라인과 동일한 수직선상에 위치시킬 수 있으며, 이는 터치 패널의 투과율을 높여 표시장치(20)의 표시품질을 향상시키고, 표시장치(20)의 신호선과 터치 패널의 신호선간 간섭에 의해 물결무늬가 나타나는 모아레 현상 을 방지할 수 있게 한다.

한편, 도 4에 도시된 실시예는 모아레 현상을 방지하는 다른 방법을 제공한다. 도 4를 참조하면, 기판(30)의 하부에는 확산시트(90)가 더 설치될 수 있다. 이처럼 기판(30)의 하부에 확산시트(90)를 설치하면, 표시장치(20)와 터치 패널 사이에 확산시트(90)가 위치하게 되며, 표시장치(20)의 신호선 배선과 터치 패널의 신호선 배선이 수직으로 동일선상에 위치하지 않아도 확산시트(90)의 확산효과에 의해 모아레 현상을 방지할 수 있다.

다시 도 3을 참조하면, 터치셀(60)이 3X3의 분해능으로 도시되어 있음을 알 수 있다. 실제로는 터치셀(60)이 매우 높은 분해능으로 배치될 것임에도 불구하고, 도 3에서 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 5는 본 발명의 시스템 구성을 예시한 블록도이다. 이를 참조하면, 터치 패널의 일측 또는 외부에는 터치위치 검출부(70)가 설치된다. 도시한 바와 같이, 터치위치 검출부(70)는 드라이브IC(71)와, 타이밍 제어부(72)와, 신호처리부(73)와, 메모리수단(74)으로 구성된다. 그리고 터치위치 검출부(70)에서 획득한 터치 신호는 CPU(75)로 전달되어 해당 좌표에 대응하는 입력신호를 생성한다.

상기 드라이브IC(71)는 제1신호선(32)으로 위치검출신호를 인가하고, 제2신호선(34)으로부터 위치검출신호를 수신한다. 앞서 언급한 바와 같이, 이 드라이브IC(71)는 COG 또는 COF 형태로 기판(30)의 일측 에지부에 실장된다. 또한, 드라이 브IC(71)는 후술되는 실시예들에서 언급되는 게이트신호선(36) 및 보조신호선(37)에도 각각 게이트신호 및 관측용 보조신호를 인가할 수 있다.

바람직하게는, 드라이브IC(71)는 제1신호선(32) 각각에 순차적으로 스캔펄스를 인가한다. 이를 위하여, 타이밍 제어부(72)는 일예로서 수십 ms 이하의 시분할 신호를 발생시키며, 신호처리부(73)는 타이밍 제어부(72)에서 제공되는 클록에 따라 도 6에 도시된 바와 같은 파형을 드라이브IC(71)측으로 제공한다. 도 6의 파형도를 참조하면, 드라이브IC(71)에서 각각의 제1신호선(32)에 D1, D2, D3의 시분할된 위치검출신호를 인가한다. 각 펄스의 주기는 "T"이다.

만약, 도 3에서 우하단의 터치셀(60)에서 신체의 접촉이 발생한다면, 해당 터치셀(60)에서 TFT(40)에 신체의 정전기로 인한 ON 전압이 인가되어 TFT(40)가 도통될 것이다. 이에 따라 제1신호선(32)에 위치검출신호가 인가되는 타이밍에서 해당 터치셀(60)에 연결된 제2신호선(34)으로부터 위치검출신호가 입수된다. 도 6의 파형도를 참조하면, t3~t4 타임에 가장 우측의 제2신호선(34)을 통해 S3 위치검출신호가 입수될 것이다. 이렇게 검출된 신호는 신호처리부(73)로 전달되며, 터치위치 검출부(70)는 해당 좌표값 "D3, S3"에 대응하는 터치 신호를 획득한다. 즉, D3 펄스신호가 발생될 때, S3 신호가 입수된다면, 이는 "D3, S3" 좌표에서 터치가 이루어졌음을 의미한다.

그러나 많은 신호들을 처리하는 과정에서, 터치위치 검출부(70)가 "Busy" 상태일 경우, 위치검출신호를 인식하지 못하는 경우가 발생될 수 있다. 이미 인식하지 못한 터치 신호는 재생할 수 없으므로, 이는 신호를 잃어버리는 결과를 초래하 여 터치 패널의 신뢰성 저하를 불러올 수 있다.

이를 방지하기 위하여, 터치위치 검출부(70)는 터치셀(60)의 개수 이상의 비트를 갖는 메모리수단(74)을 구비한다. 바람직하게는, 메모리수단(74)은 도 7에 도시된 바와 같이, 터치셀(60)의 좌표값에 대응하는 절대주소를 갖는다. 본 실시예에서, 메모리수단(74)은 적어도 9비트의 용량을 가지며, 터치위치 검출부(70)가 수신한 위치검출신호는 좌표값 "D3, S3"로서, "m9" 주소에 저장된다. 이렇게 저장된 신호들은 신호처리부(73)에 의해 호출되어 이용될 수 있다. 예컨대, 터치위치 검출부(70)는 제1신호선(32)에 인가되는 위치검출신호 전체를 1회 스캐닝한 후에, 메모리수단(74)을 읽어 누락된 신호가 있는지를 확인할 수 있을 것이다. 만약, 터치셀(60)의 분해능이 1366X768인 경우, 메모리수단(74)은 적어도 1049088비트 이상의 용량이 필요하며, 약 132k바이트의 용량을 확보해야 한다.

나아가서, 본 발명의 터치 패널은 각각의 터치셀(60)에 기본적으로 3단자형 스위칭소자인 TFT(40)를 설치하는데, TFT(40)는 LCD나 AMOLED에서 이미 검증된 소자라는 측면에서 많은 장점을 갖는다. 예를 들어, 본 발명의 터치 패널은 LCD 등의 제조공정에서 TFT기판을 제조하는 공정을 거의 그대로 이용하여 제조될 수 있다. 이로써 대량생산이 용이할 뿐만 아니라 안정된 품질을 구현할 수 있고 저비용 제조가 가능하다. 또한, LCD의 TFT기판의 제조공정만 이용할 뿐, 칼라필터와 액정 및 연관된 재료들을 이용한 제조공정, 그리고, TFT기판과 칼라필터의 접합공정 등은 사용하지 않으므로 LCD 공정에 비해 제조원가를 획기적으로 절감할 수 있다. 이는 비단 LCD 뿐만이 아니라 OLED 등의 기 확립된 프로세스를 적용하는 것도 가능하다.

본 발명에서 각 터치셀(60)에 3단자형 스위칭소자인 TFT(40)를 설치함에 따른 가장 큰 장점은, TFT(40)를 이용하여 각 터치셀(60)에서의 신호들을 구획시킴으로써, 멀티 터치에 대한 인식을 가능하게 한다는 점이다.

앞서 언급한 실시예들은 본 발명의 기본적인 구조를 보여준다. 본 발명의 터치 패널은 위와 같은 기본적인 구조를 바탕으로 하여 다양한 실시태양을 갖는다. 예컨대, 기판(30) 상에는 게이트신호선(36) 및 보조신호선(37) 등 보다 많은 수의 신호선들이 배치될 수 있다. 또한, 각 터치셀(60)은 복수의 스위칭소자(42, 44)로 구성되거나, 한 쌍의 도전패드(50a, 50b)로 구성되거나, 커패시터(54)가 부가되어 구성될 수 있다. 도 8 내지 도 18은 이러한 본 발명의 다양한 실시태양들을 보여준다. 이하에서는 도 8 내지 18을 참조하여, 본 발명의 실시태양에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 8 및 9는 신체의 정전기를 이용하여 TFT(40)의 상태를 변화시키는 실시예들을 보인 구성도이다. 도 3의 실시예와는 달리 제1신호선(32)은 제2신호선(34)과 평행하게 설치되어 있으나 이는 전술한 바와 같이 직교 또는 사선배치가 가능하다. 통상 TFT(40)의 게이트단자 임피던스는 수~수십 Mega ohm으로 상당히 높기 때문에, 게이트단자를 플로팅 상태로 만들면 사람의 손가락(25) 등이 게이트단자에 접촉되었을 때 신체에서 발생하는 정전기를 이용하여 TFT(40)를 턴 온/오프시킬 수 있다. 본 실시예는 이처럼 신체의 정전기를 이용하여 TFT(40)의 상태를 변화시킴으로써 터치 신호를 획득하는 터치 패널을 제공한다.

도 8을 참조하면, 도 3에 도시된 기본 구성에 더하여, 기판(30) 상에는 복수 의 게이트신호선(36)이 더 배치되며, 각 터치셀(60)은 도전패드(50)와 게이트신호선(36) 사이에 접속되는 커패시터(54)를 더 포함하여 구성된다.

본 실시예에서 터치위치 검출부(70)는 각각의 게이트신호선(36)에 순차적으로 스캔펄스를 인가한다. 그리고, 앞서 살펴본 도 6의 파형도에서와 달리 제1신호선(32)에 인가되는 위치검출신호는 시분할 신호일 필요는 없으며, 단지 게이트신호가 인가될 때 ON 상태를 유지하면 된다. 즉, 게이트신호 G1, G2, G3 중 어느 하나가 ON 될 경우에 Dn은 ON 상태를 유지하며, G1, G2, G3 사이의 휴지기에 Dn 신호 역시 휴지기를 갖는다. 물론, Dn은 연속적으로 인가될 수도 있다. 본 실시예에서, 게이트신호의 게이트 OFF 전압은 네거티브(negative)전압이며, 게이트 ON 전압은 영(zero)전압 또는 포지티브(positive)전압으로서, 게이트에 인가되는 전압은 제1신호선(32)에 인가되는 전압과의 관계에서 설정된다.

만약, 도 8의 실시예에서 어느 하나의 터치셀(60)에서 터치가 발생한다면, 커패시터(54)는 신체의 정전기에 의해 발생된 전하를 저장한다. 이때, 해당 터치셀(60)의 게이트단자에 게이트 OFF 전압이 인가된 상태라면, 커패시터(54)가 충전중이거나 완전히 충전되었어도 커패시터(54)의 기저전압이 낮으므로 TFT(40)는 도통되지 못한다. 만약, 해당 터치셀(60)에 게이트 온(ON) 신호가 인가되면, 충전되지 않은 터치셀의 게이트 전위보다 상승되어 TFT(40)가 도통된다. 따라서, 제2신호선(34)으로 입수되는 신호를 감지하여 터치 신호를 획득할 수 있다.

이때, 커패시터(54)의 충전에 의해 도통되기 위해서 게이트 ON 전압은 영전압 또는 포지티브전압으로 선택되어야 한다. 그리고, 위치검출신호 Dn의 전압 역시 게이트에 인가되는 전압보다 3V 이상 낮을수록 좋다. 통상 신체에 의해 생성되는 전기는 3V 내외라고 알려져 있다. 따라서, 커패시터(54)의 충전전하량이 3V 또는 4V에 불과하고 이 전압이 게이트에 온전히 인가된다면, 5V의 Dn 전압이 제공될 때 TFT(40)는 도통되지 않는다. 만약, Dn 전압이 1V라면 신체에 의해 생성되는 3V의 낮은 충전전압에서도 TFT(40)의 안정된 도통을 보장할 수 있을 것이다.

도 9의 실시예는 도 3에 도시된 기본 구성에 더하여, 기판(30) 상에 복수의 게이트신호선(36)과 보조신호선(37)이 더 배치되며, 각 터치셀(60)은 제1신호선(32)에 입력단자가 연결되는 제1스위칭소자(42)와, 제1스위칭소자(42)의 게이트단자에 접속되는 도전패드(50)와, 제1스위칭소자(42)의 출력단자에 입력단자가 연결되고 제2신호선(34)에 출력단자가 연결되며 게이트신호선(36)에 게이트단자가 연결되는 제2스위칭소자(44)와, 제1스위칭소자(42)의 출력단자와 보조신호선(37) 사이에 접속되는 커패시터(54)로 구성된다.

본 실시예에서도 터치위치 검출부(70)는 각각의 게이트신호선(36)에 순차적으로 스캔펄스를 인가한다. 그리고, 보조신호선(37)에는 게이트신호 Gn과 동기되는 신호를 인가하거나 그라운드(Ground)를 상시 인가할 수도 있다. 위치검출신호 Dn은 항상 Hi 상태의 펄스가 인가되거나 Gn과 동기되어 인가될 수도 있다.

본 실시예에서는, 게이트 OFF 전압은 -7V로 선택되며, ON 전압은 15V로 선택된다. 보조신호선을 통해 인가되는 보조신호는 게이트신호에 동기되어 게이트신호가 Hi이면 Hi 레벨의 신호가 인가되고 게이트신호가 Low이면 Low 레벨의 신호가 인가된다. 보조신호는 Hi 레벨에서 0V, Low 레벨에서 -15V의 전위를 갖는 것이 바람 직하다. 물론, 이러한 전압레벨들은 가정적 예시에 불과하며 신호의 상대적 크기에 따라 다양하게 선택될 수 있다.

만약, 신체가 어느 일측 터치셀(60)에 접촉된다면, 해당 터치셀(60)의 도전패드(50)에 가해지는 신체의 정전기에 의해 제1TFT(42)가 도통되며 이때 커패시터(54)가 충전된다. 게이트신호선(36)을 통해 게이트신호가 인가되면 이와 동기하여 보조신호선(37)을 통해 커패시터(54)의 타단에도 보조신호의 Hi 레벨 전압이 인가된다. 따라서, 커패시터(54)에 충전된 전압이 제2스위칭소자(44)를 통해 도통되어 제2신호선(34)을 통해 위치검출신호를 입수할 수 있게 된다. 그리고 터치위치 검출부(70)는 입수된 위치검출신호를 판독하여 터치 신호를 획득한다.

도 9의 실시예에서는, 한 주기의 판독을 마친 후 다음 주기의 판독을 위하여 커패시터(54)에 충전된 전하를 방전시켜야 하며, 이를 위한 일 실시예로 모든 게이트신호선(36)에 15V를 인가하여 모든 제2TFT(44)를 통전시킨 후, 제2신호선(34)에 영전압(zero voltage)를 인가할 수 있다. 이와 같은 커패시터(54)의 방전동작은 다음 주기의 판독을 위한 짧은 대기시간동안 행해질 수 있다.

한편, 도 8 및 9의 실시예는 단지 일실시예들에 불과할 뿐, 당업자라면 본 발명의 기술사상에 의해 스위칭소자와 커패시터 등을 부가하여 다른 형태의 회로 구성을 갖도록 설계할 수도 있을 것이다.

도 10은 신체의 전기도체 특성을 이용하여 TFT(40)의 상태를 변화시키는 실시예를 보인 구성도이다. 통상 사람의 몸은 대부분 물로 구성되어 있고 많은 이온을 함유하고 있으므로 좋은 도전체로서 역할 할 수 있다. 예컨대, 서로 다른 전위 를 가진 2개의 도전성 패드에 신체가 접촉하면 두 도전성 패드를 통전시킬 수 있다. 신체의 저항성분이 커서 신호의 간격이 큰 경우 두 도전성 패드를 통전시키는 것이 어렵지만, 본 발명에서와 같이 신호의 간격이 수 um 정도인 경우 신체에 의해 두 도전성 패드를 통전시키는 것이 가능할 것이다.

도 10을 참조하면, 도 3의 실시예에 더하여, 기판(30) 상에는 복수의 게이트신호선(36)이 더 배치된다. 그리고, 각 터치셀(60)에서 도전패드(50)는 TFT(40)의 게이트단자에 접속되는 제1도전패드(50a)와, 이 제1도전패드(50a)와 이격 배치되며 게이트신호선(36)에 접속되는 제2도전패드(50b)가 쌍을 이루어 형성된다. 본 실시예에서도 터치위치 검출부(70)는 각각의 게이트신호선(36)에 순차적으로 스캔펄스를 인가한다. 그리고, 제1신호선(32)에 인가되는 위치검출신호는 항상 Hi 상태의 펄스이거나 어느 하나의 게이트신호 Gn이 ON되는 경우 ON 상태를 유지할 수 있는 신호이다.

도 11은 도 10의 실시예에서 도전패드의 배치 예를 보인 것으로서, 기판(30) 상에서 각 터치셀(60)이 형성되는 모양을 예시한 것이다. 이를 참조하면, 기판(30)의 종방향으로 제1신호선(32)이 배선되며, 횡방향으로는 제2신호선(34)과 게이트신호선(36)이 배선된다. 제1도전패드(50a) 및 제2도전패드(50b)는 각각 오목부(51)와 볼록부(53)가 연속하는 톱니 모양으로 형성되며, 상호 오목부(51)와 볼록부(53)가 소정 간극 이격된 상태로 치합하도록 배치된다. 이러한 도전패드(50)의 배치에 따르면, 제1도전패드(50a)와 제2도전패드(50b)가 극도로 미세한 간격을 유지할 수 있으며, 터치셀(60)의 어느 영역에 신체가 접촉하여도 두 도전패드(50a, 50b)가 통전 될 수 있다. 또한, 신체가 아닌 철제필기구와 같은 도전체에 의해서도 두 도전패드(50a, 50b)를 통전시킬 수 있다.

도 11에 도시된 바와 같이, TFT(40)의 게이트전극(56)은 제1도전패드(50a)에 접속된다. TFT(40)의 소스전극(57)은 제1신호선(32)에 접속되며, 드레인전극(58)은 제2신호선(34)에 접속된다. 기판(30) 상에서 각 신호선들은 절연된 게이트메탈과 소스메탈로 이루어지며, TFT(40)의 각 전극들도 절연된 게이트메탈 및 소스메탈과 아몰퍼스실리콘으로 이루어진 다층 구조로 형성된다. 그리고 도전패드(50) 및 TFT(40)를 신호선들에 접속하기 위해서 ITO를 이용한 contact공정의 접속점(59)이 사용된다. 도 11에 도시된 접속점(59)은 일실시예이며 터치 패널의 제조공정에 따라 접속점(59)의 수는 가감될 수 있다.

본 실시예에서, 만약 신체가 어느 일측 터치셀(60)에 접촉된다면, 쌍을 이루는 두 도전패드(50a, 50b)가 통전되면서, 게이트신호선(36)을 통해 게이트신호가 인가될 때 TFT(40)가 도통된다. 따라서, 터치위치 검출부(70)는 제2신호선(34)을 통해 위치검출신호를 입수하여 터치 신호를 획득할 수 있다. 만약, 도 10에서 G3 신호가 인가될 때 S3 신호가 입수된다면, 터치위치 검출부(70)는 "D3, S3"의 좌표값을 획득할 수 있을 것이다.

도 12 내지 18은 신체의 정전용량을 이용하여 신체가 도전패드(50)에 접촉하거나 접근함에 따라 TFT(40)의 상태가 변화하는 실시예들을 보여준다. 도 12를 참조하면, 사람의 손가락(25)이 본 발명의 기본 구성을 이루는 도전패드(50)에 접근했을 때, 손가락(25)과 도전패드(50)가 d의 간격을 갖는다면, 우측의 등가회로에서 보여지듯이 손가락(25)과 도전패드(50) 사이에는 정전용량 C가 존재하게 된다. 이는 대지가 가상의 접지(ground) 역할을 하기 때문이다. 통상 신체가 도전성 패드에 접촉할 때 대지를 가상의 접지로 하여 10~20 pF의 정전용량이 존재하며, 신체가 도전성 패드에 비접촉 상태로 접근할 경우 그 사이에 유전율 e인 물체의 유전율에 따라 대략 2~5 pF의 정전용량이 존재한다. 본 실시예는 이러한 신체의 정전용량 특성을 이용하여 접촉 또는 비접촉의 멀티 터치를 인식하는 터치 패널 구성을 제공한다.

본 실시예는 신체의 터치를 비접촉 방식으로 인식할 수 있다. 이러한 비접촉 방식의 터치를 제공하는 것은 매우 큰 기술적 장점을 제공한다. 앞서 언급된 실시예들은 가벼운 접촉을 인식하는 구조이므로, 도전패드(50)가 기판(30)의 외부로 노출되도록 형성되어야 한다. 이때, 도전패드(50)가 긁히는 것을 방지하기 위해 투명도전체인 TNO 등으로 도전패드(50)의 표면을 코팅해야 하므로 공정비용의 상승을 야기할 수 있다. 하지만, 본 실시예에서는 비록 도시하지는 않았지만 필름이나 플라스틱 또는 유기절연막, 투과성접착제 등의 투명절연막으로 도전패드(50)를 포함한 터치셀(60)을 코팅할 수 있다. 또한, 도전패드(50)가 기판(30)의 배면에 위치하도록 설계함으로써 터치셀(60)의 상면에 코팅층을 형성하지 않을 수도 있다. 따라서, 도전패드(50)의 보호를 위한 공정비용 상승을 방지할 수 있으며, 도전패드(50)를 보다 안전하게 위치시켜 내구성을 향상시키고 보다 장수명화를 기대할 수 있다.

도 13을 참조하면, 도 3의 기본 구성에 더하여, 기판(30) 상에 복수의 보조신호선(37)이 더 배치된다. 본 실시예에서, 각 터치셀(60)은 제1신호선(32)에 게이 트단자가 연결되고 보조신호선(37)과 제2신호선(34) 각각에 입력단자와 출력단자가 연결되는 TFT(40)와, TFT(40)의 게이트단자에 접속되는 도전패드(50)로 구성된다. 본 실시예에서 터치위치 검출부(70)는 보조신호선(37)에 순차적으로 스캔펄스를 인가하여 TFT(40)의 도통에 의해 터치 위치를 확인한다.

단, 도 13의 실시예는 제1신호선(32)으로 인가되는 신호가 TFT(40)를 하이 임피던스(Hi Impedance)로 만들어 주는 역할을 해야 한다. 예를 들어, 드라이브IC(71)가 제1신호선(32)으로 필요한 신호를 출력한 후 제1신호선(32)을 하이 임피던스 상태로 유지시켜야 한다.

반면에, 도 14 이후의 실시예들은 2개의 스위칭소자(42, 44)를 이용하여 터치 위치를 검출하는 방안을 제공한다. 도 14 이후의 실시예들은 각 터치셀(60)에 2개의 스위칭소자(42, 44)가 설치되므로, 드라이브IC(71)에서 발원되어 제1신호선(32)으로 인가되는 출력이 하이 임피던스가 아니어도 제1TFT(42)에 의해 도전패드(50)에서의 신호는 하이 임피던스를 유지할 수 있다. 따라서, 비록 도 13의 실시예에 비해 투과율이 저하되는 문제점이 발생할 수 있으나, 신호의 처리가 더욱 용이하며 안정된 터치 위치 검출 방법을 제공한다.

도 14를 참조하면, 도 3의 기본 구성에 더하여, 기판(30) 상에 복수의 게이트신호선(36)과 보조신호선(37)이 더 배치된다. 본 실시예에서, 각 터치셀(60)은 제1신호선(32)에 입력단자가 연결되고 게이트신호선(36)에 게이트단자가 연결되는 제1TFT(42)와, 제1TFT(42)의 출력단자에 접속되는 도전패드(50)와, 제1TFT(42)의 출력단자에 게이트단자가 연결되고 보조신호선(37)에 입력단자가 연결되며 제2신호 선(34)에 출력단자가 연결되는 제2TFT(44)로 구성된다. 본 실시예에서 터치위치 검출부(70)는 각각의 게이트신호선(36)에 순차적으로 스캔펄스를 인가하여 제1TFT(42)들을 순차적으로 도통시킨다. 또는, 게이트신호 Gn을 동시에 턴 온하여 신체와의 충전을 유도한 후 보조신호선(37)을 순차적으로 통전하여 터치위치를 확인 할 수도 있다.

도 15는 도 14의 실시예에서 단위 터치셀(60)의 구성예를 보인 평면도이다. 이를 참조하면, 기판(30)의 종방향으로 제1신호선(32)과 제2신호선(34)이 배선되며, 횡방향으로는 게이트신호선(36)과 보조신호선(37)이 배선된다. 터치셀(60) 내에서 충분한 영역을 확보하도록 도전패드(50)가 형성되며, 도전패드(50)는 신호선들(32, 34)과 오버랩되거나 신호선들(32, 34)로 구획된 영영보다 확장되어 형성될 수 있다. 상기 제1TFT(42)의 게이트전극(56)은 게이트신호선(36)에 접속되며, 소스전극(57)은 제1신호선(32)에 접속되고 드레인전극(58)은 도전패드(50)에 접속된다. 제2TFT(44)는 게이트전극(56)이 제1TFT(42)의 드레인전극(58)에 접속되며, 소스전극(57)이 보조신호선(37)에 접속되고 드레인전극(58)이 제2신호선(34)에 접속된다. 기판(30) 상에서 각 신호선들은 계층별로 소스메탈이나 게이트메탈로 형성되며, 각 TFT(42, 44)들의 단자들은 게이트메탈 및 소스메탈 그리고 아몰퍼스실리콘 등이 절연층에 의해 절연되는 다층 구조로 형성된다. 그리고 도전패드(50) 및 TFT(40)를 신호선들에 접속하기 위해서 ITO를 이용한 contact공정의 접속점(59)이 사용된다.

이때, 각 TFT(42. 44)의 최상면에는 광(light)을 차단하기 위한 레이어가 설치될 수 있다. 이는 각 TFT(42, 44)가 외부의 광에 반응하여 오작동하는 것을 방지 하기 위함이다.

도 16은 도 14의 실시예에서 터치 신호를 획득하는 예를 보인 파형도이다. 이를 참조하면, 터치위치 검출부(70)는 각 게이트신호선(36)에 순차적으로 스캔펄스를 제공한다. 터치위치 검출부(70)에 의해 제공되는 게이트신호 Gn은 제1TFT(42)의 게이트를 활성영역에 진입할 수 있도록 충분한 크기의 전압레벨을 갖는다. 예컨대, 게이트신호 Gn은 제1신호선(32)을 통해 송신되는 위치검출신호 Dn에 비해 3V 이상 크게 설정되는 것이 좋다. 바람직한 실시예로는 Dn의 Hi 전압레벨은 13V이며, Gn의 Hi 전압레벨은 18V이다. 또한, 제1TFT(42)를 안정적으로 턴 오프시키기 위하여 게이트 OFF 전압은 -5~-7V로 설정된다.

게이트신호 Gn은 각 신호들 사이에 충분한 관측시간을 갖는다. 이는 신체의 접근에 의해 신체의 손가락(25)과 도전패드(50)가 형성하는 가상의 커패시터가 충분한 충전시간을 갖도록 하기 위함이다. 도시된 바와 같이, G1과 G2 사이에는 충분한 관측시간1의 휴지기가 주어진다. 제1신호선(32)을 통해 인가되는 위치검출신호 Dn은 어느 하나의 Gn이 Hi인 경우 반드시 Hi를 유지하도록 제공되며, 바람직하게는 Gn이 휴지기를 가질 때 역시 약간의 휴지기를 갖는다.

터치위치 검출부(70)는 보조신호선(37)을 통해 관측 전압을 제공한다. 보조신호선(37)을 통해 인가되는 신호 Auxn은 Gn이 Hi 레벨의 구간인 경우에는 반드시 Hi 레벨이어야 하며, 항상 Hi 레벨로 제공될 수도 있다. 보조신호 Auxn은 Hi 레벨에서 Dn에 의해 손가락(25)과 도전패드(50)간 충전되는 전압인 13V에 비해 3V 이상 낮은 관측전압을 제공한다. 예를 들어, Auxn의 관측전압은 5V 정도로 족하다.

도 16을 참조하여 제2신호선(34)을 통해 입수되는 파형 및 이를 통해 터치 신호를 획득하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

만약, 게이트신호 G1 및 G2가 인가되는 경우에서처럼, 게이트신호가 인가되고 그 후의 관측시간이 지났는데도 신체의 접근이 이루어지지 않는다면, 제2신호선(34)을 통해 입수되는 신호 Sn은 도시된 바와 같은 파형을 갖는다. 이는 신체의 접근이 이루어지지 않아 도전패드(50)에서 정전용량이 형성되지 않기 때문이다. 보다 상세하게, 게이트신호 G1이 인가될 때 제1TFT(42)가 도통되고, 이때 제2TFT(44)의 게이트단자에 인가되는 전압레벨은 보조신호선(37)을 통해 제2TFT(44)의 입력단자에 인가되는 전압레벨에 비해 크므로 제2TFT(44) 역시 도통된다. 그런데, 제2신호선(44)의 배선저항과 기생 정전용량이 존재하므로, 도시한 바와 같이 입수되는 신호 Sn은 Hi 레벨로 상승하는 구간 및 Low 레벨로 하강하는 구간에서 곡선을 갖게 된다. 도시된 바와 같이, G1에 의해 제1TFT(42)가 턴 오프되고 관측시간으로 변경된 직후부터, 제2TFT(44)의 게이트 전압이 급격하게 하강하여 입수되는 신호 Sn이 완전히 Low 레벨로 하강하기까지의 시간을 "T1"이라 하자. 단 본 파형도에서 입력신호 Dn에 비해 출력신호 Sn에서 발생되는 시간지연은 무시하였다.

만약, 어느 시점에서 도 14에서의 우하단 터치셀(60)에 신체의 접근이 이루어진다면, 해당 터치셀(60)에서 도전패드(50)의 신체의 손가락(25) 사이에는 정전용량이 형성될 것이다. 도 16의 파형도에서 보여지듯이 G3가 Hi 레벨인 구간에서 터치가 발생하였다면, 손가락(25)이 근접하는 순간 가상의 커패시터가 형성된다. 이때, 도 16의 파형도에서 S3의 파형이 터치 발생시점에서 파형이 왜곡되듯이, 충 전 초기에 충전전압의 변동이 있을 수 있다. 하지만, 곧 충전이 완료되면서 S3는 Hi 레벨로 상승한다.

그런데, G3 신호가 관측시간으로 모드가 변경되는 경우, 즉, G3가 OFF되는 경우, 가상의 커패시터에 충전된 전압이 방전되면서 제2TFT(44)의 게이트측 전압은 서서히 하강되며, 제2TFT(44)의 출력파형은 S3의 파형에서 보여지듯 고유의 출력특성을 보인다. 이때, Sn의 파형이 50% 이하로 저하되는데 걸리는 시간을 "T2"라 하자.

도 16의 파형도를 참조하면, T1과 T2는 상당한 시간 차이를 보임을 알 수 있다. 터치위치 검출부(70)는 위와 같이 Gn의 OFF 이후 제2신호선(34)을 통해 입수되는 신호 Sn의 파형이 하강하는 데 걸리는 시간 또는 일정시점에서의 하강전압을 판독하여, 터치 신호를 획득할 수 있다. 본 예시에서도 터치 신호는 게이트신호 G3의 OFF 이후 관측시간에서 S3가 획득되었으므로, 획득된 터치 신호는 "D3, S3"에 해당하는 좌표값이다.

도 16의 실시예는 터치를 획득하기 위한 일 실시예이며 이와 다른 다른 방법으로도 터지지점을 획득하는 것이 가능하다. 예를 들어, 게이트신호 Gn을 모두 동시에 턴온하여 신체와 도전패드(50)간에 형성된 가상의 커패시터에 충전을 유도한 후 보조신호선(37)에 순차적으로 신호를 인가하여, 출력되는 파형을 관측하는 방법이다. 본 발명의 기술사상에 따라 터치 신호를 획득하는 방법을 여러 가지로 구사할 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.

도 14에 도시된 실시예는 이와 같이 신체의 접근에 의해 발생되는 정전용량 에 의해 터치 신호를 획득하는 실시예이다. 이때, 사람의 손가락(25)이 도전패드(50)에 닿는 경우를 예상해 볼 수 있다. 물론, 이 경우에도 수 pF의 정전용량이 발생하고 이를 이용하여 터치 신호를 획득할 수 있을 것이다. 하지만, 만약, 도전패드(50)에 부가적으로 실제 커패시터(54)를 접속한다면, 신체의 접촉에 의한 정전용량의 변화, 보다 상세하게는, 실제 커패시터(54)와 신체에 의해 형성되는 가상의 커패시터가 charge sharing을 하게 되고, 이에 따라 제2TFT(44)의 게이트측 전위를 떨어뜨리거나 충전시간을 더 길게 만들 것이다. 따라서, 이를 검출하면 신체의 접촉에 대하여 보다 안정적으로 터치 신호를 획득할 수 있을 것이다.

도 17 및 도 18은 위에서와 같이 신체가 접촉되는 경우 보다 안정적인 터치 신호 획득이 가능한 실시예들을 보여준다. 물론, 본 실시예에서는 신체의 비접촉에 의한 터치 신호 발생 역시 안정적으로 확보할 수 있다.

도 17을 참조하면, 도 14의 실시예에 더하여, 제1TFT(42)의 출력단자와 보조신호선(37) 사이에 커패시터(54)가 더 접속된다. 본 실시예에서도 터치위치 검출부(70)는 각 게이트신호선(36)에 순차적으로 스캔펄스를 인가하며, 또는 모든 게이트신호선(36)에 동일한 게이트신호를 인가할 수도 있다.

본 실시예에서는 게이트신호 Gn과 관측을 위한 보조신호 Auxn이 반드시 연동될 필요가 없으며, 독립적으로 인가될 수 있다. 단, Gn에 의해 커패시터(54)가 충전된 이후 너무 많은 시간이 경과하면 커패시터(54)에서 자유방전이 발생하여 관측이 되지 않을 수 있으므로, 보조신호 Auxn은 Gn에 의해 커패시터(54)가 충전된 이후 즉시 인가되는 것이 바람직하다.

일 실시예로서 Gn의 ON 전압은 15V로 한다. Gn이 인가될 때 Dn도 인가되며 제2TFT(44)의 게이트단자에 접속된 커패시터(54)를 충전시킨다. Dn의 Hi 레벨 전위는 제2TFT(44)를 ON 시키는 전압이므로 Gn과의 관계를 고려하여 약 10V가 적당하다. Dn은 커패시터(54)를 충전시킬 정도로 충분한 시간동안 제공된다.

제2TFT(44) 게이트의 전압이 입력단자 Auxn의 전압보다 3V 이상 크므로 제2TFT(44)는 항상 턴 온 상태이다. 만약 관측을 위한 보조신호 Auxn이 인가되는 시점에서 우하단 터치셀(60)에서 신체의 접촉이 이루어진다면, 커패시터(54)에 저장된 전하가 방출하여 신체에 의해 형성되는 가상의 커패시터로 이동하며, 이는 두 커패시터의 전위가 동일해질 때까지 계속된다. 커패시터(54)의 충전용량이 신체에 의해 형성되는 가상의 커패시터보다 충분히 적으면 이러한 charge sharing이 발생하면서 제2TFT(44)의 게이트에 인가되는 전압이 보조전압 Auxn과의 크기 관계에 있어서, 제2TFT(44)를 턴 온 시키지 못하거나 출력신호 Sn의 크기가 저하되는 시점이 발생하며, 이를 판독하여 터치 신호를 획득한다. 본 예시에서도 획득되는 터치 신호는 "D3, S3"에 해당하는 좌표값이다.

도 18을 참조하면, 보조신호선(37)이 제1보조신호선(37a)과 제2보조신호선(37b)으로 구분되어 제공된다. 그리고, 커패시터(54)의 일단부는 제1보조신호선(37a)에 연결되고, 제2TFT(44)의 입력단자는 제2보조신호선(37b)에 연결된다.

본 실시예는 단지 관측을 위한 보조신호와 상태 모니터링을 위한 보조신호를 분리한다는 점이 다를 뿐 나머지는 도 17의 실시예와 동일하다. 관측을 위한 제1보조신호선(37a)으로는 보조신호 Aux1-n이 인가되며, 모니터링을 위한 제2보조신호 선(37b)으로는 보조신호 Aux2-n이 인가된다.

본 실시예에서 Gn의 ON 전압은 18V로 한다. Dn의 Hi 레벨 전위는 제2TFT(44)를 ON 시키는 전압으로 약 12V가 적당하다. 관측을 위한 보조신호 Aux1-n은 일 실시예로서 Low 레벨에서 -18V, Hi 레벨에서 0V의 전위를 갖게 할 수 있다. 예컨대, 보조신호 Aux1-n이 Low 레벨이고 커패시터(54)가 충전되었을 때 제2TFT(44)의 게이트측 전위가 -6V로 내려가므로, 이보다 큰 전위를 갖는 제2 보조신호선(37b)에 대해 제2TFT(44)는 도통되지 않는다. 또한, Aux1-n의 Hi 레벨(즉, zero 볼트)에서 Dn의 Hi 레벨 전위가 12V이므로, 이보다 3V 정도 이하로 작은 보조신호 Aux2-n에 대해 제2TFT(44)의 안정된 도통을 보장한다. 보조신호 Aux2-n은 Aux1-n의 신호와 동기되는 것이 바람직하며, Aux2-n의 Hi 레벨에서의 전위 및 Low 레벨에서의 전위 역시 Aux1-n과 일치되는 것이 바람직하다.

도 17 및 18의 실시예는 커패시터(54)의 정전용량을 다양하게 선택하여 charge sharing 이후에 제2TFT(44)의 게이트측에 인가되는 전압을 조절할 수 있으며, 이는 곧 터치가 이루어졌을 때 Sn 신호의 파형 하강 기울기를 결정하는 요소가 된다. 즉, 커패시터(54)를 부가함으로써, 각 신호들의 전압레벨 선택의 폭이 넓어지며 Sn 신호의 하강 기울기를 보다 완만하게 하여 터치 신호를 안정적으로 획득할 수 있게 된다.

한편, 전술한 바와 같이 도 12 내지 18의 실시예들은 신체의 정전용량을 이용한 터치 위치 검출 방식을 보여주는데, 이 실시예들은 터치셀(60)을 구성하는 도전패드(50)가 노출될 필요가 없다. 따라서, 도시하지는 않았지만 기판(30)의 일면 에 터치셀(60)을 구성하는 요소들을 보호하는 투명절연막을 코팅할 수 있다. 이러한 투명절연막은 도전체를 코팅하는 공정에 비해 제조공정이 용이하고, 패널의 내구성을 향상시키는 장점을 제공한다. 나아가서, 투명절연막에 의해 신체가 도전패드(50)에 더욱 근접할 수 있으며, 이는 신체의 접근에 의해 가상의 커패시턴스가 형성될 때 분모의 거리항목을 작게 하여 가상의 커패시턴스 값을 크게 해주는 장점을 발생시킨다.

다른 한편으로, 앞서 언급한 실시예들은 신체의 접근 또는 접촉에 의해 터치 신호를 획득하는 방법에 대하여 언급하였지만, 신체가 아닌 다른 터치수단(예컨대, 고압의 방사전압형 터치 펜 등과 같은)의 접촉 또는 접근에 의해서도 터치 신호를 획득할 수 있을 것임은 당업자에게 자명하다 할 것이다.

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 터치 패널을 보인 단면 구성도

도 2는 본 발명에 따른 터치 패널의 구조를 보인 분해사시도

도 3은 본 발명에 따른 터치 패널의 기본 구성을 개략적으로 보인 구성도

도 4는 확산시트가 설치된 예를 보인 분해사시도

도 5는 본 발명의 시스템 구성을 예시한 블록도

도 6은 본 발명에서 터치 신호를 인식하는 예를 예시한 파형도

도 7은 메모리수단의 일실시예를 개념적으로 보인 블록도

도 8은 신체의 정전기를 이용한 방식의 실시예를 예시한 구성도

도 9는 신체의 정전기를 이용한 방식의 다른 실시예를 예시한 구성도

도 10은 신체의 전기도체 특성을 이용한 방식의 실시예를 예시한 구성도

도 11은 도 9의 실시예에서 도전패드의 배치 예를 보인 평면도

도 12는 신체의 정전용량을 이용한 방식을 개념적으로 표현한 도면

도 13은 신체의 정전용량을 이용한 방식의 실시예를 예시한 구성도

도 14는 신체의 정전용량을 이용한 방식의 다른 실시예를 예시한 구성도

도 15는 도 14의 실시예에서 단위 터치셀의 구성예를 보인 평면도

도 16은 도 14의 실시예에서 터치 신호를 인식하는 예를 보인 파형도

도 17은 신체의 정전용량을 이용한 방식의 또 다른 실시예를 예시한 구성도

도 18은 신체의 정전용량을 이용한 방식의 또 다른 실시예를 예시한 구성도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20 : 표시장치 30 : 기판

32 : 제1신호선 34 : 제2신호선

36 : 게이트신호선 37 : 보조신호선

40 : 스위칭소자 42 : 제1스위칭소자

44 : 제2스위칭소자 50 : 도전패드

51 : 오목부 53 : 볼록부

54 : 커패시터 56 : 게이트전극

57 : 소스전극 58 : 드레인전극

59 : 접속점 60 : 터치셀

70 : 터치위치 검출부 71 : 드라이브IC

72 : 타이밍 제어부 73 : 신호처리부

74 : 메모리수단 75 : CPU

90 : 확산시트

Claims

신체를 포함한 터치수단의 접촉 또는 접근을 감지하여 해당 위치에 대응하는 좌표신호를 발생시키는 터치 패널에 있어서,

광투과성 재료로 구성된 기판(30);

상기 기판(30)의 일면에 배치되며 위치검출신호 입출력을 위한 복수의 제1신호선(32) 및 제2신호선(34);

상기 기판(30)의 일면에 배치되는 복수의 게이트신호선(36) 및 보조신호선(37);

상기 기판(30) 상에서 터치가 이루어지는 액티브영역을 복수개로 분할한 영역에 형성되며, 각 분할 영역 내에서 상기 제1신호선(32)에 입력단자가 연결되는 3단자형 제1스위칭소자(42)와, 상기 제1스위칭소자(42)의 게이트단자에 접속되는 도전패드(50)와, 상기 제1스위칭소자(42)의 출력단자에 입력단자가 연결되고 제2신호선(34)에 출력단자가 연결되며 게이트신호선(36)에 게이트단자가 연결되는 3단자형 제2스위칭소자(44)와, 상기 제1스위칭소자(42)의 출력단자와 보조신호선(37) 사이에 접속되는 커패시터(54)를 구비한 터치셀(60); 및

상기 게이트신호선(36) 각각에 게이트신호를 인가하고, 상기 제1신호선(32)에 위치검출신호를 인가하며, 상기 도전패드(50)에 터치수단이 접촉될 때 상기 제1스위칭소자(42) 및 제2스위칭소자(44)의 상태변화에 따라 상기 제2신호선(34)으로 위치검출신호를 입수하여 대응 터치셀(60)의 좌표신호를 획득하는 터치위치 검출 부(70);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 터치 패널.
제 1항에 있어서,

상기 도전패드(50)는 상기 제1신호선(32), 제2신호선(34), 게이트신호선(36) 또는 보조신호선(37) 위에 오버랩되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
제 1항에 있어서,

상기 터치셀(60)은, 단위화소들이 매트릭스 형태로 배치되는 표시장치(20)의 단위화소와 동일하거나 정수비로 축소된 분해능으로 배치되고,

상기 신호선(32, 34, 36, 37)들은, 표시장치(20)의 신호선과 동일하거나 정수비로 확장된 피치를 갖도록 배선되되, 적어도 하나 이상의 신호선(32, 34, 36, 37)은 표시장치(20)의 신호선과 동일한 수직선상에 배치되는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
제 1항에 있어서,

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

상기 터치위치 검출부(70)는 상기 터치셀(60)의 좌표값에 대응하는 주소들을 갖는 메모리수단(74)을 더 포함하며, 제2신호선(34)으로부터 위치검출신호가 수신되면 대응 터치셀(60)의 좌표값이 메모리수단(74)의 대응 주소에 저장되는 것을 특징으로 하는 터치 패널.