KR20170072095A

KR20170072095A - 셀프 커패시턴스 방식의 터치 스크린 및 이를 채용한 터치 스크린 일체형 표시 장치

Info

Publication number: KR20170072095A
Application number: KR1020150180524A
Authority: KR
Inventors: 강철민; 박승규
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2015-12-16
Filing date: 2015-12-16
Publication date: 2017-06-26

Abstract

셀프 커패시턴스 방식의 터치 스크린이 제공된다. 터치 스크린은 제1 터치 전극, 제2 터치 전극 및 터치 컨트롤러를 포함한다. 제2 터치 전극은 절연 공간을 사이에 두고 제1 터치 전극과 상이한 평면에 배치된다. 터치 컨트롤러는 제1 터치 전극 및 제2 터치 전극에 동일한 타이밍 간격으로 동일한 값을 갖는 제1 터치 스캔 신호 및 제2 터치 스캔 신호를 각각 제공하도록 구성된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 셀프 커패시턴스 방식의 터치 스크린은 제1 터치 전극 및 제2 터치 전극에 서로 동기화된 제1 터치 스캔 신호 및 제2 터치 스캔 신호를 제공함으로써, 셀프 커패시턴스 방식으로 터치 입력이 좌표와 터치 입력의 세기를 모두 센싱할 수 있는 이점이 있다.

Description

셀프 커패시턴스 방식의 터치 스크린 및 이를 채용한 터치 스크린 일체형 표시 장치 {SELF CAPACITIVE TYPE TOUCH SCREEN AND TOUCH SCREEN INTEGRATED DISPLAY DEVICE EMPLOYING THE SAME}

셀프 커패시턴스 방식의 터치 스크린 및 이를 채용한 터치 스크린 일체형 표시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터치 입력의 2차원 좌표뿐만 아니라 터치 입력의 세기까지 센싱가능한 셀프 커패시턴스 방식의 터치 스크린 및 이를 채용한 터치 스크린 일체형 표시 장치에 관한 것이다.

터치 스크린은 표시 장치에 대한 화면 터치나 제스쳐(gesture) 등과 같은 사용자의 터치 입력을 센싱하는 장치로서, 스마트폰, 태블릿 PC 등의 휴대용 표시 장치를 비롯하여 공공 시설의 표시 장치와 스마트 TV 등의 대형 표시 장치에 널리 활용되고 있다. 이러한 터치 패널은 동작 방식에 따라 저항막(resistive) 방식, 커패시턴스(capacitive) 방식, 광학(optical) 방식, 전자기(ElctroMagnetic; EM) 방식 등으로 구분될 수 있다.

다양한 터치 스크린 중에서 커패시턴스 방식은 빠른 응답 속도와 얇은 두께를 갖으므로, 일반적으로 많이 사용되고 있다. 커패시턴스 방식의 터치 스크린은 터치 전극과 손가락 사이의 커패시턴스 변화를 센싱함으로써, 터치 입력을 센싱하는 셀프 커패시턴스 방식(self capacitive type)의 터치 스크린과 서로 교차하는 구동 전극과 센싱 전극 사이의 상호 커패시턴스 변화를 센싱함으로써, 터치 입력을 센싱하는 상호 커패시턴스 방식(mutual capacitive type)의 터치 스크린이 사용된다.

특히, 종래 커패시턴스 방식의 터치 스크린은 필름 형태로 제조되어 표시 패널의 상면에 부착되는 온 셀(on cell) 방식으로 제조되었지만, 최근에는 터치 스크린을 표시 패널의 화소 내에 삽입하는 인 셀(in cell) 방식의 제조 방법이 각광을 받고 있다.

그러나, 커패시턴스 방식의 터치 스크린은 터치 입력의 2차원적인 좌표만 센싱할 수 있는 한계가 있으며, 터치 입력의 세기는 센싱할 수 없는 단점이 있다. 이러한 단점을 개선하기 위해 최근, 터치 스크린에 별도의 압력 센서를 부가하는 방법이 제안되었다.

압력 센서는 광학 방식의 압력 센서와 커패시턴스 방식의 압력 센서 등 다양한 종류가 존재한다. 광학 방식의 압력 센서는 사용자의 터치 입력 시 손가락의 접촉면에서 광의 도파 경로가 변경되는 현상을 이용해 압력을 센싱한다. 그러나, 광학 방식의 압력 센서는 별도의 도파관(wave guide)을 필요로 하므로, 터치 패널의 두께가 증가되는 문제가 있다.

커패시턴스 방식의 압력 센서는 서로 대향하는 2개의 전극 사이에 개재되고 탄성체로 이루어지는 절연층의 두께 변화에 따른 커패시턴스 변화량에 기초하여 압력을 측정한다. 커패시턴스 방식의 압력 센서는 별도의 도파관을 필요로 하지 않는다는 점에서 이점이 있지만, 인 셀 방식의 터치 스크린에는 적용이 어렵다는 단점이 있다.

구체적으로, 인 셀 방식의 터치 스크린은 화소 내부의 전극을 터치 전극으로 활용한다. 그러나, 인 셀 방식의 터치 스크린은 터치 전극들 사이의 간격이 매우 작으므로, 두 개의 대향하는 터치 전극 사이의 절연층에 충분한 두께 변화가 발생되지 못할 수 있다. 이에, 터치 입력의 세기를 측정할 수 있는 충분한 커패시턴스 변화가 발생되지 못하며, 터치 입력의 세기가 측정되기 어려울 수 있다.

특히, 셀프 커패시턴스 방식의 인 셀 터치 스크린은 터치 전극과 손가락 사이의 커패시턴스 변화에 기초하여 터치 입력을 센싱하므로, 터치 입력의 세기를 측정하기 위해서는 손가락과 터치 전극 사이에 충분한 간격 변화가 발생 해야만 한다. 그러나, 셀프 커패시턴스 방식의 인 셀 터치 스크린은 매우 얇은 두께를 가지므로, 손가락과 터치 전극 사이의 간격 변화는 거의 발생되지 않으며, 손가락과 터치 전극 사이 간격 변화로 인해 발생되는 터치 신호는 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio; SNR)가 매우 작아 터치 입력의 세기를 측정하는데 어려움이 있다.

터치스크린 일체형 표시장치 및 그 구동 방법 (특허등록번호 제10-1555967호)

본 발명의 발명자들은 터치 입력이 인가된 지점의 2차원적인 좌표와 터치 입력의 세기를 모두 센싱할 수 있는 터치 스크린에 대한 연구를 진행하였다. 그러나, 본 발명의 발명자들은 절연층의 두께 변화에 따른 커패시턴스 변화를 감지함으로써 터치 입력의 세기를 측정하는 센싱 방법은 인 셀 터치 스크린에 적용하기 어려운 단점이 있음을 인식하였다. 이에, 본 발명의 발명자들은 셀프 커패시턴스 방식의 인 셀 터치 스크린에 적용이 가능한 새로운 방식의 터치 스크린을 발명하였다.

이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 표시 패널의 하부에 별도의 터치 전극을 배치하고, 별도의 터치 전극에 동기화된 스캔 신호를 인가함으로써, 터치 입력의 좌표와 터치 입력의 세기를 모두 측정할 수 있는 셀프 커패시턴스 방식의 터치 스크린 및 이를 채용한 터치 스크린 일체형 표시 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 셀프 커패시턴스 방식의 터치 스크린은 제1 터치 전극, 제2 터치 전극 및 터치 컨트롤러를 포함한다. 제2 터치 전극은 절연 공간을 사이에 두고 제1 터치 전극과 상이한 평면에 배치된다. 터치 컨트롤러는 제1 터치 전극 및 제2 터치 전극에 동일한 타이밍 간격으로 동일한 값을 갖는 제1 터치 스캔 신호 및 제2 터치 스캔 신호를 각각 제공하도록 구성된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 셀프 커패시턴스 방식의 터치 스크린은 제1 터치 전극 및 제2 터치 전극에 서로 동기화된 제1 터치 스캔 신호 및 제2 터치 스캔 신호를 제공함으로써, 셀프 커패시턴스 방식으로 터치 입력이 좌표와 터치 입력의 세기를 모두 센싱할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 터치 컨트롤러는 터치 좌표 센싱부 및 터치 세기 센싱부를 포함한다. 터치 좌표 센싱부는 제1 터치 전극과 연결되고, 터치 입력이 인가되는 경우 터치 입력이 인가된 지점에서 변화되는 제1 터치 전극의 셀프 커패시턴스에 기초하여 터치 입력의 좌표를 센싱하도록 구성된다. 터치 세기 센싱부는 제2 터치 전극과 연결되고, 터치 입력이 인가되는 경우 상기 절연 공간이 감소됨으로써 발생되는 상기 제2 터치 전극과 상기 제1 터치 전극 사이의 커패시턴스 변화에 기초하여 터치 입력의 세기를 센싱하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 터치 좌표 센싱부는 제1 터치 전극이 충전되어 제1 터치 전압으로 유지되는 제1 유지 시간에 기초하여 터치 입력의 좌표를 센싱하도록 구성되고, 터치 세기 센싱부는 제2 터치 전극이 충전되어 제2 터치 전압으로 유지되는 제2 유지 시간에 기초하여 터치 입력의 세기를 센싱하도록 구성되며, 제2 유지 시간은 상기 절연 공간이 감소할수록 길어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 터치 컨트롤러는 터치 구동 전류를 생성하는 구동 전류 생성부, 터치 클럭 신호에 기초하여 턴-온되고 터치 구동 전류를 제1 타이밍 간격으로 제1 터치 전극에 전달하도록 구성된 제1 스위치 및 터치 클럭 신호에 기초하여 턴-온되고, 터치 구동 전류를 제1 타이밍 간격과 동일한 제2 타이밍 간격으로 제2 터치 전극에 전달하도록 구성된 제2 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 일체형 표시 장치는 표시 패널, 제2 터치 전극 및 터치 컨트롤러를 포함한다. 표시 패널은 복수의 제1 터치 전극이 내장된다. 제2 터치 전극은 표시 패널 하부에 배치되고, 복수의 제1 터치 전극과 절연 공간을 사이에 두고 이격된다. 터치 컨트롤러는 복수의 제1 터치 전극에 제1 터치 스캔 신호를 제공하고, 제2 터치 전극에 제1 터치 스캔 신호와 동일한 펄스를 갖는 제2 터치 스캔 신호를 제공하도록 구성된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 제2 터치 전극은 복수의 제2 패턴 전극을 포함하고, 복수의 제2 패턴 전극 각각은 복수의 제1 터치 전극 중 적어도 하나의 제1 터치 전극과 중첩하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 표시 패널 하부에 배치된 백라이트 유닛을 더 포함하고, 제2 터치 전극은 백라이트 유닛에 내장된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 백라이트 유닛은 도광판 및 광학 시트를 수납하는 패널 가이드를 포함하고, 제2 터치 전극은 패널 가이드의 일면에 배치되고, 절연 공간은 광학 시트와 표시 패널 사이 또는 도광판과 패널 가이드의 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 표시 패널은 데이터 배선, 스캔 배선 및 공통 배선을 포함하고, 표시 패널에 화상이 표시되는 디스플레이 구간 동안 데이터 배선, 스캔 배선 및 공통 배선에는 데이터 신호, 스캔 신호 및 공통 전압이 각각 인가되도록 구성되고, 터치 센싱 구간 동안 데이터 배선, 스캔 배선 및 공통 배선에는 제1 터치 스캔 신호와 동일한 펄스를 갖는 터치 데이터 신호, 터치 스캔 신호 및 터치 공통 신호가 각각 인가되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 터치 스크린 일체형 표시 장치는 표시 패널에 영상 신호를 제공하도록 구성된 인쇄 회로 기판, 복수의 제1 터치 전극과 연결된 제1 플렉서블 인쇄 회로 기판 및 제2 터치 전극과 연결된 제2 플렉서블 인쇄 회로 기판을 더 포함하고, 터치 컨트롤러는 인쇄 회로 기판 상에 배치되고, 제1 플렉서블 인쇄 회로 기판 및 제2 플렉서블 인쇄 회로 기판은 터치 컨트롤러와 연결된 것을 특징으로 한다.

기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명은 터치 입력의 좌표를 센싱하기 위한 제1 터치 전극 및 터치 입력의 세기를 센싱하기 위한 제2 터치 전극에 동일한 파형의 제1 터치 스캔 신호 및 제2 터치 스캔 신호를 인가함으로써, 셀프 커패시턴스 방식으로 터치 입력의 좌표와 터치 입력의 세기를 모두 센싱할 수 있는 이점이 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 일체형 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명이 일 실시예에 따른 터치 스크린을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1의 III-III'에 따른 터치 스크린 일체형 표시 장치의 개략적인 단면도들이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린의 개략적인 등가 회로도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린의 스캔 신호에 대한 파형도이다.
도 5a는 약한 터치 입력이 인가되었을 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린의 개략적인 등가 회로도이다.
도 5b는 약한 터치 입력이 인가되었을 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린의 스캔 신호에 대한 파형도이다.
도 6a는 강한 터치 입력이 인가되었을 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린의 개략적인 등가 회로도이다.
도 6b는 강한 터치 입력이 인가되었을 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린의 스캔 신호에 대한 파형도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시에에 따른 터치 스크린 일체형 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 스크린 일체형 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.

소자 또는 층이 다른 소자 또는 층 '위 (on)'로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 일체형 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 분해 사시도이다. 도 1에서는 터치 스크린 일체형 표시 장치(100)로서 액정 표시 장치가 도시되어 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 일체형 표시 장치(100)가 액정 표시 장치로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 일체형 표시 장치(100)는 유기 발광 표시 장치로 구현될 수도 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 일체형 표시 장치(100)는 백라이트 유닛(110), 및 표시 패널(120)을 포함한다.

표시 패널(120)은 표시 장치(100)의 화상을 구현하기 위한 패널이며, 하부 기판(121), 터치 전극(122), 액정(123) 및 상부 기판(124)을 포함한다. 표시 패널(120)은 백라이트 유닛(110)으로부터 방출되는 빛의 투과율을 조정함으로써 화상을 표시한다.

하부 기판(121)은 표시 패널(120)을 구성하는 여러 구성 요소들을 지지하기 위한 기판으로써, 하부 기판(121) 상에는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT), 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결된 화소 전극 및 화소 전극에 대향하는 공통 전극이 배치된다. 이에, 하부 기판(121)은 박막 트랜지스터 기판으로 지칭될 수 있다. 박막 트랜지스터는 배선을 통해 전달되는 구동 신호에 기초하여 화소 전극 및 공통 전극 사이에 전기장(electric field)을 형성시킨다.

상부 기판(124)은 하부 기판(121)에 대향한다. 상부 기판(124)은 컬러 필터층을 지지하기 위한 기판으로써, 컬러 필터 기판으로 지칭될 수 있다. 컬러 필터층은 특정 파장의 빛을 선택적으로 투과시킨다. 컬러 필터층을 통해 풀 컬러(full color)의 화상이 표시된다.

액정(123)은 상부 기판(124) 및 하부 기판(121) 사이에 배치된다. 액정(123)은 일정한 방향으로 배열되어 있으며, 액정(123)의 배열은 화소 전극 및 공통 전극 사이의 전기장에 기초하여 변경될 수 있다. 액정(123)의 배열이 변경됨에 따라 백라이트 유닛(110)에서 방출된 빛의 투과율이 제어될 수 있으며, 이를 통해 화상이 구현된다.

복수의 제1 터치 전극(122)은 상부 기판(124) 및 하부 기판(121) 사이에 배치된다. 복수의 제1 터치 전극(122)은 표시 패널(120)의 시인성을 감소시키지 않도록 투과율이 우수한 도전성 물질로 형성된다. 예를 들어, 복수의 제1 터치 전극(122)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide) 등과 같은 투명 도전성 산화물(transparent conductive oxide: TCO)로 이루어질 수 있다.

터치 스크린 일체형 표시 장치(100)에서 복수의 제1 터치 전극(122)은 화소 전극 또는 공통 전극으로 기능한다. 즉, 표시 패널(120)에 화상을 표시하기 위한 디스플레이 구간 동안 복수의 제1 터치 전극(122)에는 소정의 전압이 인가되어 복수의 제1 터치 전극(122)에 의해 액정(123)의 배열이 변경된다. 또한, 터치 입력을 센싱하기 위한 터치 센싱 구간 동안 복수의 제1 터치 전극(122)에는 터치 스캔 신호가 인가되어, 터치 입력의 좌표가 센싱된다. 복수의 제1 터치 전극(122)을 이용하여 터치 입력의 좌표를 센싱하는 방법은 도 4a 내지 도 5b를 참조하여 후술한다.

한편, 하부 기판(121)의 일면에 제1 플렉서블 인쇄 회로 기판(Flexible Printed circuit board; FPCB)(141)이 배치된다. 제1 플렉서블 인쇄 회로 기판(141)은 복수의 제1 터치 전극(122)과 전기적으로 연결되며, 복수의 제1 터치 전극(122)에 제1 터치 스캔 신호를 전달한다.

백라이트 유닛(110)은 빛을 표시 패널(120)로 방출한다. 백라이트 유닛(110)은 광원부(116), 도광판(114), 광학 시트(115), 제2 터치 전극(113) 및 가이드 패널(111)을 포함한다.

광원부(116)는 광을 발생시키며, 광원 및 광원을 구동시키는 구동 회로를 포함할 수 있다. 도 1에는 엣지형 광원부(116)가 도시되어 있지만, 광원부(116)는 직하형으로 배치되어 광을 발생시킬 수 있다.

도광판(114)은 광원부(116)에서 방출된 광을 확산 또는 집광하여 표시 패널(120)의 하부 기판(121) 쪽으로 진행시킨다. 도광판(114)은 도 1에 도시된 바와 같이 평판 형태일 수도 있고, 쐐기 형태일 수도 있다.

광학 시트(115)는 도광판(114) 상에 배치되며, 광원부(116)로부터 발생된 광의 휘도 특성을 향상시킨다. 광학 시트(115)는 확산 시트 및 프리즘 시트를 포함하는 복수의 시트들로 구성될 수 있다.

제2 터치 전극(113)은 도광판(114) 하부에 배치되며, 제1 터치 전극(122)과 중첩한다. 예를 들어, 제2 터치 전극(113)은 복수의 제1 터치 전극(122)이 배치되는 영역을 커버한다.

제2 터치 전극(113)은 도전성 물질로 이루어진다. 예를 들어, 제2 터치 전극(113)은 반사율이 우수한 금속으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 도광판(114) 하부의 제2 터치 전극(113)은 반사층으로서의 기능을 수행할 수 있으며, 광원부(116)에 발생된 광의 일부를 반사하여 도광판(114)으로 입사시킬 수 있다.

제2 터치 전극(113)은 터치 입력의 세기를 센싱하기 위한 전극이며, 터치 입력의 세기를 센싱하는 방법은 도 3a 내지 도 3b를 참조하여 후술한다.

베이스 기판(112)은 제2 터치 전극(113)을 지지하기 위한 기판이다. 베이스 기판(112) 상에는 제2 플렉서블 인쇄 회로 기판(142)이 배치된다. 제2 플렉서블 인쇄 회로 기판(142)은 제2 터치 전극(113)과 전기적으로 연결되며, 제2 터치 전극(113)에 제2 터치 스캔 신호를 전달한다.

패널 가이드(111)는 광학 시트(115), 도광판(114), 제2 터치 전극(113) 및 광원부(116)를 수납하며, 백라이트 유닛(110)의 외관을 형성한다. 패널 가이드(111)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상면이 개방(open)된 박스(box) 형상이며, 패널 가이드(111) 내부에 제2 터치 전극(113), 도광판(114) 및 광학 시트(115)가 수납된다.

접착 부재(130)는 백라이트 유닛(110)과 표시 패널(120)을 접착한다. 접착 부재(130)는 백라이트 유닛(110)에서 방출된 광을 차단하지 않도록 패널 가이드(111)의 테두리를 따라 링(ring) 형상으로 배치되며, 패널 가이드(111)를 표시 패널(120)에 접착한다. 접착 부재(130)는 백라이트 유닛(110)에서 방출된 광이 세어나가지 않도록 광 흡수율이 높은 물질로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 일체형 표시 장치(100)는 터치 입력의 좌표를 센싱하기 위한 복수의 제1 터치 전극(122)이 표시 패널(120)에 내장되며, 터치 입력의 세기를 센싱하기 위한 제2 터치 전극(113)이 백라이트 유닛(110)에 내장된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린에 대해 보다 상세히 설명하기 위해 도 2 내지 도 3b를 참조한다.

도 2는 본 발명이 일 실시예에 따른 터치 스크린을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다. 도 3a 및 도 3b는 도 1의 III-III'에 따른 터치 스크린 일체형 표시 장치의 개략적인 단면도들이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린은 복수의 제1 터치 전극(122) 제2 터치 전극(113) 및 터치 컨트롤러(160)를 포함한다.

복수의 제1 터치 전극(122)은 서로 이격되어 하부 기판(121)의 일면에 배치된다. 복수의 제1 터치 전극(122)은 터치 입력의 좌표를 센싱하기 위한 터치 셀(cell)로 기능한다. 예를 들어, 복수의 제1 터치 전극(122)은 도 2에 도시된 바와 같이, 매트릭스 형태로 배치되고, 터치 입력이 인가된 부분의 제1 터치 전극(122)의 위치를 검출함으로써, 터치 입력의 x좌표 및 y좌표가 센싱될 수 있다.

복수의 제1 터치 전극(122)은 제1 터치 배선(151)을 통해 제1 플렉서블 인쇄 회로 기판(141)과 전기적으로 연결된다. 제1 터치 배선(151)은 복수의 제1 터치 전극(122)을 각각 제1 플렉서블 인쇄 회로 기판(141)과 연결시킨다. 이에, 제1 플렉서블 인쇄 회로 기판(141)을 통해 제공되는 제1 터치 스캔 신호는 복수의 제1 터치 전극(122) 각각에 전달될 수 있다.

제2 터치 전극(113)은 복수의 제1 터치 전극(122)이 배치되는 영역을 모두 커버하도록 하나의 전극으로 이루어진다. 예를 들어, 제2 터치 전극(113)은 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 터치 전극(122)과 모두 중첩하도록 제2 터치 전극(113)의 외곽은 복수의 제1 터치 전극(122)을 둘러싼다.

터치 컨트롤러(160)는 복수의 제1 터치 전극(122)에 제1 터치 스캔 신호를 제공하고, 제2 터치 전극(113)에 제2 터치 스캔 신호를 제공한다. 예를 들어, 터치 컨트롤러(160)는 터치 입력의 좌표를 센싱하도록 복수의 제1 터치 전극(122)에 순차적으로 제1 터치 스캔 신호를 제공하고, 터치 입력의 세기를 센싱하도록 제1 터치 스캔 신호와 동일한 타이밍에 제2 터치 스캔 신호를 제2 터치 전극(113)에 제공한다. 터치 컨트롤러(160)의 세부적인 구성 및 동작에 대해서는 도 4a 내지 도 6b를 참조하여 후술한다.

터치 컨트롤러(160)는 터치 스크린 일체형 표시 장치(100)의 인쇄 회로 기판(170)에 배치된다. 인쇄 회로 기판(170)은 표시 패널(120)에 영상 신호를 제공하기 위한 기판으로서, 터치 컨트롤러(160) 이외에도 다양한 구성 요소들이 배치될 수 있다. 이 경우, 인쇄 회로 기판(170)은 백라이트 유닛(110)의 하부에 배치될 수 있고, 제1 플렉서블 인쇄 회로 기판(141) 및 제2 플렉서블 인쇄 회로 기판(142)을 통해 터치 컨트롤러(160)와 제1 터치 전극(122) 및 제2 터치 전극(113)이 연결될 수 있다.

도 3a를 참조하면, 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113)은 서로 중첩하며, 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113)은 절연 공간(AG1, AG2)을 사이에 두고 서로 상이한 평면 상에 배치된다. 절연 공간(AG1, AG2)은 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이에서 변형 가능한 공간을 의미한다.

앞서 언급한 바와 같이, 백라이트 유닛(110)과 표시 패널(120)은 접착 부재(130)를 통해 접착되며, 접착 부재(130)는 패널 가이드(111)의 테두리를 따라 링 형상으로 배치되므로, 접착 부재(130)의 두께만큼 하부 기판(121)과 광학 시트(115) 사이에는 빈 공간(air gap)이 발생된다. 즉, 제1 절연 공간(AG1)은 하부 기판(121)과 광학 시트(115) 사이에서 접착 부재(130)에 의해 형성된다.

한편, 제2 터치 전극(113)과 도광판(114) 사이에 의도적으로 빈 공간이 형성될 수 있으며, 제2 터치 전극(113)과 도광판(114) 사이에 제2 절연 공간(AG2)이 정의된다. 제2 절연 공간(AG2)은 터치 입력의 세기를 세밀하게 센싱할 수 있도록 제2 터치 전극(113)과 제1 터치 전극(122) 사이에 의도적으로 형성된 공간을 의미한다. 즉, 터치 입력의 세기는 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이의 절연 공간(AG1, AG2)이 변화됨으로써 유발되는 제2 터치 전극(113)의 셀프 커패시턴스 변화에 기초하여 센싱된다. 따라서, 터치 입력의 세기를 정확하게 센싱하기 위해서는 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이의 절연 공간(AG1, AG2)의 변화폭을 충분히 확보할 필요가 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 일체형 표시 장치(100)에서 제2 터치 전극(113)과 도광판(114)은 의도적으로 이격되므로, 제2 터치 전극(113)과 도광판(114) 사이에 제1 절연 공간(AG1)이외에 제2 절연 공간(AG2)이 추가로 확보되고, 이로 인해, 제2 터치 전극(113)의 셀프 커패시턴스 변화폭이 충분히 확보될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린은 제1 터치 전극(122)의 셀프 커패시턴스를 이용하여 터치 입력의 좌표를 센싱하며, 제2 터치 전극(113)의 셀프 커패시턴스를 이용하여 터치 입력의 세기를 센싱한다. 특히, 제2 터치 전극(113)의 셀프 커패시턴스는 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이의 절연 공간(AG1, AG2)의 간격에 따라 변화될 수 있다.

구체적으로, 도 3a에 도시된 바와 같이, 약한 터치 입력이 인가된 경우, 손가락과 제1 터치 전극(122) 사이에 커패시턴스(C_F)가 형성되므로, 제1 터치 전극(122)의 셀프 커패시턴스는 변화될 수 있다. 그러나, 제2 터치 전극(113)과 손가락 사이의 거리는 커패시턴스를 형성할 정도로 가깝지 않으므로, 제2 터치 전극(113)의 셀프 커패시턴스는 변화되지 않을 수 있다. 또한, 약한 터치 입력이 인가되는 경우, 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이의 절연 공간(AG1, AG2)의 변화가 거의 발생되지 않을 수 있으므로, 제1 터치 전극(122)에 의한 제2 터치 전극(113)의 셀프 커패시턴스는 변화되지 않을 수 있다.

도 3b를 참조하면, 강한 터치 입력이 인가된 경우, 손가락과 제1 터치 전극(122) 사이에 커패시턴스(C_F)가 형성되므로, 제1 터치 전극(122)의 셀프 커패시턴스는 변화된다. 즉, 제1 터치 전극(122)의 셀프 커패시턴스는 약한 터치 입력이 인가된 경우와 마찬가지로 변화된다. 이 경우, 손가락과 제1 터치 전극(122) 사이의 간격은 미세하게 감소될 수 있으나, 제1 터치 전극(122)과 손가락 사이의 간격은 매우 작으므로, 손가락과 제1 터치 전극(122) 사이 간격 변화로 인한 제1 터치 전극(122)의 셀프 커패시턴스 변화는 매우 작을 수 있다.

반면, 강한 터치 입력에 의해 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이의 절연 공간(AG1', AG2')은 감소될 수 있다. 즉, 강한 터치 입력에 의해 표시 패널(120)이 압축되면서 하부 기판(121)과 광학 시트(115) 사이의 제1 절연 공간(AG1)은 압축된다. 만약, 접착 부재(130)의 두께가 충분히 얇다면, 하부 기판(121)은 광학 시트(115)와 접촉될 수 있고, 하부 기판(121)을 통해 전달된 하중으로 광학 시트(115) 및 도광판(114)이 압축될 수 있다. 광학 시트(115) 및 도광판(114)이 압축됨에 따라 제2 절연 공간(AG2)이 압축되며, 이로 인해, 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이의 간격은 감소될 수 있다.

커패시턴스는 마주보는 두 전극 사이의 거리에 반비례하므로, 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이의 간격이 감소됨에 따라 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이의 커패시턴스(C_Z')는 증가한다. 따라서, 제2 터치 전극(113)의 셀프 커패시턴스는 변화된다.

앞서 언급한 바와 같이, 터치 입력에 의해 제1 터치 전극(122)의 셀프 커패시턴스가 변화되고, 강한 터치 입력에 의해 제2 터치 전극(113)의 셀프 커패시턴스가 변화된다. 이 경우, 제1 터치 전극(122)에 전하가 충전(charging)되기까지 소요되는 시간과 제2 터치 전극(113)에 전하가 충전되기까지 소요되는 시간은 변화될 수 있다. 터치 컨트롤러(160)는 제1 터치 전극(122)의 전하 충전 시간에 기초하여 터치 입력의 좌표를 센싱하고, 제2 터치 전극(113)의 전하 충전 시간에 기초하여 터치 입력의 세기를 센싱한다. 터치 컨트롤러(160)의 세부적인 동작을 설명하기 위해 도 4a 내지 도 6b를 참조한다.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린의 개략적인 등가 회로도이다. 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린의 스캔 신호에 대한 파형도이다.

도 4a를 참조하면, 터치 컨트롤러(160)는 제1 터치 송수신부(161), 제2 터치 송수신부(162), 제1 스위치(166), 제2 스위치(167), 제1 구동 전류 생성부(164), 제2 구동 전류 생성부(165), 터치 좌표 센싱부(163a) 및 터치 세기 센싱부(163b)를 포함한다.

제1 구동 전류 생성부(164) 및 제1 스위치(164)는 복수의 제1 터치 전극(122)에 제1 터치 스캔 신호를 제공하도록 구성된 엘리먼트들이다. 제1 구동 전류 생성부(164)는 직류 형태의 터치 구동 전류를 생성한다. 제1 스위치(164)는 터치 클럭 신호(V_TC)에 기초하여 턴-온되며, 터치 구동 전류를 펄스 형태의 제1 터치 스캔 신호로 전환하여 복수의 제1 터치 전극(122)에 전달한다.

도 4b를 참조하면, 터치 클럭 신호(V_TC)는 소정의 제1 타이밍 간격으로 하이 레벨과 로우 레벨이 교번하여 인가되는 전압 신호이다. 따라서, 제1 스위치(164)는 제1 타이밍 간격으로 턴-온되고, 제1 스위치(164)가 턴-온된 시간 동안 제1 터치 전극(122)에는 직류의 터치 구동 전류가 인가된다. 따라서, 제1 터치 전극(122)에는 제1 스위치(164)가 턴-온된 시간 동안 하이 레벨을 가지고, 제1 스위치(164)가 턴-오프된 시간 동안 로우 레벨을 갖는 펄스 전류 신호(즉, 제1 터치 스캔 신호)가 인가된다.

제1 타이밍 간격으로 제공되는 제1 터치 스캔 신호에 기초하여 제1 터치 전극(122)에는 전하가 충전된다. 제1 터치 전극(122)이 충전됨에 따라 제1 터치 전극(122)의 전압(V_x)은 상승되고, 제1 터치 전극(122)의 충전이 완료된 경우, 제1 유지 시간(T_a) 동안 제1 터치 전극(122)의 전압(V_x)은 일정한 제1 터치 전압으로 유지된다. 이후, 제1 스위치(164)가 턴-오프됨에 따라 로우 레벨의 제1 터치 스캔 신호가 인가되고, 제1 터치 전극(122)은 방전(discharging)된다.

제1 터치 송수신기(161)는 제1 터치 전극(122)의 전압(V_X)을 수신하고, 제1 터치 전극(122)이 충전되는 동안 로우 레벨을 가지며, 제1 터치 전극(122)의 충전이 완료되어 제1 터치 전극(122)의 전압(V_X)이 제1 터치 전압으로 유지되는 동안 하이 레벨을 갖는 제1 터치 신호(V_a)를 출력한다. 즉, 제1 터치 신호(V_a)는 제1 터치 전극(122)의 충전이 완료되어 제1 터치 전극(122)이 방전되기 까지의 제1 유지 시간(T_a) 동안 하이 레벨을 갖는다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 제1 터치 신호(V_a)는 터치 좌표 센싱부(163a)로 전달된다. 터치 좌표 센싱부(163a)는 제1 터치 신호(V_a)의 제1 유지 시간(T_a)을 기준 값으로 저장한다. 즉, 터치 좌표 센싱부(163a)는 터치 입력이 인가되지 않은 상태의 제1 유지 시간(T_a)을 기준 값으로 저장한다.

한편, 제1 터치 전극(122)은 주변의 신호 배선들과 기생 커패시턴스를 형성할 수 있다. 예를 들어, 제1 터치 전극(122)의 주변에 배치된 데이터 배선에 의해 데이터 기생 커패시턴스(C_pd)가 발생될 수 있으며, 제1 터치 전극(122)의 주변에 배치된 스캔 배선에 의해 스캔 기생 커패시턴스(C_pg)가 발생될 수 있다. 또한 제1 터치 전극(122)의 주변에 배치된 공통 배선에 의해 공통 기생 커패시턴스(C_ps)가 발생될 수 있다. 이러한 기생 커패시턴스는 터치 입력을 센싱하는 과정에서 큰 부하(load)로 작용하며 터치 입력 센싱의 정확도를 떨어뜨리거나 터치 센싱 자체를 불가능하게 하기도 한다. 특히, 고해상도 표시 장치의 경우, 화소의 크기가 매우 작으므로 제1 터치 전극(122)에 기생 커패시턴스는 더욱 증가할 수 있고, 터치 센싱에 큰 문제를 야기할 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 표시 구동부(180)는 데이터 배선, 스캔 배선 및 공통 배선에 제1 터치 스캔 신호와 동일한 파형의 터치 데이터 신호, 터치 스캔 신호 및 터치 공통 신호를 인가한다. 터치 데이터 신호, 터치 스캔 신호 및 터치 공통 신호는 제1 터치 스캔 신호와 동일한 타이밍 간격으로 제공되는 동일한 하이 레벨을 갖는 신호이다. 이 경우, 제1 터치 전극(122)과 데이터 배선 사이에는 동일한 전압이 동일한 타이밍에 인가되므로, 기생 커패시터 양단의 전압은 동일하게 유지된다. 따라서, 데이터 기생 커패시턴스(C_pd)는 터치 입력 센싱에 영향을 미치지 않게되며, 터치 입력을 센싱하는데 발생되는 부하는 감소될 수 있다. 또한, 데이터 기생 커패시턴스(C_pd)가 감소되는 원리와 동일한 원리에 의해 스캔 기생 커패시턴스(C_pg) 및 공통 기생 커패시턴스(C_ps)에 의한 부하는 감소될 수 있다.

또한, 제2 스위치(167) 및 제2 구동 전류 생성부(165)에 의해 제2 터치 전극(113)에는 제1 터치 스캔 신호와 동일한 펄스를 갖는 제2 터치 스캔 신호가 제공될 수 있다. 즉, 제2 터치 스캔 신호는 제1 터치 스캔 신호와 동일한 타이밍 간격으로 제공되는 동일한 값을 갖는 신호를 의미한다.

몇몇 실시예들에 의하면, 제1 구동 전류 생성부(164) 및 제2 구동 전류 생성부(165) 하나의 구동 전류 생성부로 구성될 있으며, 제1 스위치(164) 및 제2 스위치(165)는 하나의 구동 전류 생성부와 연결된 하나의 스위치로 구현될 수 있다. 이 경우, 하나의 구동 전류 생성부와 하나의 스위치로부터 발생된 터치 스캔 신호가 제1 플렉서블 인쇄 회로 기판을 통해 제1 터치 전극(122)으로 전달되고, 제2 플렉서블 인쇄 회로 기판을 통해 제2 터치 전극(113)으로 전달될 수 있다.

제2 터치 스캔 신호에 기초하여 제2 터치 전극(113)은 충전되며, 제2 터치 송수신부(162)는 제2 터치 전극(113)의 전압(V_Z)을 수신하여 제2 터치 신호(V_c)를 출력한다. 제2 터치 신호(V_c)는 제2 터치 전극(113)이 충전되는 동안 로우 레벨을 가지며, 제2 터치 전극(113)의 충전이 완료되어 제1 터치 전극(113)의 전압(V_X)이 유지되는 제2 유지 시간(T_c) 동안 하이 레벨을 갖는다.

터치 세기 센싱부(163b)는 제2 터치 신호(V_c)의 제2 유지 시간(T_b)을 기준 값으로 저장한다. 즉, 터치 세기 센싱부(163b)는 터치 입력이 인가되지 않은 상태의 제2 유지 시간(T_b)을 기준 값으로 저장한다.

몇몇 실시예들에 따르면, 터치 좌표 센싱부(163a)와 터치 세기 센싱부(163b)는 하나의 모듈로 구성될 수 있다. 예를 들어, 터치 좌표 센싱부(163a)와 터치 세기 센싱부(163b)는 하나의 마이크로 컨트롤러 유닛(Micro Controller Unit; MCU) (163)으로 구성될 수 있다.

한편, 제2 터치 전극(113)에는 제1 터치 전극(122)에 제공되는 제1 터치 스캔 신호와 동일한 파형의 제2 터치 스캔 신호가 제공되므로, 제1 터치 전극(122)을 센싱하는 과정에서 제2 터치 전극(113)에 의한 부하는 최소화될 수 있다. 즉, 제1 터치 전극(122)을 중심으로 제2 터치 전극(113)에 의한 커패시턴스(C_Z)는 인식되지 않으며, 제1 터치 전극(122)의 셀프 커패시턴스가 안정적으로 센싱될 수 있다.

또한, 제2 터치 전극(113)을 기준으로 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이의 커패시턴스(C_Z)는 감지되지 않을 수 있다. 즉, 제2 터치 전극(113)에는 제1 터치 스캔 신호와 동일한 파형의 제2 터치 스캔 신호가 인가되므로, 터치 입력이 인가되지 않은 경우, 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이의 전위차는 발생되지 않으며, 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이의 커패시턴스(C_Z)는 감지되지 않는다.

도 5a는 약한 터치 입력이 인가되었을 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린의 개략적인 등가 회로도이다. 도 5b는 약한 터치 입력이 인가되었을 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린의 스캔 신호에 대한 파형도이다.

도 5a를 참조하면, 약한 터치 입력이 인가된 경우, 제1 터치 전극(122)과 손가락 사이에 커패시턴스(C_F)가 형성된다. 이에, 제1 터치 전극(122)에 전하가 충전되는 시간은 길어지게 된다. 즉, 터치 입력이 인가되는 경우, 제1 터치 전극(122)의 셀프 커패시턴스는 증가하고, 셀프 커패시턴스가 증가된 만큼 제1 터치 전극(122)이 충전되는데 걸리는 시간이 증가된다.

도 5b를 참조하면, 제1 터치 전극(122)의 셀프 커패시턴스가 증가되므로, 제1 터치 송수신부(161)를 통해 출력되는 제1 터치 신호(V_a)의 제1 유지 시간(T_a')은 줄어든다. 즉, 제1 터치 전극(122)의 셀프 커패시턴스가 증가됨에 따라 제1 터치 전극(122)이 충전되는데 필요한 시간은 길어지고, 제1 터치 전극(122)의 충전이 완료되어 제1 터치 전극(122)의 전압(V_X)이 제1 터치 전압으로 유지되는 제1 유지 시간(T_a')은 그만큼 감소된다.

터치 좌표 센싱부(163a)은 제1 터치 신호(V_a)의 제1 유지 시간(T_a')의 변화를 센싱하여 터치 입력이 인가된 지점의 좌표를 검출한다. 즉, 터치 좌표 센싱부(163a)는 제1 터치 송수신부(161)로부터 복수의 제1 터치 전극(122) 각각의 제1 터치 신호(V_a)를 순차적으로 수신하고, 제1 터치 신호(V_a)의 제1 유지 시간(T_a')을 이전에 저장한 제1 유지 시간(T_a)과 비교하여 터치 입력이 인가된 지점을 검출한다.

반면, 도 5a에 도시된 바와 같이, 제2 터치 전극(113)과 손가락 사이의 거리는 충분히 크기 때문에 손가락으로 인한 제2 터치 전극(113)의 셀프 커패시턴스 변화는 거의 발생되지 않는다. 따라서, 제2 터치 전극(113)의 전압(V_Z)은 터치가 인가되지 않은 경우와 비교하여 거의 동일한 수준으로 유지될 수 있다. 따라서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 제2 터치 수신부(162)를 통해 출력되는 제2 터치 신호(V_c)의 제2 유지 시간(T_c)은 실질적으로 동일하게 유지될 수 있다.

한편, 제1 터치 전극(122)에 터치 입력이 인가됨에 따라 제1 터치 전극(122)의 전압(V_X)이 변하게 된다. 이 경우, 제2 터치 전극(113)을 중심으로 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이의 커패시턴스(C_Z)의 변화는 미세하게 감지될 수 있다. 즉, 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113)에는 동일한 파형의 터치 스캔 신호가 인가되므로, 터치 입력이 인가되기 전에는 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이의 전위차는 발생되지 않는다. 이에, 제2 터치 전극(113)을 기준으로 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이의 커패시턴스(C_Z)는 감지되지 않을 수 있다. 그러나, 터치 입력이 제1 터치 전극(122) 에 인가되는 경우, 제1 터치 전극(122)과 손가락 사이 커패시턴스(C_F)가 발생되고, 제1 터치 전극(122)의 전압(V_X)은 변하게된다. 이 경우, 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이에는 전위차가 발생하게 되며, 제2 터치 전극(113)을 기준으로 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이의 커패시턴스(C_Z)는 감지될 수 있다. 즉, 제2 터치 전극(113)의 전압(V_Z)이 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이의 커패시턴스(C_Z)에 의해 변하게되고, 제2 터치 전극(113)의 전압(V_Z) 변화는 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이의 커패시턴스(C_Z)가 커짐에 따라 크게 변하게된다. 따라서, 제2 터치 수신부(162)를 통해 출력되는 제2 터치 신호(V_c)의 제2 유지 시간(T_c)도 이와 관련되어 변하게된다.

약한 터치 입력이 인가된 경우, 도 3a에 도시된 바와 같이, 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이의 절연 공간(AG1, AG2)의 변형이 거의 없으므로, 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이의 간격은 실질적으로 동일하게 유지되며, 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이의 커패시턴스(C_Z)는 실질적으로 동일하게 유지될 수 있다. 이에, 제2 터치 신호(V_c)의 제2 유지 시간(T_c)은 터치 입력이 인가되기 전과 비교하여 실질적으로 동일한 수준으로 유지될 수 있다.

도 6a는 강한 터치 입력이 인가되었을 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린의 개략적인 등가 회로도이다. 도 6b는 강한 터치 입력이 인가되었을 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린의 스캔 신호에 대한 파형도이다.

도 6a를 참조하면, 강한 터치 입력이 인가된 경우, 도 5a에서와 동일하게 손가락과 제1 터치 전극(122) 사이의 커패시턴스(C_F)가 발생된다. 앞서 언급한 바와 같이, 터치 스크린 일체형 표시 장치(100)에서 제1 터치 전극(122)과 손가락 사이의 거리는 매우 가까우므로, 강한 터치 입력이 인가되더라도 제1 터치 전극(122)과 손가락 사이의 거리는 거의 동일하게 유지된다. 따라서, 제1 터치 송수신부(161)를 통해 출력되는 제1 터치 신호(V_a)의 제1 유지 시간(T_a')은 약한 터치 입력이 인가된 경우의 제1 유지 시간(T_a')과 실질적으로 동일한 수준으로 유지된다.

한편, 강한 터치 입력이 인가된 경우, 도 3b에 도시된 바와 같이, 강한 터치 입력에 의해 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이의 절연 공간(AG1, AG2)은 감소된다. 즉, 강한 터치 입력에 의해 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이의 간격은 감소된다. 따라서, 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이의 커패시턴스(C_Z')가 변화되며, 이에 따라 제2 터치 전극(113)이 충전되는데 필요한 시간이 증가된다. 즉, 강한 터치 입력에 의해 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이의 간격이 변화되고, 제2 터치 전극(113)의 셀프 커패시턴스는 변하게된다.

도 6b를 참조하면, 제2 터치 전극(113)의 셀프 커패시턴스가 변하게됨에 따라 제2 터치 송수신부(162)를 통해 출력된 제2 터치 신호(V_c)의 제2 유지 시간(T_c')이 변하게 된다. 즉, 터치 입력이 인가됨에 따라 제1 터치 전극(122)의 전압(V_X)이 변하게되고, 제2 터치 전극(113)을 기준으로 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이의 커패시턴스(C_Z)가 감지되게 된다. 강한 터치 입력이 인가된 경우, 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이의 간격이 줄어들면서 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이의 커패시턴스(C_Z)는 더욱 증가되고, 제2 터치 전극(113)의 셀프 커패시턴스는 증가된다.

제2 터치 전극(113)의 셀프 커패시턴스가 증가됨에 따라 제2 터치 송수신부(162)를 통해 출력된 제2 터치 신호(V_c)의 제2 유지 시간(T_c')이 줄어들게 되고, 터치 세기 센싱부(163b)는 제2 유지 시간(T_c')을 터치 입력이 인가되지 않은 경우의 제2 유지 시간(T_c)과 비교함으로써, 터치 입력의 세기를 검출한다. 몇몇 실시예들에 따르면, 터치 세기 센싱부(163b)는 터치 입력의 세기 별로 미리 저장된 제2 유지 시간(T_c)의 데이터와 제2 터치 송수신부(162)를 통해 출력된 제2 터치 신호(V_c)의 제2 유지 시간(T_c')을 비교하여 터치 입력의 세기를 바로 센싱할 수 있다. 이 경우, 터치 입력의 세기에 따른 제2 유지 시간(T_c)의 데이터들이 룩 업 테이블(Look Up Table; LUT)형태로 미리 저장될 수 있으며, 터치 세기 센싱부(163b)는 룩 업 테이블에 저장된 제2 유지 시간(T_c) 값들과 수신된 제2 터치 신호(V_c)의 제2 유기 구간(T_c')을 서로 비교함으로써, 터치 입력의 세기를 검출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 일체형 표시 장치(100)는 터치 입력의 좌표를 센싱하기 위한 제1 터치 전극(122) 및 제1 터치 전극(122)과 상이한 평면 상에 배치되고 터치 입력의 세기를 센싱하기 위한 제2 터치 전극(113)을 포함한다. 이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 일체형 표시 장치(100)는 터치 입력의 2차원적인 좌표뿐 아니라 터치 입력의 세기까지 센싱이 가능한 이점이 있다.

특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 일체형 표시 장치(100)는 제1 터치 전극(122) 과 제2 터치 전극(113)에 동일한 타이밍 간격으로 동일한 값을 갖는 제1 터치 스캔 신호 및 제2 터치 스캔 신호를 제공한다. 즉, 제1 터치 전극(122) 및 제2 터치 전극(113)에는 동일한 파형의 터치 스캔 신호가 인가된다. 이에, 터치 스크린 일체형 표시 장치(100)는 셀프 커패시턴스 방식으로 터치 입력의 좌표와 터치 입력의 세기를 정확하게 센싱할 수 있다. 구체적으로, 터치 입력이 인가되기 전 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113)에는 동일한 파형의 터치 스캔 신호가 인가되므로, 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이의 커패시턴스(C_Z)는 터치 센싱에 부하를 주지 않을 수 있으며, 터치 입력이 인가된 경우, 제1 터치 전극(122)의 전압(V_X)이 변화되면서 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이의 커패시턴스(C_Z) 변화가 감지될 수 있다. 강한 터치 입력이 인가되는 경우, 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이의 간격이 감소되면서 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이의 커패시턴스(C_Z) 변화는 증가되고, 터치 세기 센싱부(163b)는 제1 터치 전극(122)과 제2 터치 전극(113) 사이의 커패시턴스 변화(C_Z)를 센싱함으로써, 터치 입력의 세기를 측정한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 일체형 표시 장치(100)는 셀프 커패시턴스 방식으로 정확하고 정밀하게 터치 입력의 세기와 터치 입력의 좌표를 센싱할 수 있는 이점이 있다. 즉, 종래 셀프 커패시턴스 방식의 터치 스크린 일체형 표시 장치의 경우, 손가락과 제1 터치 전극 사이의 간격이 너무 작아 터치 입력의 세기를 측정하기 어려운 단점이 있었으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 일체형 표시 장치(100)는 제2 터치 전극(113)을 사용하여 터치 입력의 세기를 정확하게 측정할 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시에에 따른 터치 스크린 일체형 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다. 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 스크린 일체형 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 스크린 일체형 표시 장치(700)은 복수의 제2 패턴 전극(713)을 구비하는 제2 터치 전극을 포함하는 것을 제외하고는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 일체형 표시 장치(100)와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 중복된 설명은 생략한다.

도 7을 참조하면, 제2 터치 전극은 복수의 제2 패턴 전극(713)을 포함한다. 복수의 제2 패턴 전극(713)은 복수의 제1 터치 전극(122)에 대응되도록 배치된다. 예를 들어, 복수의 제2 패턴 전극(713)은 복수의 제1 터치 전극(122) 중 적어도 하나의 제1 터치 전극(122)과 중첩하도록 배치된다. 도 7 내지 도 8b에는 제1 터치 전극(122)과 1 대 1 대응되도록 배치된 복수의 제2 패턴 전극(713)이 도시되어 있다. 그러나, 제2 패턴 전극(713)의 배치가 이에 한정되는 것은 아미녀, 복수의 제2 패턴 전극(713)은 2개 이상의 제1 터치 전극(122)과 중첩하도록 배치될 수 있다.

제2 패턴 전극(713)은 특정 면적을 갖는다. 구체적으로, 제2 패턴 전극(713)은 제1 터치 전극(122)에 대응되는 면적을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 패턴 전극(713)의 전극면은 5ㅡmm × 5mm의 면적을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 일체형 표시 장치(700)는 제2 터치 전극이 복수의 제2 패턴 전극(713)을 포함하므로, 터치 입력의 세기를 보다 정확하게 센싱할 수 있는 이점이있다.

도 8a 및 도 8b를 참조하면, 터치 입력이 인가됨에 따라 터치 입력이 인가된 지점의 제1 터치 전극(122)과 손가락 사이에 커패시턴스(C_F)가 발생된다. 이 경우, 터치 입력이 인가된 지점의 제1 터치 전극(122)과 중첩하는 제2 패턴 전극(713)에서 제1 터치 전극(122)과 커패시턴스(C_Z)가 발생되며, 터치 입력이 인가되지 않은 지점의 제2 패턴 전극(713)에서는 커패시턴스가 발생되지 않는다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 일체형 표시 장치(700)는 좀더 세부적인 터치 입력의 센싱이 가능하다.

예를 들어, 멀티 터치(multi touch)가 인가된 경우, 터치 입력이 인가된 제1 지점에서 제1 터치 전극(122)과 제2 패턴 전극(713) 사이에는 제1 커패시턴스가 발생되며, 터치 입력이 인가된 제2 지점에서 제1 터치 전극(122)과 제2 패턴 턴극(713) 사이에는 제2 커패시턴스가 발생된다. 제1 지점과 제2 지점에서 터치 입력의 세기가 서로 상이하게 인가된 경우, 제1 커패시턴스와 제2 커패시턴스는 서로 상이하게 변할 수 있다. 이 경우, 터치 세기 검출부는 제1 지점의 제1 커패시턴스 변화량에 기초하여 제1 지점의 터치 입력의 세기를 센싱하고, 제2 지점의 제2 커패시턴스 변화량에 기초하여 제2 지점의 터치 입력의 세기를 각각 별개로 센싱할 수 있다. 따라서, 멀티 터치의 경우에도 터치 입력의 세기가 정확하게 센싱될 수 있다.

결과적으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 스크린 일체형 표시 장치(700)는 복수의 제2 패턴 전극(713)을 포함하므로, 터치 입력의 세기가 보다 세부적으로 센싱될 수 있다. 특히, 멀티 터치의 경우에도 터치 입력의 세기가 각 터치 별로 독립적으로 센싱될 수 있으므로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 스크린 일체형 표시 장치(700)는 우수한 터치 센싱 성능을 가질 수 있다.

본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수도 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM 또는 당업계에 알려진 임의의 다른 형태의 저장 매체에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서에 커플링되며, 그 프로세서는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로 (ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 700: 터치 스크린 일체형 표시 장치
110, 710: 백라이트 유닛
111: 패널 가이드
112: 베이스 기판
113: 제2 터치 전극
114: 도광판
115: 광학 시트
116: 광원부
120: 표시 패널
121: 하부 기판
122: 제1 터치 전극
123: 액정
124: 상부 기판
130: 접착 부재
141: 제1 플렉서블 인쇄 회로 기판
142: 제2 플렉서블 인쇄 회로 기판
151: 제1 터치 배선
160: 터치 컨트롤러
161: 제1 터치 송수신부
162: 제2 터치 송수신부
163: 마이크로 컨트롤러
163a: 터치 좌표 센싱부
163b: 터치 세기 센싱부
164: 제1 구동 전류 생성부
165: 제2 구동 전류 생성부
166: 제1 스위치
167: 제2 스위치
180: 표시 구동부

Claims

제1 터치 전극;
절연 공간을 사이에 두고 상기 제1 터치 전극과 상이한 평면에 배치된 제2 터치 전극; 및
상기 제1 터치 전극 및 상기 제2 터치 전극에 동일한 타이밍 간격으로 동일한 값을 갖는 제1 터치 스캔 신호 및 제2 터치 스캔 신호를 각각 제공하도록 구성된 터치 컨트롤러를 포함하는, 셀프 커패시턴스 방식의 터치 스크린.
제1항에 있어서,
상기 터치 컨트롤러는,
상기 제1 터치 전극과 연결되고, 터치 입력이 인가되는 경우 터치 입력이 인가된 지점에서 변화되는 상기 제1 터치 전극의 셀프 커패시턴스에 기초하여 터치 입력의 좌표를 센싱하도록 구성된 터치 좌표 센싱부; 및
상기 제2 터치 전극과 연결되고, 터치 입력이 인가되는 경우 상기 절연 공간이 감소됨으로써 발생되는 상기 제2 터치 전극과 상기 제1 터치 전극 사이의 커패시턴스 변화에 기초하여 터치 입력의 세기를 센싱하도록 구성된 터치 세기 센싱부를 포함하는, 셀프 커패시턴스 방식의 터치 스크린.
제2항에 있어서,
상기 터치 좌표 센싱부는 상기 제1 터치 전극이 충전되어 제1 터치 전압으로 유지되는 제1 유지 시간에 기초하여 터치 입력의 좌표를 센싱하도록 구성되고,
상기 터치 세기 센싱부는 상기 제2 터치 전극이 충전되어 제2 터치 전압으로 유지되는 제2 유지 시간에 기초하여 터치 입력의 세기를 센싱하도록 구성되며,
상기 제2 유지 시간은 상기 절연 공간이 감소할수록 길어지도록 구성된, 셀프 커패시턴스 방식의 터치 스크린.
제1항에 있어서,
상기 터치 컨트롤러는,
터치 구동 전류를 생성하는 구동 전류 생성부;
터치 클럭 신호에 기초하여 턴-온되고, 상기 터치 구동 전류를 제1 타이밍 간격으로 상기 제1 터치 전극에 전달하도록 구성된 제1 스위치; 및
상기 터치 클럭 신호에 기초하여 턴-온되고, 상기 터치 구동 전류를 상기 제1 타이밍 간격과 동일한 제2 타이밍 간격으로 상기 제2 터치 전극에 전달하도록 구성된 제2 스위치를 포함하는, 셀프 커패시턴스 방식의 터치 스크린.
복수의 제1 터치 전극이 내장된 표시 패널;
상기 표시 패널 하부에 배치되고, 상기 복수의 제1 터치 전극과 절연 공간을 사이에 두고 이격된 제2 터치 전극; 및
상기 복수의 제1 터치 전극에 제1 터치 스캔 신호를 제공하고, 상기 제2 터치 전극에 상기 제1 터치 스캔 신호와 동일한 펄스를 갖는 제2 터치 스캔 신호를 제공하도록 구성된 터치 컨트롤러를 포함하는, 터치 스크린 일체형 표시 장치.
제5항에 있어서,
상기 제2 터치 전극은 복수의 제2 패턴 전극을 포함하고,
상기 복수의 제2 패턴 전극 각각은 상기 복수의 제1 터치 전극 중 적어도 하나의 제1 터치 전극과 중첩하는, 터치 스크린 일체형 표시 장치.
제5항에 있어서,
상기 표시 패널 하부에 배치된 백라이트 유닛을 더 포함하고,
상기 제2 터치 전극은 상기 백라이트 유닛에 내장된, 터치 스크린 일체형 표시 장치.
제7항에 있어서,
상기 백라이트 유닛은,
도광판 및 광학 시트를 수납하는 패널 가이드를 포함하고,
상기 제2 터치 전극은 상기 패널 가이드의 일면에 배치되고,
상기 절연 공간은 상기 광학 시트와 상기 표시 패널 사이 또는 상기 도광판과 상기 패널 가이드의 사이에 위치하는, 터치 스크린 일체형 표시 장치.
제5항에 있어서,
상기 표시 패널은 데이터 배선, 스캔 배선 및 공통 배선을 포함하고,
상기 표시 패널에 화상이 표시되는 디스플레이 구간 동안 상기 데이터 배선, 상기 스캔 배선 및 상기 공통 배선에는 데이터 신호, 스캔 신호 및 공통 전압이 각각 인가되도록 구성되고,
터치 센싱 구간 동안 상기 데이터 배선, 상기 스캔 배선 및 상기 공통 배선에는 상기 제1 터치 스캔 신호와 동일한 펄스를 갖는 터치 데이터 신호, 터치 스캔 신호 및 터치 공통 신호가 각각 인가되도록 구성된, 터치 스크린 일체형 표시 장치.
제5항에 있어서,
상기 표시 패널에 영상 신호를 제공하도록 구성된 인쇄 회로 기판;
상기 복수의 제1 터치 전극과 연결된 제1 플렉서블 인쇄 회로 기판; 및
상기 제2 터치 전극과 연결된 제2 플렉서블 인쇄 회로 기판을 더 포함하고,
상기 터치 컨트롤러는 상기 인쇄 회로 기판 상에 배치되고, 상기 제1 플렉서블 인쇄 회로 기판 및 상기 제2 플렉서블 인쇄 회로 기판은 상기 터치 컨트롤러와 연결된, 터치 스크린 일체형 표시 장치.