KR20030061070A - 터치 패널의 전극 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터치 패널에 관한 것으로 터치 패널의 보상전극 패턴이 동일모양으로 반복되고, 상하좌우가 대칭을 이루는 구조에서 각 X,Y축 중심부분의 보상전극이 다른 위치의 전극과의 저항을 일정하게 유지하도록 하기 위하여 모양과 폭을 조정함으로써, 전압 직진성 에러를 줄이고 터치패널의 비엑티브영역을 줄이기 위한 터치 패널의 전극에 관한 것이다.

본 발명에 따른 터치 패널 전극은, 임의의 기판에 투명전극을 형성하고 그 투명전극 위에는 X,Y축 전위보상전극이 적정 저항치로 네 변을 따라 조절되어 설치되는 터치 패널의 전극 구조에 있어서, 상기 기판상에 동일한 모양이 연속적인 형태로 상하좌우 각 모서리에서부터 중심으로 조각들로 배치되어 축의 중심과 모서리에서의 보상전극의 저항값의 비와 이 저항값에 대한 영역의 비가 같아지도록 그 조각 전극들의 크기가 조정되어 하부 기판상에 배열되는 전위보상전극과, 상기 전위보상전극의 주변에서 일정영역에 등전위가 형성되도록 그 크기가 조정된 전위분산용 보상전극으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이에 따라 터치패널 중심부에서의 전압 직진성 에러를 보상하여 고성능, 고신뢰성의 터치패널을 제조할 수 있고, 비엑티브영역을 축소시켜 전체 유효스크린 면적을 확대하는 터치패널의 최적화 설계에 적합하다.

Description

터치 패널의 전극 구조{Structure of Electrodes in Touch Screen}

본 발명은 터치 패널에 관한 것으로 더 상세하게는 정전용량방식 또는 저항막 방식 터치 패널의 보상전극 패턴이 동일모양으로 반복되고, 상하좌우가 대칭을 이루는 구조에서 각 X,Y축 중심부분의 보상전극이 다른 위치의 전극과의 저항을 일정하게 유지하도록 하기 위하여 모양과 폭을 조정함으로써, 전압 직진성 에러를 줄이고 터치패널의 비엑티브영역을 줄이기 위한 터치 패널의 전극에 관한 것이다.

4선저항막식 터치 패널과 비교되는 5선저항막방식의 터치 패널의 일반적 특성에 관하여 그 구동원리나 기본구조는 알려져 있다. 4선, 5선 등의 저항막방식의 터치 패널 뿐만아니라 정전용량식 터치 패널 그리고 다양한 터치 패널의 구동방식이 알려져 있으나 모두 요구특성을 충족시키면서 최적설계에 유리한 구조를 채택하고 있다. 일반적으로 터치 패널의 엑티브영역을 크게 하면 최적 설계에 유리하다.

5선 저항막방식의 터치 패널(100)의 구조는 도 1의 수직구조를 통해 알 수 있다. 전체적으로는 하판(101)에 투명도전막(108)과 4개의 위치 신호 인가용 배선(102)을 외부 시스템 커넥터와 연결하고 또 투명도전막(108) 위에는 X,Y축 전위보상전극(103)(104)을 형성하였다. 상판(105)은 투명도전막(108)과 하판(101)에 분포된 위치 신호를 감지하는 1개의 신호 감지용 배선(106)을 설치하여 외부 시스템 커넥터와 연결 하였다. 특히 X,Y축 위치 신호 인가 기능을 겸하는 전위보상전극 설계를 위하여 하판과 상판에 각각 X,Y축 전위보상전극을 2개씩 배열하는 4선 저항막 방식과는 달리 하판(101)의 네 변을 따라 X,Y축 전위보상전극(SheetResistance)을 설계하고, 상판(105)에는 위치 신호 감지용 배선(106) 1개를 두는 형태이다.

구체적으로는, 하판(101)에 설계되는 전위보상전극(103)(104)은 하부 기판(109)상에 투명도전막(108)을 형성하고 그 투명도전막(108) 위에는 전위보상전극(103)(104)을 하부기판(109)의 네변을 따라 각각 형성한다. 이때 위치 단자 a~d로 구분되는 신호 인가용 배선(102)을 설치하기 위하여 영역 △LA, △LB만큼 투명도전막(108)을 제거하거나 투명도전막(108) 위에 절연막을 형성한다.

이와 같은 구조는 4선 저항막 방식과는 달리 하판(101)에 X,Y축 위치 신호 인가 기능을 동시에 만족 시켜야 하므로 도 2와 같이 전위보상전극(103)(104)을 분리하여 투명도전막(108) 위에 형성시킨다. 따라서 전위보상전극(103)(104)사이의 저항성분은 투명도전막(108)의 전위보상전극(103)(104)과 그 보상전극사이의 틈(Gap)과 인접하는 전극면의 길이의 비에 의해 대부분 결정된다. 이는 전위보상전극(103)(104) 사이의 저항치를 조절하기 위한 설계로서, 시트저항에 비해 전극의 저항을 매우 작게 함으로서 전압 구배를 일정하게 가져갈 수 있다. 그러나 저항치가 너무 낮을 경우, 판넬 전체 저항치가 낮아져 구동회로의 구성 및 소비전력에 심각한 영향을 미칠 수 있으므로 적당한 값으로 설계한다.

또한, 하판상에서 X,Y축 신호를 모두 형성해야 하므로, X,Y축 방향으로 신호가 주기적으로 바뀔 때에도 신호인가 방향에 수직하게 등전위가 형성될 수 있도록 전극을 설계해야 한다. 이때, 하판 전위보상전극(103)(104)에 의해 일정 등전위가 형성되는 영역이 엑티브영역(Active area, a1), 이 엑티브영역 a1과 기판의 모서리까지의 영역이 비엑티브영역(Non-Active area,a2)이 된다.

특히 X축 좌표를 인식하기 위한 위치 신호 인가용 전위보상전극(103) 설계는 등전위분포가 X축 방향에 수직하게 분포할 수 있도록 Y축 방향의 보상전극 사이 저항치를 선정하여 설계한다. 또한 Y축 좌표를 인식하기 위치 신호 인가용 전위보상전극(104) 설계는 등전위 분포가 Y축 방향에 수직하게 분포할 수 있도록 X축 방향의 보상전극 사이 저항치를 선정하여 설계한다.

이에 대하여 상판(105)은, 도 1과 같이 상판(105)에 위치 신호 감지용 배선(106) 1개를 두는 형태이다. 위치 신호 감지용 배선(106) 단자에서는 하판(101)에 분포되어 있는 위치 신호만을 감지하는 기능을 가지므로, 전위 형태의 신호를 감지하기 위해 특별히 저저항막 메탈로 배선할 필요는 없다.

상판(105)의 기판(Substrate)은 보통 플렉시블한 재질의 기판을 이용하며 투명도전막(108)은 전위보상전극(Sheet Resistance)값에 관계없이 사용할 수 있으나, 대략 1000Ω/□(면저항)이하의 것이 좋다.

저항막 방식의 터치 패널은 이러한 상하판(101)(105)을 합쳐놓은 형태이며 이를 위한 상판(105)과 하판(101)의 합착은 X,Y축 전위보상전극을 상판과 하판에 각각 X,Y축으로 2개씩 배열하고 그 사이에 도트 스페이스를 충진 시킨 뒤 투명도전막이 마주보도록 합착하는 4선 저항막방식의 터치 패널의 합착(접합) 구조와 동일하게 5선 저항막방식의 터치 패널도 상판(105)과 하판(101)의 투명도전막(108)이 마주보도록 합착한 형태이다.

엑티브영역(a1)에는 도트 스페이서(110)를 일정 간격으로 설치하여 두기판(101)(105)상의 투명도전막(108) 사이의 절연을 하고, 엑티브영역(a1)을 제외한 영역은 마찬가지로 절연성분의 점착 또는 접착 성분의 물질을 이용하여 두 기판을 합착 시켜 상하판(101)(105) 사이를 절연한다. 이렇게 상하판(101)(105)을 합쳐서 제작된 5선 저항막방식의 터치 패널 동작은 대략 3단계로 접촉과 X,Y축 좌표에 대한 인식을 실행한다.

한편, 종래의 터치패널은 하판 보상전극 구조에 따라 비엑티브영역의 증가를 가져오는 문제를 안고 있다. 도 3은 미국특허 US5736688호에 소개된 기하학적 전위보상전극의 구조이다. 이 구조는 기본적으로 전극의 형태를 전위 왜곡 형태를 따라 형성하여 전위왜곡현상을 보상하고자 한 보상전극 설계의 예로서, 신호인가부에서 멀어질수록 엑티브영역(a1)에 가깝도록 전위보상전극을 형성한 경우이다. 그러나 이 구조는 보상전극이 구부러져 있어 변형된 만큼 비엑티브영역(a2)의 증가를 가져오는 문제로부터 벗어날 수 없다.

하판(101) 전극 구조를 통해 비엑티브영역 증가 원인을 도 3내지 도 7을 참고로 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 3은 일정한 모양으로 전극의 조각을 맞추어 전위보상전극(103.104)을 설계한 경우이다. 이는 보상전극 사이의 틈(Gap)과 인접하는 전극면의 길이(L)의 비와 시트(sheet) 저항값에 의해 등전위가 형성되고, 전극 구석에서 전극중심으로 올수록 전압강하가 심하여 전극중심의 전압강하 보상을 해주어야 하므로 보상전극의 저항값을 시트 저항값에 비하여 상당히 작게하고, 중앙으로 구부려 설계한 경우이다.

그러나, 전압강하를 보상하기 위해 중앙부를 향하여 전극을 구부린 도 3과 같은 전극 구조는 비엑티브 영역을 증가시켜 터치패널의 실가용 면적, 즉 엑티브영역(a1)을 작게하는 원인을 제공하는 단점이 있다.

도 4는 도 3의 하판(101) 전위보상전극(103.104) 구조의 중앙부(120)를 확대하여 상세하게 나타낸 것으로, 일정한 영역(W1,W2)에 동일한 저항값이 연속되도록 전극의 형상을 대칭적으로 함으로서 전위분포를 일정하게 한 경우를 보여준다(W1=W2,Ra=Rb).

도 5는 도 4의 A부분을 확대하여 상세하게 나타낸 것으로, 두 개의 보상전극 사이의 저항은,

R=(하판시트저항)*G/L

로 되므로, 전체저항을 작게하기 위해 갭을 줄이고 전극면의 길이를 길게 설정한 모습을 도식적으로 보여준다.

도 3과 같은 형태의 하판 전극 조각들의 배열을 도식적으로 나타내면 도 6의 (a)(b)와 같으며, 그 전극들의 배열 기준은 전체저항을 작게하기 위해 갭을 줄이고 전극면의 길이를 길게 형성한 형태, 즉, 도 6(b)와 같이 보상전극 폭을 SW1에서 SW2로 줄임으로서 전극면의 길이를 L1에서 L2로 길게하여 저항값을 줄이도록 되어있다.

이와 같은 종래의 하판 보상전극 구조는 도 6의(b)에서 처럼 보상전극을 연결하면 보상전극 중심부는 도 7과 같이 된다. 여기서, 동일한 영역 W3,W4에 대하여 각각 다른 저항값(Rc≠Rd)으로 인하여, 전위왜곡이 심하고 동시에 구부린(굴곡각)형태 만큼 비엑티브영역은 넓어진다.

도 8은 도 7의 전극을 이용한 터치 패널의 등전위를 표현한 것으로, 중앙부근의 저항이 다른 영역에 비하여 상대적으로 크게 설계되어 있어, 등전위가 중앙에서 멀어질수록 전압의 직선성이 떨어지는 경우를 설명한다.

이와 같이 종래의 하판 보상전극은 구조적으로 전위왜곡이 심하고 터치패널의 비엑티브영역을 증가시키는 문제점이 있으며, 등전위가 중앙에서 멀어질수록 전압의 직선성도 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 터치 패널의 전위보상전극에 형태에 따라 결정되는 비엑티브영역의 증가를 새로운 전극배열 모델을 통해 줄이는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 터치 패널 전극 설계를 변경하여 기판상의 가용 엑티브영역을 넓은 면적으로 확대하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 위치에 따라 변화되는 터치 패널의 등전위가 중앙에서 멀어질수록 전압의 직선성을 떨어지게 하는 현상을 억제할 수 있는 하판 보상전극을 설계하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 터치 패널 전극 구조는,

임의의 기판에 투명전극을 형성하고 그 투명전극 위에는 X,Y축 전위보상전극이 적정 저항치로 네 변을 따라 조절되어 설치되는 터치 패널의 전극 구조에 있어서,

상기 기판상에 동일한 모양이 연속적인 형태로 상하좌우 각 모서리에서부터 중심으로 조각들로 배치되어 축의 중심과 모서리에서의 보상전극의 저항값의 비와 이 저항값에 대한 영역의 비가 같아지도록 그 조각 전극들의 크기가 조정되어 하부 기판상에 배열되는 전위보상전극과,

상기 전위보상전극의 주변에서 일정영역에 등전위가 형성되도록 그 크기가 조정된 전위분산용 보상전극으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이렇게 터치 패널 기판 전극의 모양과 폭을 조정하여 설계하면, 터치 패널의 보상전극에 의한 비엑티브영역의 증가를 줄일 수 있어 가용 엑티브영역을 확대하여 유효 스크린 면적을 증가시킬 수 있으며, 등전위 분포에 따라 달라지는 전압의 직진성을 일정하게 유지시켜 전위 왜곡이 없는 고성능, 고신뢰성의 터치 패널 설계가 가능하다.

도 1은 일반적인 5선저항막식의 터치 패널의 수직 구조

도 2는 종래 터치 패널 하판의 전극 구조

도 3은 종래 터치 패널의 하판 전극 구조

도 4는 종래 터치 패널의 하판 전극구조로서 보상전극의 중앙부 도식도

도 5는 도 4의 "A"부 상세도

도 6의 (a)(b)는 각각 종래 터치 패널의 하판 전극 설명도

도 7은 종래 터치 패널의 하판 전극상의 전위분포를 설명하기 위한 도면

도 8은 종래 터치 패널의 등전위 분포를 나타낸 참고도

도 9는 본 발명에 따른 하판 전극 구조

도 10은 본 발명에 따른 하판 전극 구조의 다른 실시예

도 11은 본 발명에 따른 전극 구조에 의한 등전위 분포 참고도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

200:전위보상전극 201:전위분산용보상전극

SW5~SW8:폭(전극) Re,Rf,Rg,Rh:저항

W5~W10:영역(구간)

이하, 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 9는 본 발명에 따른 하판 전극 구조이다. 도 10은 본 발명에 따른 하판 전극 구조의 다른 실시예이다. 도 11은 본 발명에 따른 전극 구조에 의한 등전위 분포의 참고도 이다.

본 발명은 터치 패널 하판상의 보상전극의 중심부에서 발생되는 전위왜곡을 보상하기 위한 전극 구조를 설계 하는데 있어서, 비엑티브영역의 증가 없이 전위 왜곡을 보상하는 전극 구조이다. 또한 전압의 직진성 에러가 없는 전극 배열 구조가 적용된다. 즉, 일정 영역에 대한 저항값이 동일하게 유지되도록 전극의 모양을 설계함으로서, 전위분포를 일정하게 한다.

본 발명에 따른 전체 전위보상전극의 기본적인 구조는 앞서 설명한 도 6의 (b)와 같은 전극을 사용하여 반복적인 형태로 배치시키고 이 전극을 사용한 보상전극의 중심부 구조는 도 9와 같은 실시예의 구조를 적용한다.

구체적으로는, 기판상에 동일한 모양이 연속적인 형태로 상하좌우 각 모서리에서부터 중심으로 배치되어 축의 중심(S1)과 모서리에서의 보상전극의 저항값의 비와 이 저항값에 대한 영역의 비가 같아지도록 그 크기가 조정되어 조각으로 설치된 하부기판상의 전위보상전극(200)과, 전위보상전극(200)들의 주변에서 일정영역에 등전위가 형성되도록 그 크기가 조정된 전위분산용 보상전극(210)들로 이루어진다.

여기서, 상기 구조는 도 9와 같이 저항(Re)에 의해 영향을 받는 영역은 W5 영역이고, 저항(Rf)에 의해 영향을 받는 영역은 W6 영역이 된다.

본 발명에 따른 전극 구조는 전위보상전극(200) 중앙부의 영역(W5)(W6)의 비를 저항 Re와 저항Rf의 비와 같게 하기 위해, 보상전극의 폭(SW6)을 조정한다.

즉, 전위보상전극(200)을 형성하는 조각 전극들의 폭(SW6)을 조정함으로서, 전위보상전극에 의한 저항값의 비와 이 저항값에 의해 영향을 받는 영역의 비를 같게 하여, 동일한 크기의 영역에선 동일한 저항값을 갖게 한다.

예들들어 저항값(Re)이 10인 영역(W5)이 5라면, 저항값(Rf)이 20인 영역(W6)은 10으로 하고, 전위보상전극의 폭(SW6)를 넓게하여, 전위분포를 일정하게 유지시킨다. 여기서, 전위분산용 보상전극(210)은 등전위가 고르게 펴지도록 하는 전위 분산 역할을 한다.

상기 구조의 적용으로부터 다음의 결과를 얻는다. 종래방식으로 알려진 도 3의 구조에 도 9와 같은 전극 구조를 적용하는 경우 구부러진 보상전극의 배열을 거의 일직선에 가깝도록 할 수 있다. 따라서 구부러진 전위보상전극의 배열 형태르루 거의 직선으로 바꿔 그 만큼 비엑티브영역을 작게하는 결과를 얻는다.

도 10은 본 발명에 따른 전극 구조의 다른 실시예이다. 이 구조는 전위분산용 보상전극(210)을 이용하여 영역의 크기의 비와 저항값의 비를 일정하게 한 것으로, 도 9의 전극 구조와 달리 보상전극의 폭(SW6)이 중앙에서 넓어짐에 따라 저항(Rh)의 영향을 받는 영역(W9)은 W9 영역과 W10영역과 같이 W9＜W10인 비대칭 구조로 하였다. 즉, 넓은 영역인 W10과 좁은 영역인 W9에 전위가 고르게 펴지지 못하게 되어 전압의 직진성이 나빠지는 결과를 낳게되는데, 이에 따라 전위분산용 보상전극(210)과 전위보상전극(200) 사이의 폭인 D1과 D2의 크기를 다르게 하여 구성하였다.

즉, 상대적으로 저항을 높여주어야 하는 곳은 D2의 넓이를 넓게하고, 저항을 낮추어 주어야 하는 곳(D1)의 넓이는 좁게한다. 그리고 D1과 D2의 비는 W9 영역과 W10영역의 비와 같게 하였다.

이를 통해서 비대칭적인 영역에서도 전위분포의 불균형을 해결할 수 있고, 동일한 크기의 영역에선 동일한 저항값을 갖게할 수 있다.

여기서, 일정영역의 넓이 W7, W8 및 저항 Rg,Rh는 도 9에서 표시한 영역W5,W6 및 저항 Re,Rf 와 같은 역할을 한다.

도 11은 본 발명에 따른 전극 구조를 적용한 경우의 등전위를 챠트로 나타낸 것으로, 등전위의 양호한 직진성을 나타난다.

도 9 및 도 10같은 전극 구조는, 공통적으로 전극의 조각을 맞추어 전위보상전극을 설계하여 보상전극 사이의 틈과 인접하는 전극면의 길이의 비와 시트 저항값에 의해 등전위를 형성하고 전극 구석에서 전극중심으로 올수록 심해지는 전압강하를 보상하기 위해 보상전극의 저항값을 시트저항값에 비해 작게하고, 중앙으로 구부리는 형태로 설계하는 종래의 전극 구조를 대체할 수 있다. 그 결과로서 구부러진 보상전극을 곧게 펴서 설계가 가능하므로 비엑티브영역의 증가문제를 극복할 수 있고, 특히 5선 저항막방식 터치패널에서 일정영역에 대한 저항비를 같게하여 보상전극의 중심부에서의 번위분포를 일정하게 유지하여 전압 직진성에러를 보상하여 전위왜곡을 줄여주는 이득을 얻는다.

이와 같이 본 발명은 터치패널에서 일정영역에 대한 저항비를 같게하여 보상전극의 중심부에서의 전위분포를 일정하게 하여 전압 직진성 에러를 보상할 수 있으므로 고성능, 고신뢰성의 터치패널을 제조할 수 있는 효과가 있다. 또한, 터치 패널의 전위보상전극의 구부러진 모양을 전압강하를 보상하면서 곧고 바르게 펴줄 수 있으므로 비엑티브영역을 축소시켜 전체 유효스크린 면적을 확대하여 터치패널의 최적화 설계에 적용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 임의의 기판에 투명전극을 형성하고 그 투명전극 위에는 X,Y축 전위보상전극이 적정 저항치로 네 변을 따라 조절되어 설치되는 터치 패널의 전극 구조에 있어서,

   상기 기판상에 동일한 모양이 연속적인 형태로 상하좌우 각 모서리에서부터 중심으로 조각들로 배치되어 축의 중심과 모서리에서의 보상전극의 저항값의 비와 이 저항값에 대한 영역의 비가 같아지도록 그 조각 전극들의 크기가 조정되어 하부 기판상에 배열되는 전위보상전극과,

   상기 전위보상전극의 주변에서 일정영역에 등전위가 형성되도록 그 크기가 조정된 전위분산용 보상전극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터치 패널의 전극 구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전위보상전극 중앙부의 영역(W5)(W6)의 비를 한쪽 저항(Re)과 다른쪽 저항(Rf)의 비와 같게 하기 위해 전위보상전극의 폭(SW6)을 조정한 것을 특징으로 하는 터치 패널의 전극 구조.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 전위보상전극의 폭(SW6)을 조정하여 보상전극에 의한 저항값의 비와 이저항값에 의해 영향을 받는 영역의 비를 같게 하여, 동일한 크기의 영역에서 동일한 저항값을 갖게 한 것을 특징으로 하는 터치 패널의 전극 구조.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 전위보상전극의 저항값의 비와 그 저항값에 영향 받는 영역의 비는 전위보상전극의 저항값(Re)이 10인 영역(W5)이 5라면, 저항값(Rf)이 20인 영역(W6)은 10으로 하고, 전위보상전극의 폭(SW6)을 넓게하여 전위분포를 일정하게 한 것을 특징으로 하는 터치 패널의 전극 구조.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 전위분산용 보상전극과 상기 보상전극 사이의 폭(D1)과 전위 분산용 보상전극의 크기(D2)를 다르게 하여 구성한 것을 특징으로 하는 터치 패널의 전극 구조.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 전위분산용 보상전극과 전위보상전극은 상대적으로 저항을 높여주어야 하는 곳은 전위분산용 보상전극의 넓이(D2)를 넓게하고, 저항을 낮추어 주어야 하는 곳(D1)의 넓이는 좁게한 것을 특징으로 하는 터치 패널의 전극 구조.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 전위분산용 보상전극과 전위보상전극 사이의 폭(D1)과 전위분산용 보상전극 폭(D2)간의 비가 저항 영역(W9,W10)의 비와 같은 것을 특징으로 하는 터치 패널의 전극 구조.