KR20180023623A

KR20180023623A - 플렉서블 터치 스크린 패널

Info

Publication number: KR20180023623A
Application number: KR1020160109249A
Authority: KR
Inventors: 이성호
Original assignee: 주식회사 지2터치
Priority date: 2016-08-26
Filing date: 2016-08-26
Publication date: 2018-03-07
Also published as: KR101858825B1

Abstract

본 발명은 플렉서블 터치 스크린 패널에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 플렉서블 터치 스크린 패널은, 외부 오브젝트의 접촉 또는 접근에 따른 터치 신호를 생성하는 터치 패드들; 상기 터치 신호를 수신하는 터치 드라이브 IC; 및 상기 터치 패드들과 상기 터치 드라이브 IC를 전기적으로 연결하는 센서 신호선들을 포함하되, 상기 센서 신호선들은, 상기 플렉서블 터치 스크린 패널이 폴딩 또는 벤딩되는 기준 라인에 기반하여, 제1 그룹과 제2 그룹으로 구분되고, 상기 제1 그룹의 센서 신호선들은, 제1 방향의 경로를 갖고, 상기 제2 그룹의 센서 신호선들은, 제2 방향의 경로를 갖을 수 있다. 또한, 본 발명은 상술한 실시예와 다른 실시예들도 포함한다.

Description

플렉서블 터치 스크린 패널{FLEXIBLE TOUCH SCREEN PANEL}

본 발명은, 터치 스크린 패널(Touch Screen Panel)에 관한 것이다. 보다 상세하게, 사용자가 임의로 접거나 구부릴 수 있는 플렉서블(Flexible) 터치 스크린 패널에 관한 것이다.

일반적으로 터치 스크린 패널(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 표시 장치 위에 부착되는 것으로서, 손가락이나 펜 등의 물체가 터치될 때 해당 위치에 대응하는 신호를 발생시키는 입력 장치의 하나이다. 상기 터치 스크린 패널은 소형 휴대 단말기, 산업용 단말기, 또는 DID(Digital Information Device) 등과 같은 매우 폭넓은 분야에서 이용되고 있다.

도 1은 정전식 터치 스크린 패널의 일 예를 예시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 플라스틱 또는 유리 등으로 제조된 투명 기판(2)의 상하면에 투명 도전막이 형성되며, 투명 기판(2)의 네 모서리 각각에 전압 인가용 금속 전극(4)이 형성되어 있다. 상기 투명 도전막은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 ATO(Antimony Tin Oxide) 등의 투명한 도전 물질로 형성된다. 상기 투명 도전막의 네 모서리에 형성되는 금속 전극(4)들은 은(Ag) 등의 저항률이 낮은 도전성 금속으로 프린팅하여 형성한다.

상기 금속 전극(4)들의 주변에는 저항 네트워크가 형성된다. 상기 저항 네트워크는 상기 투명 도전막의 표면 전체에 균등하게 컨트롤 신호를 송출하기 위하여 선형성 패턴(Linearization Pattern)으로 형성된다. 그리고 상기 금속 전극(4)을 포함한 투명 도전막의 상부에는 보호막이 코팅된다.

상기 정전식 터치 스크린 패널은 상기 금속 전극(4)에 고주파의 교류 전압을 인가하면 투명 기판(2)의 전면에 퍼지게 된다. 이때 손가락(8)이나 도전성 터치 입력 수단으로 투명 기판(2) 상면의 투명 도전막을 가볍게 터치하면, 일정 량의 전류가 체내로 흡수되면서 컨트롤러(6)에 내장된 전류 센서에서 전류의 변화를 감지하고 4개의 금속 전극(4) 각각에서의 전류량을 연산하여 터치 지점을 인식하게 된다.

그러나, 도 1과 같은 정전식 터치 스크린 패널은 미소 전류의 크기를 검출하는 방식으로서, 고가의 검출 장치를 필요로 하므로 가격이 상승하며 복수개의 터치를 인식하는 멀티 포인트 터치가 어려운 문제점이 있다.

도 2는 정전식 터치 스크린 패널의 다른 예를 예시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 상기 터치 스크린 패널은 횡방향의 선형 터치 패드(5a) 및 종방향의 선형 터치 패드(5b), 터치 신호를 분석하는 터치 드라이브 IC(7)로 이루어져 있다. 이러한 터치 스크린 패널은 선형 터치 패드(5)과 손가락(8) 사이에 형성되는 커패시턴스의 크기를 검출하는 방식으로서, 횡방향의 선형 터치 패드(5a)과 종방향의 선형 터치 패드(5b)을 스캔하여 신호를 검출하므로 복수개의 터치 지점을 인식할 수 있다.

그러나, 상기와 같은 터치 스크린 패널은 LCD와 같은 표시 장치 위에 실장되어 사용될 때, 노이즈에 의해 신호 검출이 어려운 현상이 발생한다. 예를 들어, LCD는 공통 전극을 사용하며 경우에 따라 이 공통 전극에 교류의 공통 전압(Vcom)이 인가된다. 그리고 공통 전극의 공통 전압(Vcom)은 터치 지점 검출 시 노이즈로 작용한다.

도 3은 정전식 터치 스크린 패널이 표시 장치에 설치된 일 예를 예시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 표시 장치(200)는 하측의 TFT 기판(205)과 상측의 컬러 필터(215) 사이에 액정이 봉입되어 액정층(210)을 형성하는 구조를 갖는다. 액정 봉입을 위하여 TFT 기판(205)과 컬러 필터(215)는 그 외곽부에서 실런트(230)에 의해 접합된다. 도시하지 않았지만, 액정 패널의 상하로는 편광판이 부착되며, 그 밖에도 BLU(Back Light Unit)가 설치된다.

상기 표시 장치(200)의 상부에는 도시한 바와 같이 터치 스크린 패널이 설치된다. 터치 스크린 패널은 기판(1)의 상면에 상기한 선형 터치 패드(5)이 올려진 구조를 갖는다. 기판(1)의 위에는 선형 터치 패드(5)를 보호하기 위한 보호 패널(3)이 부착된다. 터치 스크린 패널은 DAT(Double Adhesive Tape) 등과 같은 접착 부재(9)를 매개로 표시 장치(200)의 에지부에 접착되며, 표시 장치(200)와의 사이에서 에어 갭(9a)을 형성한다.

이러한 구성에서 도 3에서와 같은 터치가 발생할 경우, 손가락(8)과 선형 터치 패드(5) 사이에는 Ct와 같은 커패시턴스가 형성된다. 그러나, 도시한 바와 같이 선형 터치 패드(5)과 표시 장치(200)의 컬러 필터(215) 하면에 형성된 공통 전극(220) 사이에서도 Cvcom과 같은 커패시턴스가 형성되며, 선형 터치 패드(5)에는 패턴 사이의 커패시턴스 결합 또는 제조 공정 요인 등에 의한 미지의 기생 커패시턴스인 Cp도 작용하고 있다.

도 4는 도 3의 등가 회로를 예시한 도면이다. 도 5는 액정 표시 장치의 공통 전압 파형을 예시한 파형도이다. 도 4를 참조하면, 도 3은 도 4의 등가 회로로 구성될 수 있다. 여기서, 종래 터치 스크린 패널은 Ct의 변화량을 검출해서 터치를 인식하며, Cvcom 및 Cp와 같은 성분은 Ct의 검출에 있어 노이즈로 작용한다.

예를 들어, 휴대기기용 중소형 LCD에서는 소비 전류를 감소시키기 위하여 공통 전극(220)의 공통 전압(Vcom)은, 도 5에서와 같이 하나 또는 복수의 게이트 라인별로 교번하는 Line inversion 방식을 사용하므로, 이러한 교번 전계는 터치 검출시 상당한 노이즈로 작용한다. 상기와 같은 노이즈를 제거하기 위하여, 도 3에서와 같이 터치 스크린 패널과 표시 장치(200) 사이에 에어 갭(9a)을 둔다. 또한, 도시하지 않았지만, 터치 스크린 패널의 기판(1) 하면에 ITO 등을 도포하여 차폐층을 형성하고 이 차폐층을 그라운드 신호와 접지시킨다.

하지만, 에어 갭(9a)에 의해 제품의 두께가 증가하며 품질 저하가 발생된다. 또한 차폐층을 구성하기 위한 별도의 차폐층 및 제조 공정을 필요로 하므로 제조단가의 상승이 유발된다. 특히 LCD 내에 터치 스크린 패널을 내장하는 경우 에어 갭(9a)이나 차폐층의 형성이 불가능하므로 LCD 등의 표시 장치에 터치 스크린 패널을 내장하여 제조하는 것이 불가능하였다.

한편, 최근에는 예를 들어 스마트 폰 등과 같은 다양한 전자 장치에, 사용자가 임의로 접을 수 있는 폴딩(folding) 형 표시 장치 또는 구부릴 수 있는 벤딩(bending) 형 표시 장치가 적용되어 상용화될 것으로 기대되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 실정을 감안하여 창작된 것으로서, 사용자가 임의로 접거나 구부려서 사용할 수 있는 플렉서블 터치 스크린 패널을 제공함에, 그 목적이 있다.

본 발명은, 예를 들어, 스마트 폰 등과 같은 다양한 전자 장치에 적용되는 폴딩 형 표시 장치 또는 벤딩 형 표시 장치에 최적화된 플렉서블 터치 스크린 패널을 제공함에, 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 플렉서블 터치 스크린 패널에 있어서, 외부 오브젝트의 접촉 또는 접근에 따른 터치 신호를 생성하는 터치 패드들; 상기 터치 신호를 수신하는 터치 드라이브 IC; 및 상기 터치 패드들과 상기 터치 드라이브 IC를 전기적으로 연결하는 센서 신호선들을 포함하되, 상기 센서 신호선들은, 상기 플렉서블 터치 스크린 패널이 폴딩 또는 벤딩되는 기준 라인에 기반하여, 제1 그룹과 제2 그룹으로 구분되고, 상기 제1 그룹의 센서 신호선들은, 제1 방향의 경로를 갖고, 상기 제2 그룹의 센서 신호선들은, 제2 방향의 경로를 갖을 수 있다.

상기 터치 패드는, 도전성 투명 물질이고, 상기 제1 그룹의 센서 신호선은, 도전성 투명 물질이고, 상기 제2 그룹의 센서 신호선은, 도전성 투명 물질과 금속 물질로 구성될 수 있다.

상기 도전성 투명 물질과 상기 금속 물질은, 도전성 접합 물질에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 제2 그룹의 센서 신호선들은, 상기 제2 방향의 경로를 따라, 상기 플렉서블 터치 스크린 패널의 가시 영역 내에서, 상기 기준 라인을 우회하되, 상기 플렉서블 터치 스크린 패널의 비가시 영역을 경유하여, 상기 터치 드라이브 IC와 연결될 수 있다.

상기 플렉서블 터치 스크린 패널의 비가시 영역은, 좌측 비가시 영역과 우측 비가시 영역으로 구분되고, 상기 좌측 비가시 영역을 경유하는 센서 신호선들과 상기 우측 비가시 영역을 경유하는 센서 신호선들은, 동일한 비율이거나, 서로 다른 비율일 수 있다.

상기 제2 그룹의 센서 신호선들은, 상기 제2 방향의 경로를 따라, 상기 플렉서블 터치 스크린 패널의 가시 영역 내에서, 상기 기준 라인을 우회하되, 상기 가시 영역 내에서, 수직 방향 또는 수평 방향으로 상기 기준 라인을 우회할 수 있다.

상기 제2 그룹의 센서 신호선들은, 상기 플렉서블 터치 스크린 패널의 가시 영역에서는 상기 도전성 투명 물질이되, 상기 플렉서블 터치 스크린 패널의 비가시 영역에서는, 상기 금속 물질일 수 있다.

상기 기준 라인에 인접한 적어도 하나 이상의 터치 패드는, 메탈로 형성될 수 있다.

상기 메탈로 형성된 터치 패드는, 메시 패턴으로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예 따르면, 플렉서블 터치 스크린 패널에 있어서, 외부 오브젝트의 접촉 또는 접근에 따른 터치 신호를 생성하는 터치 패드들; 상기 터치 신호를 수신하는 제1 및 제2 터치 드라이브 IC들; 및 상기 터치 패드들과 상기 터치 드라이브 IC들을 전기적으로 연결하는 센서 신호선들을 포함하되, 상기 센서 신호선들은, 상기 플렉서블 터치 스크린 패널이 폴딩 또는 벤딩되는 기준 라인에 기반하여, 제1 그룹과 제2 그룹으로 구분되고, 상기 제1 그룹의 센서 신호선들은, 제1 방향의 경로를 따라 상기 제1 터치 드라이브 IC와 연결되고, 상기 제2 그룹의 센서 신호선들은, 제2 방향의 경로를 따라 상기 제2 터치 드라이브 IC와 연결될 수 있다.

상기 제2 그룹의 센서 신호선들은, 상기 제2 방향의 경로를 따라 상기 제2 터치 드라이브 IC와 연결되어, 상기 기준 라인을 통과하지 않을 수 있다.

상기 제1 터치 드라이브 IC와 상기 제2 터치 드라이브 IC는, 상기 기준 라인을 기준으로 서로 대향되는 위치에 설치될 수 있다.

상기 기준 라인에 인접한 적어도 하나 이상의 터치 패드는, 메시로 형성될 수 있고, 상기 메탈로 형성된 터치 패드는, 메시 패턴으로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 플렉서블 터치 스크린 패널에 있어서, 외부 오브젝트의 접촉 또는 접근에 따른 터치 신호를 생성하는 터치 패드들; 상기 터치 신호를 수신하는 터치 드라이브 IC; 및 상기 터치 패드들과 상기 터치 드라이브 IC를 전기적으로 연결하는 센서 신호선들을 포함하되, 상기 터치 패드들과 상기 센서 신호선들은, 메탈로 형성될 수 있다.

상기 메탈로 형성된 터치 패드들과 센서 신호선들은, 상기 플렉서블 터치 스크린 패널이 적용되는 표시 장치의 화소들 간의 경계 면에 메탈 패턴으로 형성될 수 있다.

상기 표시 장치는, LCD(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diode), 그리고 AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode) 표시 장치 중 적어도 어느 하나일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 플렉서블 터치 스크린 패널에 포함되는 센서 신호선들과 터치 패드들이, 사용자의 빈번한 벤딩 또는 폴딩 동작에 의해 파손되거나 오 작동하는 것을 효율적으로 줄이거나 제거할 수 있다.

도 1은 터치 스크린 패널의 일예를 보인 사시도
도 2는 터치 스크린 패널의 다른 예를 보인 평면 구성도
도 3은 도 2의 터치 스크린 패널이 표시 장치 위에 설치된 예를 보인 단면도
도 4는 도 3에서 터치 커패시턴스를 검출하는 등가 회로도
도 5는 액정 표시 장치의 공통 전압 파형을 예시한 파형도
도 6은 3단자형 스위칭 소자를 개념적으로 묘사한 도면
도 7은 터치 입력을 검출하는 원리를 예시한 도면
도 8은 터치 검출 수단의 기본적인 구조를 보인 회로도
도 9a 및 9b는 터치 드라이브 IC(TDI)의 내압과 프리차지 전압의 상관 관계를 설명한 도면
도 10은 터치 검출부의 구성의 일 예를 도시한 도면
도 11은 터치 검출 회로부의 구성의 다른 예를 도시한 도면
도 12는 터치 패드의 구성의 일 예를 보인 단면도
도 13은 터치 패드의 구성의 다른 예를 보인 단면도
도 14는 터치 스크린 패널의 구성의 일 예를 예시한 도면
도 15는 폴딩 형 표시 장치가 적용된 스마트 폰을 예시한 도면
도 16은 벤딩 형 표시 장치가 적용된 스마트 폰을 예시한 도면
도 17은 터치 스크린 패널을 예시한 도면
도 18은 도 17의 터치 스크린 패널의 일부를 예시한 도면
도 19는 본 발명의 실시예의 플렉서블 터치 스크린 패널(301)을 예시한 도면
도 20은 본 발명의 실시예의 플렉서블 터치 스크린 패널(302)을 예시한 도면
도 21은 본 발명의 실시예의 플렉서블 터치 스크린 패널(303)을 예시한 도면
도 22는 본 발명의 실시예의 플렉서블 터치 스크린 패널(304)을 예시한 도면
도 23은 본 발명의 실시예의 플렉서블 터치 스크린 패널(305)을 예시한 도면
도 24는 본 발명의 실시예의 플렉서블 터치 스크린 패널(306)의 일부분을 확대한 도면
도 25는 본 발명의 실시예의 플렉서블 터치 스크린 패널(307)을 예시한 도면

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

우선, 본 발명에서 언급되는 표시 장치는 LCD, PDP, OLED 중 어느 하나이거나, 기타 화상을 표시하는 모든 수단을 의미한다. 위에 나열한 표시 장치 중 LCD는 액정의 구동을 위해 공통 전압(Vcom)을 필요로 한다. 일예로서, 휴대기기용 중소형 LCD에서는 소비 전류를 감소시키기 위하여 공통 전극의 공통 전압이 하나 또는 복수의 게이트 라인별로 교번하는 Line inversion 방식을 사용한다.

다른 예로서, 대형 LCD는 공통 전극의 공통 전압이 일정한 DC 레벨을 가지며 도트 인버젼(Dot Inversion) 구동 방식을 사용한다. 또 다른 예로서, 횡전계 모드 LCD의 경우, 공통 전극은 LCD TFT 기판의 일부 영역에 형성되어 라인 인 버전이나 도트 인 버전 구동 방식에 의해 화상이 표시된다. 이러한 횡전계 모드 LCD의 경우, 백 그라운드(Back Ground)가 배면 ITO를 통해 외부로 노출된 컬러 필터 전체에 공통으로 형성되며, ESD(Electrostatic Discharge) 차단을 위해 그라운드 신호와 접지시킨다.

본 발명에서는 위와 같이 공통 전압(Vcom)이 인가되는 전극 이외에, 표시 장치 내에서 공통으로 역할하는 모든 전극들을 “공통 전극”이라 칭하기로 하며 표시 장치의 공통 전극에 인가되는 교번 전압이나 DC 전압 또는 불특정 주파수로 교번하는 형태의 전압을 “공통 전압”이라 칭하기로 한다.

본 발명은 손가락이나 이와 유사한 전기적 특성을 갖는 터치 입력 수단의 비접촉 터치 입력을 검출한다. 여기서 “비접촉 터치 입력”이라 함은 손가락 등의 터치 입력 수단이 기판에 의해 터치 패드와 소정 거리 이격된 상태에서 터치 입력을 하는 것을 의미한다. 터치 입력 수단이 기판의 외면에 대하여는 접촉될 수 있다. 하지만 이 경우에도 터치 입력 수단과 터치 패드는 비접촉 상태를 유지한다.

따라서, 터치 패드에 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, 특정 기능을 수행하는 단위 기능 요소(Unit Function Element)들의 집합체로서, 예를 들면 어떤 신호의 증폭기는 단위 기능 요소이며 증폭기나 신호 변환기들이 모인 집합체는 신호 변환부로 명명할 수 있다. 또한, “~부”는 더 큰 구성 요소 또는 “~부”에 포함되거나, 더 작은 구성 요소들 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 도면 부호를 사용하였다. 층, 영역, 기판 등의 부분이 다른 부분 “위에” 또는 “상면” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 “바로 위에” 있는 경우뿐 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 “신호”는 특별한 언급이 없는 한, 전압 또는 전류를 총칭한다. 또한, 본 명세서에서 “커패시턴스”는 물리적인 크기를 나타내며, “정전 용량”과 동일한 의미로 사용된다. 한편,“커패시터”는 물리적인 크기인 커패시턴스를 갖는 소자(Element)를 지칭한다. 커패시턴스는 설계된 값 및 공정에 의해 만들어지기도 하며, 임의의 거리로 평행한 두개의 신호선 사이에 자연적으로 생성되는 것처럼 간접적으로 만들어지기도 한다. 본 명세서에서는 직접 만들어진 커패시터나 간접적으로 형성된 커패시터 모두를 구분하지 않고 “커패시터”로 명명한다.

또한, 본 명세서에서“신호(signal)를 인가(forcing)"한다는 의미는 이미 어떤 상태를 유지하고 있던 신호의 레벨(Level)이 바뀌거나, 플로팅(Floating) 상태에서 어떤 신호에 접속된다는 의미이다. 예를 들어, 스위칭 소자의 온/오프 제어 단자에 신호를 인가한다는 의미는, 기존의 로우(Low) 레벨 전압이 하이(Hi) 레벨로 바뀐다는 의미로 사용되기도 하며, 아무런 신호도 없이 플로팅된 상태의 스위칭 소자의 온/오프 제어 단자에 스위칭 소자를 턴 온/턴 오프를 하기 위한 어떤 전압을 인가한다는 의미로도 사용될 수 있다.

또한, 본 발명에서 “드라이빙 백 (Driving back) 현상” 또는 “드라이빙 백 (Driving back)”은 동일한 의미로 사용되며 "D/B"로 축약하여 사용한다. 또한 본 발명에서 터치 드라이브 IC(Touch Drive IC)는 TDI로 축약하여 사용한다. 또한 본 발명에서, 터치가 발생하지 않은 경우에 D/B에 의한 전압을 검출하고 또한 터치가 발생했을 때 D/B에 의한 전압을 검출하여 두 전압의 상관 관계(Relationship)을 이용하여 터치 여부 및 터치 수단의 접촉 면적을 판단하므로, D/B 현상에 의한 전압을 검출한다는 의미와 터치 신호를 검출한다는 의미는 동일하게 사용된다

도 6은 3단자형 스위칭 소자를 개념적으로 묘사한 도면이다. 도 6을 참조하면, 충전 수단의 한 예시로서 사용되는 스위칭 소자 중 3단자형 스위칭 소자를 개념적으로 묘사한 것이다. 3단자형 스위칭 소자는 통상 온/오프 제어 단자(Cont), 입력 단자(In), 출력 단자(Out)의 3개 단자를 구비한다. 온/오프 제어 단자는 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 단자로서, 제어 단자에 소정 크기의 전압이나 전류를 인가하면 입력 단자로 인가된 전압 또는 전류는 출력 단자에 전압이나 전류 형태로 출력된다.

본 발명에서 충전 수단으로 언급되는 3단자형 스위칭 소자는 예를 들어, 릴레이(Relay), CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 스위치 또는 PMOS 또는 NMOS, BJT(Bipolar Junction Transistor), FET(Field Effect Transistor), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), TFT(Thin Film Transistor), OPAMP이며, 이들끼리의 동종간 또는 이종간의 결합에 의해 형성될 수도 있다.

릴레이는 3단자형 소자 외에 4단자형 소자도 사용될 수 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 충전 수단으로는, 입출력 단자의 개수에 상관없이 입출력을 온/오프할 수 있는 제어 단자를 갖고 있으며 온/오프 제어 단자에 의해 입출력이 온/오프되는 모든 소자가 사용될 수 있다.

한편, 3단자형 스위칭 소자의 일예로서 CMOS 스위치는 PMOS와 NMOS의 상호 조합에 의해 형성되며, 입출력 단자는 상호 연결되어 있으나, 온/오프 제어 단자는 개별적으로 존재하여 동일한 제어 신호에 같이 연결되거나 개별적인 제어 신호에 별도로 연결되어 온/오프 상태가 결정된다.

릴레이(Relay)는 제어 단자에 전류를 인가하면 입력 단자에 인가된 전압이나 전류가 손실 없이 출력되는 소자이며, BJT는 베이스(Base)의 문턱 값(Threshold Value) 보다 높은 전압을 베이스에 인가한 상태에서 베이스 단자에 전류를 흘리면, 일정량 증폭된 전류가 콜렉터(Collector)에서 에미터(Emitter)로 흐르는 소자이다.

또한 TFT는 LCD나 AMOLED 등의 표시 장치를 구성하는 화소부에 사용되는 스위칭 소자로서 제어 단자인 게이트(Gate) 단자, 입력 단자인 소스(Source) 단자 및 출력 단자인 드레인(Drain) 단자로 구성되며, 게이트 단자로 인가된 전압보다 문턱 값(Threshold Value) 이상되는 전압을 가하면, 도통되면서 게이트 단자에 인가된 전압의 크기에 종속되는 전류가 입력 단자에서 출력 단자로 흐르는 소자이다.

본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명하기에 앞서, 도 7을 참조하여 본 발명에서 터치 입력을 검출하는 원리에 대하여 간략하게 설명한다.

도 7은 터치 입력을 검출하는 원리를 예시한 도면이다, 도 7을 참조하면, 터치 패드(10)에 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전성의 터치 수단이 접근했을 때 터치 패드(10)와 손가락(25)이 "d"의 간격으로 이격되며, "A"라는 대향 면적을 갖는다고 가정하자. 그러면, 도 7의 우측 등가 회로 및 수식에서 보이듯이, 손가락(25)과 터치 패드(10) 사이에는 커패시턴스 "C"가 형성된다. 커패시턴스 "C"를 가지는 터치 패드(10)의 신호 입력선에 전압이나 전류의 신호를 공급하고 커패시턴스 “C"의 크기를 가지는 커패시터에 전하량 "Q"의 크기를 갖는 전하가 축적될 때 커패시터는 V=Q/C라는 관계식으로 전하를 축적할 수 있다. 본 발명에서는 터치 검출부와 접속된 터치 패드(10)에 커패시턴스 "C"의 크기와 상관 관계를 가지는 드라이빙 백(Driving Back)이 발생할 때 이것을 이용하여 터치를 검출한다.

도 8은 터치 검출 수단의 기본적인 구조를 보인 회로도이다. 도 8을 참조하면, 본 발명에 따라 특화된 터치 검출수단은, 충전 수단(12), 터치 패드(10), 센서 신호선(22), 드라이빙 커패시터(Cdrv), 공통 전극 커패시터(Cvcom) 및 터치 검출부(14)로 구성된 기본적인 구조를 갖는다. 충전 수단(12)은 터치 패드(10)에 프리차지(Precharge) 신호를 공급하고, “Cont"로 명명된 "온/오프 제어 단자"에 인가된 턴 오프(Turn Off) 신호에 턴 오프되어 출력단(12-1)을 하이 임피던스로 만든다.

프리차지(Precharge) 신호는 터치 신호 검출 이전에 충전 수단(12)의 출력단(12-1)에 연결된 모든 커패시터에 DC 전압을 인가하여 이들 커패시터들을 충전하는 전압이다. 따라서 충전 수단(12)은 온/오프 제어 단자에 공급되는 제어 신호에 따라 스위칭 동작을 수행하는 스위칭 소자이거나, 제어 신호에 따라 신호를 공급하는 OPAMP 등의 선형 소자일 수 있다.

도 8의 실시예와 같이 충전 수단(12)으로 3단자형 스위칭 소자가 사용될 경우, 온/오프 제어 단자에 공급되는 제어 신호와 입력 단자에 공급되는 신호를 이용하여, 필요한 시점에 적절한 충전 전압을 터치 패드(10), 드라이빙 커패시터(Cdrv), 공통 전극 커패시터(Cvcom) 등과 같이 충전 수단(12)의 출력부(12-1)에 접속된 모든 커패시터에 공급할 수 있다. 충전 전압은 영 볼트(Zero Volt)를 포함한 DC 전압 및 구형파나 삼각파, 또는 싸인파(Sine Wave)와 같이 교번하는 AC 전압이 사용될 수 있다.

이러한 충전 전압은, 본 발명의 터치 검출 시스템이 집적된 터치 드라이브 IC(Touch Drive IC, 이하 TDI)에서 사용되는 전압과 연관성을 갖는다. 이러한 연관성을 도 9a 및 도 9b를 예로 들어 설명하면 다음과 같다. TDI의 내압이 5V로서, 5V이상의 전압이 TDI에 공급될 시 TDI가 파손된다고 가정하면, TDI 내부에서 동작하는 회로의 동작 전압은 5V를 초과하면 안 된다.

도 9a 및 9b는 터치 드라이브 IC(TDI)의 내압과 프리차지 전압의 상관 관계를 설명한 도면이다. 도 9a 및 도 9b을 참조하면, 후술하게 될 D/B에 의한 전위차가 3V라고 가정하자. 이때 도 9a와 같이 D/B가 발생하기 이전에 충전 수단(12)의 출력부(12-1)의 전압이 3V라고 하면 D/B에 의한 충전 수단의 출력부(12-1)의 전압은 6V이며 이는 TDI의 내압인 5V를 초과하므로 TDI는 파손 영역에 놓이게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 도 9b와 같이 충전 수단이 턴 온 된 상태에서 충전 수단의 입력부에 1V를 인가하여 충전 수단의 출력부에 접속된 모든 커패시터에 1V를 충전하게 되면, 전술한 드라이빙 백에 의한 3V의 전위차가 발생하더라도 출력부(12-1)의 전위는 4V이므로 TDI는 안전 영역에서 동작하게 된다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예는 TDI의 내압에 기초하여 드라이빙 백 발생시의 최대 전압의 크기를 조절하는 충전 전압을 제어하는 기능을 구비할 수 있다.

도 10은 터치 검출부의 구성의 일 예를 도시한 도면이다. 도 10을 참조하면, 충전 수단(12)의 출력부(12-1) 및 출력부(12-1)와 접속된 모든 커패시터들은 터치 검출부(14)와 접속된다. 후술하게 될 D/B 현상은 충전 수단(12)의 출력부(12-1)와 연결된 커패시터에서 발생하므로, D/B에 의해 발생한 전압은 터치 검출부(14)의 Buffer(14-1)로 전달된다.

Buffer(14-1) 입력단은 통상 하이 임피던스(High Impedance, 이하 Hi-z라 칭함)이므로, 충전 수단의 출력부(12-1)가 Hi-z 상태가 되면 충전 수단의 출력부(12-1)와 Buffer(14-1) 사이에 접속된 모든 커패시터들도 Hi-z 상태가 된다. 본 실시예에서는 충전 수단의 출력부(12-1)가 Buffer(14-1)에 직접 접속되는 것을 예시하였으나, Buffer(14-1) 대신에 MOS의 gate나 TFT의 gate 등과 같은 입력이 Hi-z 상태인 모든 소자의 단자에 접속될 수 있다.

충전 수단의 출력부(12-1)와 터치 검출부(14)를 Hi-z 상태로 만드는 이유는, 후술하게 될 D/B 현상이 Hi-z인 상태에서 검출해야 검출 시간을 길게 할 수 있기 때문이다. 즉, Hi-z 상태에서는 고립된 전하의 방전 경로가 없으므로 D/B에 의해 형성된 전압의 레벨이 최소한의 변형으로 오래 유지된다.

Buffer(14-1)에서 출력된 신호는 증폭기(14-2)로 입력된다. 증폭기(4-2)의 입력단이 Hi-z인 경우라면, 도 10의 P점(Point)은 증폭기(14-2)의 입력단에 바로 접속되어도 무방하다. P점 신호의 크기(또는 레벨)가 낮아 증폭되어야 하는 경우, 다양한 증폭기를 사용하여 신호를 증폭할 수 있으나, 차동 증폭기(Differential Amplifier)를 사용하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, P점은 후술하게 될 프리차지 전압(또는 충전 전압)으로 충전되는데, 증폭 과정에서 이러한 충전 전압은 차동 증폭기를 통해 제거되고, P점에서 D/B 현상에 의해 발생한 전압만을 증폭하는 것이 가능하기 때문이다.

차동 증폭기를 사용할 때 충전 전압과 같은 DC offset을 제거하기 위해서는, 차동 증폭기의 negative 단자에 DC 전압이 인가되어야 한다. 이러한 DC 전압을 인가하기 위하여 DAC(14-4)가 사용되거나 “Ref 전압”(14-5)이 사용되어야 하는데, Ref 전압은 Voltage Reference로서 일정 전위를 가진 DC 전압이다.

도 10에서는 하나의 터치 패드(10)에 대응하여 하나의 ADC 만을 사용하는 것으로 도시하였으나, 도 10과 같은 터치 검출 회로가 복수개 사용되면 ADC도 복수개 사용할 수 있으며 ADC를 많이 사용할수록 신호의 연산 시간을 줄일 수 있는 장점이 있다.

도 10에 도시하지는 않았으나, 터치 검출부(14) 안에 표시된 여러 기능부 사이에는 필터(filter)가 사용될 수 있다. 예를 들어, Buffer(14-1)의 전단(Previous stage)에도 필터가 사용될 수 있으며, 증폭기(14-2)의 전단이나 증폭단(14-2)에서도 필터가 사용될 수 있다. 이러한 필터는 대역폭 로우 패스 필터(Bandwidth Low Pass Filter)나 하이 패스 필터(Bandwidth High Pass Filter) 또는 GCF(Grass Cut Filter), Ranking Filter, 쵸핑(Chopping)에 의한 평균필터(Average Filter) 등과 같은 다양한 필터들이 사용될 수 있다.

터치 패드(10)는 투명 도전체나 메탈(Metal)로 형성된다. 터치 패드(10)가 표시 장치 위에 설치되어 투명 도전체로 형성되는 경우, 투명 도전체는 ITO(Indium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), CNT(Carbon Nano Tube), IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 도전성 투명 물질 또는 이와 유사한 도전 특성을 갖는 투명 물질로 형성된다.

만약, 터치 패드(10)가 표시 장치와 같이 사용되지 않는 터치 키보드, 냉장고나 모니터 등의 터치키로 응용될 경우 터치 패드(10)는 메탈(metal) 등의 비투과 물질로 형성될 수도 있다. 터치 패드(10)는 다양한 형태로 형상화(Patterning) 될 수 있다. 예컨대, 터치 스크린 패널(50)의 액티브 영역에서 고립된 섬(island)들이 매트릭스 형태로 배열되는 도트 매트릭스 형태이거나, 선형의 패턴들이 터치 스크린 패널(50)을 종횡하도록 배열될 수 있다. 터치 패드(10)의 형태에 대하여는 후술되는 실시예에서 상세하게 설명하기로 한다.

센서 신호선(22)은 터치 패드(10)에 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전 특성을 갖는 터치 수단(예컨대, 터치펜 등과 같은)이 접근할 때 형성된 커패시터의 일극(Polarity)을 터치 검출부(14)에 접속하는 신호선(Signal Line)으로서, 터치 패드(10)와 마찬가지의 도전성 투명 물질로 형성될 수 있으며, 경우에 따라서는 메탈 등의 비투과 물질로 형성될 수도 있다. 센서 신호선(22)의 구체적인 실시예도 후술되는 실시예에서 설명하기로 한다.

드라이빙 커패시터(Cdrv)는 본 발명에서 터치 검출을 위한 드라이빙 전압을 인가하기 위한 구성으로서, 일단은 터치 검출부(14)에 연결되며 타단으로는 드라이빙 전압이 인가되며 드라이빙 전압에 의한 D/B 현상이 발생하게 된다.

도 8을 참조하면, 충전 수단(12)의 출력부(12-1)는 터치 검출부(14)에 접속된다. 그리고, 드라이빙 커패시터(Cdrv)의 일측은 충전 수단(12)의 출력부(12-1)에 접속되며 드라이빙 커패시터(Cdrv)의 타단에는 검출 신호가 인가된다. 검출 신호는 서로 다른 복수개의 전위를 교번하는 전압으로서, 구형파, 사인파, 삼각파 등의 주기성 또는 비주기성 파형이며, 교번하는 드라이빙 전압의 크기에 비례하는 D/B 전압이 터치 검출부(14) 또는 터치 패드(10)에서 유도되어 검출된다. 검출되는 D/B 전압은 터치 검출부(14) 및 터치 패드(10) 및 충전 수단(12)의 출력부(12-1)의 교점에서 검출되므로, 본 명세서를 통틀어 터치 패드(10)나 터치 검출부(14) 또는 충전 수단(12)의 출력부(12-1)에서 D/B 신호가 검출된다는 의미는 동일한 위치에서 D/B 신호가 검출된다는 의미이다.

도 8의 공통 전극 커패시터(Cvcom)는 터치 패드(10)가 표시 장치의 공통 전극과 대향할 때 형성되는 커패시턴스이며, 일측은 터치 검출부(14)에 접속되고 타측에는 공통 전압이 인가된다. 이때, 공통 전압과 직접 접속되어 인가될 수도 있지만, 통상은 유리나 공기 등의 매질을 통해 전자기적으로 유도되어 인가된다.

도 11은 터치 검출 회로부의 구성의 다른 예를 도시한 도면이다, 도 11을 참조하면, 스위칭 소자의 일 실시예로 MOS나 TFT 또는 FET가 사용되고, 터치 검출부(14)에 ADC(Analog to Digital Converter)가 사용된 경우이다. ADC는 검출된 아날로그 신호를 디지털로 변환하는 기능을 하며, 본 실시예에서 검출된 터치 신호를 디지털로 변환하여 후술할 신호 처리부나 CP에 전달하는 기능을 수행한다.

도 11에 도시한 바와 같이, 인체의 손가락(25)이 터치 패드(10)에 일정 간격으로 접근하면, 손가락(25)과 터치 패드(10) 사이에는 "Ct"라고 하는 터치 커패시턴스(Ct)가 형성된다. Ct는 도 7을 참조로 전술한 관계식에 의해 설정되는 값으로서, 터치 수단과 터치 패드(10)의 간격, 대향 면적 등을 조절하는 것에 의해 자유롭게 조정될 수 있다. 예컨대, 터치 패드(10)의 면적을 크게 구성하면 도 7를 참조로 전술한 관계식에 따라 Ct 역시 크게 형성된다. 반대로, 터치 패드(10)의 면적을 작게 구성하는 것으로서 Ct는 작게 형성된다. 일 실시예로, Ct는 수 fF(femto F) 내지 수십 uF(micro F)으로 설계될 수 있다.

도 11의 Cp는 기생 커패시터로서, Ct처럼 수식에 의해 형성되거나 Cdrv와 같이 제조 가능한 커패시터 이외의 커패시터 값들의 총 합이며, 터치 검출부(14)에 일측이 접속되고 임의의 그라운드에 타측이 접속된 커패시터로 모델링 할 수 있다. 따라서 그라운드가 서로 다른 복수개의 기생 커패시터(Cp)가 형성될 수 있으나, 본 명세서에서는 하나의 그라운드만을 가정하여 이에 연결된 하나의 기생 커패시터만을 표시하였다. 이러한 기생 커패시터(Cp)는 센서 신호선(22)과 표시 장치 사이에 발생하는 기생 커패시터, 또는 터치 패드(10)가 도트 매트릭스 형태로 복수개 설치되어, 이들과 연결된 센서 신호선(22)이 상호 평행하게 배선될 때 센서 신호선(22) 사이에 발생하는 기생 커패시터, TDI가 터치 패드(10)와 연결될 때 연결부에서 발생하는 기생 커패시터, 또는 TDI 내부에서 센서 신호선과 연결된 회로부가 주변 회로들과의 간섭에 의해 발생하는 기생 커패시터 등과 같은 다양한 형태의 기생 커패시터가 있다. 후술하게 될 <수식1>이나 <수식2>에 따르면, 이러한 기생 커패시터들은 수식의 분모에 삽입되어 D/B 신호를 낮추는 역할을 하므로, 가급적 기생 커패시터는 없을 수록 터치 검출에 유리하다.

도 11을 참조하면, 충전 수단(12)의 입력 단자에는 프리차지 전압(Pre charge Voltage)인 Vpre가 인가되고, 온/오프 제어 단자(cont)에 인가되는 제어 전압(Vg)에 의해 스위칭 소자가 턴 온(Turn on)될 때 프리차지 전압(Vpre)은 출력부(12-1)를 통해 출력된다. 따라서 충전 수단(12)의 출력부(12-1)에 접속된 모든 커패시터들은 프리차지 전압(Vpre)으로 충전된다.

일 실시예로 Vpre가 3V이며 Vg가 0V(Zero Volt)에서 10V로 변화될 때 스위칭 소자가 턴 온이 된다고 가정한다면, 스위칭 소자의 턴 온 이후 드라이빙 커패시터(Cdrv), 터치 커패시터(Ct), 그리고 기생 커패시터(Cp)가 접속된 터치 검출부(14)의 전위는 3V이다. P점을 충전한 이후 스위칭 소자의 제어 전압(Vg)을 10V에서 0V로 하강시켜 스위칭 소자를 턴 오프 시키면 터치 검출부인 P점은 Hi-z가 되어 P점의 전하는 고립되며, 드라이빙 커패시터(Cdrv)에 교번하는 드라이빙 전압을 인가하면, P점에서 검출되는 전압의 크기는 드라이빙 전압의 크기에 비례하고 P점에 접속된 커패시터들의 크기와 상관 관계를 가지는 드라이빙 백(Driving back) 현상이 발생한다.

이때, Cdrv, Cp 및 Cvcom을 고정된 값이라고 가정하고, 드라이빙 커패시터(Cdrv)에 인가되는 드라이빙 전압의 크기도 일정하다고 가정하면, P점에서 D/B 현상에 의해 검출되는 전압의 크기는 터치 커패시터(Ct)에 종속된다. 따라서, 터치 검출부(14)에서 검출되는 전압은 터치 커패시터(Ct)의 크기에 따라 변화되므로 이러한 드라이빙 백(Driving Back) 현상에 의한 드라이빙 전압의 차이를 검출하면, 터치의 유무 및 터치 패드(10)와 터치 수단(25)의 대향 면적(또는 터치 면적)을 연산하는 것이 가능하며, 터치 지점을 찾는 것도 가능하게 된다.

도 12는 터치 패드 구성의 일 예를 보인 단면도이고, 도 13은 터치 패드 구성의 다른 예를 보인 단면도이다. 도 12는 터치 패드(10)가 표시 장치와 별개로 형성된 기판에 실장되는 경우를 예시하며, 도 13은 터치 패드(10)가 표시 장치 내에 내장된 경우를 예시한다. 도 12 및 도 13을 참조하여 공통 전극 커패시터(Cvcom)의 형성 관계를 설명하면 다음과 같다.

도 12에 도시된 바와 같이, 표시 장치(200)는 공통 전극(220)을 갖는다. AMOLED나 PDP의 경우에는 화질을 표시하기 위해 기능이 부여된 공통 전극을 갖지는 않으나, AMOLED의 TFT 기판이나 PDP의 구동 기판에 형성된 다양한 전위 및 이와 대향하는 터치 패드(10) 사이에 도 11의 Cvcom이 형성되므로, AMOLED의 TFT 기판이나 PDP의 구동 기판에 형성된 다양한 전위로 이루어진 가상의 전위도 공통 전극으로 명명하기로 한다.

표시 장치(200)는 앞서 언급한 다양한 형태의 표시 장치일 수 있으며, 예를 들어, 공통 전극(220)은 LCD의 Vcom 전극이거나, 기타 다른 유형의 전극일 수 있다. 도 12의 실시예는 표시 장치들 중 LCD를 예시하였다.

도 12에 도시된 표시 장치(200)는 하측의 TFT 기판(205)과 상측의 컬러 필터(215) 사이에 액정이 봉입되어 액정층(210)을 형성하는 구조를 갖는다. 액정의 봉입을 위하여 TFT 기판(205)과 컬러 필터(215)는 그 외곽부에서 실런트(230)에 의해 접합된다. 도시하지 않았지만, 액정 패널의 상하로는 편광판이 부착되며, 그밖에도 BLU(Back Light Unit)와, BEF(Brightness Enhancement Film)를 구성하는 광학 시트들이 BLU와 같이 설치될 수 있다.

표시 장치(200)의 공통 전극(220)에는 화상 표시를 위한 공통 전압 레벨이 인가되며 공통 전압은 DC이거나 일정 진폭을 소정의 주파수로 교번하는 전압이다. 예컨대, 라인 반전을 하는 소형 LCD는 공통 전극(220)의 공통 전압이 도 5를 참조로 전술한 바와 같이 교번하며, 도트 반전을 하는 노트북이나 모니터/TV 등의 LCD는 일정 크기의 전압인 DC 레벨의 공통 전압이 인가된다.

도 12에 도시한 바와 같이, 터치 패드(10)와 표시 장치(200)의 공통 전극(220) 사이에는 공통 전극 커패시터(Cvcom)가 형성된다. 만약 터치 패드(10)에 어떤 프리차지 신호를 인가하면, 공통 전극 커패시턴스(Cvcom)에는 프리차지 전압에 의해, 공통 전압을 그라운드로 하는 프리차지 전압이 충전된다. 예컨대, 프리차지 시점에 공통 전압이 5V이며 프리차지 전압이 3V이면 공통 전극 커패시터에는 5V를 기준으로 3V의 프리차지 전압이 충전된다.

이처럼 공통 전극 커패시턴스(Cvcom)의 일단은 공통 전극(220)의 전위와 전기적으로 접지되어 있으므로, 공통 전극(220)이 교번 전압인 경우 공통 전극(220)에 인가되는 교번 전압에 의해 공통 전극 커패시턴스(Cvcom)의 타단인 터치 패드(10)에서의 전위는 교번하며 이러한 교번 전위는 D/B 현상을 이용한 터치 신호와 중복되면 터치 신호 검출에 장애를 일으킬 수 있으므로, D/B 현상을 이용한 터치 신호 검출 시에는 이러한 교번하는 공통 전압의 rising edge 및 falling edge를 회피하여 검출하여야 한다.

한편, 도면 중 미설명 부호 24는 터치 패드(10)을 보호하기 위한 보호층(24)이며 유리나 플라스틱 또는 비닐이나 천(cloth) 등이 사용된다.

도 13은 터치 패드 구성의 다른 예로서, 표시 장치에 터치 패드(10)가 내장된 경우의 실시예이다. 도 13을 참조하면, 터치 스크린 패널(50)은 표시 장치의 일부인 컬러 필터(215)의 상면에 형성될 수 있다. 또한 컬러 필터(215)의 하부에는 공통 전극(220)이 형성되어 있으며 컬러 필터의 상면에는 터치 패드(10)가 패터닝(Patterning) 되어 있다. 도 13의 실시예에서 보호층(24)은 편광판(Polarizer)으로 대체된다.

도 13의 실시예에서도 공통 전극(220)과 터치 패드(10) 사이에는 공통 전극 커패시턴스(Cvcom)가 형성되며, 공통 전극에 교번 전압이 인가되면 터치 패드(10)의 전위는 교번 전압에 유도되어 교번하게 되고, 이러한 교번 전위에 의해 유도된 D/B 현상에 의한 전압은 드라이빙 커패시터(Cdrv)에 인가되는 교번 드라이빙 전압에 의해 유도된 D/B 현상을 이용한 터치 신호 검출과 중복되면 터치 신호에 영향을 미치므로, D/B 현상을 이용한 터치 신호 검출시에는 이처럼 교번하는 공통 전압의 rising edge 및 falling edge를 회피하여 검출하여야 한다.

전술한 도 11을 참조하면, 충전 수단(12)의 출력부(12-1)에는 터치 패드(10)와 손가락(25)과 같은 도전체 사이에 형성된 터치 커패시턴스(Ct) 및 Cdrv, Cvcom, 및 Cp가 연결된다. 따라서 충전 수단(12)을 턴 온시킨 상태에서 입력부(12-2)에 임의의 전압이나 전류 등의 프리차지 신호를 인가하면 Cdrv, Ct, Cvcom 및 Cp가 프라차지 레벨로 충전되어 터치 검출부(14) 입력단의 전위는 프리차지 레벨이 된다. 이후, 만약 충전 수단(12)을 턴 오프시키면 4개의 커패시터에 충전된 신호는 별도로 방전시키지 않는 한 프리차지(또는 충전) 신호 레벨을 유지하게 된다.

충전된 신호를 안정적으로 고립시키기 위해서, 충전 수단(12)의 출력부(12-1)와 터치 검출부(14)의 입력단은 Hi-z 상태이며, 바람직하게는 적어도 100Kohm 이상의 임피던스를 갖는다. 만약 4개의 커패시터에 충전된 신호를 방전시키면서 터치 입력을 관찰하거나, 다른 수단으로 충전된 신호를 고립시키거나, 방전 개시 시점에서 신속하게 신호를 관찰한다면, 터치 검출부(14)의 입력단이 반드시 Hi-z이어야 하는 것은 아니다.

터치 검출부(14)는 터치 패드(10)에서의 신호 레벨이 변동되는지 여부를 검출한다. 바람직하게는, 터치 검출부(14)는 터치 미발생시(즉, Ct가 형성되지 않을 때의) D/B 현상에 의해 검출된 전압의 크기에 대비하여, 터치 발생시(즉, Ct가 형성될 때의) D/B 현상에 의해 검출된 전압의 크기 차이를 검출하여 터치 신호를 획득한다. 터치 검출부(14)는 다양한 소자 또는 회로 구성을 가질 수 있다. 후술되는 실시예에서는 터치 검출부(14)로서 스위칭 소자및 증폭기가 사용되는 예를 설명하겠으나, 터치 검출부(14)의 구성은 그러한 실시예에 국한되지 않는다.

터치 미발생시 드라이빙 커패시터(Cdrv) 및 Cdrv의 일측에 인가되는 드라이빙 전압에 의한 버퍼(14-1) 출력은 다음의 <수식1>에 의해 결정된다.

<수식1>

터치 발생시 터치 검출부(14)에는 터치 커패시턴스(Ct)가 병렬로 부가되므로, 터치 검출부(14) 입력단에서 드라이빙 백(Driving Back)에 의해 검출된 전압은 다음의 <수식2>에 의해 결정된다.

<수식2>

위 <수식1> 및 <수식2>에서, △Vsensor는 터치 검출부(14)의 입력단에서 D/B에 의해 발생한 전압이며, Vpre는 프리차지 전압이며, Vh는 드라이빙 커패시터(Cdrv)에 인가되는 드라이빙 전압의 하이 레벨 전압이며, Vl은 드라이빙 커패시터(Cdrv)에 인가되는 드라이빙 전압의 로우 레벨 전압이며, Vcom은 공통 전극 커패시턴스며, Cp는 기생 커패시턴스며, Ct는 터치 커패시턴스다.

터치 검출부(14)는 위와 같은 <수식1> 또는 <수식2>에 의해 발생하는 전압을 검출하며, 이에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 <수식1>과 <수식2>를 인용하여 D/B 현상을 다시 정의하면 다음과 같다. D/B 현상이란, 드라이빙 커패시터와 접속된 적어도 하나 이상의 커패시터가 있으며 드라이빙 커패시터의 타측(도 11의 Vdrv 인가부)에 소정 크기의 전압을 교번하며 인가할 때, 커패시터가 공통으로 접속된 지점의 전위는 드라이빙 커패시터의 일측에 인가된 전압의 크기에 비례하며, 공통으로 접속된 커패시터들과 상관 관계를 갖는다. 여기서 언급된 상관 관계는, 공통으로 접속된 모든 커패시터의 커패시턴스 합(sum)이 분모에 위치하며 드라이빙 커패시턴스가 분자에 위치한다는 의미이다.

<수식1>과 <수식2>의 차이를 보면, <수식2>는 분모에 Ct가 존재한다. 터치 커패시턴스 Ct는 터치 패드(10)와, 손가락 등과 같은 터치 수단 사이에 형성되는 커패시터이므로, Ct의 크기인 커패시턴스는 터치의 유무에 따라서 또는, 터치 수단과 터치 패드(10)의 대향 거리나 대향 면적에 따라서 달라지게 되며, 이러한 Ct의 차이는 <수식1>과 <수식2>로 유도된 전압의 차이를 유발하므로, 이러한 전압차를 검출하면 터치 여부나 터치 면적 연산이 가능하다.

위 수식들에서 Vh 및 Vl은 드라이빙 커패시터(Cdrv)에 인가되는 드라이빙 전압의 하이 레벨 및 로우 레벨이며, D/B 현상은 드라이빙 전압이 하이에서 로우로 변화되거나 로우에서 하이로 변화되는 두가지의 경우 모두 발생한다. 만일 Vh=5V인 시점에서 Vl=2V인 지점까지 드라이빙 전압이 변화하면 D/B은 -(Vh-Vl)인 -3V에 비례할 것이며, Vl=2V에서 Vh=5V까지 변화하게 되면 D/B은 (Vh-Vl)인 3V에 비례하게 된다.

드라이빙 전압이 로우에서 하이로 교번하는 순간, 드라이빙 커패시터에는 전하가 공급되며 드라이빙 커패시터에 공급된 전하는 드라이빙 커패시터와 병렬로 접속된 모든 커패시터에 공급되어 전위가 상승하므로 D/B에 의한 드라이빙 전압은 다음과 같다.

<수식1-1>

또한 드라이빙 전압이 하이에서 로우로 교번하는 순간, 드라이빙 커패시터 및 드라이빙 커패시터와 병렬 접속된 커패시터들로부터 전하를 방전시키므로 커패시터들의 전위는 하강하며 D/B에 의한 드라이빙 전압은 다음과 같다.

<수식1-2>

이러한 방법은 <수식2>에도 동일하게 적용된다. 한편, Vh와 Vl은 쉽게 설정될 수 있는 값이며 전술한 TDI의 내압을 초과하지 않는 범위내에서 결정될 것이다. 예를 들어, Vpre=3V이며 커패시터들의 상관 관계에 의한 값이 0.1이라고 가정하면, Vh=10V에서 Vl=0V로 변화할 때 D/B에 의한 드라이빙 전압은, 2V가 될 것이다.

또한, Cvcom은 다음의 <수식3>으로부터 얻을 수 있다.

<수식3>

<수식3>에서ε1은 터치 패드(10)와 공통 전극(220) 사이에 존재하는 매질들의 복합 유전율이다. 도 12의 경우 터치 패드(10)와 공통 전극(220) 사이에는 유리, 공기층, 편광판 또한 편광판을 유리에 부착하기 위한 접착제가 존재하므로 이들의 복합 유전율이 수식3의 ε1이 된다. S1은 터치 패드(10)와 공통 전극(220)의 대향 면적이므로 쉽게 구할 수 있다.

도 12의 예에서와 같이 공통 전극(220)이 컬러 필터(215)의 하면 전체에 걸쳐 형성된 경우, 대향 면적 S1은 터치 패드(10)의 면적에 의해 결정된다. 또한, D1은 터치 패드(10)와 공통 전극(220)간 거리이므로, 매질의 두께에 해당된다. 살펴 본 바와 같이 Cvcom은 쉽게 구할 수 있는 값인 동시에, 설정할 수 있는 값이다. Ct는 다음의 <수식4>로부터 얻을 수 있다.

<수식4>

<수식4>에서 ε2는 터치 패드(10)와, 손가락 등과 같은 터치 수단(25) 사이의 매질로부터 얻을 수 있으며 복수의 매질이 사용되면 이들의 복합 유전율로 구할 수 있다. 만약, 도 12에서 터치 스크린 패널(50)의 상면에 강화 글래스를 부착한다면, 강화 글래스의 비유전율에 진공의 유전율을 곱한 값으로부터 유전율 ε2를 얻을 수 있다. S2는 터치 패드(10)와 손가락(25)의 대향 면적에 해당한다. 만약 터치 수단(25)이 어떤 터치 패드(10)를 모두 덮고 있다면 S2는 터치 패드(10)의 면적에 해당한다. 만약 터치 수단(25)이 터치 패드(10)의 일부를 덮고 있다면 S2는 터치 패드(10)의 면적에서 터치 수단(25)과 대향하지 않은 면적만큼 줄어들 것이다.

또한, D2는 터치 패드(10)와 터치 수단(25)간 거리이므로, 터치 스크린 패널(50) 상면에 올려진 보호층(24)의 두께에 해당할 것이다. 살펴 본 바와 같이 Ct 역시 쉽게 구할 수 있는 값인 동시에, 터치 스크린 패널(50) 상부에 올려지는 보호층(24) 또는 강화 글래스 등의 재질 및 두께를 이용하여 쉽게 설정할 수 있는 값이다.

<수식4>에 의하면 Ct는 터치 수단(25)과 터치 패드(10)의 대향 면적에 비례하므로, 이로부터 터치 패드(10)에 대한 터치 수단(25)의 터치 점유율을 연산할 수 있다. 터치 수단(25)의 터치 점유율을 연산하는 방법은 다음과 같다.

<수식1>과 <수식2>를 참조하면, 차이점은 터치 유무에 따른 터치 커패시턴스(Ct)의 크기 차이이다. 만일, Vh, Vl, Vpre, Cdrv가 고정값이라고 가정하면 <수식1>과 <수식2>에서 Ct만을 추출할 수 있다. 즉 Ct=f(△Vsensor, 병렬 접속된 커패시터들, Vh, Vl, Vpre)의 관계가 성립한다. <수식4>에서 ε2와 D2를 고정값이라고 가정하면, 커패시턴스와 터치 면적은 비례하게 된다. 따라서 추출된 Ct에 의해 면적을 연산하는 것이 가능하게 된다.

또한, <수식1>과 <수식2>를 이용하여 면적을 구할 때, <수식1>에 의해 발생한 D/B 전압과 <수식2>에서 발생한 D/B 전압이 모두 사용된다. <수식1>의 D/B 전압은 후술하게 될 factory calibration이나 Real Time Calibration에서 설정된 값이며 <수식2>보다 먼저 발생한 사건(event)이다. <수식2>에 의한 D/B 전압은 터치 검출 시점에서 발생한 전압이므로 <수식1>에 의한 D/B 전압의 검출 시점보다 이후의 시점이다. 본 발명의 터치 면적을 구하기 위해서는, factory calibration이나 Real Time Calibration 등과 같은 과거의 D/B 전압 및 터치가 발생한 시점의 D/B 전압을 모두 이용한다. 예를들어 면적을 구하는 수식의 어떤 항의 분모나 분자에는 <수식1>에 의해 도출된 전압이 포함되며, 또 다른 어떤 항의 분모나 분자에는 <수식2>에 의해 도출된 전압이 포함되며, 서로 다른 이들 항은 면적을 구하는 수식에 같이 포함된다. 터치 수단(25)과 터치 패드(10)의 대향 면적을 달리함에 따른 면적 검출이 가능함에 따라서, 터치 패드(10)에 대한 터치 수단의 접촉 면적을 달리함에 따라 다양한 제스쳐(Gesture)를 실시할 수 있다.

도 14는 터치 스크린 패널의 일 예를 예시한 도면이다. 도 14를 참조하면 터치 패드(10)가 도트 매트릭스 형태로 배열된 예를 보이고 있으며, 도 14의 하단에는 TDI(30)의 구성이 도시되어 있다. TDI(30)는 구동부(31)와, 터치 검출부(14)와, 타이밍 제어부(33)와, 신호 처리부(35)와, 메모리부(28)와, 공통 전압 검출부(15)와 전원부(47)와 통신부(46)로 구성되며, 그 밖에 CPU(40)를 더 구비할 수 있다. CPU(40)는 연산 기능를 가진 마이크로 프로세서이며 TDI(30)의 외부에 위치할 수도 있다.

터치 스크린 패널에는 터치 패드(10) 및 센서 신호선(22)이 패터닝되어 형성된다. 터치 패드(10)는 투명 도전체인 ITO나 IZO 또는 CNT(Carbon Nano Tube)등으로 만들어 지며 사각형, 원형, 삼각형, Star형 또는 플렉탈 구성 등 형상에 제한이 없다. 터치 패드(10)와 센서 신호선(22)은 동일한 소자로 형성되며 터치 패드(10)가 ITO로 형성되면 센서 신호선(22)도 ITO로 형성된다. 이러한 방법은 한장의 마스크로 터치 패드(10) 및 센서 신호선(22)을 패터닝할 수 있게 하고, 한장의 마스크에 의해 하나의 layer (Single Layer)로 본 발명의 터치 스크린 패널(50)을 제조할 수 있게 한다.

Single layer를 사용하는 터치 스크린 패널은, 터치 패드(10)나 센서 신호선(22)의 상측이나 하측으로 또 다른 터치 패드(10)나 센서 신호선(22)이 지나가지 않으므로, 터치 스크린 패널(50)의 두께를 감소시키며 투과율을 향상시키고 수율향상에 의해 원가를 절감하는 효과가 있다.

도 14를 참조하여, 횡정계 모드에서 사용될 수 있는 방법을 설명하면 다음과 같다. 예를 들어, LCD의 컬러 필터에 터치 패드(10)가 패터닝된 경우(이후부터는 온셀터치(On Cell Touch라고 명명)), 터치 패드(10)는 LCD의 가시 영역에 해당하는 액티브 영역인 A/A(90)의 내부 또는 외부에도 설치된다. LCD 기판의 에지부에는 화면이 표시되지 않는 비가시 영역이 있으며 이곳에도 본 발명의 터치 패드(10)가 설치될 수 있다. 또한 터치 패드(10)들은 COF나 FPC와 같은 연성 회로 기판을 이용하여 TDI(30)와 접속된다.

이러한 구성에서, 터치 신호 검출이 진행 중인 터치 패드(10)를 제외한 나머지 터치 패드(10)들은 그라운드에 접속되어야 한다. 여기서 그라운드는 0V 또는 소정의 전위를 가진 DC 전압이다.

한편, 최근에는 사용자가 접을 수 있는 폴딩 형 표시 장치 또는 구부릴 수 있는 벤딩 형 표시 장치가 개발 출시될 것으로 기대되고 있다.

도 15는 폴딩 형 표시 장치가 적용된 스마트 폰(1000)을 예시한 도면이다. 도 15를 참조하면, 상기 스마트 폰(1000)의 표시 장치(예: LCD 등)가 접히는 기준 라인(이하, 폴딩 라인(F)라고 함)은, 상기 표시 장치의 중앙을 횡단하도록 설계될 수 있다.

이로 인해 상기 표시 장치의 전체 표시 영역은, 상기 폴딩 라인(F)를 기준으로 상단 표시 영역(1001)과 하단 표시 영역(1002)이 구분될 수 있다. 상기 스마트 폰(1000)의 케이스 후면에는, 도 15에 도시한 바와 같이, 접철이 가능하도록 힌지(1003) 등이 설치될 수 있으며, 이에 따라 상기 스마트 폰(1000)은, 사용자에 의해 반으로 접어진 폴딩(folding) 상태가 될 수 있다.

도 16은 벤딩 형 표시 장치가 적용된 스마트 폰(2000)을 예시한 도면이다. 도 16을 참조하면, 상기 스마트 폰(2000)의 표시 장치(2001)는 소정 각도로 구부러지거나 또는 거의 폴딩 상태로 접어질 수 있다. 이를 위해 스마트 폰의 본체 중 구부러지는 특정 부분(2002)은, 연질(flexible material)로 구성될 수 있고, 나머지 다른 부분은 경질(rigid material)로 구성될 수 있다.

도 17은 터치 스크린 패널(300)를 예시한 도면이다. 도 17을 참조하면, 상기 터치 스크린 패널(300)은, 복수의 터치 패드(10), 복수의 센서 신호선(22), 그리고 터치 드라이브 IC(30)를 포함할 수 있으며, 상기 터치 드라이브 IC(30)은, 예를 들어, COF 또는 FPC 등과 같은 연성 회로 기판(96)에 실장될 수 있다.

상기 터치 스크린 패널(300)에는, 예를 들어, 수 백개(예: 400개) 이상의 터치 패드들이 다양한 방식의 어레이 형태로 배열될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 도 17에 도시한 바와 같이, 가로 방향 C1 내지 C6과, 세로 방향 R1 내지 R8의 각 좌표 지점에, 복수의 터치 패드들이 평면 어레이 형태로 배열된 실시예를 참조로 상세히 설명한다.

상기 터치 패드(10)는, 사람의 손가락 또는 전자 펜 등과 같은 외부 오브젝트의 접촉 또는 접근에 따라, 그에 상응하는 터치 신호를 발생시킬 수 있고, 상기 터치 드라이브 IC(30)은, 상기 터치 신호를 수신할 수 있고, 상기 센서 신호선(22)는, 상기 터치 패드(10)와 상기 터치 드라이브 IC(30)를 전기적으로 연결할 수 있다.

상기 터치 스크린 패널(300)은, 도 17에 도시한 바와 같이, 상기 터치 패드들이 배열되는 영역, 예를 들어, 전술한 바와 같이, 표시 장치(예: LCD)의 액티브 영역인 A/A(Active Area)에 대응되는 가시 영역(90)과, 상기 표시 장치(예: LCD)의 에지(edge) 부분으로서 화면이 표시되지 않는 비가시 영역(92)으로 구분될 수 있다.

상기 센서 신호선(22)은, 상기 가시 영역(90) 내에 어레이 형태로 배열된 터치 패드(10)와, 상기 연성 회로 기판(96)에 실장될 수 있는 터치 드라이브 IC(30)를 전기적으로 연결하기 때문에, 상기 표시 장치의 화면 표시에 방해를 주지 않는 도전성 투명 물질(예: ITO 등)이 주로 사용될 수 있다.

상기 터치 스크린 패널(300)는, 예를 들어, 폴딩 형(또는 벤딩 형) 표시 장치에 다양한 방식으로 부가 설치되거나 내장 설치될 수 있으며, 사용자가 회전(R)하여 구부리거나 접을 수 있도록, 도 17에 도시한 바와 같이, 상기 가시 영역(90)과 비가시 영역(92)의 중앙을 횡단하는 기준 라인인 폴딩 라인(F)이 사전에 설정될 수 있다. 여기서 상기 폴딩 라인(F)은, 상기 중앙이 아닌 임의의 다른 위치로 변경 설정될 수도 있다.

도 18은 도 17의 터치 스크린 패널(300)의 일부를 예시한 도면이다. 도 18을 참조하면, 상기 터치 스크린 패널(300)에서, 상기 폴딩 라인(F)을 포함하거나 인접한 영역(이하, 폴딩 영역(FA)라고 함)에는, 복수의 센서 신호선(22)이 세로 방향으로 배열되어, 터치 패드(10)와 터치 드라이브 IC(30)를 전기적으로 연결한다.

그러나, 상기 폴딩 라인(F)을 세로 방향으로 통과하는 복수의 센서 신호선(22)은, 사용자의 빈번한 벤딩 또는 폴딩 동작에 의해 파손(예: crack)될 가능성이 있고, 상기 폴딩 영역(FA)에 인접된 터치 패드들 또한 빈번한 벤딩 또는 폴딩 동작에 의해 파손될 가능성이 있다.

특히, 상기 복수의 센서 신호선(22)은, 표시 장치(예: LCD 등)의 화면 표시에 방해를 주지 않는 도전성 투명 물질(예: ITO 등)이 주로 사용되기 때문에, 강인성이 저조하여, 벤딩 또는 폴딩 동작에 의한 파손 가능성이 매우 높다.

도 19는 본 발명의 실시예의 플렉서블 터치 스크린 패널(301)을 예시한 도면이다. 도 19를 참조하면, 상기 플렉서블 터치 스크린 패널(301)은, 전술한 바와 같이, 복수의 터치 패드(10)와, 터치 드라이브 IC(30), 그리고 복수의 센서 신호선(22)을 포함하여 구성될 수 있다.

예를 들어, 설명의 편의를 위해, 도 19의 폴딩 라인(F)을 기준으로 아래 부분 영역을, 제1 그룹(Group 1)이라고 가정하고, 상기 폴딩 라인(F)를 기준으로 위 부분 영역을 제2 그룹(Group 2)이라고 가정할 수 있다.

상기 복수의 센서 신호선들은, 상기 제1 그룹의 센서 신호선들과, 상기 제2 그룹의 센서 신호선들로 구분될 수 있다. 즉, 상기 제1 그룹의 센서 신호선들은, 상기 플렉서블 터치 스크린 패널(301)의 전체 가시 영역(92) 중, 상기 폴딩 라인(F)을 기준으로, 상기 터치 드라이 IC(30)와 가까이 인접된 제1 그룹에 배치된 터치 패드들과 연결된 센서 신호선들일 수 있다.

상기 제2 그룹의 센서 신호선들은, 상기 플렉서블 터치 스크린 패널(301)의 전체 가시 영역(92) 중 상기 폴딩 라인(F)을 기준으로 상기 터치 드라이브 IC(30)와 멀리 이격된 제2 그룹에 배치된 터치 패드들과 연결된 센서 신호선들일 수 있다. 여기서, 상기 제1 그룹의 센서 신호선들과, 상기 제2 그룹의 센서 신호선들은, 서로 다른 방향의 경로를 가지거나, 서로 다른 물질로 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제2 그룹의 센서 신호선들은, 상기 가시 영역(90) 내에서, 상기 제1 그룹의 센서 신호선들과는 반대 방향의 경로를 가질 수 있으며, 상기 비가시 영역(92)를 경유하는 경로를 가질 수 있다.

예를 들어, 도 19에 도시한 바와 같이, 상기 제1 그룹의 센서 신호선들은, 상기 제1 그룹의 가시 영역을 하강 수직으로 통과하여, 상기 터치 드라이브 IC(30)와 연결될 수 있는 반면, 상기 제2 그룹의 센서 신호선들은, 상기 제2 그룹의 가시 영역을 상승 수직으로 통과한 후, 상기 비가시 영역(92)을 경유하여, 상기 터치 드라이브 IC(30)과 연결될 수 있다.

여기서, 상기 제2 그룹의 센서 신호선들 중 좌측 센서 신호선들은, 도 19에 도시한 바와 같이, 좌측 비가시 영역을 경유하고, 상기 제2 그룹의 센서 신호선들 중 우측 센서 신호선들은, 우측 비가시 영역을 경유할 수 있다.

상기 제1 그룹의 센서 신호선들은, 예를 들어, 도전성 투명 물질(예: ITO)일 수 있는 반면, 상기 제2 그룹의 센서 신호선들은, 도 19에 일부 확대 도시한 바와 같이, 가시 영역(AA)에서는 도전성 투명 물질(22a)이고, 비가시 영역(NA)에서는 금속 물질(22b)로 구성될 수 있다.

상기 도전성 투명 물질(22a)과 상기 금속 물질(22b)은, 예를 들어, 다양한 종류의 도전성 접합 물질(22C)(예: Ag-에폭시계의 도전성 접착제 또는 Sn 도금 부품의 접합체 등)에 의해 전기적으로 접합 및 연결될 수 있다. 여기서, 상기 도전성 접합 물질은, 임의의 다른 물질로 대체되거나 삭제될 수 있다.

상기 제1 그룹의 센서 신호선들은, 도 19에 도시한 바와 같이, 각 터치 패드의 측면 하단에 연결되는 반면, 상기 제2 그룹의 센서 신호선들은, 각 터치 패드의 측면 상단에 연결될 수 있다. 이에 따라 상기 터치 패드(10)와 상기 터치 드리이브 IC(30) 간의 총 연결 길이를 최소화할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 플렉서블 터치 스크린 패널(301)의 가시 영역(AA) 내에는, 상기 폴링 라인(F)를 통과하는 센서 신호선들이 존재하지 않고, 상기 비가시 영역(NA)을 통해서만 상기 폴링 라인(F)를 통과하는 센서 신호선들이 존재하되, 상기 비가시 영역을 경유하는 센서 신호선들은 전도성이 높을 뿐만 아니라, 스트레스에 강인성이 높은 금속 물질이기 때문에, 사용자의 빈번한 벤딩 또는 폴딩 동작에 의해서도 파손될 가능성이 매우 낮아지는 효과가 있다.

도 20은 본 발명의 실시예의 플렉서블 터치 스크린 패널(302)을 예시한 도면이다. 도 20을 참조하면, 상기 플렉서블 터치 스크린 패널(302)은, 도 19를 참조로 전술한 바 있는 플렉서블 터치 스크린 패널(301)에 일부분을 보다 강화(reenforce)한 실시예이다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 강화된 일부분에 대해 상세히 설명한다.

예를 들어, 도 20에 도시한 바와 같이, 상기 폴딩 라인(F)에 인접된 터치 패드들은, 사용자의 빈번한 벤딩 또는 폴딩 동작에 의한 파손 또는 오류가 발생할 가능성이 높기 때문에, 본 발명의 실시예에서는, 상기 폴딩 라인(F)에 인접된 터치 패드들을 메시(mesh) 패턴으로 형성할 수 있다. 여기서, 상기 메시 패턴은, 얇은 배선 폭을 갖는 다양한 형상의 패턴을 갖을 수 있으며, X축과 Y축 터치 전극들로 구성되는 구조일 수 있다.

상기 메시 패턴은, 임의의 일정 부분에 파손이 발생하더라도 치명적인 오류 없이 터치 패드의 고유 기능을 정상적으로 수행할 수 있는 그물형 구조로서, 당 업계에서는 이미 입증된 바 있다. 상기 메시 패턴은, 상기 폴딩 라인(F)에 인접된 터치 패드들에 대해 일부 적용되거나, 또는 더 많은 다른 터치 패드들에 확대 적용될 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 플렉서블 터치 스크린 패널(302)의 가시 영역(AA) 내에는, 상기 폴링 라인(F)를 통과하는 센서 신호선들이 존재하지 않으며, 상기 비가시 영역(NA)을 통해, 상기 폴링 라인(F)를 통과하는 센서 신호선들은, 강인성이 높은 금속 물질이고, 더 나아가, 상기 폴딩 라인(F)에 인접된 적어도 하나 이상의 터치 패드들은, 스트레스에 강한 메시 패턴이기 때문에, 사용자의 빈번한 벤딩 또는 폴딩 동작에 의해서도 파손 및 오 작동될 가능성이 더욱 낮아지는 효과가 있다.

도 21은 본 발명의 실시예의 플렉서블 터치 스크린 패널(303)을 예시한 도면이다. 도 21을 참조하면, 상기 플렉서블 터치 스크린 패널(303)은, 도 19를 참조로 전술한 바 있는 플렉서블 터치 스크린 패널(301)의 일부분을 변경(change)한 실시예이거나, 도 20을 참조로 전술한 바 있는 플렉서블 터치 스크린 패널(302)의 일부분을 변경한 실시예일 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 변경된 일부분에 대하여 상세히 설명한다.

예를 들어, 도 21에 도시한 바와 같이, 상기 플렉서블 터치 스크린 패널(303)의 센서 신호선들 중, 제2 그룹의 센서 신호선들은, 수직 상승하여 비가시 영역(92)을 경유하되, 상기 제2 그룹의 센서 신호들은, 좌측 비가시 영역으로만 경유하여, 상기 터치 드리이브 IC(30)와 연결될 수 있다.

이에 따라, 상기 비가시 영역(92) 중 우측 비가시 영역에는, 상기 제2 그룹의 센서 신호선들이 경유하지 않기 때문에, 임의의 다른 회로 소자 또는 다른 유형의 신호선들을 자유롭게 배치할 수 있는 효과가 있다.

여기서, 상기 제2 그룹의 센서 신호들은, 우측 비가시 영역으로만 경유하여, 상기 터치 드리이브 IC(30)와 연결될 수도 있다. 이 경우, 상기 좌측 비가시 영역에는, 상기 제2 그룹의 센서 신호선들이 경유하지 않기 때문에, 임의의 다른 회로 소자 또는 다른 유형의 신호선들이 자유롭게 배치될 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시예는, 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 좌측 비가시 영역을 경유하는 센서 신호선들과 우측 비가시 영역을 경유하는 센서 신호선들은, 설계의 필요 등에 따라, 동일한 비율(예: 3:3)이거나, 임의의 다른 비율(예: 6:0, 0:6, 1:5, 5:1 등)일 수 있다.

도 22는 본 발명의 실시예의 플렉서블 터치 스크린 패널(304)을 예시한 도면이다. 도 22를 참조하면, 상기 플렉서블 터치 스크린 패널(304)는, 도 19를 참조로 전술한 바 있는 플렉서블 터치 스크린 패널(301)의 일부분을 변경한 실시예이거나, 도 20을 참조로 전술한 바 있는 플렉서블 터치 스크린 패널(302)의 일부분을 변경한 실시예일 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 변경된 일부분에 대해 상세히 설명한다.

예를 들어, 도 22에 도시한 바와 같이, 상기 플렉서블 터치 스크린 패널(304)의 센서 신호선들 중, 제2 그룹의 센서 신호선들은, 제2 그룹의 가시 영역 내에서 가로 방향으로 횡단하고, 이후 비가시 영역(92)을 경유하여, 상기 터치 드라이브 IC(30)에 연결될 수 있다.

여기서, 상기 제2 그룹의 센서 신호선들 중 좌측의 센서 신호선들은, 좌측 비가시 영역을 통해 경유하고, 우측 센서 신호선들은 우측 비가시 영역을 통해 경유할 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예는, 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 좌측 비가시 영역을 경유하는 센서 신호선들과 우측 비가시 영역을 경유하는 센서 신호선들은, 설계의 필요 등에 따라, 동일한 비율(예: 3:3)이거나, 임의의 다른 비율(예: 6:0, 0:6, 1:5, 5:1 등)일 수 있다.

도 23은 본 발명의 실시예의 플렉서블 터치 스크린 패널(305)을 예시한 도면이다. 도 23을 참조하면, 상기 플렉서블 터치 스크린 패널(305)은, 복수의 터치 패드(10), 복수의 센서 신호선(22), 제1 터치 드라이브 IC(30a), 그리고 제2 터치 드라이브 IC(30b)를 포함하여 구성될 수 있다.

도 19를 참조로 전술한 바와 같이, 폴딩 라인(F)을 기준으로 아래 부분 영역을, 제1 그룹(Group 1)이라고 가정하고, 상기 폴딩 라인(F)를 기준으로 위 부분 영역을 제2 그룹(Group 2)이라고 가정할 수 있다. 상기 복수의 센서 신호선들은, 상기 제1 그룹에 속하는 제1 그룹의 센서 신호선들과, 상기 제2 그룹에 속하는 제2 그룹의 센서 신호선들로 구분될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 그룹의 센서 신호선들과, 상기 제2 그룹의 센서 신호선들은, 상기 가시 영역(90) 내에서 다른 방향의 경로를 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 그룹의 센서 신호선들은, 상기 제1 그룹의 가시 영역을 하강 수직으로 통과하여, 상기 제1 터치 드라이브 IC(30a)와 연결되는 반면, 상기 제2 그룹의 센서 신호선들은, 상기 제2 그룹의 가시 영역을 상승 수직으로 통과하여, 상기 제1 터치 드라이브 IC(30a)와 대향되는 위치에 배치된 상기 제2 터치 드리이브 IC(30b)와 연결될 수 있다.

여기서, 상기 제1 터치 드라이브 IC(30a)와 상기 제2 터치 드라이브 IC(30b)는, 도 23에는 도시되지 않은 별도의 통신 라인를 통해 상호 통신하거나, 또는 각각 별도의 통신 라인을 통해 CPU(미도시) 등과 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 복수의 센서 신호선들은, 도전성 투명 물질(예: ITO 등)이 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 플렉서블 터치 스크린 패널(305)의 가시 영역(AA)과 비가시 영역(NA)에는, 상기 폴링 라인(F)를 통과하는 센서 신호선들이 전혀 존재하지 않기 때문에, 사용자의 빈번한 벤딩 또는 폴딩 동작에 의해, 센서 신호선이 파손될 가능성이 이론 상으로 전혀 없어지는 효과가 있다.

여기서, 상기 플렉서블 터치 스크린 패널(205)의 폴링 영역(FA)에 포함되거나 인접한 터치 패드들은, 도 20을 참조로 전술한 바 있는 메시 패턴으로 형성될 수 있으며, 이 경우, 사용자의 빈번한 벤딩 또는 폴딩 동작에 의해, 터치 패드가 파손 및 오 작동될 가능성을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 24는 본 발명의 실시예의 플렉서블 터치 스크린 패널(306)의 일부분을 확대한 도면이다. 예를 들어, 도 3을 참조로 전술한 바 있는 표시 장치(예: LCD)의 컬러 필터(215) 상면에는, 터치 패드(10)가 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 컬러 필터(215)에 터치 패드(10)가 패터닝(pattening)된 면의 반대 쪽 면에는 색감을 표시하는 레진이 Red/Green/Blue 형태로 존재할 수 있고, 각각의 Red, Green, 및 Blue를 화소라고 정의하고, R/G/B의 3개 화소(270a, 270b, 270c)가 결합된 형태를 도트(Dot, 270)라고 정의할 수 있다.

도 24의 예시는, 가로 방향으로 6개의 도트(270)와 세로 방향으로 5개의 도트(270)로 구성된 컬러 필터(215)를 확대한 예시 도면이다. 도 24를 참조하면, 각 화소(270a, 270b, 270c)의 경계인 BM(Black Matrix, 275)에는, 터치 패드(10)가 위치할 수 있다. 상기 BM(275)은 LCD의 각 화소(270a, 270b, 270c)에 연결되는 신호선을 가리거나 화소의 색감을 구분짓도록 하는 등의 역할을 하며, 약 수 um에서 수십 um정도의 폭으로 배치될 수 있다.

상기 BM(275)은 반사되지 않으며 투과되지 않는 검정 계열의 물질로 구성되고, 컬러 필터 하측의 레진의 경계면에 위치하며, 하나의 화소(270a, 270b, 270c)에서 BM(275)의 점유율은 통상 20%~50%정도 된다. 따라서 BM(275)에 터치 패드(10)을 메시(Mesh) 패턴으로 형성하여도 충분한 터치 패드의 면적을 확보할 수 있다.

상기 메시 패턴의 터치 패드(10)은, 화소 간의 경계면에 해당하는 BM에 위치할 수 있고, 하나의 터치 패드(10)은, 예를 들어, 4개의 도트(270)를 수용하도록 형성될 수 있다. 상기 터치 패드(10)은, 화소(270a, 270b, 270c) 및 도트(270) 둘레의 BM(275) 내에서, 격자 구조로 서로 모두 연결될 수 있고, 센서 신호선(22)도 BM(275)에 배선되어 터치 드라이브 IC(30)에 연결될 수 있다.

상기와 같은 구조의 장점은, 터치 패드(10)와 센서 신호선(22)을 BM(275)에 배치할 수 있기 때문에, 상기 터치 패드(10) 및 센서 신호선(22)을 스트레스에 강한 금속(metal)으로 구성할 수 있다는 것이다.

이에 따라, 한 장의 마스크로 터치 패드(10)와 센서 신호선(22)을 구성할 수 있고, 센서 신호선(22)의 저항값을 낮출 수 있어 배선 저항을 크게 고려하지 않아도 된다.

또한, 상기 터치 패드(10)와 센서 신호선(22)을 금속으로 구성하여도, 화소의 개구율을 저하시키지 않으며, 금속의 전도성이 우수하므로 안정적으로 신호를 터치 드라이브 IC로 전달할 수 있다.

그리고, 상기 터치 패드(10)와 센서 신호선(22)이 금속 물질이기 때문에, 사용자의 빈번한 벤딩 또는 폴딩 동작에 의해서도, 터치 패드와 센서 신호선이 파손 및 오 작동되는 것을 줄일 수 있는 효과가 있다.

한편, 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 플렉서블 터치 스크린 패널(306)은, LCD와 같은 표시 장치는 물론, 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED) 표시 장치와, 아몰레드(Active Matrix Organic Light Emitting Diode, AMOLED) 표시 장치 등에도 적용할 수 있다.

도 25는 본 발명의 실시예의 플렉서블 터치 스크린 패널(307)을 예시한 도면이다. 도 25를 참조하면, 상기 플렉서블 터치 스크린 패널(307)은, 컬러 필터를 사용하지 않는 다양한 유형의 표시 장치에 일체형으로 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 표시 장치는, 도 25에 도시한 바와 같이, 표시층(314), 투명 기판부(313), 위상차 편광층(312), 편광판(311), 그리고 윈도우(310) 등의 적층 구조를 가질 수 있다. 상기 표시층(314)은, 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED)로 이루어지거나, 능동형 유기 발광 다이오드, 구체적으로 아몰레드(Active Matrix Organic Light Emitting Diode, AMOLED)로 이루어질 수 있다.

상기 표시층(314)과 상기 위상차 편광층(312) 사이에 배치되는 투명 기판부(313)에는, 도 24를 참조로 전술한 바 있는 불투명 금속 재질인 터치 패드(10)와 센서 신호선(22)이 메시 패턴(mesh pattenr)으로 일체화될 수 있다.

예를 들어, 도 25에 도시한 바와 같이, 상기 투명 기판부(313)의 하면에, 상기 메시 패턴의 터치 패드(10)와 센서 신호선(미도시)이 형성될 수 있고, 상기 메시 패턴의 터치 패드(10)와 센서 신호선은, 상기 표시층(314)의 화소(P)와 화소(P) 사이에 존재하는 BM(Black Matrix) 영역에 대응되도록 형성될 수 있다. 여기서, 상기 BM 영역은 임의의 다른 명칭으로 다양하게 일컬어질 수 있다.

상기 투명 기판부(313)의 상면에 형성되는 메시 패턴의 터치 패드와 센서 신호선은, 예를 들어, 상기 투명 기판부(313)의 하면은 물론, 상면에 형성되거나, 상면 및 하면 모두에 형성될 수도 있다.

여기서, 상기 메시 패턴의 터치 패드와 센서 신호선은, 예를 들어, 통전 가능한 은이나, 카본, 그래핀, 알루미늄 또는 구리 등과 같은 다양한 유형의 불투명 금속 재질일 수 있고, 상기 투명 기판부(313)는, 플렉서블한 필름(film) 등과 같은 다양한 유형의 연성 재질이 사용될 수 있다.

상기 위상차 편광층(312)과 상기 편광판(311), 그리고 상기 원도우(310)은, 당해 기술 분야에 널리 알려진 것으로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이상, 상세히 설명한 본 발명의 각 실시예들은, 개별적으로 실시되거나, 또는 서로 결합되어 혼용 실시될 수도 있다. 이와 같이 설명한 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 가능하다. 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

301 내지 307: 플렉서블 터치 스크린 패널
10: 터치 패드 22: 센서 신호선
22a: 도전성 투명 물질 22b: 금속 물질
22c: 전도성 접합 물질 30: 터치 드라이브 IC

Claims

플렉서블 터치 스크린 패널에 있어서,
외부 오브젝트의 접촉 또는 접근에 따른 터치 신호를 생성하는 터치 패드들;
상기 터치 신호를 수신하는 터치 드라이브 IC; 및
상기 터치 패드들과 상기 터치 드라이브 IC를 전기적으로 연결하는 센서 신호선들을 포함하되,
상기 센서 신호선들은, 상기 플렉서블 터치 스크린 패널이 폴딩 또는 벤딩되는 기준 라인에 기반하여, 제1 그룹과 제2 그룹으로 구분되고,
상기 제1 그룹의 센서 신호선들은, 제1 방향의 경로를 갖고,
상기 제2 그룹의 센서 신호선들은, 제2 방향의 경로를 갖는 것을 특징으로 하는 플렉서블 터치 스크린 패널.
제1항에 있어서,
상기 터치 패드는, 도전성 투명 물질이고,
상기 제1 그룹의 센서 신호선은, 도전성 투명 물질이고,
상기 제2 그룹의 센서 신호선은, 도전성 투명 물질과 금속 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 터치 스크린 패널.
제2항에 있어서,
상기 도전성 투명 물질과 상기 금속 물질은, 도전성 접합 물질에 의해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 터치 스크린 패널.
제1항에 있어서,
상기 제2 그룹의 센서 신호선들은, 상기 제2 방향의 경로를 따라, 상기 플렉서블 터치 스크린 패널의 가시 영역 내에서, 상기 기준 라인을 우회하되,
상기 플렉서블 터치 스크린 패널의 비가시 영역을 경유하여, 상기 터치 드라이브 IC와 연결되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 터치 스크린 패널.
제4항에 있어서,
상기 플렉서블 터치 스크린 패널의 비가시 영역은, 좌측 비가시 영역과 우측 비가시 영역으로 구분되고,
상기 좌측 비가시 영역을 경유하는 센서 신호선들과 상기 우측 비가시 영역을 경유하는 센서 신호선들은, 동일한 비율이거나, 서로 다른 비율인 것을 특징으로 하는 플렉서블 터치 스크린 패널.
제1항에 있어서,
상기 제2 그룹의 센서 신호선들은, 상기 제2 방향의 경로를 따라, 상기 플렉서블 터치 스크린 패널의 가시 영역 내에서, 상기 기준 라인을 우회하되,
상기 가시 영역 내에서, 수직 방향 또는 수평 방향으로 상기 기준 라인을 우회하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 터치 스크린 패널.
제2항에 있어서,
상기 제2 그룹의 센서 신호선들은, 상기 플렉서블 터치 스크린 패널의 가시 영역에서는 상기 도전성 투명 물질이되, 상기 플렉서블 터치 스크린 패널의 비가시 영역에서는, 상기 금속 물질인 것을 특징으로 하는 플렉서블 터치 스크린 패널.
제1항에 있어서,
상기 기준 라인에 인접한 적어도 하나 이상의 터치 패드는, 메탈로 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 터치 스크린 패널.
제8항에 있어서,
상기 메탈로 형성된 터치 패드는, 메시 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 터치 스크린 패널.
플렉서블 터치 스크린 패널에 있어서,
외부 오브젝트의 접촉 또는 접근에 따른 터치 신호를 생성하는 터치 패드들;
상기 터치 신호를 수신하는 제1 및 제2 터치 드라이브 IC들; 및
상기 터치 패드들과 상기 터치 드라이브 IC들을 전기적으로 연결하는 센서 신호선들을 포함하되,
상기 센서 신호선들은, 상기 플렉서블 터치 스크린 패널이 폴딩 또는 벤딩되는 기준 라인에 기반하여, 제1 그룹과 제2 그룹으로 구분되고,
상기 제1 그룹의 센서 신호선들은, 제1 방향의 경로를 따라 상기 제1 터치 드라이브 IC와 연결되고, 상기 제2 그룹의 센서 신호선들은, 제2 방향의 경로를 따라 상기 제2 터치 드라이브 IC와 연결되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 터치 스크린 패널.
제10항에 있어서,
상기 제2 그룹의 센서 신호선들은, 상기 제2 방향의 경로를 따라 상기 제2 터치 드라이브 IC와 연결되어, 상기 기준 라인을 통과하지 않는 것을 특징으로 하는 플렉서블 터치 스크린 패널.
제10항에 있어서,
상기 제1 터치 드라이브 IC와 상기 제2 터치 드라이브 IC는, 상기 기준 라인을 기준으로 서로 대향되는 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 터치 스크린 패널.
제10항에 있어서,
상기 기준 라인에 인접한 적어도 하나 이상의 터치 패드는, 메탈로 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 터치 스크린 패널.
제13항에 있어서,
상기 메탈로 형성된 터치 패드는, 메시 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 터치 스크린 패널.
플렉서블 터치 스크린 패널에 있어서,
외부 오브젝트의 접촉 또는 접근에 따른 터치 신호를 생성하는 터치 패드들;
상기 터치 신호를 수신하는 터치 드라이브 IC; 및
상기 터치 패드들과 상기 터치 드라이브 IC를 전기적으로 연결하는 센서 신호선들을 포함하되,
상기 터치 패드들과 상기 센서 신호선들은, 메탈로 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 터치 스크린 패널.
제15항에 있어서,
상기 메탈로 형성된 터치 패드들과 센서 신호선들은, 상기 플렉서블 터치 스크린 패널이 적용되는 표시 장치의 화소들 간의 경계 면에 메탈 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 터치 스크린 패널.
제15항에 있어서,
상기 표시 장치는, LCD(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diode), 그리고 AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode) 표시 장치 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플렉서블 터치 스크린 패널.