KR101627262B1 - Touch cell structure of touch panel - Google Patents
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Abstract
본 발명은 종래 용량식 터치 입력장치의 문제점을 개선한 발명으로서, 터치셀이 새로운 P2G(Pad to Gate) 방식으로 구성된 터치패널의 터치셀 구조에 관한 것이며, 본 발명의 터치셀 구조는 신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 전기적 특성을 갖는 터치수단이 소정 거리(d)로 접근할 때, 터치수단과의 사이에서 정전용량을 형성하는 도전패드(50); 및 상기 도전패드(50)에 게이트단자가 접속되며, 터치수단과 도전패드(50) 사이의 정전용량에 의해 게이트단자의 전위가 변화될 때 그에 대응하여 출력신호가 변화되는 3단자형의 스위칭소자(40);를 포함하여 구성되며, 도전패드(50)에서 형성된 정전용량에 의해 스위칭소자(40)의 게이트단자 전위가 결정되므로, 터치입력 여부에 따라 스위칭소자(40)의 출력신호 차이가 커지므로 검출 감도 및 정확도가 매우 높고, 하이/로우 레벨의 디지털 방식으로 터치입력을 검출할 수 있으며, ADC의 사용이 불필요하므로 구조가 간소화되고 제조코스트가 저렴하며, 멀티 터치입력을 인식 가능한 효과를 갖는 것이다.The present invention relates to a touch cell structure of a touch panel in which a touch cell is constituted by a new P2G (Pad to Gate) method, which improves the problems of the conventional capacitive touch input device. A conductive pad 50 for forming a capacitance with the touching means when the touching means 25 or the touching means having similar electrical characteristics approaches the predetermined distance d; And a three-terminal type switching device in which a gate terminal is connected to the conductive pad 50 and an output signal is changed corresponding to the potential of the gate terminal due to capacitance between the touch means and the conductive pad 50, And the gate terminal potential of the switching element 40 is determined by the electrostatic capacitance formed in the conductive pad 50. Therefore, the difference in the output signal of the switching element 40 becomes larger as the touch input is made Therefore, it is possible to detect the touch input with a high / low level digital method and to avoid the use of the ADC, so that the structure is simplified, the manufacturing cost is low, and the multi-touch input is recognizable will be.
Description
본 발명은 터치패널의 터치셀 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 특화된 셀 구성을 갖는 터치셀 구조로서 터치입력에 대한 검출 감도 및 정확도가 매우 높고, 디지털 방식으로 터치입력을 검출할 수 있고, 멀티 터치입력을 인식 가능한 새로운 Pad to Gate 방식의 터치셀 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a touch cell structure of a touch panel, and more particularly, to a touch cell structure having a specialized cell structure, which has a very high detection sensitivity and accuracy for a touch input, can detect a touch input in a digital manner, To a new pad-to-gate type touch cell structure capable of recognizing a touch input.
터치 입력장치는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic Light Emitting Diode), AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode) 등과 같은 표시장치 위에 부가되거나 표시장치 내에 내장 설계되는 입력장치로서, 손가락이나 터치펜 등의 물체가 스크린에 접촉될 때 이를 입력신호로 인식하는 장치이다. 터치 입력장치는 근래 휴대폰(mobile phone), PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player) 등과 같은 모바일 기기에 많이 장착되고 있으며, 그밖에도 네비게이션, 넷북, 노트북, DID(Digital Information Device), 터치입력 지원 운영체제를 사용하는 테스크탑 컴퓨터, IPTV(Internet Protocol TV), 최첨단 전투기, 탱크, 장갑차 등 전 산업분야에 걸쳐 이용되고 있다.The touch input device is an input device which is added to a display device such as an LCD (Liquid Crystal Display), a PDP (Plasma Display Panel), an OLED (Organic Light Emitting Diode), an AMOLED (Active Matrix Organic Light Emitting Diode) And is an apparatus that recognizes an object such as a finger or a touch pen as an input signal when the object touches the screen. Recently, touch input devices have been widely used in mobile devices such as a mobile phone, a PDA (Personal Digital Assistants), a PMP (Portable Multimedia Player), and the like. Input-supported desktop computers, Internet Protocol TV (IPTV), state-of-the-art fighters, tanks, and armored vehicles.
종래 터치 입력장치는 다양한 유형이 개시되어 있으나, 제조공정이 간단하고 제조코스트가 저렴한 저항방식의 터치 입력장치가 가장 널리 이용되고 있다. 그러나 저항방식의 터치패널은 투과율이 낮고, 기판에 대해 압력을 가해야 하므로 사용시간이 경과함에 따라 내구성의 저하가 불가피하고, 정확한 터치 지점의 인식이 어렵고, 온도 등과 같은 주변환경 및 노이즈에 의한 검출오류가 자주 발생하는 문제점이 있다.Conventionally, various types of touch input apparatuses have been disclosed, but resistive touch input apparatuses having a simple manufacturing process and a low manufacturing cost have been widely used. However, since the resistance type touch panel has low transmittance and pressure must be applied to the substrate, it is inevitable that the durability is inevitably degraded as the use time elapses, and it is difficult to accurately recognize the touch point and the detection by the surrounding environment and noise There is a problem that errors occur frequently.
저항식 터치입력장치의 대안으로 개발된 용량식(또는 '정전용량식') 터치입력장치는 비접촉 방식으로 터치입력을 검출하며, 저항식 터치입력장치의 제반 문제점에 대한 해결책을 갖고 있다.A capacitive (or 'capacitive') touch input device developed as an alternative to a resistive touch input device detects a touch input in a non-contact manner and has a solution to various problems of a resistive touch input device.
도 1은 종래 정전용량식 터치패널의 구조를 보여준다. 도 1을 참조하면, 종래 용량식 터치패널은 필름, 플라스틱 또는 유리 등으로 제조된 투명기판(10)의 상하면에 투명도전막이 형성되며, 투명기판(10)의 네 모서리 각각에 전압인가용 금속전극(12)이 형성되어 있다. 상기 투명도전막은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 ATO(Antimony Tin Oxide) 등의 투명한 금속으로 형성된다. 그리고 상기 투명도전막의 네 모서리에 형성되는 금속전극(12)들은 은(Ag) 등의 저항률이 낮은 도전성 금속으로 프린팅하여 형성된다. 상기 금속전극(12)들의 주변에는 저항 네트워크가 형성된다. 상기 저항 네트워크는 상기 투명도전막의 표면 전체에 균등하게 컨트롤신호를 송출하기 위하여 선형성 패턴(Linearization Pattern)으로 형성된다. 그리고 금속전극(12)을 포함한 투명도전막의 상부에는 보호막이 코팅된다.FIG. 1 shows the structure of a conventional capacitive touch panel. 1, a conventional capacitive touch panel has a transparent conductive film formed on the top and bottom surfaces of a
위와 같은 정전용량 방식의 터치패널은 다음과 같이 동작한다. 상기 금속전극(12)에 고주파의 교류 전압을 인가하면 이는 투명기판(10)의 전면에 퍼지게 된다. 이때 손가락(16, 또는 도전성 물질의 터치수단)으로 투명기판(10) 상면의 투명도전막을 가볍게 터치하면, 일정량의 전류가 체내로 흡수되며 컨트롤러(14)에 내장된 전류센서에서 전류의 변화를 감지하고 4개의 금속전극(12) 각각에서의 전류량을 연산하여 터치 지점을 인식하게 된다.The above capacitive touch panel operates as follows. When an AC voltage of a high frequency is applied to the
이러한 정전용량 방식의 터치패널은 소프트터치 방식이므로 수명이 길며, 1장의 투명기판(10)만 사용하므로 광 투과율이 높으며, 접촉표면에 특수금속 코팅처리를 하므로 견고하다는 장점을 가지고 있다. 특히 패널 에지부분에서 터치입력 검출이 불가능한 비동작영역(non active area)의 폭이 좁으므로 표시장치와 결합시에 기구를 슬림하게 만들 수 있다는 장점이 있다.Such a capacitive touch panel has a long life because it is a soft touch type, has a high light transmittance because only one
그러나, 위와 같은 정전용량 방식의 터치패널은 미소 전류의 크기를 검출하는 방식으로서, 고가의 검출장치를 필요로 하며 나아가서 검출된 전류를 디지털로 변환하기 위한 ADC를 필요로 하므로 가격 상승이 불가피하다. 또한, 아날로그 신호를 디지털로 변환하는 과정의 소요시간으로 인해 반응시간이 길어지는 문제점이 있다. 무엇보다, 터치입력이 발생했을 때의 검출전류와 터치입력 전의 평상시 전류의 크기 차이가 매우 적어, 검출 감도가 나쁘고 노이즈에 민감한 문제점을 안고 있다. 예컨대, 터치입력 미발생시 금속전극(12) 하나에서 유출되는 전류의 크기가 1uA라고 하고, 터치입력이 발생했을 때 동일한 금속전극(12)에서 유출되는 전류의 크기가 2uA라고 한다면, 이와 같은 미소전류의 차이를 회로적인 수단으로 검출하는 것은 정밀도의 저하, 노이즈에 의한 신호 인식 오류 등을 야기할 것이다.However, the above-mentioned capacitance type touch panel requires a costly detection device as a method of detecting the magnitude of a minute current, and further requires an ADC for converting the detected current into digital, so that the price is inevitably increased. In addition, there is a problem that the reaction time is prolonged due to the time required for converting the analog signal to digital. Among other things, there is a problem that the difference between the detection current when the touch input occurs and the current before the touch input is very small, so that the detection sensitivity is poor and is susceptible to noise. For example, if the magnitude of the current flowing out of one of the
본 발명은 상기와 같은 종래 용량식 터치 입력장치에서 터치입력에 의한 신호 변동이 미미하고, 이를 검출하기 위해 복잡한 구성을 요하는 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 터치 입력장치를 구성하는 단위 터치셀이 특화된 회로 구성을 가짐에 따라 터치입력 여부에 따른 검출신호의 차이를 크게 하고, 그에 따라 터치입력에 대한 검출 감도 및 정확도를 높이고, 디지털 방식으로 터치입력을 검출하여 ADC 등과 같은 고가의 구성품을 사용하지 않으며, 반응시간을 크게 줄이고 노이즈에 의한 오인식을 제거하며, 멀티 터치입력을 인식할 수 있는 새로운 방식의 터치셀 구조를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been proposed in order to solve a problem that a signal variation due to a touch input is insignificant in a conventional capacitive touch input device and a complicated configuration is required to detect it, With this specialized circuit configuration, it is possible to increase the difference of the detection signal according to the touch input, thereby increasing the detection sensitivity and accuracy of the touch input, detecting the touch input digitally, and using expensive components such as ADC It is an object of the present invention to provide a novel touch cell structure capable of greatly reducing a reaction time, eliminating a false sense due to noise, and recognizing a multi-touch input.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 터치셀 구조는, 터치패널의 단위 터치셀(60)을 구성하는 터치셀 구조에 있어서, 신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 전기적 특성을 갖는 터치수단이 소정 거리(d)로 접근할 때, 터치수단과의 사이에서 정전용량을 형성하는 도전패드(50); 및 상기 도전패드(50)에 게이트단자가 접속되며, 터치수단과 도전패드(50) 사이의 정전용량에 의해 게이트단자의 전위가 변화될 때 그에 대응하여 출력신호가 변화되는 3단자형의 스위칭소자(40);를 포함하여 구성된다.
In order to achieve the above object, a touch cell structure according to the present invention is a touch cell structure constituting a unit touch cell (60) of a touch panel, wherein a
바람직한 실시예에 따르면, 상기 스위칭소자(40)는 상기 도전패드(50)에 출력단자가 접속되며, 게이트단자에 인가되는 제어신호에 따라 턴 온/오프되어 도전패드(50)에 충전신호를 스위칭 공급하는 3단자형의 제1스위칭소자(42); 및 상기 도전패드(50)에 게이트단자가 접속되며, 게이트단자의 전위가 변화될 때 그에 대응하여 출력신호가 변화되는 제2스위칭소자(44);를 포함한다.
According to a preferred embodiment, the
일실시예로서, 상기 도전패드(50)와 접지 사이에는 커패시터(54)가 더 설치된다.
In an embodiment, a
일실시예로서, 상기 스위칭소자(40)는 릴레이(Relay), MOS(Metal Oxide Semiconductor) 스위치, BJT(Bipolar Junction Transistor), FET(Field Effect Transistor), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), TFT(Thin Film Transistor) 중 어느 하나이다.
The
바람직한 실시예에 따르면, 상기 스위칭소자(40)는 TFT(Thin Film Transistor)이다.According to a preferred embodiment, the
본 발명에 따른 터치셀 구조는 신체의 손가락이나 이와 유사한 도전특성을 갖는 터치수단과의 사이에서 정전용량을 형성하는 도전패드와, 이 도전패드에 게이트단자가 접속되는 3단자형의 스위칭소자로 구성됨으로써, 즉, 도전패드와 게이트단자가 접속되는 P2G(Pad to Gate) 방식으로 구성됨으로써, 터치수단과 도전패드 사이에서 형성된 정전용량(Ct)이 스위칭소자의 게이트단자 전위를 결정하게 되고, 터치입력 여부에 따라 스위칭소자의 출력신호가 수십 배 내지 수만 배 가량 차이나도록 할 수 있으며, 이로써 터치입력에 대한 검출 감도 및 검출 정확도가 매우 높고, 출력신호의 하이/로우 레벨로 터치입력을 검출할 수 있어 종래 ADC를 사용하던 터치패널 구조와 달리 디지털 방식으로 터치입력을 검출할 수 있고, 신호에 대한 반응속도가 매우 빠르며 노이즈에 의한 영향이 거의 없어 오작동이나 신호의 오인식이 발생하지 않고, 각각의 터치셀들이 능동적으로 동작하는 액티브 매트릭스(AM;Active Matrix) 방식으로서 각 터치셀들의 독립적인 동작이 가능하며 복수의 지점이 동시에 터치되는 멀티 터치입력을 인식 가능하고, 특화된 셀 구조를 가짐에 따라 셀 간격을 미소화 할 수 있어 다양한 어플리케이션에 대한 터치입력 지원이 가능할 뿐만 아니라 터치입력을 이용하는 어플리케이션의 개발을 촉진할 수 있는 효과가 있다.The touch cell structure according to the present invention is constituted by a conductive pad which forms a capacitance between a finger of a user or a touch means having similar conductive characteristics and a three terminal type switching element to which a gate terminal is connected to the conductive pad The gate terminal potential of the switching element is determined by the electrostatic capacitance Ct formed between the touching means and the conductive pad, The output signal of the switching element can be varied by a factor of tens to tens of thousands depending on whether the input signal is high or low and thus the detection sensitivity and detection accuracy for the touch input are very high and the touch input can be detected at high / Unlike the conventional touch panel structure that used ADC, it can detect touch input digitally and has very fast response to signals An active matrix (AM) scheme in which each touch cell actively operates without occurrence of a malfunction or a false sense of signal due to almost no influence of noise, enables independent operation of each touch cell, It is possible to recognize a multi-touch input which is touched at the same time, to have a specialized cell structure, to be able to miniaturize a cell interval, to support touch input for various applications, and to promote development of applications using touch input .
도 1은 종래 용량식 터치패널의 일예를 보인 사시도
도 2는 본 발명에 따른 터치패널의 구조를 보인 분해사시도
도 3은 본 발명에서 터치입력을 검출하는 방법을 개념적으로 묘사한 도면
도 4는 본 발명에 따른 터치셀 구조의 기본적인 실시예를 보인 구성도
도 5는 메모리수단의 일실시예를 개념적으로 보인 블록도
도 6은 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보인 구성도
도 7은 도 6의 실시예에서 단위 터치셀의 구조를 보인 평면구성도
도 8은 도 7에서 I-II 선을 따라 절단한 단면 구성을 보인 단면도
도 9는 도 6의 실시예에서 터치입력을 검출하는 예를 예시한 파형도
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예를 보인 구성도
도 11은 도 10의 변형 실시예를 보인 구성도
도 12는 TFT에 커패시터가 내장 설계되는 예를 보인 단면도
도 13은 TFT에 커패시터가 내장된 상태를 예시한 터치셀 구성도
도 14는 터치입력 여부에 따른 킥백 파형을 예시한 파형도
도 15는 TFT의 게이트전압 대비 출력전류의 특성을 보인 그래프
도 16은 비교기를 이용하여 터치입력을 검출하는 예를 보인 도면
도 17은 비교기를 이용한 검출시 파형을 예시한 파형도
도 18은 센싱셀의 구성을 예시한 회로도
도 19는 센싱셀의 다른 예를 보인 회로도1 is a perspective view showing an example of a conventional capacitive touch panel.
2 is an exploded perspective view showing the structure of a touch panel according to the present invention.
3 is a diagram conceptually illustrating a method of detecting a touch input in the present invention
4 is a view showing a basic structure of a touch cell structure according to the present invention.
Figure 5 is a block diagram conceptually illustrating an embodiment of a memory means.
6 is a block diagram showing a preferred embodiment according to the present invention.
FIG. 7 is a plan view showing a structure of a unit touch cell in the embodiment of FIG.
8 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along a line I-II in Fig. 7
Fig. 9 is a waveform diagram illustrating an example of detecting touch input in the embodiment of Fig. 6
Fig. 10 is a block diagram showing still another embodiment of the present invention
Fig. 11 is a diagram showing a modified embodiment of Fig. 10
12 is a cross-sectional view showing an example in which a capacitor is built in a TFT
Fig. 13 is a diagram showing a touch cell configuration in which a capacitor is incorporated in a TFT
14 is a waveform diagram illustrating a kickback waveform according to whether touch input is performed
15 is a graph showing characteristics of an output current versus gate voltage of a TFT
16 is a diagram showing an example in which a touch input is detected using a comparator
FIG. 17 is a waveform diagram illustrating a waveform upon detection using a comparator
18 is a circuit diagram illustrating the configuration of a sensing cell
19 is a circuit diagram showing another example of the sensing cell
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and embodiments.
우선, 본 발명은 LCD, PDP, OLED, AMOLED 등의 표시장치 상면에 부가하여 설치되거나 표시장치에 내장 설계되는 터치패널의 터치셀 구조에 관한 것이다. 본 발명에 따른 터치셀 구조는, 터치패널 상에서 실제 터치입력이 가능한 액티브영역(Active area)을 분할하여 복수개의 터치셀들을 매트릭스 형태로 배열한 셀 방식의 터치 입력장치에 있어서, 각각의 단위 터치셀이 갖는 구조이다. First, the present invention relates to a touch cell structure of a touch panel which is additionally provided on a display device such as an LCD, a PDP, an OLED, and an AMOLED or is built in a display device. The touch cell structure according to the present invention is a cell type touch input device in which a plurality of touch cells are arranged in a matrix by dividing an active area capable of real touch input on a touch panel, .
각 단위 터치셀의 구조는 손가락이나 이와 유사한 도전특성을 갖는 터치수단과의 사이에서 정전용량을 형성하는 도전패드와, 이 도전패드에 게이트단자가 접속된 3단자형의 스위칭소자로 구성된다. 여기서, 본 발명에 따라 특화된 터치셀 구조는 도전패드의 정전용량에 의해 스위칭소자의 게이트단자 전위를 결정하므로 P2G(Pad to Gate) 방식이라 칭하거나, 손가락에 의해 생성된 커패시턴스가 게이트단자 전위를 변화시키므로 F2G(Finger to Gate) 방식이라 칭하기로 한다. 이와 같은 명명방식에 의해 본 발명에 따른 P2G 또는 F2G 방식의 터치셀 구조가 종래 정전용량식 터치패널과 차별된다는 것을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.The structure of each unit touch cell is constituted by a conductive pad which forms a capacitance between a finger or a touch means having similar conductive characteristics and a three-terminal type switching element in which a gate terminal is connected to the conductive pad. Here, since the special touch cell structure according to the present invention determines the gate terminal potential of the switching element by the capacitance of the conductive pad, it is referred to as a P2G (Pad to Gate) method, or the capacitance generated by the finger changes the gate terminal potential So that it will be referred to as F2G (Finger to Gate) method. It will be appreciated that the P2G or F2G touch cell structure according to the present invention is distinguished from the conventional capacitive touch panel by this naming scheme.
스위칭소자는 턴 온/오프를 제어할 수 있는 게이트단자를 구비한 3단자형으로 구성된다. 3단자형 스위칭소자는 각 터치셀로부터 출력되는 신호를 감지하는 용도로 사용되며, 다른 실시예에서는 각 터치셀에 인가되는 충전신호를 스위칭하는 부가의 스위칭소자가 더 요구될 수 있다. 예컨대, 3단자형 스위칭소자는 제어단자에 인가되는 신호에 따라 입출력단자의 도통을 제어하는 소자로서, 릴레이(Relay), MOS(Metal Oxide Semiconductor) 스위치, BJT(Bipolar Junction Transistor), FET(Field Effect Transistor), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), TFT(Thin Film Transistor)일 수 있다. 릴레이(Relay)는 제어단자에 전류를 인가하면 입력단자에 인가된 전압이나 전류가 손실 없이 출력되는 소자이며, BJT는 베이스(Base)의 문턱전압(Threshold voltage)보다 높은 전압을 베이스에 인가한 상태에서 베이스단자에 전류를 흘리면, 일정량 증폭된 전류가 콜렉터 (Collector)에서 에미터(Emitter)로 흐르는 소자이다. 또한 TFT는 LCD나 AMOLED등의 표시장치를 구성하는 화소부에 사용되는 스위칭소자로서 제어단자인 게이트(Gate)단자, 입력단자인 드레인(Drain)단자 및 출력단자인 소스(Source)단자로 구성되며, 게이트단자로 소스단자에 인가된 전압보다 문턱전압 이상되는 전압을 가하면, 도통되면서 게이트단자에 인가된 전압의 크기에 종속되는 전류가 입력단자에서 출력단자로 흐르는 소자이다.The switching element is configured as a three-terminal type having a gate terminal capable of controlling turn-on / off. The three-terminal type switching device is used for sensing a signal output from each touch cell, and in another embodiment, additional switching devices for switching a charging signal applied to each touch cell may be further required. For example, a three-terminal type switching element is an element for controlling conduction of an input / output terminal in accordance with a signal applied to a control terminal, and may be a relay, a metal oxide semiconductor (MOS) switch, a bipolar junction transistor (BJT) Transistors, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors (MOSFETs), Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs), and Thin Film Transistors (TFTs). Relay is a device in which the voltage or current applied to the input terminal is output without loss when a current is applied to the control terminal. The BJT is a device in which a voltage higher than the threshold voltage of the base is applied to the base , A certain amount of amplified current flows from the collector to the emitter. The TFT is a switching element used in a pixel portion constituting a display device such as an LCD or an AMOLED, and is composed of a gate terminal serving as a control terminal, a drain terminal serving as an input terminal, and a source terminal serving as an output terminal When a voltage which is higher than the threshold voltage by a voltage applied to the source terminal is applied to the gate terminal, a current that depends on the magnitude of the voltage applied to the gate terminal as it is conducted flows from the input terminal to the output terminal.
이하에서는 스위칭소자로서 TFT가 사용되는 예를 설명하겠으며, 스위칭소자와 TFT에 대하여는 동일한 도면부호를 부여하기로 한다. 이와 같이 TFT를 이용하여 각 터치셀에서의 신호를 스위칭하는 것은 흡사 LCD(또는 Active Matrix LCD)나 AMOLED에서 화면 표시를 위해 TFT를 이용하여 화소를 구성한 방식과 흡사하다. 즉, 본 발명에서 언급되는 터치셀(50)들은 Active Matrix 방식으로 터치입력을 검출한다. 그에 따르는 기술적 장점은 터치패널의 양산성, 신뢰성 등이 양호하다는 것과, 신호의 역류를 방지하여 터치입력을 오인식하는 것을 막고 동시에 다수의 지점이 터치되는 멀티 터치입력을 인식할 수 있다는 것이다.Hereinafter, an example in which a TFT is used as a switching element will be described, and the same reference numerals will be given to the switching element and the TFT. The switching of the signals in each touch cell using TFTs is similar to a method in which pixels are formed using TFTs for screen display in a similar LCD (or Active Matrix LCD) or AMOLED. That is, the
이하의 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께나 영역을 확대하여 나타내었다. 그리고, 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.In the following drawings, thicknesses and regions are enlarged to clearly show layers and regions. And, when a part of a layer, an area, a substrate, or the like is referred to as being "on" or "on" another part, it includes not only the case where it is "directly on" another part but also the case where there is another part in the middle. Conversely, when a part is "directly over" another part, it means that there is no other part in the middle.
도 2는 본 발명에 따른 터치패널의 구조를 보인 분해사시도이다. 도시된 바와 같이, 표시장치(20)의 상면에 단일 기판(30)의 터치패널이 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. 도시된 실시예에서는 드라이브IC(71)가 단일의 IC로 설치된 예를 보였으나, 드라이브IC(71)는 발신용과 수신용이 각각 별도로 구성될 수도 있으며, 게이트IC가 별도로 구성될 수도 있다.2 is an exploded perspective view showing the structure of a touch panel according to the present invention. As shown in the figure, a touch panel of a
드라이브IC(71)는 기판(30)의 에지부에 COF(Chip On Film) 또는 COG(Chip On Glass) 형태로 실장된다. 또한, 드라이브IC(71)는 기판(30)의 에지부에서의 배선영역을 줄이기 위하여 ASG(Amorphous Silicon Gate)로 구성될 수도 있다. ASG는 게이트IC 기능을 비정질 실리콘 유리기판 위에 구현하는 SOG(System On Glass) 기술로서, ASG에 의해 글래스 기판 상에서 직접 게이트IC 기능을 구현할 수 있으며 게이트IC의 설치영역이 최소화될 수 있다. 또한, 드라이브IC(71)는 FPC(Flexible Printed Circuit)를 이용하여 기판(30)의 외부에서 신호를 전달할 수도 있다.The
한편, 본 발명의 터치셀 구조를 갖는 터치패널은 단일 기판(30)으로 구성되므로 매우 슬림하게 제조될 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이 터치패널이 표시장치(20)의 상부에 설치되는 것이 아니라, 표시장치(20)의 내부에 내장 설계될 수 있으며, 이와 같은 설계에도 불구하고 표시장치(20)의 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 표시장치(20) 내에 내장시킬 수 있을 것이다. 다른 예로서, 상기 기판(30)은 칼라필터기판과 동일한 기판으로 설치될 수도 있다. 예를 들어, 칼라필터기판의 상면 또는 하면에 후술하는 터치셀들이 형성될 수 있을 것이다.Meanwhile, since the touch panel having the touch cell structure of the present invention is composed of a
본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명하기에 앞서, 도 3을 참조하여 본 발명에서 비접촉 터치입력을 검출하는 원리에 대하여 간략하게 설명한다. 도 3을 참조하면, 도전패드(50)에 손가락(25, 또는 이와 유사한 도전성의 터치수단)이 접근했을 때, 도전패드(50)와 손가락(25)이 "d"의 간격으로 이격되며, "A"라는 대향면적을 갖는다고 가정하자. 그러면, 도 3의 우측 등가회로 및 수식에서 보여지듯이 손가락(25)과 도전패드(50) 사이에는 정전용량 "C"가 형성된다. 정전용량 "C"를 갖는 도전패드(50)에 전압이나 전류의 신호를 공급하여 전하량 "Q"의 크기를 갖는 전하가 축적되면, V=Q/C라는 전압관계식이 형성된다. 이때 신체는 대지에 대하여 가상으로 접지된다.Before explaining a specific embodiment of the present invention, the principle of detecting a noncontact touch input in the present invention will be briefly described with reference to Fig. 3, when the finger 25 (or similar conductive touch means) approaches the
만약 손가락(25)이 도전패드(50)와 d의 간격으로 대향된 상태에서 도전패드(50)에 소정 신호를 인가한다면, 도전패드(50)와 손가락(25) 사이에 형성된 정전용량 C에는 전하가 충전된다. 이때, 도시한 바와 같이 도전패드(50)에는 스위칭소자(40, 바람직하게는 TFT)의 게이트단자가 접속되어 있으므로, 도전패드(50)에 전하가 충전되는 시간 및 정전용량 C에 축적된 신호가 방전되는 임의의 시간동안 TFT(40)가 턴 온 된다. 방전된 신호의 크기는 시간이 경과함에 따라 점차 작아지며, 어느 정도 방전이 이루어지면 TFT(40)는 턴 오프 된다.If a predetermined signal is applied to the
본 발명은 이와 같이 터치수단과 도전패드(50) 사이의 정전용량에 의해 TFT(40)의 게이트단 전위가 변동되는 것을 이용하여 비접촉 터치입력을 검출한다. 이때, 후술하는 바와 같이 TFT(40)의 게이트단의 전위에 대한 출력신호는 로그함수의 그래프로 나타나므로, 터치입력 여부에 따라 TFT(40)의 출력이 수십 배 내지 수만 배의 출력 차이를 갖게 된다. 본 발명은 이와 같이 도전패드(50)의 전위가 TFT(40)의 게이트단 전위를 결정하는 P2G 방식으로서, 종래 알려진 정전용량 방식의 터치 입력장치 및 터치셀 구조와 명백하게 차별된다.The present invention detects the non-contact touch input by using the fact that the gate terminal potential of the
도 4는 본 발명에 따른 터치셀 구조의 기본적인 실시예를 보인 구성도로서, 본 발명의 터치셀(60)이 3*3의 해상도로 구비된 터치패널을 예시한 것이다. 터치셀(60)은 실제로는 더욱 높은 해상도로 배치되겠지만, 본 발명의 이해를 돕기 위해 이하의 실시예에서는 터치셀(60)이 3*3으로 구성된 터치패널을 예시하여 설명하기로 한다.FIG. 4 is a view showing a basic structure of a touch cell structure according to the present invention. FIG. 4 illustrates a touch panel having a 3 * 3
도 4를 참조하면, 기판(30)의 일면에는 복수의 제1신호선(32), 제2신호선(34) 및 보조신호선(37)이 배치된다. 제1신호선(32)은 각 터치셀(60)에 위치검출신호(또는 충전신호)를 인가하기 위한 신호선이고, 제2신호선(34)은 각 터치셀(60)로부터 위치검출신호를 수신하기 위한 신호선이고, 보조신호선(37)은 각 터치셀(60)에 관측용 보조신호를 인가하기 위한 신호선이다. 도시된 실시예에서는 제1신호선(32)과 제2신호선(34)이 평행하게 배선되고, 여기에 보조신호선(37)이 교차하여 배선된 것을 예시하였지만, 이는 단지 본 발명의 이해를 돕기 위해 도시한 것일 뿐이며, 각 신호선들은 모두 평행하게 배선되거나 배선각도를 달리하여 배선될 수도 있다. 또한, 각 신호선들은 사선 형태로 배선되거나 지그재그 형태로 배선될 수도 있다.Referring to FIG. 4, a plurality of
도 4의 실시예에서, 각각의 단위 터치셀은 도전패드(50)와, 이 도전패드(50)에 게이트단자가 연결된 3단자형의 스위칭소자(40)로 구성된다. 3단자형의 스위칭소자(40)는 전술한 다양한 스위칭소자일 수 있으나, 바람직하게는 TFT(40)이다. TFT는 AMLCD(Active Matrix LCD) 또는 AMLCD 등에서 이미 검증된 소자이다.4, each unit touch cell is composed of a
도시한 바와 같이, 도전패드(50)는 제1신호선(32)에 접속되며, 제1신호선(32)으로부터 충전신호를 공급받는다. TFT(40)는 도전패드(50)에 게이트단자가 접속되고, 입력단자인 드레인단자는 보조신호선(37)에 접속되며, 출력단자인 소스단자는 제2신호선(34)에 접속된다.As shown in the figure, the
도전패드(50)는 ITO, CNT(Carbon Nano Tube), ATO(Antimony Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 또는 이와 유사한 도전특성을 갖는 투명도전체로 형성된다. 도전패드(50)는 신체의 손가락(25)과 대향하여 정전용량을 형성하는 것으로서, 도전패드(50)의 면적은 터치입력시 발생하는 정전용량을 결정하는 중요한 인자로 작용한다. 예컨대, 터치셀(60) 내에서 도전패드(50)의 면적을 크게 가져갈수록 터치입력시 발생하는 정전용량은 커질 것이다.The
도 4의 하단에는 터치패널의 시스템 구성이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 패널의 일측 에지부 또는 외부에는 터치위치 검출부(70)가 설치된다. 터치위치 검출부(70)는 드라이브IC(71)와, 타이밍 제어부(72)와, 신호처리부(73)와, 메모리수단(74)으로 구성된다. 그리고 터치위치 검출부(70)에서 획득한 검출신호는 CPU(75)로 전달된다. CPU(75)는 표시장치(20)의 CPU 혹은 컴퓨터장치의 메인 CPU이거나, 터치 입력장치 자체의 CPU일 수 있다. 도시하지 않았지만, 시스템 구성에는 터치입력 검출을 위한 신호들의 하이나 로우전압을 생성하기 위한 전원부가 더 포함된다.4 shows the system configuration of the touch panel. As shown in the figure, a touch
타이밍 제어부(72)는 수십 ms 이하의 시분할 신호를 발생시키며, 신호처리부(73)는 드라이브IC(71)를 통해 제1신호선(32) 각각에 충전신호를 인가하고, 보조신호선(37) 각각에는 관측용 보조신호를 인가하며, 제2신호선(34)으로 입수되는 신호를 검출하여 터치입력이 발생한 터치셀(60)의 좌표값을 획득한다.The
메모리수단(74)은 획득된 좌표값을 일시 저장하는 수단이다. 도시된 실시예는 터치셀(60)이 3*3의 해상도인 경우를 예시하였으나, 실제로는 더욱 높은 해상도를 갖기 때문에, 많은 신호들을 처리하는 과정에서 신호가 손실될 수 있다. 예를 들어, 신호처리부(73)가 "Busy" 상태일 경우, 위치검출신호를 인식하지 못하여 신호를 놓칠 수 있다. 메모리수단(74)은 이와 같은 신호의 손실을 방지한다.The memory means 74 is means for temporarily storing the obtained coordinate values. Although the illustrated embodiment illustrates a case where the
도 5는 메모리수단의 일실시예를 개념적으로 보인 블록도이다. 도 5를 참조하면, 메모리수단(74)은 터치셀(60)의 좌표값에 대응하는 절대주소를 갖는다. 이를 위하여, 메모리수단(74)은 터치셀(60)의 개수 이상의 비트를 갖는다. 만약, 도 4의 실시예에서 가장 우하단의 터치셀(60)에서 터치입력이 발생하였다면, 신호처리부(73)는 도 5에서 점선으로 보인 바와 같이 메모리수단(74)의 "m9" 주소에 획득된 좌표값을 저장한다. 그리고, 전체 신호들을 1회 스캐닝한 후에 메모리수단(74)을 읽어 누락된 신호가 있는지를 판단한다. 만약, m9의 좌표값에 대응하는 신호가 누락되었고, 메모리수단(74)의 m9에는 저장된 상태라면, 해당 신호를 정상 입력신호로 생성하고 다음 스캐닝 이전에 메모리수단(74)을 소거한다.5 is a block diagram conceptually illustrating an embodiment of a memory means. Referring to FIG. 5, the memory means 74 has an absolute address corresponding to the coordinate value of the
도 6은 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보인 평면구성도로서, 터치셀(60)에 2개의 스위칭소자(42, 44)가 구성된 예를 보여준다. 도 6의 실시예는 신호의 처리가 더욱 용이하고, 안정적으로 멀티 터치입력을 인식하는 예이다.FIG. 6 is a plan view showing a preferred embodiment of the present invention. FIG. 6 shows an example in which two switching
도 6에 도시된 바와 같이, 기판(30)의 일면에는 복수의 게이트신호선(36)이 더 배치된다. 각 터치셀(60)이 도전패드(50)와, 이 도전패드(50)에 게이트단자가 접속되는 스위칭소자(44)로 구성되는 기본적인 회로구성은 도 4의 실시예와 동일하며, 여기에 추가로 도전패드(50)에 충전신호를 스위칭 공급하기 위한 스위칭소자(42)가 더 설치된다. 후자의 스위칭소자(42)는 제1스위칭소자(42)이고, 전자의 스위칭소자(44)는 제2스위칭소자(44)이다. 바람직하게는, 두 스위칭소자(42, 44) 모두 TFT이다.As shown in FIG. 6, a plurality of
도 6을 참조하면, 제1TFT(42)는 제1신호선(32)에 입력단자가 연결되고, 도전패드(50)에 출력단자가 연결되며, 게이트신호선(36)에 게이트단자가 연결된다. 제2TFT(44)는 도전패드(50)에 게이트단자가 연결되며, 입력단자와 출력단자는 각각 보조신호선(37)과 제2신호선(34)에 연결된다. 6, an input terminal is connected to the
도 6의 실시예에서, 터치위치 검출부(70)는 각각의 게이트신호선(36)에 순차적으로 스캔펄스를 인가하여 제1TFT(42)들을 순차적으로 도통시킨다. 또는, 게이트신호 Gn을 동시에 턴 온하여 손가락(25)과 도전패드(50) 사이의 정전용량에 충전을 유도한 후 보조신호선(37)을 순차적으로 인가하여 터치위치를 확인할 수도 있다.In the embodiment of FIG. 6, the
도 7은 도 6의 실시예에서 단위 터치셀의 구조를 보인 평면구성도이고, 도 8은 도 7에서 I-II 선을 따라 절단한 단면 구성을 보인 단면도로서, 이를 참조하여 단위 터치셀(60)의 구조에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.FIG. 7 is a plan view showing the structure of a unit touch cell in the embodiment of FIG. 6, and FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line I-II in FIG. ) Will be described in more detail as follows.
도 7을 참조하면, 도 6의 회로도에서와 같이 도전패드(50) 및 신호선들에 제1TFT(42) 및 제2TFT(44)가 접속되어 있다. 신호선들은 일 실시예로, 알루미늄과 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열의 금속, 은과 은 합금 등 은 계열의 금속, 구리와 구리 합금 등 구리 계열의 금속, 몰리브덴과 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열의 금속, 크롬, 티타늄, 탄탈륨 등으로 이루어지는 것이 바람직하다. 제1신호선(32), 제2신호선(34), 게이트신호선(36) 및 보조신호선(37)은 물리적 성질이 다른 두 개의 막, 즉 하부막(도시하지 않음)과 그 위의 상부막(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 상부막은 신호지연이나 전압 강하를 줄일 수 있도록 낮은 비저항(Resistivity)의 금속, 예를 들면 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열의 금속으로 이루어진다. 이와는 달리 하부막은 ITO(Indium Tion Oxide) 및 IZO(Indium Zinc Oxide)와의 접촉 특성이 우수한 물질, 이를테면 몰리브덴(Mo), 몰리브덴합금, 크롬(Cr) 등으로 이루어진다.Referring to FIG. 7, the
신호선들은 바람직하게는 투명도전체로 형성되어, 관측자에 의해 시인되는 것을 회피한다. 도시하지는 않았으나, 신호선들이 투명도전체로 구성되는 경우에, 신호선의 교차 지점에서 신호선들간 절연을 위하여, 또한, 신호선의 저항을 감소시키기 위하여 부분적으로 금속계열의 신호선이 사용될 수 있다. 또한, 도시하지는 않았으나, 신호선은 절연막으로 보호될 수 있다. 신호선들을 투명도전체로 구성하면, 신호선의 시인을 방지할 뿐만 아니라, 표시장치의 화면 표시를 위한 신호선(예컨대, LCD의 게이트라인 및 소스라인 등과 같은) 혹은 화소들 사이에 형성되어 신호선을 은폐하는 BM(Black Matrix)과의 광간섭에 의한 모아레 현상을 방지할 수도 있다. 이종의 레이어에 형성된 신호선들은 콘택홀(59, contact hole)에 의해 다른 구성품들과 접속된다.The signal lines are preferably formed entirely of transparency to avoid being seen by the observer. Although not shown, a metal-based signal line may be partially used for insulation between signal lines at the intersections of the signal lines and for reducing the resistance of the signal lines when the signal lines are made of the entire transparency. Further, although not shown, the signal line can be protected by an insulating film. (For example, a gate line and a source line of an LCD) for displaying a screen of a display device or a BM (a gate line and a source line) formed between pixels to conceal a signal line, It is possible to prevent the moire phenomenon due to optical interference with the black matrix. The signal lines formed on the different types of layers are connected to the other components by the contact holes 59.
도 8의 단면도를 참조하면, 제1TFT(42)와 제2TFT(44)의 게이트전극(56) 위에는 질화규소(SiNx) 등으로 이루어진 게이트절연막(43)이 형성된다. 게이트절연막(43) 위에는 게이트전극(56)과 중첩되고, 드레인전극(57) 및 소스전극(58) 사이에 채널을 형성하는 활성층(46)이 형성된다. 또한, 활성층(46)은 드레인전극(57) 및 소스전극(58)과도 중첩되게 형성된다. 활성층(46)은 수소화 비정질 규소(Hydrogenated Amorphous Silicon) 또는 다결정규소(Poly Crystalline Silicon) 등으로 형성된다. 활성층(46) 위에는 실리사이드(Silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 등의 물질로 만들어진 오믹(Ohmic) 접촉층(47)이 형성된다. 오믹 접촉층(47)은 드레인전극(57)과 소스전극(58)의 오믹 접촉을 위한 층이다. 드레인전극(57)과 소스전극(58) 위에는 보호막(45)이 형성되며, 보호막(45)의 상면에는 ITO 등의 투명한 도전물질로 형성된 도전패드(50)가 위치한다.8, a
도시한 바와 같이, 도전패드(50)를 제1TFT(42)의 소스전극(58)과 제2TFT(44)의 게이트전극(56)에 접속하기 위하여 콘택홀(59)이 사용된다. 콘택홀(59)은 다각형 또는 원 모양 등 다양한 모양으로 만들어 질 수 있다.A
도시하지 않았지만, TFT(42, 44)의 위에는 광(Light)을 차단하기 위한 광차단층이 형성될 수 있다. 광차단층은 TFT(42, 44)의 드레인전극(57)과 소스전극(58)의 제조에 사용된 재질이나 게이트전극(56)의 제조에 사용된 재질이 사용될 수 있으며 불투과성 무기물질이 사용될 수 있다. 광차단층은 TFT(42, 44)가 광(Light)에 반응하여 오작동하는 것을 방지한다.Although not shown, a light blocking layer for blocking light may be formed on the
도 9는 도 6의 실시예에서 터치입력을 검출하는 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.9 is a waveform diagram showing an example of detecting a touch input in the embodiment of FIG. Referring to this, the
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.The gate signal Gn has a sufficient observation time between the respective signals. This is to allow a hypothetical capacitor formed by the
터치위치 검출부(70)는 보조신호선(37)을 통해 관측 전압을 제공한다. 보조신호선(37)을 통해 인가되는 신호 Auxn은 관측시간의 일부 구간에서 반드시 Hi 레벨이어야 하며, 모든 관측시간 구간에서 항상 Hi 레벨로 제공될 수도 있다. 보조신호 Auxn은 Hi 레벨에서 Dn에 의해 손가락(25)과 도전패드(50) 사이에 충전되는 전압인 13V에 비해 3V 이상 낮은 관측전압을 제공한다. 예를 들어, Auxn의 관측전압은 5V 정도로 족하다.The touch
도 9를 참조하여 제2신호선(34)을 통해 입수되는 파형 및 이를 통해 터치 신호를 획득하는 과정을 설명하면 다음과 같다.Referring to FIG. 9, a waveform obtained through the
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 Dn의 전압이 인가되므로 제2TFT(44) 역시 도통된다. 그런데, 제2신호선(44)의 배선저항과 기생 정전용량이 존재하므로, 도시한 바와 같이 입수되는 신호 S1 및 S2는 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.If the body is not accessed even after the gate signal is applied and the subsequent observation time has passed, as in the case where the gate signals G1 and G2 are applied, the signal Sn obtained through the
만약, 어느 시점에서 도 6에서의 우하단 터치셀(60)에 손가락(25)의 접근이 이루어진다면, 해당 터치셀(60)에서 도전패드(50)와 신체의 손가락(25) 사이에는 정전용량이 형성될 것이다. 도 9의 파형도에서 보여지듯이 G3가 Hi 레벨인 구간에서 터치가 발생하였다면, 손가락(25)이 근접하는 순간 가상의 커패시터가 형성된다. 이때, 도 9의 파형도에서 S3의 파형이 터치 발생시점에서 파형이 왜곡되듯이, 충전 초기에 충전전압의 변동이 있을 수 있다. 하지만, 곧 충전이 완료되면서 S3는 Hi 레벨로 상승한다.If the
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.When the G3 signal is changed to the observation time, that is, when G3 is turned off, the voltage charged in the imaginary capacitor is discharged, and the gate-side voltage of the
도 9의 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 하강전압(또는 전류)을 판독하여, 터치 신호를 획득할 수 있다.Referring to the waveform diagram of FIG. 9, it can be seen that T1 and T2 show considerable time differences. The touch
도 9의 실시예는 터치를 획득하기 위한 일 실시예이며 이와 다른 다른 방법으로도 터지지점을 획득하는 것이 가능하다. 예를 들어, 게이트신호 Gn을 모두 동시에 턴 온 하여 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.The embodiment of FIG. 9 is an embodiment for acquiring a touch, and it is possible to acquire a detonation point by another method. For example, all the gate signals Gn are simultaneously turned on to induce charge in a virtual capacitor formed between the body and the
도 10 및 11은 본 발명의 또 다른 실시예를 보인 구성도로서, 각 터치셀(60)에서 도전패드(50)와 접지 사이에 별도의 커패시터(54)를 부가한 예를 보여준다. 부가된 커패시터(54)는 신체의 손가락(25)에 의해 형성되는 가상의 커패시터와 charge sharing을 하며, 이에 따라 제2TFT(44)의 게이트측 전위를 떨어뜨리거나 충전시간을 더 길게 만들 것이다. 따라서, 이를 검출하면 손가락(25)의 접근에 대하여 보다 안정적으로 터치 신호를 획득할 수 있을 것이다.10 and 11 illustrate another embodiment of the present invention in which an
도 10을 참조하면, 도 6의 실시예에 더하여, 도전패드(50)와 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.10, in addition to the embodiment of FIG. 6, a
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.In this embodiment, the gate signal Gn and the auxiliary signal Auxn for observation do not necessarily have to be interlocked and can be independently applied. However, since too much time has elapsed after the
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.In one embodiment, the ON voltage of Gn is set to 15V. Dn is also applied when Gn is applied and charges the
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 손가락(25)의 접근이 이루어진다면, 커패시터(54)에 저장된 전하가 방출하여 신체에 의해 형성되는 가상의 커패시터로 이동하며, 이는 두 커패시터의 전위가 동일해질 때까지 계속된다. 커패시터(54)의 정전용량이 손가락(25)에 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.Since the voltage of the gate of the
도 11을 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.Referring to FIG. 11, the
본 실시예는 단지 관측을 위한 보조신호와 상태 모니터링을 위한 보조신호를 분리한다는 점이 다를 뿐 나머지는 도 10의 실시예와 동일하다. 관측을 위한 제1보조신호선(37a)으로는 보조신호 Aux1-n이 인가되며, 모니터링을 위한 제2보조신호선(37b)으로는 보조신호 Aux2-n이 인가된다.The present embodiment is different from the embodiment of FIG. 10 only in that an auxiliary signal for observation and an auxiliary signal for status monitoring are separated. The auxiliary signal Aux1-n is applied to the first
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.In this embodiment, the ON voltage of Gn is set to 18V. The Hi level potential of Dn is a voltage for turning on the
도 10 및 11의 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.10 and 11 can vary the capacitance of the
상술한 실시예들은 본 발명에 따른 터치셀 구조들을 보여준다. 터치셀(60)은 기본적으로 P2G 방식으로 구성되며, 이러한 기본적인 구성에 몇가지 구성품들이 추가될 수 있다. 위에서 열거한 실시예들 이외에도, 각 터치셀(60)은 추가의 스위칭소자, 커패시터, 저항 또는 기타 다른 전기소자들을 더 포함할 수 있다.The above-described embodiments show touch cell structures according to the present invention. The
여기서, 위와 같은 P2G 방식의 터치셀(60)이 갖는 기술적 특징은, 스위칭소자(40)의 게이트단자에서의 킥백(kick back)이 터치입력 여부에 따라 크게 변화되고, 터치입력에 따른 킥백 차이에 따라 스위칭소자(40)의 출력신호는 수십 배 내지 수만 배의 차이를 가지므로, 검출 감도 및 정확도가 매우 높고 디지털 방식으로 터치입력을 검출할 수 있다는 점이다.The technical feature of the
이하에서는 본 발명에 따른 터치셀 구조가 킥백을 이용하여 터치입력을 검출하는 예에 대하여 설명한다. 이하에서 설명되는 C1 및 C2는 커패시터의 이름 및 크기를 동시에 표현하는 기호로서, 예컨대, "C1"은 C1이라는 이름을 가진 커패시터를 의미하는 동시에 C1이라는 크기의 커패시턴스를 의미한다.Hereinafter, an example in which the touch cell structure according to the present invention detects a touch input using a kickback will be described. C1 and C2, which will be described below, represent a capacitor name and a size simultaneously. For example, "C1 " means a capacitor having the name C1 and a capacitance C1.
도 12는 TFT에 커패시터가 내장 설계되는 예를 보인 단면도이다. 이를 참조하면, TFT를 제조하는 과정에서 TFT의 게이트단자와 드레인단자의 사이 및 게이트단자와 소스단자의 사이에는 커패시터(Cgd, Cgs)가 형성된다. 도시한 바와 같이, 드레인전극(57)이 게이트전극(56)과 오버랩되는 영역에는 커패시터 Cgd가 형성되며, 소스전극(58)이 게이트전극(56)과 오버랩되는 영역에는 커패시터 Cgs가 형성된다. 이들 커패시터(Cgd, Cgs)의 크기는 TFT의 폭 또는 길이에 따라 정해진다. 예컨대, TFT의 폭 또는 길이에 따라 Cgd 및 Cgs는 10fF(femto F) 내지 300fF 정도로 설계된다.12 is a cross-sectional view showing an example in which a capacitor is built in a TFT. Referring to this, in the process of manufacturing the TFT, the capacitors Cgd and Cgs are formed between the gate terminal and the drain terminal of the TFT and between the gate terminal and the source terminal. A capacitor Cgd is formed in a region where the
도 13은 TFT에 커패시터가 내장된 상태를 예시한 터치셀 구성도로서, 도 6의 실시예에 따른 터치셀 구조에서 제1TFT(42) 및 제2TFT(44) 각각에 내장 커패시터가 부가된 상태를 예시한 것이다. 도시한 바와 같이, 신체의 손가락(25)과 도전패드(50) 사이에는 터치입력시 가상의 커패시터 "Ct"가 형성된다. 제1TFT(42)의 출력단자를 통해 출력되는 신호는 Ct에 일정시간 저장되며, Ct에 축적된 신호는 Ct에 접속된 주변 소자들에 의해 형성된 방전경로를 통해 방전된다.13 is a view showing a touch cell structure in which a capacitor is embedded in a TFT. In the touch cell structure according to the embodiment of FIG. 6, a state in which a built-in capacitor is added to each of the
Ct의 충방전 동작에 따라 제2TFT(44)의 게이트단자 전위를 결정하는 회로 구성에서, 도시한 바와 같이 각 TFT의 내장 커패시터 C1, C2, C3가 작용한다. 여기서, C1, C2, C3는 앞서 언급한 바와 같이 10fF 내지 300fF 정도이며, Ct는 터치수단과 도전패드(50)의 간격, 대향면적 등을 조절하는 것에 의해 자유롭게 설계될 수 있다. 예컨대, 도전패드(50)의 면적을 크게 선택하는 것으로서 도 3의 관계식에 의거하여 Ct 역시 크게 설계된다. 반대로, 도전패드(50)의 면적을 작게 선택하는(예를 들어, 1mm2 이하로 선택하는 등으로) 것으로서 Ct는 작게 설계된다. 바람직하게는, Ct는 C1 내지 C3에 비해 2배 내지 수백 배 큰 값으로 선택되며, 예컨대 수십 fF(femto F) 내지 수십 pF(pico F)으로 설계될 수 있다.In the circuit configuration for determining the gate terminal potential of the
도 14는 터치입력 여부에 따른 킥백 파형을 예시한 파형도로서, 도 13의 터치셀 구조에서의 신호의 파형을 보여준다. 도 14를 참조하여, 터치입력 여부에 따른 킥백의 차이를 설명하면 다음과 같다.FIG. 14 is a waveform diagram illustrating a kickback waveform according to whether or not touch input is performed, and shows a waveform of a signal in the touch cell structure of FIG. Referring to FIG. 14, the difference in kickback according to whether or not touch input is performed will be described below.
제1TFT(42)의 게이트단자에 인가되는 온 전압을 "VH"라고 하고 오프 전압을 "VL"이라고 할 때, 온/오프에 따른 전압차이는 VH에서 VL을 감한 값이 된다. 제1TFT(42)의 입력단자(In1)에 "V1"의 크기를 가지는 전압을 인가하고 게이트단자(Cont1)에 VH를 인가하여 제1TFT(42)를 턴 온 시키면, 도전패드(50)에 터치입력이 발생하지 않은 경우에는 제1TFT(42)의 출력단자(Out1)에서 측정되는 전압이 "Out1-A"의 파형에서와 같이 "V2"이다. 여기서, 신호선의 배선이나 기생저항 등에 의한 과도응답특성은 무시하였다. 소정 시간 후에 제1TFT(42)의 게이트단자(Cont1)에"VL"을 인가하여 제1TFT(42)를 턴 오프 시키면, 제1TFT(42)의 출력단자(Out1)에서 측정되는 전압은 전압강하 된다. 이때, 도 13의 회로도에서와 같이 C1, C2, C3가 접속되어 있으므로, Out1-A의 파형에서 터치입력 미발생시의 킥백 전압 "KB1"은 다음과 같은 수식1로 정의한다.When the on-voltage applied to the gate terminal of the
----- 수식1 -----
예컨대, VH가 10V이고, VL이 -5V이고, V1이 8V이고, C1이 C2 및 C3의 합과 같은 크기라면 킥백 전압 KB1은 7.5V이다. 즉, Out1-A의 파형에서 V2는 8V로부터 0.5V로 낮아지게 된다. 또한, 이러한 전압강하는 도전패드(50)에서의 전위가 8V에서 0.5V로 낮아지는 것을 의미한다.For example, if VH is 10V, VL is -5V, V1 is 8V, and C1 is equal in magnitude to the sum of C2 and C3, the kickback voltage KB1 is 7.5V. That is, in the waveform of Out1-A, V2 becomes low from 8V to 0.5V. This voltage drop also means that the potential at the
한편, 도 14에서 "Out1-B"로 표시된 파형은 도전패드(50)에 대해 손가락(25)이 접근하는 터치입력이 발생한 경우, 제1TFT(42)의 출력단자(Out1)에서 측정되는 전압의 파형이다. 다른 조건들은 위에서와 동일하나, 이 경우에는 손가락(25)과 도전패드(50) 사이에서 정전용량 Ct가 형성된 상태이므로, Out1-B의 파형에서 터치입력 발생시의 킥백 전압 "KB2"는 다음과 같은 수식2로 정의한다.On the other hand, in the waveform indicated by "Out1-B" in FIG. 14, the waveform of the voltage measured at the output terminal Out1 of the
----- 수식2 -----
만약, Ct가 C1의 3배의 크기를 갖는다면, 킥백 전압 KB2는 3V이다. 즉, Out1-B의 파형에서 V2는 8V로부터 5V로 낮아지게 된다.If Ct has a magnitude of three times C1, the kickback voltage KB2 is 3V. That is, in the waveform of Out1-B, V2 becomes low from 8V to 5V.
도 14의 실시예에서 Out2-A 및 Out2-B는 제2스위칭소자(44)의 출력단자(Out2)에서 출력되는 신호의 크기(본 예시에서는 전류값)를 예시한 것으로서 각각 Out1-A 및 Out1-B와 유사한 형태의 파형을 갖는 것을 알 수 있다.Out2-A and Out2-B in the embodiment of FIG. 14 exemplify the magnitudes (current values in this example) of signals output from the output terminal Out2 of the
앞서 살펴본 바와 같이, 우리는 터치수단과 도전패드(50)의 간격 및 대향면적을 조절하는 것으로 Ct의 크기를 선택할 수 있으며, Ct를 C1에 비해 큰 배율로 설계할수록 KB1에 비해 KB2의 분모값이 높은 배율로 커지게 되며, KB1과 KB2의 차이를 크게 가져갈 수 있다.As we have seen, we can choose the size of Ct by adjusting the spacing and facing area of the touching means and the
도 15는 TFT의 게이트전압 대비 출력전류의 특성을 보인 그래프로서, 이를 참조하면 TFT가 게이트단자에 인가되는 신호에 대비하여 출력신호가 로그함수를 갖는 것을 알 수 있다. 도 15를 참조하면, TFT의 게이트단자에 인가되는 제어전압인 Vgs가 15V일 때에는 약 1uA의 Ids가 흐르는 반면에, Vgs가 0V인 경우에는 100pA의 Ids가 흐르는 것을 알 수 있다. 즉, 제어전압이 15V에서 0V로 전압강하되는 경우, 출력전류는 약 만 배 정도의 차이를 갖는다.FIG. 15 is a graph showing characteristics of an output current versus gate voltage of a TFT. Referring to FIG. 15, it can be seen that an output signal has a logarithmic function in contrast to a signal applied to a gate terminal of the TFT. Referring to FIG. 15, it can be seen that Ids of about 1uA flows when the control voltage Vgs applied to the gate terminal of the TFT is 15V, whereas Ids flows 100pA when Vgs is 0V. That is, when the control voltage drops from 15V to 0V, the output current has a difference of about ten thousand times.
즉, C1, C2, C3 및 그에 대비한 Ct의 배율을 적절하게 선택하는 것으로서, KB1과 KB2의 차이를 적절하게 설계할 수 있고, 그에 따라 터치입력 여부에 의한 제2TFT(44)의 출력신호를 수십 배 내지 수만 배의 차이가 나도록 할 수 있다. 따라서, 터치입력 검출이 용이할 뿐만 아니라 검출정확도 및 신뢰도가 매우 높고, 신호의 하이/로우 레벨을 검출하는 디지털 검출방식으로 터치입력을 검출할 수 있는 기술적 장점을 갖는다. 또한, 이러한 기술적 장점에 의해 터치셀(60)의 너비나 폭을 매우 작게 가져갈 수 있다.That is, the magnification of
한편, 전술한 실시예에서는 스위칭소자(40)로서 TFT를 언급하였으며, TFT는 도 12에서와 같이 게이트메탈 및 소스메탈이 적층되는 구조에 기인하여 내장 커패시터가 존재하였으나, TFT가 아닌 다른 스위칭소자(내장 커패시터가 존재하지 않는)로 대체되는 경우에는 도 13의 회로도에서와 같이 스위칭소자(40)에 커패시터를 부가하는 것으로 킥백 효과를 얻을 수 있을 것이다. 또한, 전술한 실시예에서는 전압 구동형인 TFT를 언급하였으나, 다른 스위칭소자로 대체되는 경우 구동 방식 및 검출 방식은 달라질 수 있다. 예컨대, BJT나 IGBT와 같은 스위칭소자는 전류 구동형으로 동작되며, 제어단자에 인가되는 전류에 비해 수십 배 이상의 전류가 출력된다. 따라서, BJT나 IGBT와 같은 스위칭소자는 터치입력 여부에 따라 킥백의 차이를 부여하면, 작은 차이의 제어전류에 비해 수십 배 이상의 차이를 보이는 출력전류 특성을 얻을 수 있다.Meanwhile, in the above-described embodiment, the TFT is referred to as the switching
도 16은 비교기를 이용하여 터치입력을 검출하는 예를 보인 도면이고, 도 17은 비교기를 이용한 검출시 파형을 예시한 파형도로서, 제2TFT(44)의 출력신호의 하이/로우 레벨을 디지털 방식으로 검출하여 터치입력을 인식하는 예를 보여준다.17 is a waveform diagram illustrating a waveform at the time of detection using a comparator, in which the high / low level of the output signal of the
제2TFT(44)에서 출력되는 신호 Sn은 도 16에서와 같이 비교기로 입력되어 기준신호와 비교된다. 앞서 살펴본 바와 같이, 터치입력 발생 유무에 따라 제2TFT(44)의 출력신호 차이가 크므로, 비교기에서의 신호검출은 매우 용이하다. 또한, 비교기의 출력은 하이나 로우의 레벨을 갖는 디지털 신호로서, 터치위치 검출부(70)에서 별도의 신호변환 없이 이를 판독할 수 있다.The signal Sn output from the
예컨대, 도 17에서와 같이, 터치입력이 발생하여 제2TFT(44)의 출력신호 Sn이 t1 구간에서 하이로 될 때, Sn은 기준신호보다 커지며 비교기의 출력은 회로 구성에 따라 하이나 로우가 된다. 터치입력이 중단되거나 정해진 시간 이후 신호가 소멸되는 t2 구간에서는 Sn이 로우로 하강하며, Sn은 기준신호보다 작아지고 비교기의 출력은 회로 구성에 따라 로우나 하이가 된다. 따라서, 터치위치 검출부(70)는 비교기의 출력을 디지털 방식으로 처리할 수 있다. 여기서, 비록 도시한 예에서는 Sn의 하이와 로우의 차이가 작은 것으로 보이지만, 앞서 언급한 바와 같이 이 차이는 수십 배 내지 수만 배이다.17, when the touch input is generated and the output signal Sn of the
도 16 및 17의 예에서와 같이 비교기를 이용하여 터치입력을 검출하는 경우, 기준신호가 사용된다. 기준신호는 터치위치 검출부(70)에서 별도의 기준신호 생성부를 구성하여 만들 수 있을 것이다. When a touch input is detected using a comparator as in the examples of Figs. 16 and 17, a reference signal is used. The reference signal may be formed by configuring a separate reference signal generator in the
그런데, 기준신호가 일정하게 주어지는 것은 터치입력에 대한 판독오류를 야기할 수 있다. 예컨대, 온도나 경년변화 등의 요인에 의해 제1TFT(42)의 특성이 변하여 동일한 출력전류 생성을 위한 Vgs에 2V 정도의 전압변동이 발생하였다고 가정해보자. 도 15의 그래프를 참조하면, Vgs가 0(zero)에서 2V 정도로 변경되는 구간에서 출력전류인 Ids의 차이는 백 배이다. 만약, 터치입력 여부를 Vgs 0V일 때와 Vgs 15V일 때의 차이로 검출한다면, Ids의 차이는 만 배이므로, 기준신호를 터치입력 발생 여부에 따른 제2TFT(44)의 출력신호의 사이값(즉, 백 배의 차이를 갖는 전류값)으로 정할 수 있다. 즉, Vgs 2V에서의 전류값으로 기준신호를 설정할 수 있다. 여기서, "사이값"이라 함은 반드시 중간의 값을 의미하는 것은 아니다. 예컨대, 열 배의 차이를 갖는 전류값 또는 천 배의 차이를 갖는 전류값이 기준신호가 될 수도 있다.However, given a constant reference signal may cause a read error in the touch input. For example, suppose that the characteristics of the
그런데, 제1TFT(42)의 출력전압이 2V 변동되는 경우, 터치입력이 발생하지 않았음에도 불구하고 제2TFT(44)의 출력이 기준신호에 근접한다. 이때, 외란 등의 영향으로 인해 터치입력이 발생하지 않았음에도 터치입력을 검출한 것으로 오작동할 수 있다.If the output voltage of the
본 발명은 위와 같은 기준신호 설정에 따른 오작동을 방지하기 위해 센싱셀(61)을 이용한다. 센싱셀(61)은 패널 상에 설치되며, 터치입력 검출을 위한 터치셀(60)과 유사한 구조로 구성된다. 이와 같이 터치셀(60)과 유사한 구조를 갖는 센싱셀(61)은 터치셀(60)과 마찬가지로 동일한 온도 조건 및 경년변화를 갖는다. 예를 들어, 온도나 경년변화에 기인하여 터치셀(60)의 TFT가 2V의 전압변동이 있었다면, 센싱셀(61) 역시 동일한 전압변동의 기준신호를 발생시킨다. 따라서, 온도 및 경년변화와 같은 요인에 의한 판독오류를 줄일 수 있다.In the present invention, the sensing
도 18 및 19는 센싱셀(61)의 일예를 보여준다. 도 4 및 도 6의 실시예에서와 같이 터치입력 검출은 TFT(40) 혹은 제2TFT(44)의 출력신호를 통해 얻어진다. 이처럼 하나의 TFT를 경유하여 출력신호가 얻어지는 경우에 대응하여, 도 18의 실시예에서 센싱셀(61)은 하나의 센싱스위칭소자(64)로 구성될 수 있다. 본 예시에서도 센싱스위칭소자(64)는 TFT이며, 이하에서는 센싱TFT(64)로 언급되고 동일한 도면부호를 부여한다.18 and 19 show an example of the sensing
경우에 따라서는 TFT(40) 혹은 제2TFT(44)의 후단에 별도의 TFT가 더 부가될 수 있으므로, 이 경우에는 도 19에서와 같이 센싱셀(61)이 제1센싱TFT(66) 및 제2센싱TFT(68)가 순차로 연결된 구성을 가질 수 있다. 도시된 예에서는 센싱셀(61)의 설치 위치가 명시되지 않았지만, 센싱셀(61)은 패널 상에서 비동작영역(non active area)에 설치될 수 있을 것이다. A separate TFT may be added to the
센싱셀(61)을 구성하는 센싱TFT(64)는 터치셀(60)의 도전패드(50) 후단의 TFT(40) 혹은 제2TFT(44)와 동일한 회로구성을 갖는다. 센싱TFT(64)의 드레인단자는 보조신호선(36)에 연결되며, 소스단자는 제2신호선(34)에 연결된다. 다만, 센싱TFT(64)의 게이트단자에는 도전패드가 접속되지 않으며, 게이트단자에는 별도의 게이트신호를 인가할 수 있다. 다른 예로서, 게이트단자에 제1TFT(42)와 동일한 회로 구성을 갖는 TFT를 더 부가할 수도 있다.The
터치위치 검출부(70)는 센싱TFT(64)의 게이트단자에 소정 제어신호를 인가한다. 이 제어신호는 "터치입력 미발생시 터치셀(60)의 제2TFT(44)의 제어단자에 인가되는 신호"와 "터치입력 발생시 터치셀(60)의 제2TFT(44)의 제어단자에 인가되는 신호"의 사이값에 대응하는 신호이다. 예컨대, 상술한 예시에서 센싱TFT(64)의 제어단자에는 2V가 인가될 것이다. 만약, 센싱TFT(64)의 게이트단자에 2V를 인가하면, 센싱TFT(64)의 출력은 Vgs가 2V인 경우의 Ids 값에 대응할 것이다. 그런데, 만약 터치셀(60)의 TFT가 온도나 경년변화에 의해 전압변동이 발생한 경우, 센싱TFT(64) 역시 같은 조건으로 전압변동이 발생하므로, 센싱TFT(64)에서 출력되는 기준신호 역시 변동된다. 따라서, 위와 같이 온도 조건이나 경년변화에 의한 오작동을 방지하고 터치입력을 안정적으로 검출할 수 있다.The touch
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.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 as defined by the appended claims. Will be apparent to those of ordinary skill in the art.
20 : 표시장치 25 : 손가락
30 : 기판 32 : 제1신호선
34 : 제2신호선 36 : 게이트신호선
37 : 보조신호선 37a : 제1보조신호선
37b : 제2보조신호선 40 : 스위칭소자
42 : 제1스위칭소자 44 : 제2스위칭소자
45 : 보호막 46 : 활성층
47 : 오믹접촉층 50 : 도전패드
54 : 커패시터 56 : 게이트전극
57 : 드레인전극 58 : 소스전극
59 : 콘택홀 60 : 터치셀
61 : 센싱셀 64 : 센싱스위칭소자
66 : 제1센싱스위칭소자 68 : 제2센싱스위칭소자
70 : 터치위치 검출부 71 : 드라이브IC
72 : 타이밍 제어부 73 : 신호처리부
74 : 메모리수단 75 : CPU20: display device 25: finger
30: substrate 32: first signal line
34: second signal line 36: gate signal line
37:
37b: second auxiliary signal line 40: switching element
42: first switching element 44: second switching element
45: protective film 46: active layer
47: ohmic contact layer 50: conductive pad
54: capacitor 56: gate electrode
57: drain electrode 58: source electrode
59: contact hole 60: touch cell
61: sensing cell 64: sensing switching element
66: first sensing switching element 68: second sensing switching element
70: touch position detection unit 71: drive IC
72: timing control section 73: signal processing section
74: memory means 75: CPU
Claims (27)
충전신호를 각각의 상기 터치셀에 순차적으로 또는 동시에 인가하는 터치위치 검출부;
각각의 상기 터치셀에 배치되고, 터치수단의 접근 여부에 따라 상이한 출력파형을 출력하는 복수개의 제 1 소자; 및
상기 제 1 소자의 게이트단자에 연결되어, 상기 터치수단의 접근에 의해 커패시터를 생성하는 복수개의 도전패드;를 포함하되,
상기 제 1 소자는 상기 커패시터의 생성시 상기 충전신호에 의한 상기 커패시터의 충전에 따른 제 1 출력 파형을 출력하고, 상기 커패시터의 비생성시 상기 제 1 소자는 상기 충전신호에 의해 직접 도통되어 제 2 출력 파형을 출력하고,
상기 제 1 출력파형과 상기 제 2 출력파형은 상기 제 1 소자의 온(ON)전압과 상기 제 1 소자의 오프(OFF)전압과의 차이에 비례하되, 상기 제 2 출력파형은 상기 제 1 출력파형에 비하여 더 작은 전압강하가 발생하여 전압강하 폭이 작거나 또는 더 큰 출력 전류값을 출력하는 것을 특징으로 하는, 터치 패널.1. A touch panel comprising a plurality of touch cells arranged in a matrix,
A touch position detecting unit for sequentially or simultaneously applying a charging signal to each of the touch cells;
A plurality of first elements arranged in each of the touch cells and outputting different output waveforms depending on whether the touching means is approaching or not; And
And a plurality of conductive pads connected to a gate terminal of the first element to generate a capacitor by approaching the touching means,
Wherein the first device outputs a first output waveform according to the charging of the capacitor by the charging signal when the capacitor is generated and the first device is directly conducted by the charging signal when the capacitor is not generated, Outputting an output waveform,
Wherein the first output waveform and the second output waveform are proportional to a difference between an ON voltage of the first element and an OFF voltage of the first element, A smaller voltage drop occurs compared to the waveform, so that the voltage drop width is smaller or the output current value is larger.
터치 여부는 상기 제 1 출력 파형과 상기 제 2 출력 파형의 비교에 의해 상기 터치위치 검출부에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 터치 패널.The method according to claim 1,
Wherein touching is performed by the touch position detecting unit by comparing the first output waveform and the second output waveform.
상기 터치셀은 상기 터치 패널의 액티브영역(active area)에 배치되는 것을 특징으로 하는, 터치 패널.The method according to claim 1,
Wherein the touch cell is disposed in an active area of the touch panel.
상기 터치셀에 상기 충전신호를 인가하고, 상기 제 1 출력파형과 상기 제 2 출력파형을 수신하기 위해 상기 터치위치 검출부와 상기 터치셀간에 연결하도록 구성된 복수개의 신호선;을 더 포함하는, 터치 패널.The method according to claim 1,
And a plurality of signal lines configured to apply the charge signal to the touch cell and to connect the touch position detection unit and the touch cell to receive the first output waveform and the second output waveform.
상기 터치 패널은 단일기판으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 터치 패널.The method according to claim 1,
Wherein the touch panel is composed of a single substrate.
상기 터치 패널은 표시장치의 내부에 내장되는 것을 특징으로 하는, 터치 패널.The method according to claim 1,
Wherein the touch panel is embedded in the display device.
상기 터치셀은 칼라필터기판의 상면 또는 하면 중 어느 하나의 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는, 터치 패널The method according to claim 1,
Wherein the touch panel is formed on one of an upper surface and a lower surface of the color filter substrate,
상기 터치 수단은 신체의 손가락이나 이와 유사한 도전특성을 갖는 객체(object)를 포함하는, 터치 패널.The method according to claim 1,
Wherein the touching means comprises an object having a finger or a similar conductive characteristic of the body.
턴온/턴오프 동작에 따라 상기 도전패드에 상기 충전신호의 공급을 제어하도록 구성된 제 2 소자를 더 포함하는, 터치 패널.The method according to claim 1,
Further comprising a second element configured to control supply of the charge signal to the conductive pad in accordance with a turn-on / turn-off operation.
상기 제 1 소자는 스위칭소자인 것을 특징으로 하는, 터치 패널.The method according to claim 1,
Wherein the first element is a switching element.
상기 제 2 소자는 스위칭소자인 것을 특징으로 하는, 터치 패널.The method of claim 10,
And the second element is a switching element.
상기 스위칭소자는 TFT(Thin Film Transistor)인 것을 특징으로 하는, 터치 패널.The method according to claim 11 or 12,
Wherein the switching element is a TFT (Thin Film Transistor).
상기 신호선은 투명도전체로 형성되는 것을 특징으로 하는, 터치 패널.The method of claim 5,
Wherein the signal line is formed as a whole of transparency.
상기 신호선의 일부는 금속계열로 구성되며, 절연막으로 커버되는 것을 특징으로 하는, 터치 패널The method of claim 5,
Characterized in that a part of the signal line is composed of a metal series and is covered with an insulating film.
상기 신호선은
상기 터치셀에 위치검출신호 또는 상기 충전신호 중 어느 하나를 인가하기 위한 제 1 신호선;
상기 터치셀로부터 상기 제 1 출력 파형 또는 상기 제 2 출력 파형을 수신하기 위한 제 2 신호선; 및
상기 터치셀에 관측용 보조신호를 인가하기 위한 보조 신호선;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 터치 패널.The method of claim 5,
The signal line
A first signal line for applying either the position detection signal or the charging signal to the touch cell;
A second signal line for receiving the first output waveform or the second output waveform from the touch cell; And
And an auxiliary signal line for applying an auxiliary signal for observation to the touch cell.
상기 제 1 신호선, 상기 제 2 신호선 및 상기 보조 신호선은 서로 평행하게 배선되는 것을 특징으로 하는, 터치 패널.18. The method of claim 16,
Wherein the first signal line, the second signal line, and the auxiliary signal line are wired in parallel with each other.
상기 제 1 신호선, 상기 제 2 신호선 및 상기 보조 신호선은 서로 상호간에 소정의 배선각도를 갖도록 배선되는 것을 특징으로 하는, 터치 패널.18. The method of claim 16,
Wherein the first signal line, the second signal line, and the auxiliary signal line are wired so as to have a predetermined wiring angle mutually.
상기 제 1 신호선, 상기 제 2 신호선 및 상기 보조 신호선은 사선 형태 또는 지그재그 형태 중 어느 하나로 배선되는 것을 특징으로 하는, 터치 패널.18. The method of claim 16,
Wherein the first signal line, the second signal line, and the auxiliary signal line are wired in one of an oblique line and a zigzag line.
상기 커패시터의 정전용량의 크기는 상기 도전패드의 면적 크기에 비례하는 것을 특징으로 하는, 터치 패널.The method according to claim 1,
Wherein a capacitance of the capacitor is proportional to an area size of the conductive pad.
상기 터치 위치 검출부는 상기 터치 패널의 액티브 영역의 둘레에 위치된 에지부들 중 하나 또는 상기 터치 패널의 외부에 배치되는 것을 특징으로 하는, 터치 패널.The method according to claim 1,
Wherein the touch position detection unit is disposed on one of the edges positioned around the active area of the touch panel or outside the touch panel.
상기 터치위치 검출부는
상기 위치검출 신호 또는 상기 충전신호 또는 상기 도전패드에 상기 충전신호의 공급을 제어하도록 구성된 제 2 소자의 턴온/턴오프 동작 제어를 위한 게이트 신호를 인가하는 드라이브IC;
시분할 신호를 발생시키는 타이밍 제어부로서, 상기 시분할 신호에 따라 상기 터치셀에 상기 위치검출 신호 또는 상기 충전신호 또는 상기 게이트 신호의 순차적 인가가 이루어지는, 상기 타이밍 제어부;
상기 제 1 출력 파형 및 상기 제 2 출력파형을 기초로 터치가 발생한 터치셀의 좌표값을 획득하는 신호처리부;
상기 신호처리부에서 획득한 상기 좌표값을 저장하는 메모리 수단을 포함하는, 터치 패널.18. The method of claim 16,
The touch position detecting unit
A drive IC for applying a gate signal for controlling the turn-on / turn-off operation of a second element configured to control the supply of the charge signal to the position detection signal or the charge signal or the conductive pad;
Wherein the timing control unit sequentially applies the position detection signal, the charge signal, or the gate signal to the touch cell according to the time division signal, the timing control unit generating a time division signal;
A signal processing unit for obtaining coordinate values of a touch cell in which a touch occurs based on the first output waveform and the second output waveform;
And memory means for storing the coordinate values acquired by the signal processing portion.
상기 드라이브IC는 상기 터치 패널의 액티브 영역의 둘레에 위치된 적어도 하나의 에지부에 COF(Chip On Film) 또는 COG(Chip On Glass) 형태로 실장되는 것을 특징으로 하는, 터치 패널. 23. The method of claim 22,
Wherein the drive IC is mounted on at least one edge portion located around the active region of the touch panel in the form of a chip on film (COF) or a chip on glass (COG).
상기 드라이브IC는 상기 터치 패널의 액티브 영역의 둘레에 위치된 적어도 하나의 에지부에 ASG(Amorphous Silicon Gate)로 구성되는 것을 특징으로 하는, 터치 패널.23. The method of claim 22,
Wherein the drive IC is composed of ASG (Amorphous Silicon Gate) in at least one edge portion located around the active region of the touch panel.
상기 드라이브 IC는
상기 위치검출 신호 또는 상기 충전신호의 인가를 위한 발신용 드라이브 IC;
상기 게이트 신호의 인가를 위한 게이트 IC; 및
상기 제 1 출력 파형 및 상기 제 2 출력파형을 수신하기 위한 수신용 드라이브 IC;를 포함하는, 터치 패널.23. The method of claim 22,
The drive IC
A discharge drive IC for applying the position detection signal or the charge signal;
A gate IC for applying the gate signal; And
And a receiving drive IC for receiving the first output waveform and the second output waveform.
상기 드라이브 IC는 FPC(Flexible Printed Circuit)를 이용하여 상기 터치 패널의 외부로 신호를 전달하는 것을 특징으로 하는, 터치 패널.23. The method of claim 22,
Wherein the drive IC transmits a signal to the outside of the touch panel using an FPC (Flexible Printed Circuit).
상기 게이트 IC는 글래스 기판상에 직접 구현되는 것을 특징으로 하는, 터치 패널.26. The method of claim 25,
Wherein the gate IC is implemented directly on the glass substrate.
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