KR20150031952A - 시인성 개선을 위한 터치 검출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 픽셀을 포함하는 디스플레이 장치를 위한 터치 검출 장치로서, 복수의 행과 열을 이루도록 배치되며, 상기 열 방향과 예각을 이루는 적어도 하나의 변을 갖고 내부에 상기 변과 평행하게 형성된 슬릿 패턴을 갖는 복수의 센서 패드; 및 상기 복수의 센서 패드 각각을, 구동 장치와 연결시키되, 상기 복수의 픽셀이 이루는 행 방향 및 열 방향과 평행하지 않도록 일정 각도를 형성하며 연장 및 절곡되는 복수의 신호 배선을 포함하는, 터치 검출 장치가 제공된다.

Description

시인성 개선을 위한 터치 검출장치{TOUCH DETECTING APPARATUSE FOR IMPROVING VISUALBILITY}

본 발명은 터치 검출 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 센서 패드 및 신호 배선의 배치를 통해 시인성을 개선하기 위한 터치 검출 장치에 관한 것이다.

터치 스크린 패널은 영상 표시 장치의 화면에 표시된 문자나 도형을 사람의 손가락이나 다른 접촉 수단으로 접촉하여 사용자의 명령을 입력하는 장치로서, 영상 표시 장치 위에 부착되어 사용된다. 터치 스크린 패널은 사람의 손가락 등으로 접촉된 접촉 위치를 전기적 신호로 변환하고, 변환된 전기적 신호는 입력 신호로서 이용된다.

터치 스크린 패널을 구현하는 방식으로는 저항막 방식, 광감지 방식 및 정전 용량 방식 등이 알려져 있다. 이 중 정전 용량 방식의 터치 패널은 사람의 손 또는 물체가 접촉될 때 도전성 감지 패턴이 주변의 다른 감지 패턴 또는 접지 전극 등과 형성하는 정전 용량의 변화를 감지함으로써 접촉 위치를 전기적 신호로 변환한다.

도 1은 종래 기술에 따른 정전식 터치 스크린 패널의 일 예에 관한 분해 평면도이다.

도 1을 참고하면, 터치 스크린 패널(10)은 투명 기판(12)과 투명 기판(12) 위에 차례로 형성된 제1 센서 패턴층(13), 제1 절연막층(14), 제2 센서 패턴층(15) 및 제2 절연막층(16)과 금속 배선(17)으로 이루어진다.

제1 센서 패턴층(13)은 투명 기판(12) 위에 횡방향을 따라 연결될 수 있으며, 행 단위로 금속 배선(17)과 연결된다.

제2 센서 패턴층(15)은 제1 절연막층(14) 위에 열방향을 따라 연결될 수 있으며, 제1 센서 패턴층(13)과 중첩되지 않도록 제1 센서 패턴층(13)과 교호로 배치된다. 또한, 제2 센서 패턴층(15)은 열 단위로 금속 배선(17)과 연결된다.

터치 스크린 패널(10)에 사람의 손가락이나 접촉 수단이 접촉되면 제1 및 제2 센서 패턴층(13, 15) 및 금속 배선(17)을 통하여 구동 회로 측으로 접촉 위치에 따른 정전용량의 변화가 전달된다. 그리고 이렇게 전달된 정전용량의 변화가 전기적 신호로 변환됨에 따라 접촉 위치가 파악된다.

그러나 이러한 터치 스크린 패널(10)은 각 센서 패턴층(13, 15)에 인듐-틴 옥사이드(ITO)와 같은 투명한 도전성 물질로 이루어진 패턴을 별도로 구비하여야 하고, 센서 패턴층(13, 15) 사이에 절연막층(14)을 구비하여야 하므로 두께가 증가한다.

또한, 터치에 의해 미세하게 발생하는 정전용량의 변화를 수차례 축적하여야 터치 검출이 가능하기 때문에 높은 주파수로 정전용량 변화를 감지하여야 한다. 그리고, 정전용량의 변화를 정해진 시간 내에 충분히 축적하기 위해서는 낮은 저항을 유지하기 위한 금속 배선을 필요로 하는데, 이러한 금속 배선은 터치 스크린의 테두리에 베젤을 두껍게 하고 추가의 마스크 공정을 발생시킨다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 도 2에 도시되는 바와 같은 터치 검출 장치가 제안되었다.

도 2에 도시되는 터치 검출 장치는 터치 패널(20)과 구동 장치(30) 및 이 둘을 연결하는 회로 기판(40)을 포함한다.

터치 패널(20)은 기판(21) 위에 형성되며 다각형의 매트릭스 형태로 배열되는 복수의 센서 패드(22) 및 센서 패드(22)에 연결되어 있는 복수의 신호 배선(23)을 포함한다.

각 신호 배선(23)은 한쪽 끝이 센서 패드(22)에 연결되어 있으며 다른 쪽 끝은 기판(21)의 아래 가장자리까지 뻗어 있다. 센서 패드(22)와 신호 배선(23)은 커버 유리(50)에 패터닝 될 수 있다.

구동 장치(30)는 복수의 센서 패드(22)를 순차적으로 하나씩 선택하여 해당 센서 패드(22)의 정전용량을 측정하고, 이를 통해 터치 발생 여부를 검출해낸다.

한편, 터치 검출 장치는 디스플레이 장치 위에 적층되거나 내부에 내장될 수 있으며, 디스플레이 장치는 백라이트, 편광판, 기판, 액정층, 픽셀 층(60) 등을 포함할 수 있다. 이 중에서, 본 발명의 실시예와 관련된 픽셀 층(60)에 대하여 설명하기로 한다.

픽셀 층(60)은 화상을 표시하기 위한 액정층의 면(상면 또는 하면)에 형성되는 컬러 필터를 의미하며, 적색, 녹색, 청색(이하, R, G, B이라 함)의 화소 단위로 액정 표시 장치에서 컬러를 구현할 수 있도록 한다. 이때, 픽셀 층(60)은 R, G, B의 서브 픽셀을 포함하는 복수의 픽셀을 포함하게 된다. 여기서, 액정층은 상부 기판, 하부 기판 및 액정을 포함하는 구조로, 백라이트로부터 나온 빛(예, 도 2에 도시된 화살표)을 변조함에 따라 명암을 발생시켜 화상을 표시하게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 터치 패널(20)은 각 신호 배선(23)이 기판(21)의 아래 가장자리까지 연결되는 구조로 배치됨에 따라, 센서 패드(22)와 신호 배선(23) 간의 간격에 편차가 나타나게 된다. 예를 들어, 최상단에 위치한 센서 패드들의 경우에는 각각 하나의 신호 배선이 아래 방향으로 연결되게 배치되어 센서 패드와 신호 배선 간의 간격이 넓은 반면에, 최하단에 위치한 센서 패드들의 경우에는 상단에 위치한 센서 패드와 연결된 신호 배선들이 그 인접 영역에 모두 배치되므로, 센서 패드와 신호 배선 간의 간격이 상단에 위치한 센서 패드에 비하여 상대적으로 좁아지게 된다.

즉, 센서 패드(22)와 신호 배선(23) 간의 간격이 각각 상이하게 형성될 수 있으며, 이러한 편차에 의해 백라이트로부터 방출되는 광의 난반사율이 영역 별로 차이를 일으키게 된다. 또한, 신호 배선(23) 패턴은 센서 패드(22) 대비 상대적으로 매우 작은 선폭, 피치, 밀도를 갖고 있다. 이에 따라, 센서 패드(22)와 신호 배선(23) 간의 간격 차이가 외부에서 눈에 띌 수 있다는 문제점이 있다.

도 3은 통상적인 터치 디스플레이 장치의 상면의 일부를 확대한 도면이다. 이때, 도 3은, 통상의 디스플레이 장치에 도 2에 도시된 터치 검출 장치가 적층된 구조에서 픽셀 층(60)과 신호 배선(23)을 선별하여, 이 둘을 중첩한 상면을 확대하여 나타낸 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 도 2에서의 형태로 배치된 신호 배선(23)은 픽셀 층(60)의 행렬 형태로 배열된 픽셀들과 열 방향으로 평행하게 중첩된다. R, G, B 서브 픽셀을 포함하는 픽셀 'A'의 경우를 예로 들면, 신호 배선(23)이 R 서브 픽셀의 일부와 G 서브 픽셀의 전체에 대하여 열 방향으로 중첩되고 있다.

도 3에서의 각 신호 배선(23)은 R 서브 픽셀의 일부와 G 서브 픽셀의 전체와 중첩되도록 도시되었으나, 실제로는 배열된 위치(예, 상단 또는 하단)에 따라 신호 배선(23) 간의 간격에 차이가 있기 때문에, 각 픽셀마다 신호 배선(23)과 중첩되는 R, G, B 서브 픽셀의 면적이 서로 상이해질 수 밖에 없다. 예를 들어, 특정 신호 배선이 R 서브 픽셀의 일부와 G 서브 픽셀의 전체에 대하여 중첩되나 다른 신호 배선은 G 서브 픽셀의 일부와 B 서브 픽셀의 전체를 중첩하게 되면, 각 픽셀마다 신호 배선에 의해 중첩되는 부분과 중첩되지 않는 부분이 달라져, 신호 배선(23)과 중첩되는 R, G, B 서브 픽셀의 면적 또한 달라진다.

이로 인해, 픽셀 각각은, 각 픽셀 위에 중첩된 신호 배선(23)의 광투과율에 따라 각 픽셀이 발생시키는 색온도에 차이가 생기게 된다. 따라서, 임의의 위치에 색감차가 발생하게 되어, 터치 패널의 전면 또는 일부 구간에서 무지개 빛으로 산란되는 뉴턴링 등과 같은 무늬가 발생하여 육안으로 인식될 수 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 목적은, 센서 패드와 신호 배선을 구현하였을 때, 신호 배선 그룹과 센서 패드 간의 간격 차이로 인한 상이한 난반사율 등의 이유로 그 차이가 육안으로 인식되지 않도록 하는 것이다.

한편, 본 발명의 또 다른 목적은, 전체 터치 검출 장치에 있어서 시각적으로 균일한 굴절율 균등화(Averraging)를 유도하여 시인성을 향상시키는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 픽셀을 포함하는 디스플레이 장치를 위한 터치 검출 장치로서, 복수의 행과 열을 이루도록 배치되며, 상기 열 방향과 예각을 이루는 적어도 하나의 변을 갖고 내부에 상기 변과 평행하게 형성된 슬릿 패턴을 갖는 복수의 센서 패드; 및 상기 복수의 센서 패드 각각을, 구동 장치와 연결시키되, 상기 복수의 픽셀이 이루는 행 방향 및 열 방향과 평행하지 않도록 일정 각도를 형성하며 연장 및 절곡되는 복수의 신호 배선을 포함하는, 터치 검출 장치가 제공된다.

본 발명에 따르면, 센서 패드와 신호 배선을 구현하였을 때, 신호 배선 그룹과 센서 패드 간의 간격 차이가 없어지며, 패턴 간 상이한 난반사율 등의 이유로 영역 간 패턴 특성 차이가 육안으로 인식되는 것이 방지된다.

또한, 본 발명에 따르면, 전체 터치 검출 장치에 있어서 시각적으로 균일한 굴절율 균등화(Averraging)가 유도되며, 이에 따라, 시인성이 향상된다.

도 1은 종래 기술에 따른 정전식 터치 스크린 패널의 일 예에 관한 분해 평면도이다.
도 2는 통상적인 터치 검출 장치를 간략화하여 나타낸 분해 평면도이다.
도 3은 통상적인 터치 디스플레이 장치의 상면의 일부를 확대한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a는 기존 터치 검출 장치의 센서 패드 및 신호 배선 패턴을 나타내는 도면이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치의 센서 패드 및 신호 배선 패턴을 나타내는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 패드의 구현예를 나타낸 것이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 다른 센서 패드 내 패턴을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 센서 패드 형상을 나타내는 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예는 복수의 센서 패드 및 각 센서 패드와 구동 장치를 연결하는 신호 배선의 배치를 통해 시인성을 개선하는 방식과 관련된다.

도 4는 이러한 시인성을 개선하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디스플레이 장치의 상면의 일부를 확대한 도면으로, 도 3과 유사하게 디스플레이 장치에 터치 검출 장치가 적층 또는 내장된 구조에서 픽셀 층과 신호 배선(120)을 선별하여 이 둘을 중첩한 상면을 확대하여 나타낸 것이다. 여기서, 픽셀 층은 복수의 행과 열을 이루는 복수의 픽셀을 포함하며, 복수의 픽셀은 R, G, B의 서브 픽셀을 포함할 수 있다.

도 3에 도시된 신호 배선(23)은 열 방향으로 복수의 픽셀들과 중첩되는 형태인 반면에, 도 4에 도시된 신호 배선(120)은 복수의 픽셀이 이루는 행 또는 열 방향과 평행하지 않는 일정한 각도를 형성하여 복수의 픽셀들과 중첩되고 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 이러한 신호 배선(120)의 배열은 복수의 픽셀에 포함되는 R, G, B 서브 픽셀에 대하여 균등하게 분배된 형태로 중첩된다.

픽셀 층(60)을 기준으로 그 위에 신호 배선(120)이 중첩되는 'C' 영역과 신호 배선(120)이 중첩되지 않는 'D' 영역을 비교해보면, R, G, B 서브 픽셀들의 면적이 동일함을 알 수 있다. 이로 인해, 'C' 영역과 'D' 영역은 색감의 차이가 발생하지 않고, 단지 휘도의 차이만 발생하게 된다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따른 터치 디스플레이 장치는 수 마이크로미터 내지 수십 마이크로미터 수준의 신호 배선의 미세한 구조를 가지기 때문에, 'C' 영역과 'D' 영역의 휘도차는 육안으로 식별이 불가능하여 사람이 인식하기 어렵다.

또한, 각 픽셀마다 신호 배선(120)과 중첩되는 R, G, B 서브 픽셀의 면적이 동일하게 되어 색감에 있어서 차이가 없게 되어, 종래의 터치 패널의 일부 구간에서 색감차에 의해 발생되는 뉴턴링 등을 제거할 수 있다.

따라서, 이러한 원리를 이용하여, 신호 배선(120)을 복수의 픽셀이 이루는 행 또는 열 방향과 평행하지 않도록 일정한 각도를 형성함으로써, 색감차로 인해 발생될 수 있는 레인보우 현상을 제거할 수 있다.

본 발명에서는 상기의 원리를 이용하여 센서 패드와 신호 배선에 일정 각도로 틸트(Tilt)되어 있는 패턴을 형성하여 시인성을 향상시키는 기술이 제안된다.

도 5a는 기존 터치 검출 장치의 센서 패드 및 신호 배선 패턴을 나타내는 도면이며, 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치의 센서 패드 및 신호 배선 패턴을 나타내는 도면이다.

먼저 도 5a를 참조하면, 기존 터치 검출 장치의 센서 패드는 사각형으로 이루어지며, 신호 배선은 센서 패드로부터 상하 방향으로 연장된다.

센서 패드 간에는 일정 간격이 형성되어 있고(도 5a에서 가로로 긴 파선 사각형으로 도시됨), 신호 배선 간에도 일정 간격이 형성되어 있다(도 5a에서 가로로 긴 파선 사각형으로 도시됨).

도 5a에서 사각형으로 표시된 부분 간의 시인성은 큰 문제가 없으나, 센서 패드와 신호 배선이 일직선 형태(예를 들면, 상하 방향)로 형성되어 있다. 또한, 센서 패드 내부는 막혀 있으나, 신호 배선은 매우 작은 선폭으로 조밀하게 밀집하여 있기 때문에 센서 패드와 신호 배선 간의 차이가 육안으로 확인될 수밖에 없다. 즉, 도면상 y 축의 신호 배선 그룹이 쉽게 노출되는 경향이 있다.

반면, 도 5b를 참조하면, 센서 패드는 사다리꼴로 형성된다. 즉, 터치 검출 장치의 센서 패드는 복수의 행과 열을 이루는 매트릭스 형태로 배치되는데 센서 패드의 변 모두가 열 방향(도면상 세로 방향)과 평행하지 않게 된다.

또한, 센서 패드 내에는 상기 열 방향과 일정 각도(예를 들면, 예각)를 이루는 패턴이 형성된다. 상기 패턴은 센서 패드 내에 일정 간격으로 형성되는 복수개의 슬릿(slit)으로 이루어질 수 있다. 각각의 슬릿(slit)은 제1 변으로부터 마주보는 제2 변까지 연장될 수 있다.

일례로서, 센서 패드의 중심을 지나는 열 방향의 직선을 기준으로 하여 대칭이 되도록 상기 슬릿의 패턴이 형성될 수 있다.

또한, 슬릿(slit)은 센서 패드를 이루는 변들 중 상기 열 방향과 예각을 이루는 변과 평행하게 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 변과 평행하게 연장되는 신호 배선과도 평행한 패턴을 가질 수 있다.

따라서, 도 5b에 도시되는 바와 같이, x축 방향 및 y축 방향으로 모두 센서 패드와 신호 배선이 구분되지 않는 패턴이 형성되게 된다. 또한, 그 패턴들이 열 방향과 평행하지 않기 때문에 도 4를 참조하여 설명한 바와 같은 이유로 영역간 색감차가 줄어들고 레인보우 현상이 제거될 수 있다.

도 6a 및 도 6b는 센서 패드의 구현예를 나타낸 것이다.

센서 패드는 사다리꼴 또는 기타 다각형으로 형성될 수 있는데 그 크기에 따라 각 모서리가 이루는 각도와 변의 길이 등이 달라질 수 있다. 또한, 기준에서부터의 거리에 따라서도 변의 각도나 길이가 달라질 수 있다. 필요와 R, G, B 서브 픽셀의 특성 등에 따라 센서 패드의 형상이 변형될 수도 있음은 물론이다.

도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 다른 센서 패드 내 패턴을 나타낸다.

센서 패드 내에 형성되는 슬릿 패턴을 더미 패턴이라고 칭할 수 있다. 이러한 더미 패턴을 이루는 슬릿은 도 7a에 도시되는 바와 같이 복수의 센서 패드가 형성된 열 방향 또는 행 방향과 평행하게 형성될 수 있다.

또한, 도 7b에 도시되는 바와 같이, 열 방향과 일정 각도를 이루도록 더미 패턴이 형성될 수도 있다. 이에 따르면, 전술한 바와 같이 인접한 신호 배선과 더미 패턴이 평행을 이루게 되어, 시인성이 개선될 수 있다.

한편, 도 7c에 도시되는 바와 같이, 하나의 센서 패드 내에 복수개의 더미 패턴 영역이 형성될 수도 있다. 도 7c에 도시된 실시예에 따르면, 센서 패드의 일부 영역에는 인접하는 신호 배선의 패턴과 평행하게 더미 패턴을 형성하고, 다른 일부 영역에는 복수의 센서 패드가 배치된 행 방향과 평항한 더미 패턴을 형성할 수 있다.

사다리꼴 및 기타 다각형의 형상을 갖는 센서 패드에 형성되는 더미 패턴의 형태에 따라 시인성에 차이가 생길 수 있으며, 필요에 따라 적절히 선택할 수 있다. 센서 패드 내에 형성된 더미 패턴과 신호 배선이 평행하게 배치될수록 시인성이 우수해지는 것은 앞서 설명한 바와 같다.

도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 센서 패드 형상이다.

도 8을 참조하면, 센서 패드는 N 각형(N은 정수) 형태로 형성될 수도 있고, 비정형적인 모양으로 형성될 수도 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 센서 패드는 3개 이상의 변이 폐쇄 공간을 형성할 수 있으면 어떤 형태로 형성되어도 족하다.

센서 패드는 그 형상에 따라 서로 다른 시각적인 굴절율을 나타내므로, 필요 및 적용 분야에 따라 적절히 그 형상을 선택할 수 있다. 도 8에 예시한 센서 패드들 내부에도 도 7을 참조하여 설명한 바와 같은 더미 패턴이 형성될 수도 있음은 물론이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 신호 배선과 센서 패드의 모양 및 그 패턴 영역이 디스플레이의 R, G, B 서브 픽셀에 균등하게 분배되도록 할 수 있다.

즉, 일정 구간에 분포된 R, G, B 서브 픽셀이 일정 영역에서 동일한 면적을 차지하도록 함으로써 균일한 굴절율을 제공할 수 있다.

또한, 이에 따라,색감차로 인한 뉴턴링 등을 제거할 수 있으며, 시인성을 개선할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (1)

1. 복수의 픽셀을 포함하는 디스플레이 장치를 위한 터치 검출 장치로서,
   복수의 행과 열을 이루도록 배치되며, 상기 열 방향과 예각을 이루는 적어도 하나의 변을 갖고 내부에 상기 변과 평행하게 형성된 슬릿 패턴을 갖는 복수의 센서 패드; 및
   상기 복수의 센서 패드 각각을, 구동 장치와 연결시키되, 상기 복수의 픽셀이 이루는 행 방향 및 열 방향과 평행하지 않도록 일정 각도를 형성하며 연장 및 절곡되는 복수의 신호 배선을 포함하는, 터치 검출 장치.

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