KR20160070597A

KR20160070597A - 터치 스크린 패널

Info

Publication number: KR20160070597A
Application number: KR1020140177766A
Authority: KR
Inventors: 이성호
Original assignee: 주식회사 지2터치
Priority date: 2014-12-10
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2016-06-20
Also published as: KR101637422B1; WO2016093526A1

Abstract

본 발명은 신체의 손가락 또는 이와 유사한 도전특성을 갖는 터치입력도구의 정전식 터치입력을 검출하는 터치 스크린 패널에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터치패널에 실장된 센서패턴의 면적을 다르게 배치함으로써 터치 드라이브 IC에서 수신되는 터치신호의 크기를 균일하게 할 수 있는 터치 스크린 패널에 관한 것입니다.
본원 발명의 터치스크린 패널에 의하면, 터치스크린 패널의 위치에 관계없이 균일한 터치신호의 출력이 가능한바 종국적으로는 보다 정확한 터치 좌표의 산출이 가능한 효과가 있다.

Description

터치 스크린 패널 {TOUCH SCREEN PANEL}

본 발명은 신체의 손가락 또는 이와 유사한 도전특성을 갖는 터치입력도구의 정전식 터치입력을 검출하는 터치 스크린 패널에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터치패널에 실장된 센서패턴의 면적을 다르게 배치함으로써 터치 드라이브 IC에서 수신되는 터치신호의 크기를 균일하게 할 수 있는 터치 스크린 패널에 관한 것입니다.

일반적으로, 터치스크린패널(Touch Screen Panel)은 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic Light Emitting Diode), AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode) 등의 표시장치 위에 부착되는 것으로서, 손가락이나 펜 등의 물체가 터치될 때 해당 위치에 대응하는 신호를 발생시키는 입력장치의 하나이다. 터치스크린패널은 소형 휴대단말기, 산업용 단말기, DID(Digital Information Device) 등 매우 폭넓은 분야에서 이용되고 있다.

종래 터치스크린패널은 다양한 유형이 개시되어 있으나, 제조공정이 간단하고 제조코스트가 저렴한 저항방식의 터치스크린패널이 가장 널리 이용되고 있다. 그러나 저항방식의 터치스크린패널은 투과율이 낮고 압력을 인가해야 하므로 사용이 불편하고 멀티터치 및 제스처 인식이 곤란하고 검출오류가 발생하는 등의 문제점을 안고 있다.

이에 반해, 정전식 터치스크린패널은 투과율이 높고 소프트 터치(soft touch)를 인식할 수 있고 멀티터치 및 제스처 인식이 양호한 장점을 갖고 있어 점차 시장을 넓혀가고 있다.

도 1은 종래 정전식 터치스크린패널의 일예를 보여준다. 도 1을 참조하면, 플라스틱 또는 유리 등으로 제조된 투명기판(2)의 상하면에 투명도전막이 형성되며, 투명기판(2)의 네 모서리 각각에 전압인가용 금속전극(4)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(4)들은 은(Ag) 등의 저항률이 낮은 도전성 금속으로 프린팅하여 형성한다. 상기 금속전극(4)들의 주변에는 저항 네트워크가 형성된다. 상기 저항 네트워크는 상기 투명도전막의 표면 전체에 균등하게 컨트롤신호를 송출하기 위하여 선형성 패턴(Linearization Pattern)으로 형성된다. 그리고 금속전극(4)을 포함한 투명도전막의 상부에는 보호막이 코팅된다.

위와 같은 정전식 터치스크린패널은 상기 금속전극(4)에 고주파의 교류 전압을 인가하면 이는 투명기판(2)의 전면에 퍼지게 된다. 이때 손가락(8)이나 도전성 터치입력도구로 투명기판(2) 상면의 투명도전막을 가볍게 터치하면, 일정량의 전류가 체내로 흡수되면서 컨트롤러(6)에 내장된 전류센서에서 전류의 변화를 감지하고 4개의 금속전극(4) 각각에서의 전류량을 연산하여 터치 지점을 인식하게 된다.

그런데, 도 1과 같은 정전식 터치스크린패널은 미소 전류의 크기를 검출하는 방식으로서, 고가의 검출장치를 필요로 하므로 가격이 상승하며 복수개의 터치를 인식하는 멀티터치가 어려운 문제점이 있다.

이러한 문제점을 극복하기 위하여 근래에는 도 2와 같은 정전식 터치스크린패널이 주로 사용되고 있다. 도 2의 터치스크린패널은 횡방향의 선형센서패턴(5a) 및 종방향의 선형센서패턴(5b), 터치신호를 분석하는 터치드라이브IC(7)로 이루어져 있다. 이러한 터치스크린패널은 선형센서패턴(5)과 손가락(8) 사이에 형성되는 커패시턴스의 크기를 검출하는 방식으로서, 횡방향의 선형센서패턴(5a)과 종방향의 선형센서패턴(5b)을 스캔하여 신호를 검출하므로 복수개의 터치지점을 인식할 수 있다.

그런데, 위와 같은 터치스크린패널은 LCD와 같은 표시장치 위에 실장되어 사용될 때, 노이즈에 의해 신호 검출이 어려운 현상이 발생한다. 예컨대, LCD는 공통전극을 사용하며 경우에 따라 이 공통전극에 교류의 공통전압(Vcom)이 인가된다. 그리고 공통전극의 공통전압(Vcom)은 터치지점 검출시 노이즈로 작용한다.

도 3은 LCD 위에 종래 정전식 터치스크린패널이 설치된 실시태양을 보여준다. 표시장치(200)는 하측의 TFT기판(205)과 상측의 칼라필터(215) 사이에 액정이 봉입되어 액정층(210)을 형성하는 구조를 갖는다. 액정의 봉입을 위하여 TFT기판(205)과 칼라필터(215)는 그 외곽부에서 실런트(230)에 의해 접합된다. 도시하지 않았지만, 액정패널의 상하로는 편광판이 부착되며, 그밖에도 BLU(Back Light Unit)가 설치된다.

표시장치(200)의 상부에는 도시한 바와 같이 터치스크린패널이 설치된다. 터치스크린패널은 기판(1)의 상면에 상기한 선형센서패턴(5)이 올려진 구조를 갖는다. 기판(1)의 위에는 선형센서패턴(5)을 보호하기 위한 보호패널(3)이 부착된다. 터치스크린패널은 DAT(Double Adhesive Tape) 등과 같은 접착부재(9)를 매개로 표시장치(200)의 에지부에 접착되며, 표시장치(200)와의 사이에서 에어갭(9a)을 형성한다.

이러한 구성에서 도 3에서와 같은 터치가 발생할 경우, 손가락(8)과 선형센서패턴(5) 사이에는 Ct와 같은 정전용량이 형성된다. 그런데, 도시한 바와 같이 선형센서패턴(5)과 표시장치(200)의 칼라필터(215) 하면에 형성된 공통전극(220) 사이에서도 Cvcom과 같은 정전용량이 형성되며, 선형센서패턴(5)에는 패턴 사이의 정전용량결합 또는 제조 공정요인 등에 의한 미지의 기생정전용량인 Cp도 작용하고 있다. 따라서, 도 4의 등가회로와 같은 회로가 구성된다.

여기서, 종래 터치스크린패널은 Ct의 변화량을 검출해서 터치를 인식하는데, Cvcom 및 Cp는 Ct의 검출에 있어 노이즈로 작용한다.

통상적으로 위와 같은 노이즈를 제거하기 위하여, 도 3에서와 같이 터치스크린패널과 표시장치(200) 사이에 에어갭(9a)을 둔다. 또한, 도시하지 않았지만, 터치스크린패널의 기판(1) 하면에 ITO 등을 도포하여 차폐층을 형성하고 이 차폐층을 그라운드 신호와 접지시킨다.

하지만, 에어갭(9a)에 의해 제품의 두께가 증가하며 품질저하가 발생된다. 또한 차폐층을 구성하기 위한 별도의 차폐층 및 제조공정을 필요로 하므로 제조단가의 상승이 유발된다. 특히 LCD 내에 터치스크린패널을 내장하는 경우 에어갭(9a)이나 차폐층의 형성이 불가능하므로 LCD 등의 표시장치에 터치스크린패널을 내장하여 제조하는 것이 불가능하였다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 도 5와 같은 터치 검출방법이 제안되어 진다. 도 5를 참조하면, 도 5의 센서패턴은 도 2와 같은 선형센서패턴이 아니라 하나의 센서패턴(10)만으로 구성되어 있다. 이러한 센서패턴은 터치 검출부인 P점에 연결되어 있고, P점에는 보조커패시터(Caux)를 연결하고 이 보조커패시터를 통해 구동전압을 인가하며, 센서패턴(10)과 터치입력도구 사이에 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 터치정전용량의 크기에 따라 터치검출부에서 검출되는 전압이나 전류의 크기에 차이가 발생하는 현상을 이용하여 터치신호를 검출한다. 이러한 검출방법을 사용하면, LCD와 같은 표시장치에서 발생하는 노이즈를 검출하고 노이즈의 발생시점을 회피하여 터치신호를 검출함으로써 노이즈에 무관하게 터치신호를 검출하는 것이 가능하며 또는 도 2와 같이 상호연결된 복수개의 센서패턴에서 검출된 노이즈의 크기보다 도 5와 같이 하나의 센서패턴에서 검출된 노이즈의 양이 작으므로 도 6과 같은 터치스크린패널의 구조에서는 노이즈에 덜 민감하게 터치신호를 검출하는 것이 가능하다.

도 5는 하나의 센서패턴에 대한 구성의 실시예이며 복수개의 센서패턴으로 이루어진 터치 스크린 패널은 도 6과 같이 구성된다. 도 6을 참고하면 도 6의 하단에는 터치 드라이브 IC(30)의 구성이 도시되어 있다. 터치 드라이브 IC(30)는 구동부(31)와, 터치검출부(14)와, 타이밍 제어부(33)와, 신호처리부(35)와, 메모리부(28)로 구성되며, 그 밖에 공통전압 검출부(43), 공통전압 수신부(45), 교번전압 생성부(37)를 구비한다. 또는, 터치 드라이브IC(30)는 도 6에 도시된 바와 같이 공통전압 검출부(43), 공통전압 수신부(45), 교번전압 생성부(37)를 모두 구비하고, 셀렉터(47)에 의해 공통전압 검출부(43), 공통전압 수신부(45) 또는 교번전압 생성부(37) 중 어느 하나를 선택하도록 구성될 수도 있다.

터치 드라이브IC(30)에서 획득한 구동신호는 CPU(40)로 전달된다. CPU(40)는 표시장치의 CPU 혹은 컴퓨터장치의 메인 CPU이거나, 터치스크린패널 자체의 CPU일 수 있다. 예컨대, 8bit 혹은 16bit 등의 마이크로프로세서를 내장(embedded)하여 터치신호를 처리할 수 있다. 도시하지 않았지만, 시스템 구성에는 터치입력 검출을 위한 신호들의 하이(HIGH)나 로우(LOW)전압을 생성하기 위한 전원부가 더 포함된다.

터치 드라이브IC(30)에 내장된 마이크로프로세서는 터치입력된 좌표들을 연산하여 터치 지점이나, 줌(zoom), 회전(rotation), 이동(move) 등의 제스처를 인식하고, 기준 좌표(또는 중심점 좌표)와 제스처 등의 데이터를 메인 CPU로 전달할 수 있다. 또한, 터치입력의 면적을 연산하여 주밍 신호를 생성하거나, 터치입력의 강도를 산출하거나, 복수의 GUI 객체가 동시에 터치된 경우 사용자가 원하는(예를 들어, 면적이 많이 검출된) GUI 객체만을 유효한 입력으로 인식하는 등 다양한 형태로 데이터를 가공하여 내보낼 수도 있다.

타이밍 제어부(33)는 수십 ms 이하의 시분할 신호를 발생시키며, 신호처리부(35)는 구동부(31)를 통해 각각의 센서패턴(10)에 신호를 송수신한다. 구동부(31)는 충전수단(12)의 온/오프 제어신호 Vg와, 프리차지신호 Vpre을 공급한다. 온/오프 제어신호 Vg는 타이밍 제어부(33)에 의해 시분할 되어 각 센서패턴(10)별로 순차적으로 또는 비순차적으로 공급된다. 메모리부(28)는 각 센서패턴(10)에서의 터치 미발생시 신호인 초기값을 저장하거나, 또는, 터치 발생시의 신호를 저장하기 위한 것으로서, 각각의 센서패턴(10)별로 고유의 절대주소를 갖는다.

이와 같이, 메모리부(28)는 하나만을 구비하여 획득된 좌표값을 일시 저장하거나 터치 미발생시의 기준값을 저장할 수 있다. 또는 복수의 메모리수단으로 구성되어 터치 미발생시의 기준값과 터치 발생시의 검출값을 각각 별도로 저장할 수도 있다.

도시된 실시예는 센서패턴(10)이 4*5의 해상도인 경우를 예시하였으나, 실제로는 더욱 높은 해상도를 갖기 때문에, 많은 신호들을 처리하는 과정에서 신호가 손실될 수 있다. 예를 들어, 신호처리부(35)가 “Busy” 상태일 경우, 터치 구동신호를 인식하지 못하여 신호를 놓칠 수 있다. 메모리부(28)는 이와 같은 신호의 손실을 방지할 수도 있다. 예컨대, 신호처리부(35)는 검출된 터치신호를 메모리부(28)에 일시 저장한다. 그리고 센서패턴(10) 전체를 스캐닝한 후에 메모리부(28)를 참조하여 누락된 신호가 있는지를 판단한다. 만약 신호처리 과정에서는 누락되었지만 메모리부(28)에는 저장되어 있는 터치 좌표가 있다면, 신호처리부(35)는 해당 터치 좌표를 정상 입력으로 인식하게 된다.

공통전압 수신부(45)는 표시장치(200)로부터 공통전극(220)의 공통전압 정보를 직접 수신한다. 이 경우 공통전압의 시작점, 크기, 상승구간 및 하강구간 등의 정보는 매우 쉽게 얻을 수 있으며, 신호처리부(35)가 공통전압의 상승구간 및 하강구간에 연동하여 신호를 처리하는 것이 용이하다. 다만, 표시장치(200)에서 공통전압 정보를 송신해야 한다는 부담이 발생한다.

한편, 표시장치(200)들 중 공통전극(220)이 일정 DC 레벨을 갖는 경우, 교번전압 생성부(37)가 공통전극(220)에 강제로 교번전압을 인가할 수 있다. 교번전압 생성부(37)는 타이밍 제어부(33)의 시분할 신호에 따라 공통전극(220)에 소정 주파수로 교번하는 전압레벨을 인가한다. 공통전극(220)에 인가되는 교번전압의 주파수는 레지스터를 조정하는 등으로 조정 가능하다. 이 경우에도 신호처리부(35)는 공통전압의 상승구간 및 하강구간에 연동하여 신호를 처리하는 것이 용이하다. 다만, 표시장치(200)측으로 공통전압을 보내야 하는 부담이 발생한다.

그러나 공통전압 검출부(43)는 자동으로 공통전압 정보를 검출함으로써, 표시장치와 공통전압과 관련된 정보를 주고받을 필요가 없다. 공통전압 검출부(43)에서 검출된 공통전압이 교번하는 신호인 경우, 신호처리부(35)는 공통전압의 상승 에지나 하강 에지를 회피하여 보조커패시터에 전달되는 구동전압을 인가한다. 공통전압 검출부(43)는 다양한 회로 구성을 가질 수 있다.

도 6과 같은 실시예에서 센서신호선(22)은 통상적으로 센서패턴(10)이 설치된 액티브영역내에서 센서패턴(10) 사이로 배선되어 터치 드라이브IC(30)와 연결된다. 만일 터치스크린패널이 표시장치 위에 별체로 설치되거나 또는 표시장치에 내장되는 경우에 있어서 센서신호선(22)은 적어도 가시영역에서는 투명신호선인 ITO나 IZO(Indium Zinc Oxide) 등으로 형성되어야 한다. 이러한 배선의 장점은 신호선들이 전체가 모여서 하나의 통로를 통해 터치 드라이브IC(30)로 전달되지 않으므로 신호선의 배선을 위한 별도의 영역이 필요없다는 점이다. 그러나, 센서패턴(10)과 센서패턴(10) 사이로 신호선이 배치되므로 센서패턴(10)간의 간격이 넓어지는 부담이 있다.

한편, 도 6과 같은 센서신호선(22)의 배선방법에 있어서, 제일 상단에 위치한 센서패턴(10(1,1))에 연결된 신호선과 제일 하단에 위치한 센서패턴(10(1,5))에 연결된 신호선의 길이가 다르므로 신호선의 배선저항이 센서패턴(10)별로 달라진다. 저항값이 커지면 터치신호 검출에 지연이 발생하기 때문에, 상단으로 배선되는 센서신호선(22)의 폭은 하단으로 배선되는 센서신호선(22)의 폭보다 넓게 하여 상단으로 배선되는 센서신호선(22)의 저항값을 낮추고 하단으로 배선되는 센서신호선(22)의 배선 폭을 좁게 하여 저항값을 증가시키면 모든 센서패턴(10)에 대해 신호선들의 배선저항을 일치시키는 것이 가능하게 된다. 따라서 신호처리부(35)에서 터치신호 검출이 더 용이해진다. 그러나 이러한 과정에서 표시장치와 센서패턴 및 센서패턴에 접속된 센서신호선(22)의 대향면적이 증가하고 이는 공통전극정전용량(Cvcom)의 증가로 이어져 터치스크린패널의 각 부위에서 검출되는 터치신호가 균등하지 않게 되는 문제점이 발생하게 된다. 만일 터치에서 검출되는 면적을 이용하는 어플리케이션(이하 어플)이 있다고 가정해보자. 이러한 어플은 터치되는 손가락을 오무렸다 폈다할 때 터치면적의 변화를 이용하여 자동차의 가속페달을 밟거나 브레이크를 작동시키는 어플일 수도 있다. 상기와 같이 터치스크린패널의 각 부위에서 검출되는 면적이 값이 달라진다면 면적이 작에 검출되는 곳과 면적이 크게 검출되는 곳에서 터치에 의한 자동차의 속도 또는 브레이크 반응은 달라지게 될 것이다.

도 7은 표시장치(200) 상면에 실장된 터치스크린패널의 일 실시예이다.도 7 에 도시된 바와 같이 표시장치(200)는 공통전극(220)을 갖는다. AMOLED의 경우에는 화질을 표시하기 위해 기능이 부여된 공통전압을 갖지는 않으나, TFT기판과 센서패턴(10) 사이에는 공통전극정전용량(Cvcom)이 형성될 수 있는 가상의 전위층이 형성되며, 이 또한 공통전극으로 명명하기로 한다. 표시장치(200)는 앞서 언급한 다양한 형태의 표시장치일 수 있으며, 공통전극(220)은 LCD의 Vcom 전극이거나, 기타 다른 유형의 전극일 수 있다. 도 10의 실시예는 표시장치들 중 LCD를 예시하였다.

도 7에 도시된 표시장치(200)는 하측의 TFT기판(205)과 상측의 칼라필터(215) 사이에 액정이 봉입되어 액정층(210)을 형성하는 구조를 갖는다. 액정의 봉입을 위하여 TFT기판(205)과 칼라필터(215)는 그 외곽부에서 실런트(230)에 의해 접합된다. 도시하지 않았지만, 액정패널의 상하로는 편광판이 부착되며, 그밖에도 BLU(Back Light Unit)와, BEF(Brightness Enhancement Film)를 구성하는 광학시트들이 BLU와 같이 설치될 수 있다.

표시장치(200)의 상부에는 도시한 바와 같이 터치스크린패널의 기판(50)이 설치된다. 도 7의 예시에서 기판(50)은 그 외곽부에서 DAT(Double Adhesive Tape) 등과 같은 접착부재(57)를 매개로 표시장치(200)의 상부에 부착된다. 그리고 기판(50)과 표시장치(200) 사이에는 에어갭(58)이 형성된다.

표시장치(200)의 공통전극(220)에는 소정 주파수로 교번하며 크기가 변하거나 일정 크기의 DC인 공통전압 레벨이 인가된다. 예컨대, 라인반전을 하는 소형 LCD는 공통전극(220)의 공통전압이 도 5에서와 같이 교번하며, 도트반전을 하는 노트북이나 모니터/TV등의 LCD는 일정크기의 전압인 DC 레벨의 공통전압을 갖는다.

도시한 바와 같이, 센서패턴(10)과 표시장치(200)의 공통전극(220) 사이에는 공통전극정전용량(Cvcom)이 형성된다. 만약 센서패턴(10)에 어떤 프리차지신호를 인가하면 충전 전압에 의해 공통전극정전용량(Cvcom)은 소정의 전압 레벨을 갖게 된다. 이때, 공통전극정전용량(Cvcom)의 일단은 공통전극(220)과 접지되어 있으므로, 공통전극(220)이 교번 전압인 경우 공통전극(220)에 인가되는 교번 전압에 의해 공통전극정전용량(Cvcom)의 타단인 센서패턴(10)에서의 전위는 교번할 것이며, 공통전극이 DC인 경우 센서패턴(10)에서의 전위는 교번하지 않는다.

한편, 도 7에서는 센서패턴(10)을 보호하기 위한 보호층(24)이 도시되어 있다.

도 7의 구조는 도 5에서의 회로도에서 P점, 즉 터치 검출부(14)에서는 다음과 같은 수학식에 의해 터치신호가 검출된다.

(여기서,

는 터치검출부(14)에서 검출된 터치신호이며,

는 보조커패시터에 인가되는 하이(HIGH) 레벨 전압이며,

는 보조커패시터에 인가되는 로우(LOW) 레벨 전압이며,

는 보조커패시터정전용량이며,

은 공통전극정전용량이며,

는 기생정전용량이며,

는 터치정전용량임.)

<수학식1>과 <수학식2>를 참조하면, <수학식1>은 터치가 안되었을 때 터치검출부(14)에서 검출되는 터치신호이며 <수학식2>는 손가락에 의해 터치가 되었을 때 즉, 손가락과 센서패턴(10)이 상호 대향할 때 터치검출부(14)에서 검출되는 터치신호이다. <수학식1>과 <수학식2>의 차이점은 분모에 터치정전용량인 Ct가 존재 유무의 차이로서 터치에 의해 터치정전용량(Ct)이 발생하면 이의 크기에 의해 <수학식2>에 따라 검출되는 신호의 크기가 달라지므로 이를 연산하여 터치신호의 크기를 검출하는 것이 가능하게 된다.

한편, 도 6과 도 7을 참조하면 센서패턴(10)의 크기가 일정한 경우 센서신호선(22)의 저항을 균등화 하기 위해 센서패턴(10)의 위치별로 센서신호선(22)의 폭이 달라지므로 센서패턴(10)과 센서신호선(22)의 면적의 합은 터치 드라이브 IC(30)에서 원거리(long distance)일수록 커지게 된다.

센서패턴(10)과 센서신호선(22)의 면적이 넓을수록 이는 공통전극정전용량(Cvcom)을 크게 하므로, <수학식1>이나 <수학식2>를 참조하면 이는 동일한 터치정전용량(Ct)에 대해 검출되는 신호의 크기를 작게하는 효과가 있다.

이로인해 터치 드라이브 IC에서 원거리 일수록 동일한 터치면적에 대해 검출되는 신호의 크기가 작고 터치 드라이브 IC에서 단거리일수록 동일한 터치면적에 대해 검출되는 신호의 크기가 커서 터치스크린패널의 각 부위에서 검출되는 신호의 크기가 서로 달라지는 문제가 발생할 수 있다.

터치가 발생하기 전에는 수학식1에 의하여 터치 드라이브 IC로부터 센서패턴의 위치에 관계없이 모두 균일한 출력전압 값을 가져야 한다. 그러나,센서 패턴의 크기 또는 면적이 모두 동일한 구성을 가지는 터치 패널은 상기에서 검토한 바와 같이 그 위치에 따라 터치 드라이브 IC에서 검출되는 신호의 크기가 달라지고, 이는 결과적으로 정확한 터치 좌표의 산출을 막는 중요한 원인이 될 것이다.

출원번호 : 2012-0109309 발명의 제목 : 드라이빙 백 현상을 이용한 터치 검출수단, 검출 방법 및 터치스크린 패널과 그러한 터치스크린 패널을 내장한 표시 장치.

본 발명은 상기와 같은 종래 정전식 터치스크린패널의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 터치스크린패널을 구성하는 센서패턴(10)의 크기를 터치 드라이브 IC와 대향하는 위치별로 달리하여 터치정전용량(Ct)의 크기를 다르게 함으로써 검출되는 터치신호의 크기(또는 이를 근거로 연산을 통해 획득되는 제2의 터치신호값을) 터치스크린패널의 위치에 무관하게 균등하게 획득하는 터치검출방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 터치스크린패널의 일 측면에 따라,

손가락를 포함하는 터치입력도구의 접근에 의해 터치정전용량이 발생하는 것을 감지하는 터치스크린패널에 있어서,

상기 터치입력도구와의 사이에서 상기 터치정전용량(Ct)을 형성하는 복수개의 센서패턴으로서, 상기 센서패턴은 배치 위치에 따라 서로 다른 면적을 가지는, 상기 센서 패턴;

상기 터치정전용량의 형성 유무에 따라 수신되는 전압신호의 차이를 검출하여 터치여부를 검출하는 터치 검출부; 및

각각의 상기 센서 패턴과 상기 터치 검출부를 연결하는 복수개의 센서 신호선;을 포함한다.

바람직하게는,

상기 센서패턴의 면적은 상기 터치 검출부로부터 거리에 따라 달라지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

상기 센서패턴의 면적은 상기 터치 검출부로부터 거리에 비례하여 커지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

상기 센서신호선의 폭은 각각의 길이에 비례하여 증가하되, 상기 터치 검출부로부터의 거리에 비례하여 상기 센서신호선의 폭이 증가하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

이웃하는 두개의 상기 센서신호선간의 간격(spacing)은 이웃하는 두개의 센서신호선 중 폭이 넓은 센서신호선의 폭에 따라 달라지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

상기 센서패턴의 크기를 결정하기 위해서 상기 센서패턴이 배치된 위치에서의 공통전극정전용량(Cvcom)의 크기를 고려하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

상기 센서패턴의 크기를 결정하기 위해서 상기 센서패턴에서 발생하는 기생정전용량(Cp)의 크기를 고려하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

상기 센서신호선과 상기 센서패턴은 투명도전체로 하나의 마스크(mask)를 이용하여 단일층에 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

상기 투명도전체는 ITO인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

상기 센서신호선은 금속 재료로 형성되고, 상기 센서패턴은 투명도전체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

상기 터치검출부와 접속되는 상기 센서신호선의 연결패드 부분은 금속 재료로 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

상기 금속 재료는 금, 은 또는 알루미늄 중 하나인 것을 특징으로 한다.

본원 발명의 터치스크린패널에 따르면, 센서패턴(10)과 접속된 센서신호선(22)의 점유면적과 무관하게 터치스크린패널의 임의의 지점에서 검출된 터치신호의 크기가 일정하므로 터치신호를 이용한 어플리케이션등의 실시예에서 신호의 변곡점이 발생하지 않는 안정적인 신호를 공급하는 것이 가능하다.

본원 발명의 터치스크린 패널에 의하면, 터치스크린 패널의 위치에 관계없이 균일한 터치신호의 출력이 가능한바 종국적으로는 보다 정확한 터치 좌표의 산출이 가능한 효과가 있다.

도 1은 종래 터치스크린패널의 일예를 보인 사시도이다.
도 2는 종래 터치스크린패널의 다른 예를 보인 평면구성도이다.
도 3은 도 2의 터치스크린패널(선형 센서 패턴(5)포함)이 표시장치 위에 설치된 예를 도시한 측 단면도이다.
도 4는 도 3에서 터치커패시턴스를 검출하는 등가 회로도이다.
도 5는 도 2의 터치스크린 패널에 비해 각각 분리된 센서 패턴(10)을 가지는 패널에서의 터치를 추출하기 위한 등가회로도이다.
도 6은 각각의 센서 패턴(10)이 분리되어 구성된 터치스크린 패널의 개략도를 보여주는 도면이다.
도 7은 도 6의 터치스크린패널(각각 분리된 센서 패턴(10)포함)이 표시장치 위에 설치된 예를 도시한 측 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 패널의 측 단면도(도 8(a) ) 및 평면도(도 8(b))이다.
도 9는 본 발명에 따른 터치 스크린 패널의 센서 패턴과 센서신호선의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 터치에 의해 발생되는 커패시턴스를 계산하는 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 터치 스크린 패널의 센서 패턴과 센서신호선의 구성을 개략적으로 도시한 다른 실시예의 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 센서신호선과 터치 드라이브 IC를 상호 연결하기 위한 방안의 일 실시예이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.

본원 발명은 터치 스크린 패널(Touch Screen Panel)에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 표시 장치위에 실장되는 터치 패널에 관한 것이며 구체적인 유형에 한정되지 아니한다. 즉, 온셀(On-Cell) 방식의 터치디바이스나 인셀(In-Cell) 방식의 터치 디바이스 모두에 적용될 수 있다.

우선, 본 발명은 면적이 서로 다른 센서패턴을 가지는 터치스크린 패널에 관한 것으로서, 종래의 정전식 터치스크린패널이 터치위치별로 터치신호가 상이하게 검출되는것과는 달리 터치위치에 무관하게 검출되는 값이 동일한 값이 되도록 하는 방식이다.

본 발명에서 언급되는 표시장치는 LCD, PDP, OLED, AMOLED 중 어느 하나이거나, 기타 화상을 표시하는 모든 수단을 의미한다. 위에 나열한 표시장치 중 LCD는 액정의 구동을 위해 공통전압(Vcom)을 필요로 한다. 일예로서, 휴대기기용 중소형 LCD에서는 소비전류를 감소시키기 위하여 공통전극의 공통전압이 하나 또는 복수의 게이트라인별로 교번하는 Line inversion 방식을 사용한다. 다른 예로서, 대형 LCD는 공통전극의 공통전압이 일정한 DC 레벨을 갖는다. 또 다른 예로서, 어떤 표시장치는 외부의 ESD를 차단하기 위해 패널 전체에 공통으로 작용하는 차폐전극을 형성하고 이를 그라운드 신호와 접지시킨다. 또는, 어떤 횡전계모드의 LCD에 있어서 공통전극은 TFT 기판에 위치하며 칼라필터 상면에서 검출되는 공통전압은, DC 레벨을 기준으로 상하로 불특정 주파수로 교번하는 형태를 갖기도 한다.

본 발명에서는 위와 같이 공통전압(Vcom)이 인가되는 전극 이외에, 표시장치 내에서 공통으로 역할하는 모든 전극들을 “공통전극”이라 칭하기로 하며 표시장치의 공통전극에 인가되는 교번전압이나 DC 전압 또는 불특정 주파수로 교번하는 형태의 전압을 “공통전압”이라 칭하기로 한다.

본 발명은 손가락이나 이와 유사한 전기적 특성을 갖는 터치입력도구의 비접촉 터치입력을 검출한다. 여기서 “비접촉 터치입력”이라 함은 손가락 등의 터치입력도구가 기판에 의해 센서패턴과 소정 거리 이격된 상태에서 터치입력을 하는 것을 의미한다. 터치입력도구가 기판의 외면에 대하여는 접촉될 수 있다. 하지만 이 경우에도 터치입력도구와 센서패턴은 비접촉 상태를 유지한다. 따라서, 센서패턴에 대한 손가락의 터치 행위는 “접근”이라는 용어로 표현될 수 있다. 한편, 기판의 외면에 대하여는 손가락이 접촉된 상태일 수 있으므로, 기판에 대한 손가락의 터치 행위는 “접촉”이라는 용어로 표현될 수 있다. 본 명세서에서 “접근”과 “접촉”은 위와 같은 의미로 통용된다.

또한, 이하에서 설명되는 “~부”와 같은 구성들은 어떤 역할들을 수행하는 구성요소이며, 소프트웨어 또는 FPGA(Field-Programmable Gate Array)나 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 구성요소를 의미한다. 또한, “~부”는 더 큰 구성요소 또는 “~부”에 포함되거나, 더 작은 구성요소들 및 “~부”들을 포함할 수 있다. 또한, “~부”는 자체적으로 독자적인 CPU를 가질 수도 있다.

이하의 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께나 영역을 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하였다. 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. 또한, 본 명세서에 기재된 신호는 특별한 언급이 없는 한, 전압 또는 전류를 총칭한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 패널의 측 단면도(도 8(a) ) 및 평면도(도 8(b))이다. 도 8(a) 을 참조하여, 터치 스크린 패널에 배치된 각각의 센서 패턴(10)이 터치 드라이브 IC(30)으로부터 거리가 멀수록 센서 패턴(10)의 크기 또는 면적이 커지고 터치 드라이브 IC(30)으로부터 거리가 짧을수록 센서 패턴(10)의 크기 또는 면적이 작아지는 구조를 가진다.

구체적으로 터치 드라이브 IC(30)로부터 가장 원거리에 있는 센서 패턴(10-1)은 터치 드라이브 IC(30)로부터 가장 근거리에 있는 센서 패턴(10-8)에 비해 폭이 훨씬 넓다. 따라서 전체적인 크기 즉 면적에 있어서 센서 패턴(10-1)은 센서 패턴(10-8)보다 훨씬 크게 구성되어 있다.

도 8(b)는 본원 발명에 따른 터치 스크린 패널의 일 실시예에 따른 센서 패턴의 구조를 개략적으로 도시한 평면도를 보여주는 도면이다.

도 8(b)를 참조하면, 본원 발명의 터치 스크린 패널(800)은 로우 1(row-1)에 배치된 센서 패턴(10-1)의 크기가 가장 크고, 터치 드라이브 IC(30)에 근접할수록 즉, 로우 2 -> 로우 3 -> 로우 4 -> 로우 5 -> 로우 6 -> 로우 7 -> 로우 8로 갈수록 센서 패턴이 크기가 작아지도록 구성되어 있다.

따라서, 로우 8(row-8)에 구성된 센서패턴(10-8)의 크기는 가장 작은 크기를 갖도록 구성된다.

도 9는 본 발명에 따른 터치 스크린 패널(900)의 센서 패턴과 센서신호선의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 9에서의 터치 드라이브 IC(30)는 도 6에 도시된 것과 같이 구동부(31),터치검출부(14),신호처리부(47)등을 포함하고 있으며 터치 드라이브 IC(30)는 터치스크린패널에 접속되어 있다.

터치 드라이브 IC(30)는 터치스크린패널에 COG(Chip On Glass)로 접속되거나 COF(Chip On Film)나 FPC등의 연성회로 기판으로 연결되며 센서패턴(10)에서 발원된 센서신호선(22)과 접속된다.

도 9에 도시된 바와 같이 각각의 센서패턴(10)에는 센서신호선(22)이 하나씩 연결되며 각각의 센서신호선(22)은 터치 드라이브 IC에 연결된다. 만일 센서패턴(10)에 손가락이 인접하여 “d”라는 거리로 인접할 때 도 10과 같이 손가락과 센서패턴(10)사이에 존재하는 물질의 유전율(e)에 비례한 터치정전용량(Ct)이 형성되며 터치정전용량은 손가락(25)과 센서패턴(10)의 대향면적에도 비례한다.

예를들어 보호유리(도 7의 보호층(24)) 하측에 센서패턴(10)을 가지는 스마트폰의 경우 유리의 유전율이 6정도이고 대향면적이 5mm x 5mm인 경우 Ct는 쉽게 계산을 하는 것이 가능하다.

도 9의 실시예에서 센서패턴(10)과 센서신호선(22)이 ITO(Indium Tion Oxide)와 같은 투명도전체로 구성된 경우 ITO의 비저항이 비교적 크므로 센서신호선(22)의 저항은 수백Kohm정도가 된다.

예를들어 ITO의 비저항이 250Ωm이고 센서 신호선의 폭이 30um, 센서신호선의 길이가 10cm라고 가정하면 센서신호선(22)의 저항은 약 833kΩ이 된다.

센서신호선의 선폭이 센서패턴의 위치에 관계없이 모두 동일하다고 가정할 때, 센서 신호선(22)의 저항값은 센서패턴(22)과 터치 드라이브 IC(30)와의 거리에 비례하므로 결과적으로는 각 센서 신호선(22) 자체의 길이에 비례한다.

따라서, 도 9에서 터치 드라이브 IC(30)와 근거리(Short distance)에 있는 센서 패턴(10e)를 연결하는 센서신호선(22e)의 저항값은 터치 드라이브 IC(30)와 원거리에 위치한 센서 패턴(10a)를 연결하는 센서신호선(22a)의 저항값보다 크기가 작다.

센서패턴(10)에서 손가락(25)의 터치에 의해 발생한 터치신호를 검출하기 위해 터치정정용량(Ct)에 단위시간에 정전류를 인가하였다고 가정해보자.

고전적인 수학식인 V=Q/C에 의해 터치정전용량인 Ct에는 전하량(Q)에 비례하는 전압(V)이 형성된다. 이때 센서신호선(22)의 저항에 의해 전압의 상승은 지연되며 저항이 클수록 지연되는 시간은 길어지게 된다.

따라서 동일한 시간에, 저항이 작은 센서신호선(22e)을 경유한 전압의 상승분과 저항이 큰 센서신호선(22a)을 경유한 전압의 상승분은 차이가 발생하므로 동일한 터치면적에 의해 형성된 동일한 터치정전용량(Ct)에 따른 검출전압의 차이가 발생하게 된다. 이는 결과적으로 멀티 터치의 경우에 정확한 터치 좌표의 산출에서 오류 발생의 원인이 된다.

상기와 같은 종래의 터치스크린 패널의 문제를 해결하기 위해 본원 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 패널(900)은 센서패턴의 크기(또는 면적) 및 센서 신호선의 폭을 동일하게 구성하지 않고, 서로 상이하게 구성한다는 것에 특징이 있다.

구체적으로 일 실시예에 의하면, 센서패턴의 크기(또는 면적) 및 센서 신호선의 폭은 터치 드라이브 IC(30)로부터 거리에 비례한다.

도 9에 도시된 바와 같이, 터치 드라이브 IC(30)으로부터 원거리에 있는 센서 패턴(10a)의 크기와 이에 연결된 센서 신호선 (22a)의 폭은 근거리에 있는 센서 패턴(10e)의 크기와 이에 연결된 센서 신호선(22e)의 폭보다 각각 더 크다.

도 9에서 센서 패턴의 크기는 터치 드라이브 IC(30)로부터 거리에 따라 10a > 10b > 10c > 10d > 10e의 순서로 구성된다.

동시에 각각의 센서 패턴에 연결되는 센서 신호선의 폭도 22a > 22b > 22c > 22d > 22e의 순서로 구성된다.

원거리의 센서패턴(10a)과 접속된 센서신호선(22a)의 저항을 줄이기 위해 센서신호선(22a)의 배선폭을 넓게 한다. 비저항의 크기가 “ρ”인 ITO로 배선폭이 “w”이고 길이가 “l”인 센서신호선(22)을 설계할 때 센서신호선의 저항의 크기인 “R”은 다음과 같이 결정된다.

<수학식3>을 인용하면 센서신호선(22)의 저항을 줄이기 위해서는 배선폭인 “w”를 넓게 하는 것이다.

도 9을 참조하면 원거리의 센서패턴(10a)에 접속된 센서신호선(22a)의 배선폭이 가장 넓을 것이며 <수학식3>에 의한 계산결과에 따라 센서신호선(22b)나 센서신호선(22c)의 폭은 점차로 좁아질 것은 상기에서 이미 검토한 바이다.

한편, 도 9을 참조하면, 센서신호선(22)의 폭이 위치별로 다르므로 동일한 면적을 가지는 센서패턴(10)에 대해 센서패턴(10)의 면적과 센서신호선(22)의 면적의 합은 센서패턴(10)의 위치에 따라 서로 다르게 된다.

단, 터치 드라이브 IC(30)에서 동일한 위치에 있는 센서패턴(10)과 센서신호선(22)의 면적의 합은 같거나 비슷할 수 있다. 예를 들어 도 9에서 동일 로우(row)에 존재하는 4개의 센서패턴(10)에 대해 이들과 접속된 센서신호선(22)과 센서패턴(10)을 더한 면적의 합은 같거나 거의 유사하게 된다.

터치 드라이브 IC(30)가 터치스크린패널의 중앙에 위치하는 경우 로우(Row)의 좌우측에 위치한 센서패턴(10)에 접속된 센서신호선(22)의 면적은 중앙에 위치한 센서신호선보다 조금은 더 클 수 있으므로 유사하다는 표현을 사용하였으며, 터치신호를 사용함에 있어서 이정도의 크기 차이로 인해 발생하는 오류가 무시할 수 있는 정도로 작다고 한다면 동일 로우에 존재하는 센서신호선(22)의 면적과 센서패턴의 면적의 합은 같다고 해도 무방하다.

종래기술에서 검토된 센서패턴(10)의 면적은 동일하나 센서신호선(22)의 면적이 다른 경우, 이러한 터치스크린패널이 표시장치(200)의 상면에 도 3과 같이 위치하면 공통전극정전용량(Cvcom)은 센서패턴(10)의 위치별로 차이가 발생하게 된다.

공통전극정전용량(Cvcom)은, 도 3을 참조하면, 표시장치의 공통전극(220)과 센서패턴(10) 사이에 형성되는 정전용량이다. 센서패턴(10)은 센서신호선(22)과 접속되어 있으므로 터치 드라이브 IC(30)에서 원거리에 있는 센서신호선(22a)의 공통전극정전용량(Cvcom)의 크기는 터치 드라이브 IC(30)에서 단거리에 있는 센서신호선(22e)의 크기보다 크게 된다. 전술한 <수학식1> 및 <수학식2>로 터치 신호를 검출하는 경우, 수학식의 분모에 공통전극정전용량(Cvcom)이 위치하므로 동일한 터치정전용량(Ct)에 대해 터치스크린패널의 위치별로 검출신호에 차이가 발생하게 된다.

*터치 드라이브 IC(30)에서 근거리에 위치한 센서패턴(10)에서의 검출신호

터치 드라이브 IC에서 근거리에 위치한 센서패턴(도 9의 10e)에서 검출된 신호의 크기는 <수학식1>과 <수학식2>에 의해 구해진다. 터치가 발생하지 않았을 때의 신호의 크기인 <수학식1>의 크기에 비해 터치가 발생했을 때의 신호의 크기인 <수학식2>의 크기차이로 터치의 크기(이하 터치량)를 추출 할 수 있다.

터치의 크기는 도 10에서와 같이 센서패턴(10)과 대향하는 손가락의 면적으로서, 손가락에 힘을 주고 터치스크린패널을 세게 누르면 터치신호의 크기는 커지며 약하게 누르면 터치신호의 크기는 작아질 것이다.

터치 드라이브 IC와 근거리에 위치한 센서패턴(10)에서 검출된 터치량은 공통전극정전용량(Cvcom)이 작은 상태에서의 터치량이다. 따라서 <수학식2>를 참조하면, 터치정전용량(Ct)의 작은 변화량에도 터치량은 민감하게 반응한다.

예를들어 (Vh-Vl)=10, Caux=Cvcom=Cp=Ct=10이라고 가정하면 <수학식1>을 인용한 터치가 안된 상태에서 검출된 신호의 크기는 3.33이며 <수학식2>에서 검출된 신호의 크기는 2.5이다. 따라서 터치량은 (3.33-2.5)/3.33=0.25정도가 된다.

*터치 드라이브 IC(30)에서 원거리에 위치한 센서패턴(10)에서의 검출신호

터치 드라이브 IC에서 원거리에 위치한 센서패턴(10e)에서 검출된 신호의 크기도 <수학식1>과 <수학식2>에 의해 구해지며 터치검출부(14)에서 검출되는 신호의 크기는 공통전극정전용량이 커지므로 동일한 터치정전용량(Ct)에 의한 터치량은 근거리의 터치량보다 작아진다. 예를들어 (Vh-Vl)=10, Caux=Cp=Ct=10, Cvcom=20이라고 가정하면 수학식1>을 인용한 터치가 안된 상태에서 검출된 신호의 크기는 2.5이며 <수학식2>에서 검출된 신호의 크기는 2이다. 따라서 터치량은 (2.5-2)/2.5=0.2로서 동일한 터치정전용량(Ct=10)에 대해 터치량의 감소가 발생한다.

원거리에서 검출된 터치량을 근거리의 터치량과 동일한 2.5로 맞추기 위해서는 터치정전용량(Ct)의 변화량을 크게하면 된다. 예를들어 터치정전용량 Ct=13.3이라고 가정하면 (Vh-Vl)=10, Caux=Cp=10, Cvcom=20, Ct=13.3이므로 <수학식1>에서 검출된 신호의 크기는 2.5이고 <수학식2>에서 검출된 신호의 크기는 1.87로서 터치량은 (2.5-1.87)/2.5=0.25로서 근거리에서의 터치량과 동일하게 된다.

이와 같이 원거리의 터치량이 근거리의 터치량과 유사해지기 위해서는 원거리일수록 터치정전용량(Ct)의 변화량이 커야한다. 예를들어 근거리에서 터치정전용량의 변화량이 0~10정도라고 하면 중간정도의 거리에서는 0~12, 또한 원거리에서의 Ct의 변화량은 0~14정도가 될 것이며 정확한 변화량은 계산에 의해 다음과 같이 구할 수 있다.

도 10의 수학식을 인용하면, 터치정전용량(Ct)을 크게 하기 위해서는 손가락(25)과 센서패턴(10)의 대향면적을 크게 해야 한다. 도 10의 수학식에 의해 결정된 터치정전용량(Ct)은 <수학식1>과 <수학식2>의 분모에 있는 Ct에 적용된다. 또한 원거리와 근거리에 배치된 센서패턴(10)에 접속된 센서신호선(22)의 서로 다른 면적에 따른 공통전극정전용량(Cvcom)도 도 10의 수학식에 의해 결정되며, 여기에서 결정된 Cvcom도 <수학식1> 및 <수학식2>의 분모에 있는 Cvcom에 그대로 적용된다. 거리별로 Cvcom의 크기가 다르므로 <수학식1>과 <수학식2>를 근거로한 변화량이 일정하기 위해서는 터치정전용량(Ct)의 크기가 달라져야 하는 것은 앞에서 설명한 바와 같다. 따라서 원거리 일수록 터치정전용량(Ct)의 변화량이 커야 하므로 센서패턴(10)의 면적이 넓어져야 한다.

도 9을 참조하면, 터치 드라이브 IC(30)에서 원거리일수록 센서패턴(10)의 면적이 넓고 근거리일수록 센서패턴(10)의 면적이 좁아진다 즉 10a > 10e와 같다. 이로인해 원거리의 센서패턴(10)에서 검출되는 터치정전용량(Ct)의 변화량은 크고 근거리에서 센서패턴(10)에서 검출되는 터치정전용량(Ct)의 변화량은 작으므로, 변화량의 크기조절을 통해 터치스크린패널의 임의의 지점에서 발생하는 터치량을 일정하게 유지하는 것이 가능하다.

한편, 도 11를 참조하면 원거리에 배치된 센서신호선(22b)는 그 행로를 감싸는 22a 및 22c사이에 기생정전용량이 생성된다. <수학식1>과 <수학식2>를 참조하면, 분모의 Cp는 기생정전용량으로서 다양한 기생정전용량이 생성되며 그중에 하나가 센서신호선(22) 사이에 발생하는 기생정전용량이다. 센서신호선(22) 상호간에 발생하는 기생정전용량은 도 10의 수학식을 참조하면 대향거리인 “d”에 반비례하고 대향면적인 “A”에 비례하므로, 센서신호선(22) 상호간 대향하는 거리가 좁을수록 또한 대향하는 길이가 길수록 기생정전용량(Cp)의 크기는 커지게 된다.

따라서 원거리에 배치된 센서신호선(22)일수록 기생정전용량(Cp)의 크기가 크므로 이를 줄이기 위해서는 원거리일수록 상호 대향하는 배선폭을 넓혀야 한다. 예를들어 도 11의 22b는 그 주위를 감싸는 22a와의 간격인 “a”의 폭과 22c와의 간격인 “b”를 최대한 넓게 하여야 한다.

이러한 센서신호선과 센서신호선의 간격은 원거리일수록 더 넓게 벌리는 것이 바람직하므로 센서신호선간의 간격은 서로 다를 수 있다. 그러나 터치 드라이브 IC에서 동일한 거리에 있는 센서패턴(10)을 연결하는 센서신호선(22)은 그 주변의 센서신호선과의 간격을 동일하게 유지할 수 있으며, 이로 인해 터치 드라이브 IC(30)와 동일한 거리에 있는 센서패턴(10)과 접속된 센서신호선(22)에 발생하는 기생정전용량(Cp)의 크기를 상호 일정하게 유지할 수 있다.

<수학식1>과 <수학식2>를 참조하면, 터치량을 TSP(Touch Screen Panel)의 위치별로 일정하게 유지하기 위해서는 공통전극정전용량(Cvcom)의 (TSP에서)위치별 변화량을 참조해야 할 뿐만 아니라 센서신호선(22)에 발생하는 기생정전용량(Cp)의 (TSP에서) 위치별 변화량도 참조해야 한다.

도 6을 참조하면 20개의 센서신호선(22)이 터치 드라이브 IC(30)에 접속되며, 터치 드라이브 IC(30)는 COG의 형태나 COF에 실장된 형태 또는 FPC등의 연성회로기판에 실장된 형태로 센서신호선(22)과 연결된다.

이때 센서신호선(22)의 개수가 많아져서 터치 드라이브 IC(30)와 연결되는 센서신호선의 피치(Pitch)가 좁아지면 ACF를 이용하여 센서신호선과 터치 드라이브 IC를 연결하게 된다.

본 발명에 일 실시예에 따라 센서패턴의 크기를 결정하기 위한 기준은 센서패턴이 배치된 위치에서의 공통전극정전용량(Cvcom)의 크기가 될 수 있다.

다른 실시예에서 센서패턴의 크기를 결정하기 위한 기준은 센서패턴에서 발생하는 기생정전용량(Cp)의 크기가 될 수 있다.

수학식 1 및 수학식 2에서 검토하였듯이 터치정전용량(Ct)의 존재유무를 제외한 모든 수학식에 포함되는 요인(factor)들은 센서패턴의 위치에 관계없이 동일하게 유지하는 것이 이상적이기 때문에, 센서패턴의 크기를 결정하는데 있어서 공통전극정전용량(Cvcom) 및 기생정전용량(Cp)의 값을 고려해야 하는 것이다.

도 12는 TSP에 형성된 센서신호선(22) 및 COF package를 가지는 터치 드라이브 IC를 상호 연결하기 위한 방안의 일 실시예이다.

도 12을 참조하면, 센서신호선(22)과 도시하지 않는 센서패턴(10)은 ITO등의 투명도전체로 하나의 마스크로 구성되거나 센서패턴(10)은 투명도전체로 구성되고 센서신호선(22)은 은(Ag)이나 금(Au) 또는 알루미늄(Al)등의 메탈소재로 구성되기도 한다.

센서신호선(22)이 ITO등의 투명도전체로 구성되는 경우 COF package로 구성된 터치 드라이브 IC(30)와 연결(이하 본딩, bonding)되기 위해서는 ACF를 사용하며 ACF에 포함된 도전볼은 적당한 압력과 열에 의해 TSP의 연결패드(1200)와 COF(1300)를 통전시키는 작용을 하게 된다.

이러한 구조에서 투명도전체로 구성된 연결패드와 COF의 대향하는 pad를 상호 얼라인(Align)시킬 때 투명도전체로 구성된 pad가 잘 보이지 않으므로 COF와 얼라인시키는게 어렵게 된다. 또한 도전볼이 연결패드의 투명도전체를 깨뜨리는 현상이 발생하여 신호흐름에 문제가 생기는 신뢰성 문제를 유발 할 수도 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 연결패드부(1200)에는 상기 금이나 은 또는 알루미늄등의 메탈성분으로 코팅해주는 것이 바람직하다.

도 12를 참조하면, “연결패드”부에는 메탈성분이 포함되어 있으며 메탈성분은 센서신호선(22)을 구성하는 투명도전체의 상부나 하부에 위치한다. 만일 메탈성분이 센서신호선(22)을 구성하는 투명도전체의 상부에 위치할 때는, 투명도전체로 센서패턴(10)과 센서신호선(22)을 생성한 후 메탈용 마스크를 사용하여 메탈패드를 구성할 것이고, 메탈용 마스크로 메탈용 패드를 생성한 후 투명도전체로 센서패턴(10)과 센서신호선(22)을 메탈패드 상면에 생성할 것이다.

이와 같이 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 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

10 : 센서패턴 12 : 충전수단
14a : ADC 22 : 센서신호선
25 : 손가락 28 : 메모리부
30 : 터치 드라이브IC 31 : 구동부
33 : 타이밍 제어부 35 : 신호처리부
37 : 교번전압 생성부 40 : CPU
43 : 공통전압 검출부 47 : 셀렉터
50 : 기판 57 : 접착부재
58 : 에어갭
200 : 표시장치 205 : TFT기판
210 : 액정층 215 : 칼라필터
220 : 공통전극 230 : 실런트

Claims

손가락를 포함하는 터치입력도구의 접근에 의해 터치정전용량이 발생하는 것을 감지하는 터치스크린패널에 있어서,
상기 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성하며, 배치 위치에 따라 서로 다른 면적을 가지는 복수개의 센서패턴;
상기 터치정전용량의 형성 유무에 따라 수신되는 전압신호의 차이를 검출하여 터치여부를 검출하는 터치 검출부; 및
각각의 상기 센서 패턴과 상기 터치 검출부를 연결하는 복수개의 센서 신호선;을 포함하는, 터치스크린패널.
청구항 1에 있어서,
상기 센서패턴의 면적은 상기 터치 검출부로부터 거리에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는, 터치스크린패널.
청구항 2에 있어서,
상기 센서패턴의 면적은 상기 터치 검출부로부터 거리에 비례하여 커지는 것을 특징으로 하는, 터치스크린패널.
청구항 1에 있어서,
상기 센서 신호선의 폭은 각각의 길이에 비례하여 증가하되, 상기 터치 검출부로부터의 거리에 비례하여 상기 센서 신호선의 폭이 증가하는 것을 특징으로 하는, 터치스크린패널.
청구항 4에 있어서,
이웃하는 두개의 상기 센서 신호선간의 간격(spacing)은 이웃하는 두개의 센서 신호선 중 폭이 넓은 센서 신호선의 폭에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는, 터치스크린패널.
청구항 1에 있어서,
상기 센서패턴의 크기를 결정하기 위해서 상기 센서패턴이 배치된 위치에서의 공통전극정전용량(Cvcom)의 크기를 고려하는 것을 특징으로 하는, 터치스크린패널.
청구항 1에 있어서,
상기 센서패턴의 크기를 결정하기 위해서 상기 센서패턴에서 발생하는 기생정전용량(Cp)의 크기를 고려하는 것을 특징으로 하는, 터치스크린패널.
청구항 1에 있어서,
상기 센서 신호선과 상기 센서패턴은 투명도전체로 하나의 마스크(mask)를 이용하여 단일층에 형성되는 것을 특징으로 하는, 터치스크린패널.
청구항 8에 있어서,
상기 투명도전체는 ITO인 것을 특징으로 하는, 터치스크린패널.
청구항 1에 있어서,
상기 센서 신호선은 금속 재료로 형성되고, 상기 센서패턴은 투명도전체로 형성되는 것을 특징으로 하는, 터치스크린패널.
청구항 8에 있어서,
상기 터치 검출부와 접속되는 상기 센서 신호선의 연결패드 부분은 금속 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는, 터치스크린패널.
청구항 11에 있어서,
상기 금속 재료는 금, 은 또는 알루미늄 중 하나인 것을 특징으로 하는, 터치스크린패널.