KR20090054073A

KR20090054073A - 터치 스크린

Info

Publication number: KR20090054073A
Application number: KR1020070120766A
Authority: KR
Inventors: 다카하시; 이병준; 이준표
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-11-26
Filing date: 2007-11-26
Publication date: 2009-05-29
Also published as: US8427435B2; CN101446876A; CN101446876B; KR101478045B1; US20090135158A1

Abstract

터치 센서의 일 노드의 전기적 에너지를 변화에 따라 터치 동작 발생 유무와 터치 영역의 위치를 검출할 수 있는 터치 스크린이 개시된다. 본 발명은 화상을 표시하는 복수의 화소와, 복수의 터치 센서를 구비하는 터치 스크린에 있어서, 상기 복수의 터치 센서 각각은, 전기적 에너지를 제공 받는 제 1 노드와, 터치 여부에 따라 상기 제 1 노드의 상기 전기적 에너지를 변화시키는 센서 커패시터와, 상기 제 1 노드의 전기적 에너지에 따라 센싱 신호를 터치 라인에 제공하는 제 1 스위치 및 상기 제 1 노드에 전기적 에너지를 제공하는 제 2 스위치를 포함하는 터치 스크린을 제공한다.

터치 센서, 센서 커패시터, 스위치, 기준 전압, 적분 회로, 전하량, 전압

Description

터치 스크린{TOUCH SCREEN}

본 발명은 터치 스크린에 관한 것으로, 사용자의 입력 조작(터치)에 따른 커패시턴스 변화를 감지하여 터치 위치를 검출하는 터치 스크린에 관한 것이다.

일반적으로, 터치 스크린 패널(Touch Screen Panel: TSP)은 입력 수단으로 사용된다. 이러한 터치 스크린 패널로 저항 타입의 터치 스크린이 널리 사용된다. 즉, 사용자가 터치 스크린 패널의 일부 영역을 터치 하는 경우, 터치시 인가되는 힘에 의해 터치 영역의 저항 값이 변화된다. 이 저항 값의 변화를 인지하여 터치 스크린 내의 터치 위치를 알아 낼 수 있게 되었다.

이러한 저항 타입의 터치 스크린 패널은 소정 거리 이격된 상하 기판을 구비한다. 하부 기판에는 하부 터치 라인들이 마련되고, 상부 기판에는 도전성 돌기가 마련된다. 여기서, 터치시 인가되는 힘에 의해 터치 영역의 도전성 돌기가 하부 터치 라인과 접속된다. 이를 통해 터치 영역 하부에 위치한 하부 터치 라인의 저항 값을 변화시킨다. 그리고, 별도의 감지 수단을 통해 하부 터치 라인의 저항 값의 변화를 인지하여 터치 스크린 패널 내의 터치 위치를 감지할 수 있게 된다.

이와 같은 기존의 저항 타입의 터치 스크린 패널은 터치시 인가되는 힘에 의해 상부 기판의 돌기가 하부 기판의 하부 터치 라인과 접속되어야 한다. 따라서, 터치 스크린 패널의 제작시 공정 마진의 확보가 어려운 실정이다. 또한, 장시간 사용으로 터치 스크린 패널의 상부 기판과 하부 기판 사이의 갭이 줄어들게 되는 경우 돌출된 도전성 돌기가 하부 터치 라인에 접속되는 문제가 발생한다. 이 때문에 터치 스크린 패널이 정상적인 입력 장치로서 동작하지 못하게 된다. 또한, 터치 스크린 패널과 표시 패널을 일체로 제작하는 경우 하부 기판에 별도의 수직 및 수평 값을 얻기 위한 하부 터치 라인들을 더 형성하여야 하고, 상부 기판에 별도의 도전성 돌기를 제작하여야 한다. 따라서, 표시 장치의 제작 공정이 복잡해지고 표시 장치의 패널 제작을 위한 디자인 조건이 복잡해지는 문제가 발생한다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 터치시 인가되는 힘에 의해 센서 커패시터의 정전용량을 변화시키고, 정전 용량의 변화를 인지하여 터치 위치를 검출 할 수 있는 터치 스크린을 제공한다.

또한, 본 발명은 커패시터의 정전 용량의 변화에 따라 패널 내에서 사용자가 터치한 터치 위치를 감지하는 터치 스크린 패널과 화상을 표시하는 표시 패널이 일체화된 터치 스크린을 제공한다.

본 발명에 따른 터치 라인과 복수의 터치 센서를 구비하는 터치 스크린에 있어서, 상기 복수의 터치 센서 각각은, 전기적 에너지를 제공 받는 제 1 노드와, 터치 여부에 따라 상기 제 1 노드의 상기 전기적 에너지를 변화시키는 센서 커패시터와, 상기 제 1 노드의 전기적 에너지에 따라 센싱 신호를 상기 터치 라인에 제공하는 제 1 스위치 및 상기 제 1 노드에 전기적 에너지를 제공하는 제 2 스위치를 포함하는 터치 스크린를 제공한다.

상기 터치 라인의 상기 센싱 신호에 따라 센싱 전압을 출력하는 터치 감지부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

적어도 하나의 터치 센서와 화상을 표시하는 적어도 하나의 화소를 구비하는 표시 요소가 매트릭스 형태로 배치되고, 상기 터치 라인은 복수개가 마련되며, 상 기 복수의 터치 라인은 일 방향으로 연장되어 일 방향으로 배치된 상기 표시 요소들 내의 상기 터치 센서에 접속되고, 상기 터치 감지부는 복수의 터치 라인에 각기 접속된 복수의 센싱 리드부를 포함하는 것이 효과적이다.

상기 복수의 센싱 리드부 각각은, 상기 센싱 신호의 전류량에 따라 출력 전압의 전압 값이 변화하는 적분 회로부와, 상기 적분 회로부의 상기 출력 전압을 증폭시키는 증폭부와, 상기 증폭된 출력 전압을 디지털 형태로 변환시키는 아날로그-디지털 컨버터를 포함하는 것이 바람직하다.

화소 전극을 일 전극 판으로 사용하고 공통 전극을 타 전극 판으로 사용하는 액정 커패시터를 구비하는 화소를 더 포함하고, 상기 센서 커패시터의 일 전극 판은 상기 화소 전극과 동일 평면 상에 형성되어 상기 제 1 노드에 접속되고, 타 전극 판으로 상기 공통 전극을 사용하는 것이 가능하다.

기준 전압을 공급 받는 기준 전압 공급 라인을 더 구비하고, 상기 기준 전압 공급 라인과 상기 제 1 노드에 각 전극 판이 접속된 기준 커패시터를 더 구비할 수 있다.

상기 복수의 터치 센서에 연결되고 각기 순차적으로 게이트 턴온 전압이 인가되는 복수의 게이트 라인을 구비하고, 상기 제 1 스위치는 제 1 게이트 라인에 의해 온/오프되고, 상기 제 2 스위치는 상기 제 1 게이트 라인 보다 게이트 턴온 전압이 늦게 인가 되는 제 2 게이트 라인에 의해 온/오프되며, 상기 제 1 스위치가 상기 제 1 노드와 상기 터치 라인에 접속되는 것이 바람직하다.

상기 제 1 스위치로 제 1 박막 트랜지스터를 사용하고, 상기 제 1 박막 트랜 지스터의 게이트 단자는 상기 제 1 게이트 라인에 접속되고, 소스 단자는 상기 제 1 노드에 접속되고, 드레인 단자는 상기 터치 라인에 접속되고, 상기 제 2 스위치로 제 2 박막 트랜지스터를 사용하고, 상기 제 2 박막 트랜지스터의 게이트 단자는 상기 제 2 게이트 라인에 접속되고, 소스 단자는 기준 전압을 공급 받는 기준 전압 공급 라인에 접속되고, 드레인 단자는 상기 제 1 노드에 접속되는 것이 바람직하다.

센싱 전압을 공급 받는 센싱 전압 공급 라인을 더 포함하고, 상기 제 1 스위치는 상기 센싱 전압 공급 라인과 상기 터치 라인에 접속되고 상기 제 1 노드의 전기적 에너지에 따라 상기 센싱 전압을 상기 센싱 신호로 상기 터치 라인에 제공하는 것이 가능하다.

상기 복수의 터치 센서에 연결된 복수의 게이트 라인을 구비하고, 제 1 게이트 라인과 상기 제 1 노드에 접속된 기준 커패시터를 더 구비할 수도 있다.

상기 제 1 스위치는 상기 제 1 노드의 전기적 에너지에 따라 온/오프 되고, 상기 제 2 스위치는 상기 제 1 게이트 라인 보다 게이트 턴온 전압이 늦게 인가 되는 제 2 게이트 라인에 의해 온/오프될 수도 있다. 이때, 상기 제 1 스위치로 제 1 박막 트랜지스터를 사용하고, 상기 제 1 박막 트랜지스터의 게이트 단자는 상기 제 1 노드에 접속되고, 소스 단자는 상기 센싱 전압 공급 라인에 접속되고, 드레인 단자는 상기 터치 라인에 접속되고, 상기 제 2 스위치로 제 2 박막 트랜지스터를 사용하고, 상기 제 2 박막 트랜지스터의 게이트 단자는 상기 제 2 게이트 라인에 접속되고, 소스 단자는 상기 제 1 게이트 라인에 접속되고, 드레인 단자는 상기 제 1 노드에 접속되며, 상기 제 1 박막 트랜지스터의 사이즈가 상기 제 2 박막 트랜지스터의 사이즈보다 더 큰 것이 바람직하다.

기준 전압을 공급 받는 기준 전압 공급 라인을 더 구비하고, 상기 제 2 스위치로 제 2 박막 트랜지스터를 사용하고, 상기 제 2 박막 트랜지스터의 게이트 단자는 상기 제 2 게이트 라인에 접속되고, 소스 단자는 상기 기준 전압 공급 라인에 접속되고, 드레인 단자는 상기 제 1 노드에 접속되는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 터치 라인, 제 1 및 제 2 라인, 순차적으로 게이트 턴온 전압이 인가되는 제 1 및 제 2 게이트 라인 그리고, 복수의 터치 센서를 구비하는 터치 스크린에 있어서, 상기 복수의 터치 센서 각각은, 제 1 노드와, 상기 제 1 노드와 상기 제 1 라인에 접속된 센서 커패시터와, 상기 제 1 노드와 상기 제 2 라인에 접속된 기준 커패시터와, 제 1 게이트 라인에 제공된 신호에 따라 상기 제 1 노드와 상기 터치 라인을 연결하는 제 1 스위치 및 제 2 게이트 라인에 제공된 신호에 따라 상기 제 1 노드와 상기 제 2 라인을 연결하는 제 2 스위치를 포함하는 터치 스크린을 제공한다.

화소 전극과 액정층 및 공통 전극을 구비하는 액정 커패시터를 구비하는 화소를 포함하고, 상기 제 1 라인으로 상기 공통 전극을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 제 2 라인으로 상기 공통 전극에 인가되는 전압 보다 낮은 전압 레벨의 기준 전압을 제공 받는 기준 전압 제공 라인을 사용하거나 유지 라인을 사용하는 것이 가능하다.

상기 센서 커패시터의 커패시턴스에 따라 상기 제 1 노드의 전하량이 변화하 고, 상기 터치 라인에 접속되어 상기 제 1 노드의 전하량에 따라 출력 전압의 전압 값이 변화하는 센싱 리드부를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 센서 커패시터용 일 전극판이 형성된 하부 기판과, 상기 센서 커패시터용 타 전극판이 형성된 상부 기판을 포함하고, 터치 동작에 따라 상기 일 전극판과 상기 타 전극 판 사이의 거리가 가변되는 것이 효과적이다.

또한, 본 발명에 따른 터치 라인 및 복수의 터치 센서를 구비하는 터치 스크린에 있어서, 공통 전압을 제공 받는 제 1 라인, 센싱 전압을 제공 받는 제 2 라인, 순차적으로 게이트 턴온 전압을 인가 받는 제 1 및 제 2 게이트 라인 및 제 3 라인을 포함하고, 상기 복수의 터치 센서 각각은, 제 1 노드와, 상기 제 1 노드와 상기 제 1 라인에 접속된 센서 커패시터와, 상기 제 1 노드와 상기 제 1 게이트 라인에 접속된 기준 커패시터와, 상기 제 1 노드의 전압에 따라 상기 제 2 라인과 상기 터치 라인을 연결하는 제 1 스위치 및 상기 제 2 게이트 라인에 제공된 신호에 따라 상기 제 3 라인과 상기 제 1 노드를 연결하는 제 2 스위치를 포함하는 터치 스크린을 제공한다.

상기 제 3 라인으로 기준 전압을 제공 받는 기준 전압 라인을 사용하거나, 상기 제 3 라인으로 상기 제 1 게이트 라인을 사용하는 것이 효과적이다.

상기 기준 전압으로 상기 게이트 턴오프 전압을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 제 1 및 제 2 스위치로 제 1 및 제 2 박막 트랜지스터를 사용하고, 상기 제 1 박막 트랜지스터를 통해 상기 제 2 라인에서 상기 터치 라인으로 흐르는 전류량에 따라 출력 전압의 전압 값이 변화하는 센싱 리드부를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 제 1 박막 트랜지스터의 사이즈가 상기 제 2 박막 트랜지스터 보다 큰 것이 효과적이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 터치 동작시 터치 스크린 패널에 인가되는 힘에 의해 센서 커패시터의 정전용량을 변화시켜 터치 센서 일 노드의 전기적 에너지를 변화시키고, 이 변화된 일 노드의 전기적 에너지를 이용하여 터치 위치를 검출 할 수 있다.

또한 본 발명은 터치 센서 일 노드의 전하량 변화를 직접 감지하여 터치 여부와 터치 위치를 검출할 수 있다.

또한, 본 발명은 터치 센서 일 노드의 전압 변화에 따라 센싱 신호를 터치 라인에 제공하는 스위치의 온/오프 동작을 제어하여 터치 여부와 터치 위치를 검출할 수 있다.

또한, 본 발명은 게이트 라인을 수평 좌표 위치를 얻기 위한 라인으로 사용할 수 있다.

또한, 본 발명은 터치 스크린 패널의 셀 갭에 따라 센서 커패시턴스의 정전용량이 다양하게 변화되기 때문에 센싱 감도를 다양하게 조절할 수 있다.

또한, 본 발명은 상하부 라인의 직접 접촉이 아닌 셀 갭의 변화를 이용하여 터치 위치를 검출하기 때문에 터치 스크린 패널의 제작시 공정 마진이 충분하고 제작 공정이 단순해질 수 있다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치 스크린의 블록도이다.

도 2는 제 1 실시예에 따른 화소와 터치 센서 및 터치 센싱부의 등가 회로도이다. 도 3은 제 1 실시예의 변형예에 따른 화소와 터치 센서 및 터치 센싱부의 등가 회로도이다. 도 4 내지 도 7은 제 1 실시예에 따른 터치 센서의 동작을 설명하기 위한 개념도들이다. 도 8은 제 1 실시예에 따른 터치 스크린 패널의 동작을 설명하기 위한 파형도이다. 도 9는 제 1 실시예에 따른 터치 스크린 패널의 셀 갭 변화에 따른 적분 회로부의 출력 전압 변화를 나타낸 시뮬레이션 결과 그래프이다. 도 10은 제 1 실시예에 따른 화소와 터치 센서 영역의 평면도이고, 도 11은 도 10의 A-A선에 대해 자른 단면도이고, 도 12는 도 10의 B-B선에 대해 자른 단면도이다.

도 1 내지 도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 터치 스크린은 터치 스크린 패널(100), 게이트 구동부(200), 데이터 구동부(300), 구동 전압 생성부(400), 신호 제어부(500) 및 터치 감지부(600)를 포함한다.

터치 스크린 패널(100)은 일 방향으로 연장된 복수의 게이트 라인(G1 내지 Gn), 게이트 라인과 교차하는 방향으로 연장된 복수의 데이터 라인(D1 내지 Dm)과, 복수의 게이트 라인(G1 내지 Gn)과 교차하는 방향으로 연장된 복수의 터치 라인(TL1 내지 TLo)를 구비한다. 터치 스크린 패널(100)은 게이트 라인(G1 내지 Gn)과 동일 방향으로 연장된 복수의 유지 라인(SL)을 더 구비할 수 있다. 이때, 터치 스크린 패널(100)은 터치 스크린 패널과 표시 패널이 일체화된 패널을 지칭한다. 본 실시예에서 터치 패널, 터치 스크린 표시 패널, 터치 표시 패널 및 표시 패널은 터치 스크린 패널을 지칭한다.

일반적인 터치 스크린 패널은 터치 영역의 수직 및 수평 좌표를 계산하기 위해 직교하는 두개의 터치 라인을 포함한다. 하지만, 본 실시예의 터치 스크린 패널(100)은 게이트 라인(G1 내지 Gn)을 수평 좌표를 계산하기 위한 라인으로 사용한다. 따라서, 터치 스크린 패널(100) 내의 배선 개수를 줄일 수 있다. 이에 관해서는 후술한다.

터치 스크린 패널(100)은 게이트 라인(G1 내지 Gn)과 데이터 라인(D1 내지 Dm)에 접속된 복수의 화소(101; 101-R, 101-G, 101-B)를 구비하고, 게이트 라인(G1 내지 Gn)과 터치 라인(TL1 내지 TLo)에 접속된 복수의 터치 센서(102)를 구비한다.

복수의 화소(101)와 터치 센서(102)는 터치 스크린 패널(100)의 표시 영역 내에 매트릭스 배열되어 있다. 여기서, 3개의 화소(101)와 한 개의 터치 센서(102)가 하나의 표시 그룹으로 정의된다. 그리고, 복수의 표시 그룹이 터치 스크린 패널(100)의 표시 영역 내에 매트릭스 배열 되는 것이 효과적이다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 적색 화소(101-R), 녹색 화소(101-G) 및 청색 화소(101-B) 그리고 터치 센서(102)가 행 방향으로 연속 배치된다.

적색 화소(101-R), 녹색 화소(101-G) 및 청색 화소(101-B)는 각기 데이터 라인(D1 내지 Dm)에 접속되고, 터치 센서(102)는 터치 라인(TL1 내지 TLo)에 접속된다. 따라서, 3개의 데이터 라인(D1 내지 Dm) 마다 하나의 터치 라인(TL1 내지 TLo)이 배치된다.

복수의 화소(101) 각각은 박막 트랜지스터(T) 및 액정 커패시터(Clc)를 포함한다. 화소(101)는 유지 커패시터(Cst)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 도 2에 도시된 바와 같이 박막 트랜지스터(T)의 게이트 단자는 해당 게이트 라인(Gj)에 접속되고, 소스 단자는 해당 데이터 라인(Dk)에 접속된다. 박막 트랜지스터(T)의 드레인 단자는 액정 커패시터(Clc)와 유지 커패시터(Cst) 각각의 일 전극 판에 접속된다. 유지 커패시터(Cst)의 타 전극 판은 유지 라인(SL)에 접속되는 것이 바람직하다. 액정 커패시터(Clc)의 타 전극 판은 공통 전압(Vcom)을 인가 받는다.

복수의 터치 센서(102) 각각은 제 1 및 제 2 스위치(S1, S2)와 기준 커패시터(Cr) 그리고, 센서 커패시터(Cts)를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이 제 1 스위치(S1)는 해당 터치 라인(TLi)과 제 1 노드(N) 사이에 접속된다. 제 2 스위치(S2)는 유지 라인(SL)과 제 1 노드(N) 사이에 접속된다. 제 1 스위치(S1)는 일 게이트 라인(Gj-1)에 의해 온/오프 되고, 제 2 스위치(S2)는 일 게이트 라인(Gj-1) 뒷 단의 다른 게이트 라인(Gj)에 의해 온/오프 된다. 기준 커패시터(Cr)은 유지 라인(SL)과 제 1 노드(N)에 접속된다. 센서 커패시터(Cts)의 일 전극 판은 제 1 노 드(N)에 접속되고, 타 전극 판은 공통 전압(Vcom)을 인가 받는다. 여기서, 상기 제 1 및 제 2 스위치(S1, S2)로 박막 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 센서 커패시터(Cts)는 그 커패시턴스 값이 변화하는 가변 커패시터인 것이 바람직하다.

그리고, 도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이 터치 스크린 패널(100)은 상기 요소들이 형성된 상부 기판(1000)과 하부 기판(2000)그리고, 상부 기판(1000)과 하부 기판(2000) 사이에 위치한 액정(3000)을 구비한다.

하부 기판(1000)에는 게이트 라인(G1 내지 Gn), 데이터 라인(D1 내지 Dm), 유지 라인(SL), 박막 트랜지스터(T), 유지 커패시터(Cst), 제 1 및 제 2 스위치(S1, S2), 기준 커패시터(Cr)가 형성된다. 또한, 하부 기판(1000)에는 액정 커패시터(Clc)와 센서 커패시터(Cts)의 일 전극 판이 형성된다.

박막 트랜지스터(T)는 게이트 전극(111), 소스 전극(114) 및 드레인 전극(115)을 구비한다. 그리고, 소스 및 드레인 전극(114, 115)과 게이트 전극(111) 사이에는 게이트 절연막(112) 및 활성층(113)이 위치한다. 게이트 절연막(112)은 유지 커패시터(Cst) 및 기준 커패시터(Cr)의 유전체로서 사용된다. 활성층(113)은 데이터 라인(D1 내지 Dm) 하측 영역에 형성될 수도 있다.

도 10에 도시된 바와 같이 유지 라인(SL)의 일부가 화소 영역 내에서 판 형상으로 돌출하여 유지 커패시터(Cst)의 일 전극판으로 사용되는 것이 바람직하다. 그리고, 유지 라인(SL)의 일부가 터치 센서 영역 내에서 판 형상으로 돌출하여 기준 커패시터(Cr)의 일 전극 판으로 사용되는 것이 바람직하다. 박막 트랜지스터(T) 와 데이터 라인(D1 내지 Dm) 상에는 패시베이션막(116)과 보호막(117)이 형성되는 것이 효과적이다.

그리고, 화소 영역의 보호막(117) 상에는 액정 커패시터(Clc)의 일 전극판과, 유지 커패시터(Cst)의 타 전극판으로 사용되는 화소 전극(118)이 위치한다. 여기서, 화소 전극(118)과 유지 커패시터(Cst)의 상기 일 전극판 사이에 화소 전극(118)과 콘택홀을 통해 접속된 드레인 전극 연장부가 위치하는 것이 효과적이다. 이를 통해 유지 커패시터(Cst)의 커패시턴스를 향상시킬 수 있다. 터치 센서 영역의 보호막(117) 상에는 센서 커패시터(Cts)의 일 전극판과, 기준 커패시터(Cr)의 타 전극판으로 사용되는 투명 전극(119)이 위치한다.

상부 기판(2000)에는 차광 패턴(121; 예를 들어 블랙 매트릭스)과, 컬러 필터(122) 및 액정 커패시터(Clc)와 센서 커패시터(Cts)의 타 전극 판용 공통전극(124)이 형성된다. 컬러 필터(122)는 적색, 녹색 및 청색 컬러 필터를 포함한다. 차광 패턴(121)과 컬러 필터(122) 상에는 오버 코트막(123)이 위치할 수도 있다. 상부 기판(2000)과 하부 기판(1000) 사이에는 액정(3000)이 위치한다. 액정(3000)은 액정 커패시터(Clc)와 센서 커패시터(Cts)의 유전체로서 사용된다.

화소 전극(118)에는 액정(3000)의 배열 방향을 조정하기 위한 도메인 규제수단으로 다수의 절개 및/또는 돌기 패턴이 마련될 수 있다. 또한, 공통 전극(124)에도 돌기 및/또는 절개 패턴이 마련될 수 있다. 본 실시예의 액정(3000)은 수직 배향 방식으로 배향되는 것이 바람직하다.

상기에서는 유지 라인(SL)에 터치 센서(102)의 제 2 스위치(S2)와 기준 커패 시터(Cr)가 접속됨을 설명하였다. 이 경우, 상기 유지 라인(SL)은 상부 기판(2000)의 공통 전극(124)과 전기적으로 분리된다. 이때, 공통 전극(124)에 제공되는 전압과 유지 라인(SL)에 제공되는 전압이 다른 것이 바람직하다. 그러나 이에 한정되지 않고, 도 3의 변형예에 도시된 바와 같이 터치 스크린 패널(100)은 제 2 스위치(S2)와 기준 커패시터(Cr)가 접속된 별도의 기준 전압 라인(RL)을 더 포함할 수 있다. 이때, 공통 전극(124)과 유지 라인(SL)은 전기적으로 연결되는 것이 효과적이다. 이를 통해 공통 전극(124)과 유지 라인(SL)에 동일한 전압의 전원을 제공할 수 있다.

상술한 구조의 터치 스크린 패널(100)의 외측에는 게이트 구동부(200), 데이터 구동부(300), 구동 전압 생성부(400), 신호 제어부(500) 및 터치 감지부(600)를 구비하는 제어 모듈이 마련된다.

제어 모듈은 터치 스크린 패널(100)에 구동을 위한 신호들을 공급하여 터치 스크린 패널(100)이 외부 광원(예를 들어, 백라이트)을 받아 화상을 표시하도록 하고, 사용자가 터치한 터치 스크린 패널(100) 영역의 위치를 감지한다. 제어 모듈의 요소들은 IC 칩 형태로 제작되어 터치 스크린 패널(100)과 전기적으로 접속된다. 이때, 각 요소들은 각기 칩 형태로 제작될 수 있고, 몇 개의 요소들이 하나의 칩 내에 집적될 수도 있다. 그리고, 제어 모듈의 요소 중 일부는 터치 스크린 패널(100)의 제작시 함께 제작될 수 있다. 하기에서는 제어 모듈의 요소들 각각에 관해 설명한다.

먼저, 신호 제어부(500)는 외부의 그래픽 제어기(도시하지 않음)로부터의 영 상 신호(R, G, B)와, 영상 신호(R, G, B)의 표시를 제어하는 영상 제어 신호(CS)를 제공 받는다. 영상 신호(R, G, B)는 원시 화소 데이터(즉, 적색, 녹색 및 청색 데이터)를 포함한다. 영상 제어 신호(CS)는 수직 동기 신호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync), 메인 클럭(CLK) 및 데이터 인에이블 신호(DE)를 포함한다. 신호 제어부(500)는 영상 신호(R, G, B)를 표시 패널(100)의 동작 조건에 맞게 처리한다.

신호 제어부(500)는 게이트 제어 신호 및 데이터 제어 신호를 포함하는 복수의 제어 신호를 생성한다. 신호 제어부(500)는 수직 동기 시작 신호(STV)를 게이트 구동부(200)에 전송하고, 데이터 제어 신호를 데이터 구동부(300)에 전송한다. 데이터 제어 신호는 화소 데이터 신호의 전송 시작을 알리는 수평 동기 시작 신호, 해당 데이터 라인에 데이터 전압을 인가하라는 로드 신호 및 데이터 클럭 신호를 포함한다. 또한, 데이터 제어 신호는 공통 전압에 대한 계조 전압의 극성을 반전시키는 반전 신호를 더 포함할 수 있다. 그리고, 신호 제어부(500)는 게이트 구동부(200)에 게이트 클럭 신호를 제공할 수도 있다.

전압 생성부(400)는 외부 전원 전압(Vcc)을 이용하여 터치 스크린의 구동에 필요한 다양한 구동 전압을 생성한다. 전압 생성부(500)는 기준 전압(AVDD)과, 게이트 턴온 전압(Von)과, 게이트 턴오프 전압(Voff)과, 센싱 기준 전압(Vref) 그리고 공통 전압(Vcom)을 생성한다. 전압 생성부(400)는 게이트 턴온 전압(Von) 및 게이트 턴오프 전압(Voff)을 게이트 구동부(200)에 인가하고, 기준 전압(AVDD)을 데이터 구동부(300)에 인가한다. 그리고, 전압 생성부(500)는 센싱 기준 전압(Vref)을 터치 스크린 패널(100)의 유지 라인(SL)에 제공하고, 공통 전압(Vcom)을 터치 스크린 패널(100)의 공통 전극(124)에 제공한다.

여기서, 게이트 턴온 전압(Von)으로는 5 내지 25V의 전압을 사용하고, 게이트 턴오프 전압(Voff)으로 -5 내지 -25V의 전압을 사용하는 것이 효과적이다. 그리고, 센싱 기준 전압(Vref)로 -1 내지 -10V의 전압을 사용하는 것이 바람직하다. 공통 전압(Vcom)으로 0V 내지 5V의 전압을 사용하는 것이 바람직하다.

데이터 구동부(300)는 신호 제어부(500)의 데이터 제어 신호와 화소 데이터 신호 그리고 전압 생성부(400)의 기준 전압(AVDD)을 이용하여 계조 신호를 생성하여 각 데이터 라인(D1 내지 Dm)에 인가한다. 즉, 데이터 구동부(300)는 데이터 제어 신호에 따라 구동하여 입력된 디지털 형태의 화소 데이터 신호를 기준 전압(AVDD)을 이용하여 아날로그 형태의 계조 신호로 변환한다. 그리고, 데이터 구동부(300)는 변환된 계조 데이터 신호를 복수의 데이터 라인(D1 내지 Dm)에 공급한다.

게이트 구동부(200)는 수직 동기 시작 신호(STVP)에 따라 복수의 게이트 라인(G1 내지 Gn)에 게이트 턴온 전압(Von) 및 게이트 턴오프 전압(Voff)를 인가한다. 게이트 턴온 전압(Von)은 일 프레임 동안 모든 복수의 게이트 라인(G1 내지 Gn)에 순차적으로 제공된다.

터치 감지부(600)는 복수의 터치 라인(TL1 내지 TLo)에 각기 접속된 복수의 센싱 리드부(610-1 내지 610-o)를 포함한다. 복수의 센싱 리드부(610-1 내지 610-o) 각각은 접속된 터치 라인(TL1 내지 TLo)의 전하량 변화를 감지하여 수직 좌표 신호를 각기 출력한다.

센싱 리드부(610-1 내지 610-o) 각각은 적분 회로부(611)를 구비한다. 센싱 리드부(610-1 내지 610-o)는 적분 회로부(611)의 출력을 증폭하는 증폭기(612)와, 증폭기(612)의 출력을 변환시키는 아날로그-디지털 컨버터(613)를 더 구비한다. 여기서, 적분 회로부(611)는 연산 증폭기(OP1)를 이용한 적분 회로를 사용한다. 즉, 적분 회로부(611)는 반전 입력 단자(-)가 터치 라인(TL1 내지 TLo)에 접속되고, 비반전 입력 단자(+)가 접지 전원(GND)에 접속된 연산 증폭기(OP1)와, 연산 증폭기(OP1)의 반전 입력 단자(-)와 출력 단자 사이에 접속된 출력 커패시터(Co)를 구비한다.

여기서, 도시되지 않았지만, 터치 감지부(600)의 복수의 수직 좌표 신호를 이용하여 터치 영역의 좌표를 계산하는 좌표 계산부를 더 구비할 수 있다. 이때, 좌표 계산부는 게이트 구동부(200)를 통해 수평 좌표 신호를 제공 받는 것이 바람직하다. 일 터치 라인(TL1 내지 TLo)에는 게이트 라인(G1 내지 Gn) 개수만큼의 터치 센서(102)가 접속된다. 그리고, 터치 센서(102) 각각은 게이트 라인(G1 내지 Gn)에 의해 동작하여 터치 여부를 판단할 수 있는 신호를 해당 터치 라인(TL1 내지 TLo)에 출력한다. 즉, 터치 센서(102)는 사용자의 터치에 의해 터치 센서(102)에 접속된 터치 라인(TL1 내지 TLo)에 변화된 전하량(Qread)을 제공한다.

터치 센서(102)에 의해 해당 터치 라인(TL1 내지 TLo)에 제공된 신호를 센싱 리드부(610-1 내지 610-o)가 인가 받아 수직 좌표 신호를 출력한다. 따라서, 수직 좌표 신호의 레벨이 변화되었을 때, 게이트 턴온 전압이 인가된 게이트 라인(G1 내지 Gn)의 좌표가 수평 좌표 신호가 된다. 예를 들어 터치 스크린 패널(100)이 100 개의 게이트 라인과 100개의 터치 라인을 구비하는 경우를 가정하여 설명하면 다음과 같다. 20번째의 터치 라인에 접속된 센싱 리드부에서 변화된 수직 좌표 신호를 출력하고, 이때, 30번째의 게이트 라인에 게이트 턴온 전압이 인가 되었다면, X축 좌표는 30이고, Y축 좌표는 20이 된다. 즉, 30번째의 게이트 라인과 20번째의 터치 라인이 만나는 지점이 터치 영역임을 알 수 있게 된다.

이와 같이 본 실시예의 터치 스크린은 게이트 라인(G1 내지 Gn)을 통해 수평 좌표를 얻을 수 있기 때문에, 터치 스크린 패널(100)에 터치 영역의 수평 좌표를 얻기 위한 별도의 라인을 추가하지 않아도 된다. 물론 이에 한정되지 않고, 터치 스크린 패널(100)은 수평 좌표를 얻기 위한 별도의 라인을 추가로 더 구비할 수도 있다.

또한, 본 실시예에서는 사용자가 터치 스크린 패널(100)을 터치 할 때 인가된 힘에 의해 터치 센서(102)내의 센서 커패시터(Cts)의 커패시턴스가 변화된다. 그리고, 커패시턴스의 변화를 터치 스크린 패널(100) 외측에 위치한 터치 감지부(600)에서 감지하여 터치 영역의 좌표를 얻을 수 있다.

하기에서는 도 2 내지 도 7을 참조하여, 본 실시예의 센싱 리드부(610-1 내지 610-o) 및 터치 센서(102)의 기술적 원리와 동작을 설명한다. 여기서는 전하량을 중심으로 설명한다. 도 4내지 도 7은 도 2의 터치 센서(102)의 동작 원리를 설명하기 위해 간략하게 도시한 회로도이다.

터치 센서(102)는 앞서 설명한 바와 같이 제 1 및 제 2 스위치(S1, S2)와, 센서 커패시터(Cts)와 기준 커패시터(Cr)를 포함한다. 기준 커패시터(Cr)은 기준 전압 입력부(즉, 유지 라인(SL))과 제 1 노드(N)에 접속된다. 센서 커패시터(Cts)는 제 1 노드(N)와 공통 전압 입력부(즉, 공통 전극(124))에 접속된다. 즉, 기준 커패시터(Cr)와 센서 커패시터(Cts)는 직렬 접속된다. 제 1 스위치(S1)는 제 1 노드(N)와 제 i 터치 라인(TLi)에 접속된다. 그리고, 제 1 스위치(S1)는 제 j-1 게이트 라인(Gj-1)의 신호에 따라 온/오프된다. 제 2 스위치(S2)는 제 1 노드(N)와 센싱 기준 전압 입력부(즉, 유지 라인(SL))에 접속된다. 그리고, 제 2 스위치(S2)는 제 j 게이트 라인(Gj)의 신호에 따라 온/오프된다. 여기서, 기준 커패시터(Cr)와 제 2 스위치(S2)는 제 1 노드(N)와 유지 라인(SL) 사이에서 병렬 접속된다.

상술한 구조를 갖는 터치 센서(102)의 동작은 다음과 같다.

터치 스크린 패널(100)에 최초로 전원이 인가되는 경우 도 5에 도시된 바와 같이 제 1 및 제 2 스위치(S1, S2)모두가 오프 된다. 이어서, 도 6에 도시된 바와 같이 제 1 스위치(S1)는 온 되고, 제 2 스위치(S2)는 오프된다. 이 경우, 제 1 노드(N)는 널(null) 상태의 전하량(Qread) 값을 갖고 있다. 따라서, 제 1 노드(N)의 널 상태의 전하량 값에 의해 제 j 센싱 리드부는 널 상태의 값을 출력한다. 이어서, 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 스위치(S1)는 오프 되고, 제 2 스위치(S2)는 온 된다. 이를 통해 제 1 노드(N)는 센싱 기준 전압(Vref)으로 차징된다.

상술한 바와 같은 스위치의 동작은 제 1 스위치(S1)가 접속된 제 j-1 게이트 라인(Gj-1)이 제 2 스위치(S2)가 접속된 제 j 게이트 라인(Gj)보다 먼저 스위치를 온 시키기 위한 게이트 턴온 전압(Von)을 인가 받기 때문이다. 상술한 스위치들의 동작은 이에 한정되지 않고, 터치 센서(102)의 위치에 따라 바뀔 수 있다. 즉, 상 술한 설명에서는 도 5, 도 6 및 도 4에 도시된 순서대로 스위치들이 동작하였지만, 도 6, 도 4 및 도 5 순서로 스위치들이 동작할 수도 있다.

여기서, 센서 커패시터(Cts)의 양단에 걸리는 전압을 Vts라고 할 경우 Vts는 하기 수학식 1로 표현된다.

즉, 공통 전압(Vcom)에서 기준 전압(Vref)을 뺀 값의 전압이 센서 커패시터(Cts)의 양단에 인가된다. 그리고, 도 4에 도시된 바와 같이 센서 커패시터(Cts)의 두 전극판 중 공통 전압(Vcom)을 인가 받는 일 전극판에는 +Qts1의 전하량이 차징되고, 제 1 노드(N)에 접속된 타 전극판에는 -Qts1의 전하량이 차징된다.

이와 같이 전원이 인가된 시점 즉, 최초 프레임 구간 동안 터치 센서(102)의 출력 값(즉, 출력 전하량(Qread)값)은 널 값이 된다. 그리고, 터치 센서(102)의 제 1 노드(N)는 -Qts1의 전하량으로 충전한다.

이어서, 최초 프레임 이후의 프레임들에서의 터치 센서(102) 동작에 관해 설명한다.

도 5에 도시된 바와 같이 제 1 및 제 2 스위치(S1, S2)는 모두 오프된다. 이를 통해 상기에서 센서 커패시터(Cts)와 기준 커패시터(Cr)는 기준 전압(Vref)과 공통 전압(Vcom)사이에서 직렬 접속된다. 이때, 제 1 노드(N)는 앞서 충전된 전하량(-Qts1)을 유지한다.

이 경우, 제 1 노드(N)에 충전된 전하량(-Qts1)은 하기 수학식 2와 같다.

즉, Qts1은 센서 커패시터(Cts)양단에 인가된 전압에 센서 커패시터(Cts)의 커패시턴스(Ccts1)를 곱한 값을 갖는다. 여기서, 센서 커패시터(Cts)의 커패시턴스(Ccts)는 사용자에 의한 터치가 발생하지 않았기 때문에 Ccts1의 값을 갖는다. 본 실시예에서는 센서 커패시터(Cts)의 커패시턴스를 Ccts로 통칭한다. 그러나, 앞서 언급한 바와 같이 터치가 발생하지 않았을 경우의 커패시턴스를 Ccts1이라고 하고, 터치가 발생한 경우의 커패시턴스를 Ccts2라 한다.

이어서, 제 j-1 게이트 라인(Gj-1)에 게이트 턴온 전압(Von)이 인가되면 도 6에 도시된 바와 같이 제 1 스위치(S1)가 턴온된다. 이때, 제 2 스위치(S2)는 오프 된다. 그리고, 제 1 노드(N)는 해당 터치 라인(TLi)에 접속된다.

이 경우, 상기 터치 라인(TLi)로 출력되는 전하량(Qread)는 하기 수학식 3과 같이 표현된다.

여기서, 제 1 스위치(S1)만이 온 상태의 제 1 노드(N)의 전하량(Qread - Qts2 + Qr2)은 그 이전 상태 즉, 제 1 및 제 2 스위치(S1, S2)가 오프 된 상태의 제 1 노드(N)의 전하량(-Qts1)과 같다.

이때, Qts2와 Qr2는 하기 수학식 4와 같이 표현된다.

여기서, 센서 커패시터(Cts)의 양단에는 공통 전압(Vcom)이 인가된다. 이경우 센서 커패시터(Cts)의 전하량(Qts2)은 센서 커패시터(Cts) 양단에 걸리는 전압(Vcom)에 센서 커패시터(Cts)의 커패시턴스(Ccts1)를 곱한 것과 같다. 그리고, 기준 커패시터(Cr)의 양단에는 기준 전압(Vref)이 인가된다. 이경우 기준 커패시터(Cr)의 전하량(Qr2)은 기준 커패시터(Cr) 양단에 걸리는 전압(Vref)에 기준 커패시터(Cr)의 커패시턴스(Ccr)를 곱한 것과 같다.

상기의 Qread는 하기 수학식 5와 같이 표현된다.

여기서, 도 2에 도시된 바와 같이 Vout 즉, 출력 전압은 연산 증폭기(OP1)의 출력 전압 값이다. 그리고, Cco는 출력 커패시터(Co)의 커패시턴스이다. 따라서, 적분 회로부(611)의 출력 전압(Vout)은 터치 라인(TL1 내지 TLo)의 출력 전하 량(Qread)을 출력 커패시터(Co)의 커패시턴스값(Cco)으로 나눈 값이 된다. 즉, 터치 라인(TLi) 전류(Iread)의 적분 값이 출력 전하량(Qread)이다. 여기서, 터치 라인(TLi)의 출력 전하량(Qread)은 적분 회로부(611)의 반전 단자(-)로 공급되는 전하량이다. 또한, 터치 라인(TLi)의 전하량(Qread)은 출력 커패시터(Co)의 일 전극 판에 차징되는 전하량을 지칭할 수도 있다. 여기서, 상기 출력 커패시터(Co)의 일 전극판에 차징되는 전하량 즉, 출력 전하량(Qread)는 적분 회로부(611)의 출력 전압(Vout)에 출력 커패시터(Co)의 커패시턴스(Cco)값을 곱한 값이 된다.

이와 같이 적분 회로부(611)의 출력 전압(Vout)은 터치 라인(TLi)의 전하량(Qread)에 따라 변화한다. 도 2에 도시된 바와 같이 적분 회로부(611)의 출력 전압(Vout)은 증폭기(612)에 의해 증폭되고, 증폭된 값은 아날로그-디지털 컨버터(613)에 의해 디지털 값으로 변화되어 외부로 출력된다.

상기 수학식 2, 4, 5를 바탕으로 수학식 3을 다시 정리하면 하기 수학식 6과 같다.

이때, 수학식 6에서 센서 기준 전압(Vref)과, 기준 커패시터(Cr)의 커패시턴스(Ccr) 그리고, 출력 커패시터(Co)의 커패시턴스(Cco)는 고정되어 있는 값이다. 이에, 수학식 6에서와 같이 상기 적분 회로부(611)의 출력은 터치 센서(102)의 센서 커패시터(Cts)의 커패시턴스(Ccts1)에 비례하여 변화한다.

따라서, 본 실시예에서는 사용자가 터치 스크린 패널(100)을 터치 할 경우, 사용자가 터치한 영역의 터치 센서(102)의 센서 커패시터(Cts)의 커패시턴스(Ccts)가 변화된다. 즉, 터치시 인가되는 힘에 의해 상부 기판(2000)이 눌린다. 이로 인해 센서 영역의 센서 커패시터(Cts)의 두 전극판 사이의 거리가 좁아 지게 되어, 센서 커패시터(Cts)의 커패시턴스(Ccts)가 변화하게 된다. 이러한 커패시턴스(Ccts) 변화에 의해 수학식 6에서와 같이 적분 회로부(611)의 출력 전압(Vout)이 변화하게 된다.

이와 같이 센서 커패시터(Cts)의 커패시턴스(Ccts)가 변화된 경우에 관해서는 도 7에 도시되었다. 즉, 도 7에서는 사용자의 가압에 의해 센서 커패시터의 커패시턴스가 Ccts1에서 Ccts2로 가변됨이 도시되었다. 즉, 커패시턴스가 증가한다.

이때, 먼저, 사용자가 터치 스크린 패널(100)을 터치 한 경우를 살펴보면 다음과 같다.

사용자가 터치 스크린 패널(100)의 일부 영역을 터치 하는 경우, 해당 영역의 터치 센서(101)의 센서 커패시터(Cts)의 커패시턴스(Ccts)는 앞서 언급한 바와 같이 증가한다. 하지만, 도 5에 도시된 바와 같이 제 1 스위치(S1)가 온되기전까지 제 1 노드(N)의 전하량은 이전 프레임의 값(Qts1)을 유지하게 된다. 그러나, 도 7에 도시된 바와 같이 제 1 스위치(S1)가 온되는 시점의 제 1 노드(N)의 전하량은 센서 커패시터(Cts)의 커패시턴스(Ccts)가 변화되었기 때문에 변화한다. 즉, 수학 식 4에서의 Qts2 값이 변화된다.

이때, Qts2는 하기 수학식 7과 같이 표현된다.

수학식 7과 같이 센서 커패시터의 커패시턴스가 변화할 경우 센서 커패시터의 일 전극판에 차장되는 전하량이 변화된다.

상기 수학식 7을 앞선 수학식 6에 다시 대입하여 이를 수학식 8로 다시 작성하면 다음과 같다.

이와 같이 사용자에 의해 터치가 발생하는 경우, 적분 회로부(611)의 출력 전압(Vout)은 센서 커패시터(Cts)의 커패시턴스(Ccts)에 비례한다. 이는 수학식 8에서 센싱 기준 전압(Vref), 공통 전압(Vcom), 기준 커패시터(Cr)의 커패시턴스(Ccr) 그리고, 출력 커패시터(Co)의 커패시턴스(Cro)는 고정된 값을 갖기 때문이다.

따라서, 외부 회로에서 적분 회로부(611)의 이와 같은 출력 전압(Vout)의 변 화를 감지하여 사용자에 의한 터치가 발생함을 알 수 있게 된다.

또한, 사용자가 터치 영역을 계속하여 터치하는 경우에는 수학식 2의 Qts1의 값이 변화한다. 이는 센서 커패시터(Cts)의 커패시턴스가 변화되었기 때문이다. 즉, 도 4 및 도 5에서 제 1 노드(N)에 차징되는 전하량이 변화된다.

이때, Qts1은 하기 수학식 9와 같이 표현된다.

상기 수학식 9 그리고, 수학식 7의 변화된 값을 수학식 6에 다시 대입하여 이를 수학식 10으로 다시 작성하면 다음과 같다.

수학식 10에서와 같이 적분 회로부(611)의 출력 전압(Vout)은 센서 커패시터(Cts)의 가변된 커패시턴스(Ccts2)에 의해 변화된다. 따라서, 사용자가 터치 영역을 계속 터치 하는 경우 센서 커패시터(Cts)의 가변된 커패시턴스(Ccts2)에 의해 적분 회로부(611)의 출력 전압(Vout)이 변화된다.

이와 같이 본 실시예에서는 터치 영역의 터치 센서(102) 내의 센서 커패시터(Cts)의 커패시턴스(Ccts)가 변화한다. 즉, 터치 센서(102)의 제 1 노드(N)의 전 하량이 변화한다. 이와 같은 제 1 노드(N)의 전하량 변화에 따라 적분 회로부(611)의 출력 전압(Vout)의 전압 레벨이 변화한다. 적분 회로부(611)의 출력 전압(Vout)의 변화를 감지하여 앞서 설명한 바와 같이 터치 영역의 좌표를 계산할 수 있다.

그리고, 앞서 설명한 바와 같이 사용자가 터치 스크린 패널(100)을 터치 할 경우, 터치시 인가되는 힘에 의해 터치 스크린 패널(100)의 상부 기판(2000)과 하부 기판(1000) 사이의 셀 갭이 변화한다. 이를 통해 센서 커패시터(Cts)의 두 전극판 사이의 거리가 달라지게 된다. 이를 통해 적분 회로부(611)의 출력 전압(Vout)이 변화된다.

도 9는 제 1 실시예에 따른 터치 스크린 패널의 셀 갭 변화에 따른 적분 회로부의 출력 전압 변화를 나타낸 시뮬레이션 결과그래프이다. 하기 표 1은 도 9의 시뮬레이션 결과를 표로 나타낸 것이다. 상기 시뮬레이션시 공통 전압은 3V를 사용하고, 출력 커패시터(Co)의 커패시턴스(Cco)는 1pF을 사용하였다.

셀 갭(um)	0.6	0.5	0.4	0.3	0.2	0.1	0.05
센서 커패시터의 커패시턴스(pF)	0.08	0.10	0.12	0.16	0.24	0.48	0.95
기준 커패시터의 커패시턴스(pF)	0.04	0.04	0.04	0.04	0.04	0.04	0.04
적분 회로부의 출력 전압(V)	0.34	0.39	0.46	0.58	0.82	1.53	2.96

상기 표 1과 도 9에 도시된 바와 같이 터치 스크린 패널(100)의 셀 갭이 0.6um 일 경우 적분 회로부(611)의 출력 전압(Vout)은 0.34V이다. 하지만, 사용자의 터치에 의해 터치 스크린 패널(100)의 셀 갭이 0.1로 줄어들 경우에는 적분 회로부(611)의 출력 전압(Vout)은 1.53V가 된다.

도 9의 X 선은 본실시예에 따른 터치 스크린 패널의 결과이고, Z 선은 저항 타입의 터치 스크린 패널의 결과이다.

도 9의 Z 선과 같이 저항 타입의 터치 스크린 패널은 셀 갭이 0um이 되는 경우, 즉 상부 기판(2000)과 하부 기판(1000)이 접속하는 경우에만 그 출력 전압 값이 변화한다. 하지만, 도 9의 X선과 같이 본 실시예의 터치 스크린 패널(100)은 셀 갭에 따라 각기 다른 전압 값을 출력 하기 때문에 센싱 감도를 다양하게 조절할 수 있다. 이와 같이 셀 갭에 따른 출력 전압(Vout)의 범위가 다양하기 때문에 본 실시예의 터치 스크린 패널(100) 제작을 위한 공정 마진을 충분히 확보할 수 있다. 예를 들어, 셀 갭에 따라 다양한 레벨의 출력 전압(Vout)이 출력 됨으로 인해 셀 갭에 대한 공정 마진을 충분히 확보할 수 있다. 또한, 상부 기판과 하부 기판이 접속하지 않고도 터치 여부를 판단할 수 있다. 이를 통해 장시간 사용시 셀 갭 유지를 위한 스페이서의 붕괴로 인한 터치 스크린 패널의 오동작을 방지할 수 있다.

하기에서는 도 8의 파형도를 참조하여 본 실시예의 터치 스크린 패널(100)의 동작을 설명한다.

본 실시예의 터치 스크린 패널(100)은 복수의 프레임(Fr-1, Fr, Fr+1)을 통해 동화상을 표현한다. 각각의 프레임 구간 동안에는 복수의 게이트 라인(G1 내지 Gn)에 순차적으로 게이트 턴온 전압(Von)을 인가한다.

먼저, 터치 스크린 패널(100)의 기본 동작을 살펴보면 다음과 같다.

도 2의 제 j-1 게이트 라인(Gj-1)에 게이트 턴온 전압(Von)이 인가된 다음 제 j 게이트 라인(Gj)에 게이트 턴온 전압(Von)이 인가된다. 이를 통해 먼저 제 j-1 게이트 라인(Gj-1)에 접속된 화소(101)와 터치 센서(102)에 게이트 턴온 전압(Von)이 인가된다. 따라서, 제 j-1 게이트 라인(Gj-1)에 접속된 화소(101)에는 화상을 표현하기 위한 화상 데이터가 제공된다. 그리고, 제 j-1 게이트 라인(Gj-1)에 접속된 터치 센서(102)는 해당 터치 라인(TL1 내지 TLo)에 터치 감지를 위한 신호(터치 전류)를 제공한다. 즉, 앞서 설명한 바와 같이 터치 센서(102)의 제 1 노드(N)에 충전된 전하량의 변화에 따라 터치 감지를 위한 신호의 레벨이 변화한다. 터치 라인(TL1 내지 TLo)의 터치 감지를 위한 신호에 따라 터치 감지부(600)의 센싱 리드부(610-1 내지 610-o)는 출력 전압을 출력한다. 이때, 출력 전압은 터치 감지 신호의 레벨에 따라 변화한다.

그리고, 제 j 게이트 라인(Gj)에 접속된 화소와 터치 센서도 동일한 동작을 수행한다. 이때, 제 j 게이트 라인(Gj)에 게이트 턴온 전압(Von)이 인가되는 경우 앞단 즉, 제 j-1 게이트 라인(Gj-1)에 접속된 터치 센서(102)의 제 1 노드(N)를 리셋시킨다.

도 8에서는 연속하는 3개의 프레임(Fr-1, Fr, Fr+1)을 도시하였다.

그리고, 도 8에 도시된 바와 같이 제 r 프레임(Fr)과, 제 r+1 프레임(Fr+1) 동안 사용자의 터치 동작이 발생한 경우를 고려하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제 r-1 프레임(Fr-1)을 살펴보면, 사용자에 의한 터치 동작이 발생하지 않았기 때문에 제 j-1 게이트 라인(Gj-1)에 게이트 턴온 전압(Von)이 인가 되더라도 센싱 리드부(610-i)의 출력 전압(Vout)은 변화하지 않게 된다. 즉, 센싱 리드부(610-i)는 제 1 레벨의 출력 전압을 출력한다.

이어서, 제 r 프레임(Fr)에서는 사용자에 의한 터치 동작이 발생하였다. 따라서, 제 j-1 게이트 라인(Gj-1)에 접속된 해당 터치 센서(102)의 센서 커패시터(Cts)의 커패시턴스(Ccts)가 변화한다. 이후, 제 j-1 게이트 라인(Gj-1)에 게이트 턴온 전압(Von)이 인가되면 해당 센싱 리드부(610-i)는 도 8에서와 같이 그 전압 레벨이 변화된 출력 전압을 출력한다. 즉, 센싱 리드부(610-i)는 제 2 레벨의 출력 전압을 출력한다. 이때, 제 2 레벨의 출력 전압은 제 j-1 게이트 라인(Gj-1)에 게이트 턴온 전압(Von)이 인가되는 동안에만 발생한다. 그리고, 제 2 레벨의 출력 전압은 제 1 레벨의 출력 전압의 전압 레벨보다 높은 것이 바람직하다.

이때, 제 j 게이트 라인(Gj)에 게이트 턴온 전압(Von)이 인가되면 전단 게이트 라인(Gj-1)에 접속된 터치 센서(102)를 리셋시킨다. 즉, 센싱 리드부(610-1)로 방전된 제 1 노드(N)에 전하를 충전시킨다. 이러한 충전을 통해 후속 프레임(Fr+1)에서의 터치 유무를 판단할 수 있다.

이어서, 제 r+1 프레임(Fr+1)에서는 사용자에 의한 터치 동작이 계속적으로 이루어진다. 즉, 제 j-1 게이트 라인(Gj-1)에 접속된 터치 센서(102)의 센서 커패시터(Cts)의 커패시턴스(Ccts)는 변화된 상태를 유지한다. 따라서, 제 j-1 게이트 라인(Gj-1)에 게이트 턴온 전압(Von)이 인가되면 센싱 리드부(610-i)는 도 8에 도시된 바와 같이 제 3 레벨의 출력 전압을 출력한다. 이때, 제 3 레벨의 출력 전압은 제 j-1 게이트 라인(Gj-1)에 게이트 턴온 전압(Von)이 인가되는 동안에만 발생한다. 그리고, 제 3 레벨의 출력 전압은 제 1 레벨의 출력 전압 보다는 그 전압 레벨이 높은 것이 바람직하다. 그리고, 제 3 레벨의 출력 전압은 센싱 기준 전압(Vref) 및 공통 전압(Vcom) 그리고, 기준 커패시터(Cr)의 커패시턴스(Ccr) 및 출력 커패시터(Co)의 커패시턴스(Cco)에 따라 제 2 레벨의 출력 전압 보다 그 전압 레벨이 높을 수도 있고 낮을 수도 있다.

이와 같이 본 실시예에서는 사용자의 터치 동작이 이루어지고 있는 동안 해당 영역의 터치 센서(102)에 접속된 센싱 리드부(610-i)는 제 1 출력 전압 보다 더 높은 전압 레벨의 출력 전압을 출력한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 터치 스크린 패널(100)의 터치 센서(102)는 제 1 노드(N)의 전기적 에너지를 이용하여 터치 여부를 판단한다. 즉, 사용자의 터치 동작에 의해 터치 스크린 패널(100)의 셀 갭이 변화된다. 셀 갭 변화에 따라 제 1 노드(N)에 접속된 센서 커패시터(Cts)의 커패시턴스(Ccts)가 변화한다. 그리고, 센서 커패시터(Cts)의 커패시턴스(Ccts) 변화에 따라 제 1 노드(N)에 제공된 전기적 에너지가 변화하게 된다.

본 실시예에서는 제 1 노드(N)의 전기적 에너지 즉, 전하량의 변화를 이용하여 터치 여부를 판단하였다. 즉, 센서 커패시터(Cts)의 커패시턴스(Ccts) 변화에 따라 제 1 노드(N)의 전하량이 변화하게 된다. 그리고, 이 변화된 제 1 노드(N)의 전하량을 터치 라인에 제공함으로써, 터치 여부를 알 수 있게 된다.

하지만, 이에 한정되지 않고, 제 1 노드(N)의 전압의 변화를 이용하여 스위치를 제어하여 터치 여부를 판단할 수도 있다. 즉, 센서 커패시터(Cts)의 커패시턴스(Ccts) 변화에 따라 제 1 노드(N)의 전압이 변화하게 된다. 그리고, 이 제 1 노드의 전압을 이용하여 스위치를 온/오프 시켜 터치 라인으로 센싱 신호가 인가되는 것을 제어함으로써, 터치 여부를 알 수 있게 된다. 하기에서는 이와 같은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치 스크린에 관해 설명한다. 후술되는 설명중 상술한 설명과 중복되는 설명은 생략한다. 그리고, 후술되는 제 2 실시예의 기술은 제 1 실시예에 적용될 수 있다.

도 13은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치 스크린의 블록도이다.

도 14는 제 2 실시예에 따른 화소와 터치 센서 및 터치 센싱부의 등가 회로도이다. 도 15는 제 2 실시예의 변형예에 따른 화소 및 터치 센서의 등가 회로도이다. 도 16 내지 도 19은 제 2 실시예에 따른 터치 센서의 동작을 설명하기 위한 개념도들이다. 도 20은 제 2 실시예에 따른 화소와 터치 센서 영역의 평면도이다. 도 21은 제 2 실시예에 따른 터치 스크린 패널의 셀 갭 변화에 따른 적분 회로부의 출력 전압 변화를 나타낸 시뮬레이션 결과 그래프이다.

도 13 내지 도 20을 참조하면, 본 실시예에 따른 터치 스크린은 신호 제어부(500)로부터 제 1 수직 동기 시작 신호(STV)와 구동 클럭 신호(CPV)를 인가 받고, 구동 전압 생성부(400)로부터 게이트 턴온 전압(Von) 및 게이트 턴오프 전압(Voff)을 인가 받아 제 2 수직 동기 시작 신호(STVP), 게이트 클럭 신호(CKV) 및 게이트 클럭바 신호(CKVB)를 게이트 구동부(200)에 제공하는 게이트 클럭 생성부(700)를 더 구비한다. 여기서, 게이트 구동부(200)는 도시되지 않았지만, 복수의 스테이지부를 구비한다. 복수의 스테이지부는 각기 복수의 게이트 라인(G1 내지 Gn)에 접속된다. 그리고, 복수의 스테이지부는 제 2 수직 동기 시작 신호(STVP), 게이트 클럭 신호(CKV) 및 게이트 클럭바 신호(CKVB) 그리고, 전단 스테이지부의 신호에 따라 게이트 라인(G1 내지 Gn)에 순차적으로 게이트 턴온 신호(SVg+)를 제공한다. 그리고, 복수의 스테이지부는 게이트 턴온 신호(SVg+)가 제공되지 않은 게이트 라인(G1 내지 Gn)에는 게이트 턴오프 신호(SVg-)를 제공한다.

또한, 본 실시예의 터치 스크린 패널(100)은 도 14에 도시된 바와 같이 게이트 라인(G1 내지 Gn)과 동일 방향으로 연장된 복수의 센싱 전압 공급 라인(Vcs)을 더 구비한다.

그리고, 본 실시예의 복수의 터치 센서(102) 각각은 제 1 및 제 2 스위치(S1, S2)와 기준 커패시터(Cr) 그리고, 센서 커패시터(Cts)를 포함한다.

도 14에 도시된 바와 같이 제 1 스위치(S1)는 해당 터치라인(TLi)과 센싱 전압 공급 라인(Vcs) 사이에 접속된다. 제 2 스위치(S2)는 해당 게이트 라인(Gj-1)과 제 1 노드(N) 사이에 접속된다. 여기서, 제 1 스위치(S1)은 제 1 노드(N)의 전압에 따라 온/오프 된다. 제 2 스위치(S2)는 뒷단의 게이트 라인(Gj)에 의해 온/오프된다. 기준 커패시터(Cr)는 해당 게이트 라인(Gj-1)과 제 1 노드(N)에 접속된다. 센서 커패시터(Cts)의 일 전극 판은 제 1 노드(N)에 접속되고, 타 전극 판은 공통 전압(Vcom)을 인가 받는다. 여기서, 제 1 및 제 2 스위치(S1, S2)로 박막 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다.

여기서, 도 15의 변형예에서와 같이 터치 스크린 패널(100)은 기준 전압을 제공하는 기준 전압 라인(RL)을 더 구비할 수 있다. 이때, 기준 전압은 게이트 턴오프 신호(SVg-)와 동일한 레벨의 전압을 사용하는 것이 바람직하다. 물론 이에 한정되지 않고, 게이트 턴온 전압 보다 낮은 레벨의 전압을 사용하는 것이 가능하다. 이때, 제 2 스위치(S2)는 기준 전압 라인(RL)과 제 1 노드(N) 사이에 접속되는 것이 바람직하다.

그리고, 도 20에 도시된 바와 같이 터치 센서(102) 영역에는 제 1 스위치(S1)로 사용될 제 1 박막 트랜지스터와, 제 2 스위치(S2)로 사용될 제 2 박막 트랜지스터가 마련된다. 이때, 제 1 박막 트랜지스터의 사이즈가 제 2 박막 트랜지스터의 사이즈보다 큰 것이 효과적이다. 제 1 및 제 2 박막 트랜지스터의 활성 영역 만을 비교할 경우, 제 1 박막 트랜지스터의 활성 영역의 사이즈가 제 2 박막 트랜지스터의 활성 영역 사이즈보다 2 내지 6배 큰 것이 바람직하다. 상기 범위 보다 작을 경우에는 제 1 박막 트랜지스터가 센싱 전압 공급 라인(Vcs)의 전류를 터치 라인에 효과적으로 제공할 수 없는 문제가 발생한다. 이는 터치 스크린 패널(100)의 센싱 능력을 저하시키는 문제가 된다. 또한, 상기 범위 보다 클 경우에는 제 2 박막 트랜지스터의 사이즈를 효과적으로 가져갈 수 없는 문제가 발생한다. 이는 터치 센서(102)가 형성되는 영역의 사이즈가 일정한 사이즈로 정해져 있기 때문이다. 그리고, 터치 센서(102) 영역의 해당 게이트 라인(Gj-1)의 일부가 돌출하여 센서 커패시터(Cts)의 일 전극판이 된다. 그리고, 해당 게이트 라인(Gj-1)의 일부가 연장되어 제 2 박막 트랜지스터의 소스 단자에 접속된다. 그리고, 상기 센서 커패시터(Cts)의 일 전극판 상측에는 센서 커패시터의 타 전극판으로 사용될 화소 전극이 위치한다. 이때, 화소 전극은 제 1 박막 트랜지스터의 게이트 단자와 접속된다. 그리고, 제 2 박막 트랜지스터의 드레인 단자도 제 1 박막 트랜지스터의 게이트 단자에 접속된다. 제 1 박막 트랜지스터의 소스 단자는 센싱 전압 공급 라인(Vcs)에 접속되고, 드레인 단자는 터치 라인(TLi)에 접속된다.

본 실시예에서는 사용자의 터치 여부에 따라 터치 센서(102)의 센서 커패시터(Cts)의 커패시턴스(Ccts)가 변화한다. 터치 센서(102)의 제 1 노드(N)의 전압(Vgw)이 변화한다. 제 1 노드(N)의 전압(Vgw)에 따라 센싱 전압 공급 라인(Vcs)과 터치 라인(TLi) 사이에 마련된 제 1 스위치(S1)의 온/오프가 제어된다. 이와 같이 터치 유무에 따라 센싱 전압 공급 라인(Vcs)에서 터치 라인(TLi)으로 인가되는 전류의 량을 제어하여 터치 여부를 판단한다.

상술한 구조를 갖는 터치 센서(102)의 동작은 다음과 같다. 터치 센서(102)의 동작 설명은 제 1 노드(N)의 전하량을 기준으로 설명한다.

동작 설명에 앞서, 상기 제 1 스위치(S1)용 제 1 박막 트랜지스터는 그 사이즈가 크기 때문에 게이트 전극과 소스 라인 그리고, 게이트 전극과 데이터 라인 사이에 기생 커패시터가 형성된다. 이때, 게이트 전극과 소스 라인의 기생 커패시터를 제 1 기생 커패시터(Cgs)라 한다. 그리고, 게이트 전극과 데이터 라인 사이의 기생 커패시터를 제 2 기생 커패시터(Cgd)라 한다.

먼저 도 16에 도시된 바와 같이 제 2 스위치(S2)가 온 되는 경우의 제 1 노드(N)의 전하량(Q)는 하기 수학식 11과 같다.

즉, 제 2 스위치(S2)가 온되는 동안 제 j-1 게이트 라인(Gj-1)에는 게이트 턴오프 신호(SVg-)에 해당하는 오프 전압(Vg-)이 인가된다. 따라서, 오프 전압(Vg-)에 해당하는 전하량이 제 1 노드(N)에 충전된다. 이때, 제 1 노드에는 3개의 커패시터(즉, 센서 커패시터(Cts), 제 1 기생 커패시터(Cgs) 및 제 2 기생 커패시터(Cgd))가 접속된다. 따라서, 상기 수학식 11에서와 같이 제 1 노드(N)의 전하량(Q)은 상기 3개의 커패시터 각각의 일 전극판에 충전된 전하량의 합과 같다.

이들 3개의 커패시터의 전하량은 하기 수학식 12와 같다.

즉, 커패시터의 전하량은 커패시턴스에 커패시터 양단에 걸리는 전압을 곱한 값과 같다.

도 17에 도시된 바와 같이 제 2 스위치(S2)가 오프된다. 이를 통해 센서 커패시터(Cts)와 기준 커패시터(Cr)는 오프 전압(Vg-)과 공통 전압(Vcom) 이 인가된 노드들 사이에서 직렬 접속된다. 이때, 제 1 노드(N)는 앞서 충전된 전하량(Q)을 유지한다.

이어서, 제 j-1 게이트 라인(Gj-1)에 게이트 턴온 신호(SVg+)가 인가되면 도 18에 도시된 바와 같이 기준 커패시터(Cr)의 일 전극판의 전압이 오프 전압(Vg-)에서 게이트 턴온 신호(SVg+)에 해당하는 턴온 전압(Vg+)으로 바뀐다. 따라서, 제 1 노드(N)의 전하량(Q)은 변화한다.

기준 커패시터(Cr)의 일 전극판의 전압이 변화할 때 제 1 노드(N)의 전하량(Q)는 하기 수학식 13과 같다.

제 1 노드(N)의 전하량은 센서 커패시터(Cts), 기준 커패시터(Cr), 제 1 기생 커패시터(Cgs) 및 제 2 기생 커패시터(Cgd) 각각의 전하량을 합한 값과 같다. 센서 커패시터(Cts), 기준 커패시터(Cr), 제 1 기생 커패시터(Cgs) 및 제 2 기생 커패시터(Cgd) 각각의 전하량은 하기 수학식 14와 같다.

여기서, 상기 수학식 11의 제 1 노드(N)의 전하량(Q)과 수학식 13의 제 1 노드(N)의 전하량(Q)은 같다. 이를 이용하여 제 1 노드(N)에 인가되는 전압(VGw)은 하기 수학식 15와 같이 표현될 수 있다.

이와 같이 제 1 노드(N)의 전압(VGw)은 센서 커패시터(Cts)의 커패시턴스(Ccts)에 따라 변화한다. 즉, 턴온 전압(Vg+), 턴오프 전압(Vg-), 기준 커패시터(Cr)의 커패시턴스(Ccr), 제 1 및 제 2 기생 커패시턴스(Ccgs, Ccgd)는 고정된 값이기 때문이다.

여기서, 도 19에서와 같이 사용자의 터치에 의해 센서 커패시터(Cts)의 커패시턴스가 Ccts1 에서 Ccts2로 변화한 경우의 제 1 노드의 전압을 살펴보면 다음과 같다.

사용자의 터치 동작에 의해 센서 커패시터(Cts)의 커패시턴스(Ccts)가 변화되었기 때문에 센서 커패시터(Cst)에 충전된 전하량(Qts2)이 변화하게 된다. 즉, 변화된 센서 커패시터(Cts)의 전하량(Qts2)은 하기 수학식 16과 같다.

상기 수학식 16의 값을 상기 수학식 15에 대입하여 이를 다시 정리하면 하기 수학식 17과 같다.

이와 같이 사용자가 터치 스크린 패널(100)을 터치하는 경우 해당 터치 센서(102)의 제 1 노드(N)의 전압(VGw)은 수학식 17과 같이 변화한다. 터치 센서(102)의 제 1 노드(N)의 전압 변화로 인해 제 1 스위치(S1)에 의해 센싱 전압 공급 라인(Vcs)에서부터 터치 라인(TLi)으로 흐르는 전류량이 변화한다. 이는 제 1 스위치(S1)로 사용되는 제 1 박막 트랜지스터의 채널 폭이 변화됨을 의미한다. 즉, 터치 동작 유무에 따라 터치 라인(TLi)으로 흐르는 전류량이 변화된다.

상기 터치 라인(TLi)의 전류량의 변화에 따라 적분 회로부(611) 서로 다른 전압 레벨의 출력 전압(Vout)을 출력한다. 즉, 터치 동작이 발생하지 않았을 경우에 출력되는 출력 전압(Vout)과, 터치 동작이 발생하였을 경우에 출력되는 출력 전압(Vout)의 전압 레벨이 다르다. 따라서, 출력 전압(Vout)의 전압 레벨 차를 이용하여 터치 동작 유무를 판단하고, 터치 동작이 이루어진 영역의 좌표를 계산할 수 있다.

도 21은 제 2 실시예에 따른 터치 스크린 패널의 셀 갭 변화에 따른 적분 회로부의 출력 전압 변화를 나타낸 시뮬레이션 결과 그래프이다. 하기 표 2는 도 21의 시뮬레이션 결과를 표로 나타낸 것이다. 상기 시뮬레이션시 공통 전압(Vcom)은 3V를 사용하고, 출력 커패시터(Co)의 커패시턴스(Cco)는 50pF을 사용하였다. 그리고, 오프 전압(Vg-)은 -7V를 사용하였다.

셀 갭(um)	0.6	0.5	0.4	0.3	0.2	0.1
센서 커패시터의 커패시턴스(pF)	0.23	0.28	0.35	0.46	0.07	1.39
기준 커패시터의 커패시턴스(pF)	0.40	0.40	0.40	0.40	0.40	0.40
제 1 노드의 전압(V)	10.30	9.26	8.00	6.34	3.78	-0.25
적분 회로부의 출력 전압(V)	2.03	1.61	1.18	0.69	0.31	0.00

상기 표 2과 도 21에 도시된 바와 같이 터치 스크린 패널(100)의 셀 갭이 0.6um 일 경우 터치 센서(102)의 제 1 노드(N)의 전압은 10.30V이고, 적분 회로부(611)의 출력 전압(Vout)은 3.03V이다. 하지만, 사용자의 터치에 의해 터치 스크린 패널(100)의 셀 갭이 0.2로 줄어들 경우에는 제 1 노드(N)의 전압은 3.78V가 되고, 적분 회로부(611)의 출력 전압(Vout)은 0.31V가 된다.

따라서, 상기 적분 회로부(611)의 출력 전압(Vout)은 센서 커패시터(Cst)의 커패시턴스(Ccst)에 따라 변화한다. 그리고, 센서 커패시터(Cst)의 커패시턴스(Ccst)는 터치 스크린 패널(100)의 셀 갭에 따라 변화한다. 그리고, 셀 갭의 변화는 터치 동작시 가해지는 힘에 의해 변화된다.

또한, 본 실시예에서는 터치 스크린내에서 화상을 표시 하는 장치로 박막 트랜지스터 액정 표시 패널을 사용함에 관해 설명하였다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 다양한 종류의 표시 패널이 사용될 수 있다. 예를 들어 플라즈마 표시 패널(Plasma Display Panel; PDP)을 사용할 수도 있다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치 스크린의 블록도.

도 2는 제 1 실시예에 따른 화소와 터치 센서 및 터치 센싱부의 등가 회로도.

도 3은 제 1 실시예의 변형예에 따른 화소와 터치 센서 및 터치 센싱부의 등가 회로도.

도 4 내지 도 7은 제 1 실시예에 따른 터치 센서의 동작을 설명하기 위한 개념도들.

도 8은 제 1 실시예에 따른 터치 스크린 패널의 동작을 설명하기 위한 파형도.

도 9는 제 1 실시예에 따른 터치 스크린 패널의 셀 갭 변화에 따른 적분 회로부의 출력 전압 변화를 나타낸 시뮬레이션 결과 그래프.

도 10은 제 1 실시예에 따른 화소와 터치 센서 영역의 평면도.

도 11은 도 10의 A-A선에 대해 자른 단면도.

도 12는 도 10의 B-B선에 대해 자른 단면도.

도 13은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치 스크린의 블록도.

도 14는 제 2 실시예에 따른 화소와 터치 센서 및 터치 센싱부의 등가 회로도.

도 15는 제 2 실시예의 변형예에 따른 화소 및 터치 센서의 등가 회로도.

도 16 내지 도 19은 제 2 실시예에 따른 터치 센서의 동작을 설명하기 위한 개념도들.

도 20은 제 2 실시예에 따른 화소와 터치 센서 영역의 평면도.

도 21은 제 2 실시예에 따른 터치 스크린 패널의 셀 갭 변화에 따른 적분 회로부의 출력 전압 변화를 나타낸 시뮬레이션 결과 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 터치 스크린 패널 101 : 화소

102 : 터치 센서 200 : 게이트 구동부

300 : 데이터 구동부 400 : 전압 생성부

500 : 신호 제어부 600 : 터치 감지부

610 : 터치 감지부 611 : 적분 회로부

612 : 증폭기 613 : 아날로그-디지털 컨버터

Claims

터치 라인과 복수의 터치 센서를 구비하는 터치 스크린에 있어서,

상기 복수의 터치 센서 각각은,

전기적 에너지를 제공 받는 제 1 노드;

터치 여부에 따라 상기 제 1 노드의 상기 전기적 에너지를 변화시키는 센서 커패시터;

상기 제 1 노드의 전기적 에너지에 따라 센싱 신호를 상기 터치 라인에 제공하는 제 1 스위치; 및

상기 제 1 노드에 전기적 에너지를 제공하는 제 2 스위치를 포함하는 터치 스크린.
청구항 1에 있어서,

상기 터치 라인의 상기 센싱 신호에 따라 센싱 전압을 출력하는 터치 감지부를 더 포함하는 터치 스크린.
청구항 2에 있어서,

적어도 하나의 터치 센서와 화상을 표시하는 적어도 하나의 화소를 구비하는 표시 요소가 매트릭스 형태로 배치되고, 상기 터치 라인은 복수개가 마련되며, 상 기 복수의 터치 라인은 일 방향으로 연장되어 일 방향으로 배치된 상기 표시 요소들 내의 상기 터치 센서에 접속되고,

상기 터치 감지부는 복수의 터치 라인에 각기 접속된 복수의 센싱 리드부를 포함하는 터치 스크린.
청구항 3에 있어서,

상기 복수의 센싱 리드부 각각은,

상기 센싱 신호의 전류량에 따라 출력 전압의 전압 값이 변화하는 적분 회로부와,

상기 적분 회로부의 상기 출력 전압을 증폭시키는 증폭부와,

상기 증폭된 출력 전압을 디지털 형태로 변환시키는 아날로그-디지털 컨버터를 포함하는 터치 스크린.
청구항 1에 있어서,

화소 전극을 일 전극 판으로 사용하고 공통 전극을 타 전극 판으로 사용하는 액정 커패시터를 구비하는 화소를 더 포함하고,

상기 센서 커패시터의 일 전극 판은 상기 화소 전극과 동일 평면 상에 형성되어 상기 제 1 노드에 접속되고, 타 전극 판으로 상기 공통 전극을 사용하는 터치 스크린.
청구항 1에 있어서,

기준 전압을 공급 받는 기준 전압 공급 라인을 더 구비하고,

상기 기준 전압 공급 라인과 상기 제 1 노드에 각 전극 판이 접속된 기준 커패시터를 더 구비하는 터치 스크린.
청구항 1에 있어서,

상기 복수의 터치 센서에 연결되고 각기 순차적으로 게이트 턴온 전압이 인가되는 복수의 게이트 라인을 구비하고,

상기 제 1 스위치는 제 1 게이트 라인에 의해 온/오프되고, 상기 제 2 스위치는 상기 제 1 게이트 라인 보다 게이트 턴온 전압이 늦게 인가 되는 제 2 게이트 라인에 의해 온/오프되며, 상기 제 1 스위치가 상기 제 1 노드와 상기 터치 라인에 접속된 터치 스크린.
청구항 7에 있어서,

상기 제 1 스위치로 제 1 박막 트랜지스터를 사용하고, 상기 제 1 박막 트랜지스터의 게이트 단자는 상기 제 1 게이트 라인에 접속되고, 소스 단자는 상기 제 1 노드에 접속되고, 드레인 단자는 상기 터치 라인에 접속되고,

상기 제 2 스위치로 제 2 박막 트랜지스터를 사용하고, 상기 제 2 박막 트랜지스터의 게이트 단자는 상기 제 2 게이트 라인에 접속되고, 소스 단자는 기준 전압을 공급 받는 기준 전압 공급 라인에 접속되고, 드레인 단자는 상기 제 1 노드에 접속된 터치 스크린.
청구항 1에 있어서,

센싱 전압을 공급 받는 센싱 전압 공급 라인을 더 포함하고,

상기 제 1 스위치는 상기 센싱 전압 공급 라인과 상기 터치 라인에 접속되고 상기 제 1 노드의 전기적 에너지에 따라 상기 센싱 전압을 상기 센싱 신호로 상기 터치 라인에 제공하는 터치 스크린.
청구항 9에 있어서,

상기 복수의 터치 센서에 연결된 복수의 게이트 라인을 구비하고,

제 1 게이트 라인과 상기 제 1 노드에 접속된 기준 커패시터를 더 구비하는 터치 스크린.
청구항 10에 있어서,

상기 제 1 스위치는 상기 제 1 노드의 전기적 에너지에 따라 온/오프 되고, 상기 제 2 스위치는 상기 제 1 게이트 라인 보다 게이트 턴온 전압이 늦게 인가 되는 제 2 게이트 라인에 의해 온/오프 되는 터치 스크린.
청구항 11에 있어서,

상기 제 1 스위치로 제 1 박막 트랜지스터를 사용하고, 상기 제 1 박막 트랜 지스터의 게이트 단자는 상기 제 1 노드에 접속되고, 소스 단자는 상기 센싱 전압 공급 라인에 접속되고, 드레인 단자는 상기 터치 라인에 접속되고,

상기 제 2 스위치로 제 2 박막 트랜지스터를 사용하고, 상기 제 2 박막 트랜지스터의 게이트 단자는 상기 제 2 게이트 라인에 접속되고, 소스 단자는 상기 제 1 게이트 라인에 접속되고, 드레인 단자는 상기 제 1 노드에 접속되며,

상기 제 1 박막 트랜지스터의 사이즈가 상기 제 2 박막 트랜지스터의 사이즈보다 더 큰 터치 스크린.
청구항 11에 있어서,

기준 전압을 공급 받는 기준 전압 공급 라인을 더 구비하고,

상기 제 2 스위치로 제 2 박막 트랜지스터를 사용하고, 상기 제 2 박막 트랜지스터의 게이트 단자는 상기 제 2 게이트 라인에 접속되고, 소스 단자는 상기 기준 전압 공급 라인에 접속되고, 드레인 단자는 상기 제 1 노드에 접속된 터치 스크린.
터치 라인, 제 1 및 제 2 라인, 순차적으로 게이트 턴온 전압이 인가되는 제 1 및 제 2 게이트 라인 그리고, 복수의 터치 센서를 구비하는 터치 스크린에 있어서,

상기 복수의 터치 센서 각각은,

제 1 노드;

상기 제 1 노드와 상기 제 1 라인에 접속된 센서 커패시터;

상기 제 1 노드와 상기 제 2 라인에 접속된 기준 커패시터;

제 1 게이트 라인에 제공된 신호에 따라 상기 제 1 노드와 상기 터치 라인을 연결하는 제 1 스위치; 및

제 2 게이트 라인에 제공된 신호에 따라 상기 제 1 노드와 상기 제 2 라인을 연결하는 제 2 스위치를 포함하는 터치 스크린.
청구항 14에 있어서,

화소 전극과 액정층 및 공통 전극을 구비하는 액정 커패시터를 구비하는 화소를 포함하고,

상기 제 1 라인으로 상기 공통 전극을 사용하는 터치 스크린.
청구항 15에 있어서,

상기 제 2 라인으로 상기 공통 전극에 인가되는 전압 보다 낮은 전압 레벨의 기준 전압을 제공 받는 기준 전압 제공 라인을 사용하거나 유지 라인을 사용하는 터치 스크린.
청구항 14에 있어서,

상기 센서 커패시터의 커패시턴스에 따라 상기 제 1 노드의 전하량이 변화하 고,

상기 터치 라인에 접속되어 상기 제 1 노드의 전하량에 따라 출력 전압의 전압 값이 변화하는 센싱 리드부를 포함하는 터치 스크린.
청구항 14에 있어서,

상기 센서 커패시터용 일 전극판이 형성된 하부 기판과,

상기 센서 커패시터용 타 전극판이 형성된 상부 기판을 포함하고,

터치 동작에 따라 상기 일 전극판과 상기 타 전극 판 사이의 거리가 가변되는 터치 스크린.
터치 라인 및 복수의 터치 센서를 구비하는 터치 스크린에 있어서,

공통 전압을 제공 받는 제 1 라인, 센싱 전압을 제공 받는 제 2 라인, 순차적으로 게이트 턴온 전압을 인가 받는 제 1 및 제 2 게이트 라인 및 제 3 라인을 포함하고,

상기 복수의 터치 센서 각각은,

제 1 노드;

상기 제 1 노드와 상기 제 1 라인에 접속된 센서 커패시터;

상기 제 1 노드와 상기 제 1 게이트 라인에 접속된 기준 커패시터;

상기 제 1 노드의 전압에 따라 상기 제 2 라인과 상기 터치 라인을 연결하는 제 1 스위치; 및

상기 제 2 게이트 라인에 제공된 신호에 따라 상기 제 3 라인과 상기 제 1 노드를 연결하는 제 2 스위치를 포함하는 터치 스크린.
청구항 19에 있어서,

상기 제 3 라인으로 기준 전압을 제공 받는 기준 전압 라인을 사용하거나, 상기 제 3 라인으로 상기 제 1 게이트 라인을 사용하는 터치 스크린.
청구항 20에 있어서,

상기 기준 전압으로 상기 게이트 턴오프 전압을 사용하는 터치 스크린.
청구항 19에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 스위치로 제 1 및 제 2 박막 트랜지스터를 사용하고,

상기 제 1 박막 트랜지스터를 통해 상기 제 2 라인에서 상기 터치 라인으로 흐르는 전류량에 따라 출력 전압의 전압 값이 변화하는 센싱 리드부를 더 포함하는 터치 스크린.
청구항 22에 있어서,

상기 제 1 박막 트랜지스터의 사이즈가 상기 제 2 박막 트랜지스터 보다 큰 터치 스크린.