KR101220786B1 - 터치 패널의 센싱 회로 및 그의 센싱 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 터치 패널 센싱 회로 및 그의 센싱 방법 그리고 그를 구비하는 표시 장치에 관한 것이다. 센싱 회로는 복수 개의 입력 박막 트랜지스터들과 복수 개의 출력 박막 트랜지스터들을 포함한다. 입력 박막 트랜지스터들 각각은 제 1 센싱 라인 및 제 2 센싱 라인의 일측에 연결되고, 출력 박막 트랜지스터들 각각은 제 1 센싱 라인 및 제 2 센싱 라인의 타측에 연결된다. 센싱 회로는 출력 박막 트랜지스터들의 센싱 신호 출력 라인(SLn)마다 연결되는 복수 개의 비교기를 포함한다. 본 발명의 센싱 회로는 손가락 등의 접촉 물체가 터치 센서에 터치 시, 접촉 물체와 터치 센서의 센싱 전극들 각각의 사이에 형성되는 기생 용량의 변화를 제 1 및 제 2 센싱 라인별로 각각 센싱한다. 본 발명에 의하면, 전류 증폭 등의 전기적 특성을 이용하여 접촉 물체와 터치 센서 간에 형성되는 정전 용량의 값이 너무 작기 때문에 발생되는 센싱 오류를 방지함으로써, 터치 위치의 좌표 측정이 용이하고, 외부 영향 및 노이즈에 강하며 멀티 터치가 가능하다.
Description
본 발명은 터치 패널의 센싱 회로에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 정전 용량 방식의 터치 패널의 센싱 회로 및 그의 센싱 방법에 관한 것이다.
최근 사용자 인터페이스 시스템의 발달 및 대중화에 따라 입력이 용이한 정전 용량 방식의 터치 스크린의 사용이 보편화되고 있다. 이러한 터치 스크린 중 가장 널리 사용되고 있는 터치 패널은 복수 개의 터치 센서들을 구비한다. 예컨대, 터치 센서는 X 축 센싱 전극과 Y 축 센싱 전극이 절연막을 사이에 두고 교차하도록 구성된다. 센싱 전극들 각각은 손가락의 접촉에 의해 발생되는 정전 용량의 변화를 검출하여, 손가락 등의 접촉 위치에 대한 좌표를 검출할 수 있다.
도 1을 참조하면, 종래기술의 정전 용량 방식의 터치 패널(10)은 터치 패널 어레이 기판(20)과, 제어부(30) 및, 비교기(32)를 포함한다. 터치 패널 어레이 기판(20)에는 X 축 및 Y 축 좌표를 측정하는 복수 개의 터치 센서(12)들이 각 행과 각 열의 교차되는 위치에 배열된다. 각각의 터치 센서(12)는 손가락 등의 대상 물체가 접촉하게 되면, X 축 센싱 전극과 Y 축 센싱 전극 사이의 정전 용량값이 변화하게 되고, 이를 통해 접촉된 위치의 X 축 및 Y 축 좌표를 산출한다.
정전 용량 방식의 경우, 흐르는 전류의 값이 상당히 미세하고 기판 두께에 따른 누설 전류량이 다르게 되므로, 라인별로 전류량을 측정하면, 측정 전류의 변화가 크게 발생되는 단점이 있다. 이 때, 흐르는 누설 전류의 양은 매우 미세하며, 이 전류량이 제어부(30)의 비교기(32)를 통하여 증폭되는데, 이 과정에서 비록 적은 양의 누설 전류라도 매우 크게 증폭되므로, 센싱 동작에 대한 측정 오류가 발생된다. 또 이러한 현상으로 인하여 각 X 축 센싱 전극과 Y 축 센싱 전극에 대하여 증폭 회로 및 이에 따른 별개의 옵션 조절, 전류량 측정 등의 부가 회로가 필요하게 되는 문제점이 있다.
또 터치 패널(10)은 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 프레임(1 Frame) 내에서 하나의 사이클(1 cycle) 동작으로 터치를 인식하지 못하게 되는 경우가 빈번히 발생된다. 여기서 프레임(Frame)은 연속된 터치 동작을 인식하기 위한 최소 시간이고, 사이클(cycle)은 한 번의 터치 동작을 인식하기 위한 시간이다.
따라서 터치 동작을 인식하기 위하여, 1 프레임 내에 여러 번의 사이클 동작을 실행하게 되므로, 많은 양의 데이터를 처리해야 하며, 또한 고속 처리가 가능해야 한다. 이는 터치 패널(10)의 전력 소모의 증가를 가져오게 된다.
또 사이클(cycle)의 증가는 캐패시터의 1 H(pulse holding time) 시간이 더욱 짧아져 충전율에 영향을 미치게 된다. 또한 미세 전류로 인해 외부의 노이즈 신호에 대한 영향이 커지게 되며, 멀티 터치시, 센싱 전류의 감소로 인해 좌표 획득이 어려운 문제점을 가지고 있다. 이 미세 전류의 증폭은 노이즈의 동반 증폭을 가져오게 되며, 터치 패널이 다양한 주파수 노이즈를 내포한 액정 표시 장치 상에 접착하는 특성상 노이즈에 취약하다. 또한 미세 전류 센싱으로 인해 RC 영향이 크며, 대형화가 어려운 문제점들이 있다.
본 발명의 목적은 외부 환경 및 노이즈 발생에 관계없이 신호의 증폭을 통해 안정적으로 터치 신호를 정확하게 감지하기 위한 터치 패널의 센싱 장치 및 그의 센싱 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 정확한 터치 신호를 감지하는 터치 패널 센싱 회로를 구비하여 회로의 특성상 대형화가 용이한 터치 패널의 센싱 장치 및 그의 센싱 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위한, 본 발명의 한 특징은 센싱 영역과 주변 영역을 가지는 터치 패널의 센싱 회로의 센싱 방법을 제공한다. 이 방법에 의하면, 상기 센싱 영역 내의 제 1 방향으로 형성되는 제 1 센싱 라인, 상기 제 1 방향과 수직인 제 2 방향으로 형성되는 제 2 센싱 라인 및, 상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 라인에 의해 구획되는 단위 센싱 영역에 형성되며, 상기 센싱 라인들 각각에 전기적으로 연결되는 제 1 및 제 2 센싱 전극을 구비한다. 상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 라인의 일측에 형성된 복수 개의 제 1 스위칭 소자를 턴 온하여 상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 라인에 구동 전압을 인가하고, 상기 구동 전압에 의해 상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 라인의 타측에 형성된 복수 개의 제 2 스위칭 소자가 바이어스 전압을 출력한다. 이어서 상기 제 1 스위칭 소자가 턴 오프된 후, 상기 제 2 스위칭 소자를 통해 출력되는 상기 바이어스 전압을 검출하여 터치 여부를 판단하고, 센싱 위치를 검출한다.
상기 제 1 및 상기 제 2 스위칭 소자는 상기 주변 영역에 형성되는 박막 트랜지스터들로 구비될 수 있다.
한 실시예에 있어서, 상기 바이어스 전압을 출력하는 것은; 상기 제 1 스위칭 소자의 게이트 전압 및 데이터 전압을 인가하여 상기 제 1 스위칭 소자를 턴 온하여 상기 구동 전압을 상기 제 2 스위칭 소자의 게이트 단자로 인가하고, 상기 제 2 스위칭 소자를 턴 온하여 상기 바이어스 전압을 출력한다.
상기 바이어스 전압은 상기 제 2 스위칭 소자의 일단에 직류 형태의 전압으로 계속 인가된다.
상기 제 1 스위칭 소자의 게이트 전압과 데이터 전압은 동시에 인가된다.
다른 실시예에 있어서, 상기 방법은; 상기 센싱 신호로부터 상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 전극과 접촉 물체 사이에 발생하는 기생 용량의 변화에 의한 센싱 전압 및 전류 변화를 감지하여 상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 라인별로 터치 위치를 각각 인식하여 좌표를 검출한다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 방법은; 복수 개의 상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 전극들의 위치에서 터치되면, 상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 전극들과 접촉 물체 사이에 발생하는 기생 용량들에 의한 센싱 전압 및 전류 변화를 각각의 센싱 라인별로 검출하여 대응되는 전압을 상기 제 2 스위칭 소자의 상기 구동 전압으로 제공하여 상기 제 1 방향과 상기 제 2 방향의 상기 센싱 라인별로 터치 위치를 각각 인식하여 좌표를 검출한다..
상기 목적들을 달성하기 위한, 본 발명의 다른 특징에 따른 터치 패널의 센싱 회로는 터치 시, 접촉 물체와 제 1 및 제 2 센싱 전극들 사이에 형성되는 기생 용량에 의한 센싱 전압 및 전류 변화를 감지하는데 그 한 특징이 있다. 이와 같은 센싱 회로는 제 1 및 제 2 센싱 전극들 간에 형성되는 정전 용량의 값이 너무 작기 때문에 발생되는 센싱 오류를 방지함으로써, 터치 위치의 좌표 측정이 용이하다.상기 센싱 회로는 적어도 액정표시장치, 유기발광다이오드 표시장치 또는 전기영동 표시장치의 외부에 부착되는 형태로 제공될 수 있다.이 특징에 따른 본 발명의 터치 패널의 센싱 회로는, 센싱 영역과 주변 영역을 가지는 터치 패널의 상기 센싱 영역 내의 제 1 방향으로 형성되는 제 1 센싱 라인, 상기 제 1 방향과 수직인 제 2 방향으로 형성되는 제 2 센싱 라인 및, 상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 라인에 의해 구획되는 단위 센싱 영역에 형성되며, 상기 각각의 센싱 라인에 각각 전기적으로 연결되는 제 1 및 제 2 센싱 전극; 상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 라인의 일측에 형성되고, 상기 제 1 및 제 2 센싱 라인에 구동 전압을 인가하는 복수 개의 제 1 스위칭 소자 및; 상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 라인의 타측에 형성되고, 상기 제 1 스위칭 소자의 동작과 터치 여부에 의해 바이어스 전압을 센싱 신호로 출력하는 복수 개의 제 2 스위칭 소자를 포함한다. 상기 센싱 회로는 상기 제 1 및 제 2 센싱 전극에 터치가 이루어지면, 상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 전극과 접촉 물체 사이에 발생하는 기생 용량에 의한 센싱 전압 및 전류 변화를 감지하여 상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 라인별로 터치 위치를 각각 인식하여 좌표를 검출한다.
상기 제 1 및 상기 제 2 스위칭 소자는 상기 주변 영역에 형성되는 박막 트랜지스터들로 구비될 수 있다.
한 실시예에 있어서, 상기 제 1 스위칭 소자는; 소스 단자에 상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 라인의 상기 일측이 연결된다.
다른 실시예에 있어서, 상기 제 2 스위칭 소자는; 게이트 단자에 상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 라인의 상기 타측이 연결되고, 드레인 단자에 상기 바이어스 전압을 인가하고, 소스 단자로 상기 센싱 신호를 출력한다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 센싱 회로는; 상기 제 2 스위칭 소자로부터 상기 센싱 신호를 받아서 증폭하고, 기준 전압과 비교하여 출력하는 비교기 및; 상기 제 1 스위칭 소자의 게이트 전압 및 데이터 전압을 인가하고, 상기 제 2 스위칭 소자의 상기 바이어스 전압을 직류 전압으로 계속 인가하여, 상기 비교기로부터 출력되는 신호를 받아서 상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 전극의 위치를 검출하는 제어부를 더 포함한다. 여기서 게이트 전압 및 데이터 전압은 박막 트랜지스터 동작을 액정 표시 장치와 비슷하여 붙인 명칭이며 액정 표시 장치의 입력 전압과 다른 전압 및 다른 타이밍도를 가진다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 센싱 회로는; 복수 개의 상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 전극들의 위치에서 터치되면, 상기 제 1 및 상기 센싱 전극들 각각과 접촉 물체 사이에 발생하는 기생 용량들에 의한 센싱 전압 및 전류 변화를 각각의 상기 센싱 라인별로 검출하여 대응되는 전압을 상기 제 2 스위칭 소자의 상기 구동 전압으로 인가한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 터치 패널의 센싱 회로는 터치 시, 손가락 등의 접촉 물체와 제 1 및 제 2 센싱 전극들 사이에 형성되는 기생 용량에 의한 센싱 전압 및 전류 변화를 센싱함으로써, 외부 노이즈에 대한 영향이 적고 터치 위치에 대한 정확한 좌표값의 획득이 용이하다.
본 발명의 센싱 회로를 구비하는 터치 패널은 박막 트랜지스터들을 이용하여 터치 위치를 측정함으로써, 외부 환경에 대한 영향과 누설 전류 특성에 관한 영향이 작고, 노이즈에 대하여 안정적으로 전류를 측정할 수 있다.
또한 본 발명의 센싱 회로를 구비하는 터치 패널은 멀티 터치 시 생성된 기생 용량을 합한 전압을 공급하여 센싱 신호를 출력함으로써, 정확한 멀티 터치의 인식이 가능하며, 신호 증폭을 통한 대형화가 가능하다.
도 1은 종래기술의 정전 용량 방식의 터치 패널의 개략적인 구성을 도시한 회로도;
도 2는 도 1에 도시된 터치 패널의 동작을 나타내는 타이밍도;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널의 구성을 도시한 도면;
도 4는 도 3에 도시된 터치 패널의 구성을 도시한 회로도;
도 5 및 도 6은 도 4에 도시된 센싱 회로의 터치 동작 여부에 따른 구성을 도시한 회로도;
도 7 내지 도 9는 도 3에 도시된 터치 패널의 터치 신호를 인식하는 동작을 나타내는 타이밍도들;
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 터치 패널의 동시에 터치되는 지점을 설명하기 위한 도면;
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널의 구성을 도시한 도면; 그리고
도 12는 도 11에 도시된 터치 패널의 터치 신호를 인식하는 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 2는 도 1에 도시된 터치 패널의 동작을 나타내는 타이밍도;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널의 구성을 도시한 도면;
도 4는 도 3에 도시된 터치 패널의 구성을 도시한 회로도;
도 5 및 도 6은 도 4에 도시된 센싱 회로의 터치 동작 여부에 따른 구성을 도시한 회로도;
도 7 내지 도 9는 도 3에 도시된 터치 패널의 터치 신호를 인식하는 동작을 나타내는 타이밍도들;
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 터치 패널의 동시에 터치되는 지점을 설명하기 위한 도면;
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널의 구성을 도시한 도면; 그리고
도 12는 도 11에 도시된 터치 패널의 터치 신호를 인식하는 동작을 나타내는 타이밍도이다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
이하 첨부된 도 3 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들에서는 터치 패널을 구비하는 액정 표시 장치(LCD)를 이용하여 상세히 설명한다. 물론 본 발명의 터치 패널은 화소들이 매트릭스 형태로 제공되는 다양한 종류의 표시 장치 예를 들어, 유기 발광 다이오드(OLED) 표시 장치, 전기영동 표시(ElectroPhoresis Display : EPD) 장치 등에 제공될 수 있다. 따라서 본 발명의 터치 패널의 센싱 회로는 상술한 다양한 표시 장치들의 외부에 부착되는 형태로 적용될 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 다른 터치 패널의 구성을 도시한 도면들이다.
먼저, 도 3을 참조하면, 터치 패널(100)은 터치 스크린 기능을 위하여 정전 용량 방식의 터치 패널 구조를 갖는다. 터치 패널(100)는 전류 증폭 등의 전기적 특성을 이용하여 터치 좌표의 센싱이 쉽고, 노이즈에 강하며, 멀티 터치가 가능하다. 또한 터치 패널(100)는 회로 특성에 의해 RC에 관계없이 전류 증폭이 가능하여 화면의 대형화가 가능하며, 증폭 특성에 의해 기존의 터치 패널 보다 더 작은 크기의 터치 센서의 설계가 가능하다.
이를 위해 본 발명의 터치 패널(100)는 외부 환경에 대한 영향과 누설 전류 특성에 관한 영향을 극소화하여 노이즈에 대해 안정적으로 터치 신호를 측정할 수 있는 센싱 회로(130, 140)를 제공한다. 센싱 회로(130, 140)는 터치 시, 손가락 등의 접촉 물체와 센싱 전극(116, 118)들 사이에 형성되는 기생 용량(parasitic capacitance)의 변화에 따른 센싱 전압 및 전류 변화를 센싱한다. 이는 터치 패널(100)에서 손가락 등의 접촉 물체와 센싱 전극(116, 118) 간에 형성되는 정전 용량의 값이 너무 작기 때문에 발생되는 센싱 오류를 방지하기 위함이다.
이 실시예의 터치 패널(100)는 센싱 영역(104)을 갖는 터치 패널 어레이 기판(102)과, 복수 개의 터치 센서(110) 및, 복수 개의 센싱 회로(130, 140)를 포함한다. 또 터치 패널(100)는 다수의 회로 패턴이 형성된 연성회로기판(FPC)(120)을 일측에 구비하고, 이를 통해 터치 패널(100)의 구동 및 제어 신호를 처리를 위한 제어부(도 4의 150, 160)와 전기적으로 연결된다.
터치 센서(110)는 예컨대, 터치 패널(100)의 센싱 영역(104)의 제 1 방향(예를 들어, X 축 방향)으로 형성되는 제 1 센싱 라인(112)에 연결되는 제 1 센싱 전극(116)과, 센싱 영역(104)의 제 1 방향과 수직인 제 2 방향(예를 들어, Y 축 방향)으로 형성되는 제 2 센싱 라인(114)에 연결되는 제 2 센싱 전극(118) 및, 제 1 및 제 2 센싱 라인(112, 114)이 수직하게 교차되는 위치에 설치되는 터치 패드가 구비되며, 내부에 기생 용량을 갖는 캐패시터(도 6의 C1 ~ Cn)를 포함한다. 터치 센서(110)들은 센싱 영역(104)에 매트릭스 형태로 제공된다.
터치 패널 어레이 기판(102)은 대체로 직사각형 형태로 제공되어 내부에 복수 개의 화소들 각각에 대응하여 매트릭스 형태로 배열되는 복수 개의 화소용 스위칭 소자(미도시됨)를 구비하는 센싱 영역(104)을 갖는다. 터치 패널 어레이 기판(102)는 터치 센서(110)가 설치되는 센싱 영역(104)과, 센싱 영역(104)의 가장자리 외측에 형성되는 주변 영역(105)으로 구분된다. 센싱 영역(104)에는 제 1 및 제 2 센싱 라인(112, 114)에 의해 구획되는 단위 센싱 영역에 제 1 및 제 2 센싱 전극(116, 118)이 형성된다.
터치 패널 어레이 기판(102)은 센싱 영역(104)에 손가락 등의 접촉 물체에 의한 터치 위치를 감지하기 위한 터치 센서(110)가 구비된다.
센싱 회로(130, 140)는 터치 센싱을 위한 스위칭 소자들 즉, 복수 개의 입력 박막 트랜지스터(TFT)(130)와 복수 개의 출력 박막 트랜지스터(TFT)(140)를 포함한다. 센싱 회로(130, 140)는 센싱 영역(104)의 가장자리 외측에 형성된다.
또 센싱 영역(104)의 가장자리 외측에는 입력 박막 트랜지스터(130)의 전압을 인가하기 위한 게이트 라인(GL)과 데이타 라인(DL)이 형성된다. 또 센싱 영역(104)의 가장자리 외측에는 출력 박막 트랜지스터(140)의 소스 단자에 연결되어 접촉된 터치 센서(110)의 좌표를 감지하기 위한 센싱 신호 출력 라인(SL)과, 출력 박막 트랜지스터(140)의 드레인 단자에 연결되어, 게이트 전압 변화에 따른 센싱 신호 출력 라인(SL)의 출력 전류를 조정하는 바이어스 라인(BL)이 형성된다. 따라서 각각의 입력 박막 트랜지스터(130)는 소스 단자가 제 1 및 제 2 센싱 라인(112, 114)의 일측에 연결되고, 출력 박막 트랜지스터(140)는 게이트 단자가 제 1 및 제 2 센싱 라인(112, 114)의 타측에 연결된다.
그리고 제어부(150, 160)는 터치 시, 센싱 회로(130, 140)로부터 출력되는 센싱 신호를 통해 손가락 등의 접촉 물체와 터치 센서(110) 사이에 형성되는 기생 용량의 변화를 센싱하여, 터치 위치의 좌표를 산출한다. 즉, 제어부(150, 160)는 입력 박막 트랜지스터(130)들의 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)들에 게이트 전압 및 데이터 전압을 동시에 인가하고, 출력 박막 트랜지스터(140)의 바이어스 라인(BL)에 바이어스 전압을 인가한다. 바이어스 전압은 지속적으로 인가된다. 이 때, 게이트 전압과 데이터 전압은 상호 동기되어서 인가된다. 이에 입력 박막 트랜지스터(130)가 턴 온(on)되어 출력 박막 트랜지스터(140)의 게이트 라인(GL)으로 구동 전압을 인가한다.
이어서 출력 박막 트랜지스터(140)는 바이어스 전압이 출력되어 센싱 신호 출력 라인(SL)으로 센싱 신호를 출력하고, 제어부(150, 160)는 센싱 신호를 통해 바이어스 전압을 검출하여 터치 여부를 판단하고, 센싱 위치를 검출하여 제 1 및 제 2 센싱 라인(112, 114)의 좌표를 각각 산출한다. 이는 입력 박막 트랜지스터가 턴 오프 된 후에 일정 시간(관측 시간) 동안 센싱 신호 출력 라인(SL)으로 센싱 신호가 출력되는지의 여부를 판단하여 제 1 및 제 2 방향 각각의 좌표를 인식한다.
구체적으로 도 4를 참조하면, 이 실시예의 터치 패널(100)는 센싱 영역(104)의 가장자리들 중 서로 인접하는 제 1 및 제 2 면의 가장자리 외측에 복수 개의 입력 박막 트랜지스터(130)들이 형성되고, 제 1 및 제 2 면 각각에 마주보는 제 3 및 제 4 면의 가장자리 외측에 복수 개의 출력 박막 트랜지스터(140)들이 형성된다.
입력 박막 트랜지스터(130)들 각각은 제 1 또는 제 2 센싱 라인(112, 114)의 일측에 소스 단자가 연결된다. 입력 박막 트랜지스터(130)의 게이트 단자는 게이트 전압을 받아들이고, 드레인 단자는 데이터 전압을 받아들인다. 이 때, 입력 박막 트랜지스터(130)의 게이트 전압 및 데이터 전압은 동시에 공급된다. 물론 입력 박막 트랜지스터(130)의 게이트 전압 및 데이터 전압은 순차적으로 공급될 수 있다. 따라서 입력 박막 트랜지스터(130)는 접촉 물체가 제 1 및 제 2 센싱 전극(116, 118)에 접촉되면, 턴 온(on)되어 소스 단자로부터 제 1 및 제 2 센싱 라인(112, 114)을 통해 출력 박막 트랜지스터(140)의 게이트 단자로 구동 전압을 공급한다.
출력 박막 트랜지스터(140)들 각각은 제 1 또는 제 2 센싱 라인(112, 114)의 타측에 게이트 단자가 연결된다. 출력 박막 트랜지스터(140)의 드레인 단자는 바이어스 전압을 받아들인다. 바이어스 전압은 DC 전압으로 지속적으로 인가된다. 이 때, 입력 박막 트랜지스터(130)가 턴 온(on)되면, 출력 박막 트랜지스터(140)는 게이트 단자로 구동 전압을 공급받아서 턴 온(on)된다. 출력 박막 트랜지스터(140)가 턴 온(on)되면, 출력 박막 트랜지스터(140)의 소스 단자는 바이어스 전압을 갖는 센싱 신호를 센싱 신호 출력 라인(SL)으로 출력한다. 본 발명의 센싱 신호는 입력 박막 트랜지스터의 소스 단자에 발생하는 전압의 변동에 의해 감지되는 것이 아니라, 접촉 물체와 각각의 센싱 전극(116, 118) 사이에 발생하는 커패시턴스의 용량 변화에 의해 출력 박막 트랜지스터(140)의 게이트 단자가 턴 오프(off)되지 않는 것을 감지하는 것이다.
그리고 제어부(150, 160)는 각 행과 열에 대응하여 복수 개의 비교기(152 ~ 158, 162 ~ 168)들을 구비한다. 각각의 비교기(152 ~ 158, 162 ~ 168)들은 출력 박막 트랜지스터(140)들의 센싱 신호 출력 라인(SL)과 각각 연결된다. 이 실시예의 센싱 회로(130 ~ 160)는 복수 개의 비교기(152 ~ 158, 162 ~ 168)들을 갖는 제어부(150, 160)를 더 포함한다.
이 실시예의 터치 패널(100)는 터치 동작 시, 모든 입력 박막 트랜지스터(130)들의 게이트 전압(GL)과 데이터 전압(DL)을 동시에 인가하게 되며, 입력 박막 트랜지스터(130)의 턴 오프(off) 구간에서 터치 위치의 좌표를 산출한다.
즉, 센싱 회로(130 ~ 160)는 입력 박막 트랜지스터(130)의 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)으로 전압을 인가하고, 입력 박막 트랜지스터(130)의 턴 오프(off) 구간에 출력 박막 트랜지스터(140)로부터 터치 여부에 따라 터치 하지 않았을 경우와 다른 신호를 센싱 신호 출력 라인(SL)으로 출력한다. 센싱 신호는 서로 다른 크기의 전류값을 갖는다. 출력된 전류값은 각 행과 열에 연결된 비교기(152 ~ 158, 162 ~ 168)를 통해 증폭되고, 이를 기준 전압(Ref)과 비교하여 터치 위치의 좌표값을 판별한다. 예를 들어, 센싱 회로(130 ~ 160)는 A 지점을 터치하였을 경우, 제 3 입력 박막 트랜지스터(TR3)와 제 7 출력 박막 트랜지스터(TR15)에 의해 X 축 좌표를 인식하고, 제 6 입력 박막 트랜지스터(TR6) 및 제 2 출력 박막 트랜지스터(TR10)에 의해 Y 축 좌표를 인식한다.
여기서 게이트 전압 및 데이터 전압은 박막 트랜지스터 동작을 액정 표시 장치와 비슷하여 붙인 명칭이며 액정 표시 장치의 입력 전압과 다른 전압 및 다른 타이밍도를 가진다. 예를 들어, 게이트 전압과 데이터 전압 및 바이어스 전압은 상호 동기되어 계속 인가된다.
또 게이트 전압은 각각의 입력 박막 트랜지스터(130)들의 특성에 맞춰 스위치 동작을 하기 위한 충분한 전압을 인가하게 되며, 구동 전압 및 바이어스 전압은 출력 박막 트랜지스터(140)의 특성에 맞춰 가장 큰 전류 차이를 갖도록 전류-전압 곡선(I-V Curve)의 선형적(linear)인 영역에 위치하는 전압을 인가한다. 또한 바이어스 전압의 경우 DC 전압이 지속적으로 인가 된다.
따라서 종래기술의 정전 용량 방식의 터치 패널 액정 표시 장치(도 1의 10)는 터치 패드 사이의 기생 용량의 변화를 센싱하는 반면, 본 발명의 터치 패널(100)는 터치 시, 손가락 등의 접촉 물체와 터치 센서(110) 사이에 형성되는 기생 용량의 변화를 센싱한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 터치 패널(100)의 센싱 회로(130, 140)는 터치가 이루어지면, 입력 박막 트랜지스터(130)가 일정 시간 턴 온(on)된 후, 관측 시간 동안에 출력 박막 트랜지스터(140)의 바이어스 전압을 센싱 라인으로 출력되는지 여부를 검출하여 터치 여부를 판단하고, 출력되는 센싱 신호의 전류값을 비교하여 터치 위치를 판별한다.
도 5 및 도 6은 도 4에 도시된 센싱 회로의 일부 구성을 도시한 회로도들이다. 즉, 도 5는 터치 하지 않았을 경우의 센싱 회로를 나타내고, 도 6은 터치 동작 시의 센싱 회로를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 터치 동작을 한 경우, 손가락 등과 접촉 지점의 터치 센서(110)에는 기생 용량(C1 ~ Cn)이 생성된다. 이 기생 용량(C1 ~ Cn)에 대응되는 구동 전압은 출력 박막 트랜지스터(140)의 게이트 단자로 공급된다. 이 때, 생성된 기생 용량(C1 ~ Cn)은 입력 박막 트랜지스터(130)가 턴 오프(off)시에도 출력 박막 트랜지스터(140)로 구동 전압을 공급한다. 이에 따라 센싱 신호 출력 라인(SL)으로 출력되는 센싱 신호(SLn)는 도 9에 도시된 바와 같이, 전류 및 전압에 변화가 발생된다. 그러므로 출력 박막 트랜지스터(140)의 전류 증폭 특성에 의해 종래의 정전 용량 방식보다 수십 내지 수백 배의 전류 차이를 형성하게 된다. 그 결과, 터치 지점에 대한 좌표 획득은 쉽게 이루어진다.
따라서 본 발명의 센싱 회로(130 ~ 160)는 터치 패널(100) 상의 전류 증폭을 통해 더 큰 전류를 얻을 수 있으므로, 1 프레임 내에 1 사이클 동작으로 정확한 좌표를 인식할 수 있다. 또한 본 발명의 센싱 회로(130 ~ 160)는 센싱 전류가 크며 스위치 역할을 하는 입력 박막 트랜지스터(130) 및 출력 박막 트랜지스터(140)에 의해 노이즈를 차단해주는 효과를 가진다.
도 7 내지 도 9는 도 3에 도시된 터치 패널의 터치 신호를 인식하는 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 터치 패널(100)는 입력 박막 트랜지스터(130)의 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)과, 출력 박막 트랜지스터(140)의 바이어스 라인(BL)의 입력 파형은 상호 동기화되어 같은 입력 타이밍을 가지며, 1 프레임(Frame) 시간에 1 사이클(cycle) 동작을 통해 터치 좌표를 센싱이 가능하다. 또 1 사이클 시간을 제외한 나머지 1 프레임 시간 동안에 터치 패널(100)는 휴지기를 가질 수 있으므로, 열화에 의한 수명 단축을 줄일 수 있다. 뿐만 아니라, 1 H(pulse holding time) 시간의 감소 없이 1 프레임 시간 동안에 사이클의 수를 증가시킬 수 있으므로, 보다 정확한 센싱이 가능하다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 입력 박막 트랜지스터(130)의 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)과, 출력 박막 트랜지스터(140)의 바이어스 라인(BL)의 입력 파형은 상호 동기화되고 계속해서 인가된다. 따라서 도 2에 도시된 순차적인 입력 전압(Dxn)를 갖는 종래의 정전 용량 방식과 달리, 1 H(pulse holding time) 시간의 변화없이 1 프레임 시간에 따른 사이클의 수는 터치 패널의 해상도(n × m) 따라 최대 한번의 터치 신호(Touch)를 나타내기 위한 n 번의 센싱이 가능하다. 따라서 1 H(pulse holding time) 시간의 감소없이 신호의 손실을 최소화할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 동시에 터치되는 지점을 센싱하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
종래의 정전 용량 방식은 멀티 터치시, 같은 좌표 상에서 터치 되면, 터치 패드 사이의 신호가 약화되어 좌표 인식이 정확하지 않았다. 그러나 본 발명에서는 도 6에 도시된 바와 같이, 터치시 손가락 등의 접촉 물체와 터치 센서 사이에 걸리는 기생 용량이 병렬로 연결된다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 터치 패널(100)는 멀티 터치 시, 예를 들어, A, B 및 C 위치가 동시에 터치 되었을 경우, 6 개의 터치 센서(110)에 기생 용량이 생성되어, 6 개의 기생 용량들을 합한 캐패시턴스 값(C1 + C2 + C3 + C4 + C5 + C6)을 갖는다. 즉, X 축 좌표 인식의 경우, X2, X3 라인에 각각 6 개의 기생 용량이 형성되고, Y 축 좌표의 Y2, Y3, Y4, Y5, Y6, Y7 열에는 각각 2 개의 기생 용량이 형성되어 멀티 터치를 인식한다. 이는 멀티 터치시 더 큰 기생 용량을 형성하여 입력 박막 트랜지스터(130)의 턴 오프(off)시, 터치를 하지 않았을 경우와 터치를 했을 경우의 전압 차이가 증가하므로, 출력 박막 트랜지스터(140)의 센싱 전류에 더 큰 차이를 가져온다. 따라서 종래의 정전 용량 방식에 비해 멀티 터치가 되었을 경우 더욱 정확한 센싱이 가능하다.
그리고 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널의 구성을 도시한 도면이고, 도 12는 도 11에 도시된 터치 패널의 터치 신호를 인식하는 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 이 실시예의 터치 패널(100a)는 순차적으로 입력 박막 트랜지스터(130)의 게이트 전압 및 데이터 전압을 인가한다.
이를 위해 터치 패널(100a)는 센싱 영역(104)의 가장자리 각각에 복수 개의 입력 박막 트랜지스터(130a ~ 130d)들이 설치되고, 입력 박막 트랜지스터(130a ~ 130d)가 연결된 제 1 센싱 라인 및 제 2 센싱 라인의 타측에는 출력 박막 트랜지스터(미도시됨)가 설치된다.
또 터치 패널 어레이 기판(102)의 센싱 영역(104) 가장자리에는 입력 박막 트랜지스터(130)의 전압을 순차적으로 인가하기 위한 복수 개의 게이트 라인(GL1 ~ GL4)들과, 복수 개의 데이터 라인(DLL, DLR)들이 형성된다. 또 도면에는 도시되지 않았으나, 센싱 영역(104)의 가장자리에는 도 3의 실시예와 마찬가지로 출력 박막 트랜지스터에 연결되어 접촉된 터치 센서(110)의 좌표를 감지하기 위한 센싱 라인과, 출력 박막 트랜지스터에 연결되어, 게이트 전압 변화에 따른 센싱 라인의 출력 전류를 조정하는 바이어스 라인이 형성된다.
따라서 입력 박막 트랜지스터(130a ~ 130d)들 각각은 소스 단자가 제 1 및 제 2 센싱 라인의 일측에 연결되고, 출력 박막 트랜지스터들 각각은 게이트 단자가 제 1 및 제 2 센싱 라인의 타측에 연결된다.
이 실시예에서, 제 1 센싱 라인의 입력 박막 트랜지스터(130a ~ 130d)들 각각은 순차적으로 게이트 라인(GL1 ~ GLn)에 전압이 인가된다. 제 2 센싱 라인의 출력 박막 트랜지스터(미도시됨)들의 게이트 라인에도 제 1 센싱 라인과 마찬가지로 순차적으로 전압이 인가된다. 그리고 입력 박막 트랜지스터(130a ~ 130d)들의 데이타 라인(DLL, DLR)은 도 4의 실시예에서와 같이 동일하게 전압이 인가된다. 이 때, 데이터 라인(DLL, DLR)은 센싱 영역(104)의 가장자리의 좌우(또는 상하) 양측에 배치되는 입력 박막 트랜지스터(130a, 130c 또는 130b, 130d)들로 나누어서 순차적으로 데이터 전압을 인가한다. 따라서 출력 박막 트랜지스터들은 터치 여부에 따라 입력 박막 트랜지스터(130a ~ 130d)들로부터 센싱 전류를 받아서 다른 크기의 전류값을 출력한다. 출력된 전류값은 각 열과 행에 따른 비교기(미도시됨)를 통해 증폭하고, 기준 전압과 비교하여 터치 여부를 판단한다.
이상에서, 본 발명에 따른 터치 패널의 센싱 회로의 구성 및 작용을 상세한 설명과 도면에 따라 도시하였지만, 이는 실시예를 들어 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다.
100, 100a : 터치 패널 102 : 터치 패널 어레이 기판
104 : 센싱 영역 106 : 제어부
110 : 터치 센서 120 : FPC
130 : 입력 박막 트랜지스터 140 : 출력 박막 트랜지스터
150, 160 : 제어 회로 152 ~ 158, 162 ~ 168 : 비교기
104 : 센싱 영역 106 : 제어부
110 : 터치 센서 120 : FPC
130 : 입력 박막 트랜지스터 140 : 출력 박막 트랜지스터
150, 160 : 제어 회로 152 ~ 158, 162 ~ 168 : 비교기
Claims (14)
- 센싱 영역과 주변 영역을 가지는 터치 패널의 센싱 회로의 센싱 방법에 있어서:
상기 센싱 영역 내의 제 1 방향으로 형성되는 제 1 센싱 라인, 상기 제 1 방향과 수직인 제 2 방향으로 형성되는 제 2 센싱 라인 및, 상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 라인에 의해 구획되는 단위 센싱 영역에 형성되며, 상기 센싱 라인들 각각에 전기적으로 연결되는 제 1 및 제 2 센싱 전극을 구비하며,
상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 라인의 일측에 형성된 복수 개의 제 1 스위칭 소자를 턴 온하여 상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 라인에 구동 전압을 인가하고, 상기 구동 전압에 의해 상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 라인의 타측에 형성된 복수 개의 제 2 스위칭 소자가 바이어스 전압을 출력하고,
상기 제 1 스위칭 소자가 턴 오프된 후, 상기 제 2 스위칭 소자를 통해 출력되는 상기 바이어스 전압을 검출하여 터치 여부를 판단하고, 센싱 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 터치 패널의 센싱 회로의 센싱 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 상기 제 2 스위칭 소자는 상기 주변 영역에 형성되는 박막 트랜지스터로 구비되는 것을 특징으로 하는 터치 패널의 센싱 회로의 센싱 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 바이어스 전압을 출력하는 것은;
상기 제 1 스위칭 소자의 게이트 전압 및 데이터 전압을 인가하여 상기 제 1 스위칭 소자를 턴 온하여 상기 구동 전압을 상기 제 2 스위칭 소자의 게이트 단자로 인가하고, 상기 제 2 스위칭 소자를 턴 온하여 상기 바이어스 전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 터치 패널의 센싱 회로의 센싱 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 바이어스 전압은 직류 형태의 전압이고, 지속적으로 인가되는 것을 특징으로 하는 터치 패널의 센싱 회로의 센싱 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은;상기 센싱 신호로부터 접촉 물체와 상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 전극들 사이에 발생되는 기생 용량에 의한 센싱 전압 및 전류 변화를 감지하여 상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 라인별로 좌표를 검출하는 것을 특징으로 하는 터치 패널의 센싱 회로의 센싱 방법. - 제 5 항에 있어서
상기 방법은;
복수 개의 상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 전극들의 위치에서 터치되면, 상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 전극들 각각과 접촉 물체 사이에 걸리는 기생 용량들에 의한 센싱 전압 및 전류 변화를 각각의 센싱 라인별로 검출하여 대응되는 전압을 상기 제 2 스위칭 소자의 상기 구동 전압으로 제공하는 것을 특징으로 하는 터치 패널 센싱 회로의 센싱 방법. - 제 3 항에 있어서 상기 제 1 스위칭 소자의 게이트 전압과 데이터 전압은 동시에 인가되는 것을 특징으로 하는 터치 패널 센싱 회로의 센싱 방법.
- 센싱 영역과 주변 영역을 가지는 터치 패널의 센싱 회로에 있어서:
상기 센싱 영역 내의 제 1 방향으로 형성되는 제 1 센싱 라인, 상기 제 1 방향과 수직인 제 2 방향으로 형성되는 제 2 센싱 라인 및, 상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 라인에 의해 구획되는 단위 센싱 영역에 형성되며, 상기 각각의 센싱 라인에 각각 전기적으로 연결되는 제 1 및 제 2 센싱 전극;
상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 라인의 일측에 형성되고, 상기 제 1 및 제 2 센싱 라인에 구동 전압을 인가하는 복수 개의 제 1 스위칭 소자 및;
상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 라인의 타측에 형성되고, 상기 제 1 스위칭 소자의 동작과 터치 여부에 의해 바이어스 전압을 센싱 신호로 출력하는 복수 개의 제 2 스위칭 소자를 포함하되;
상기 센싱 회로는 상기 제 1 및 제 2 센싱 전극에 터치가 이루어지면, 접촉 물체와 상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 전극 사이에 발생하는 기생 용량의 변화에 의한 센싱 전압 및 전류 변화를 감지하여, 상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 라인별로 터치 위치를 각각 인식하여 좌표를 검출하는 것을 특징으로 하는 터치 패널의 센싱 회로. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 및 상기 제 2 스위칭 소자는;
상기 주변 영역에 형성되는 박막 트랜지스터로 구비되는 것을 특징으로 하는 터치 패널의 센싱 회로. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 스위칭 소자는;
소스 단자에 상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 라인의 상기 일측이 연결되는 것을 특징으로 하는 터치 패널의 센싱 회로. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 2 스위칭 소자는;
게이트 단자에 상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 라인의 상기 타측이 연결되고, 드레인 단자에 상기 바이어스 전압을 인가하고, 소스 단자로 상기 센싱 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 터치 패널의 센싱 회로. - 제 8 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 센싱 회로는;
상기 제 2 스위칭 소자로부터 상기 센싱 신호를 받아서 증폭하고, 기준 전압과 비교하여 출력하는 비교기 및;
상기 제 1 스위칭 소자의 게이트 전압 및 데이터 전압을 인가하고, 상기 제 2 스위칭 소자의 상기 바이어스 전압을 직류 전압으로 계속 인가하여, 상기 비교기로부터 출력되는 신호를 받아서 상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 전극의 위치를 검출하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 패널의 센싱 회로. - 제 12 항에 있어서,
상기 센싱 회로는;
복수 개의 상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 전극들의 위치에서 터치되면, 상기 제 1 및 상기 제 2 센싱 전극들 각각과 접촉 물체 사이에 걸리는 기생 용량들에 의한 센싱 전압 및 전류 변화를 각각의 센싱 라인별로 검출하여 대응되는 전압을 상기 제 2 스위칭 소자의 상기 구동 전압으로 인가하는 것을 특징으로 하는 터치 패널의 센싱 회로. - 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센싱 회로는;
적어도 액정표시장치, 유기발광다이오드 표시장치 또는 전기영동 표시(ElectroPhoresis Display : EPD) 장치의 외부에 부착되는 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 터치 패널의 센싱 회로.
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