KR20180047732A

KR20180047732A - 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치

Info

Publication number: KR20180047732A
Application number: KR1020160144397A
Authority: KR
Inventors: 이성호
Original assignee: 주식회사 지2터치
Priority date: 2016-11-01
Filing date: 2016-11-01
Publication date: 2018-05-10
Also published as: KR101968271B1

Abstract

본 발명은 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치는, 터치 신호를 생성하는 터치 센서들; 상기 터치 센서들과 연결되는 센서 신호선들; 상기 센서 신호선들과 연결되는 먹스들; 및 상기 먹스들을 통해, 상기 터치 신호를 수신하여, 터치 여부와 터치 좌표 중 적어도 하나 이상을 검출하는 터치 검출부를 포함하되, 상기 표시 장치는, LCD 표시 장치이고, 상기 터치 센서들과 상기 센서 신호선들은, 상기 LCD 표시 장치의 공통 전극을 복수 개로 분리하여 형성될 수 있다. 또한, 본 발명은 상술한 실시예와 다른 실시예들도 포함한다.

Description

터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치{Display device having touch screen function}

본 발명은, 예를 들어, 사람의 손가락 또는 전자 펜 등과 같은 다양한 유형의 터치 입력 수단이 접근 또는 접촉하는 것을 검출하는 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치에 관한 것이다.

일반적으로 터치 스크린은, LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic Light Emitting Diode), 그리고 AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode) 등과 같은 표시 장치의 위에 부가되는 입력 장치(Input device)로서, 손가락 또는 터치 펜 등과 같은 터치 입력 수단이 터치 스크린에 접근 또는 접촉될 때 이를 입력 신호로 인식하는 장치이다.

상기 터치 입력 장치는, 스마트 폰, PDA(Personal Digital Assistants), 그리고 PMP(Portable Multimedia Player) 등과 같은 모바일 기기에 장착되고 있으며, 그 밖에도 네비게이션, 넷북, 노트북, DID(Digital Information Device), 터치 입력 지원 운영 체제를 사용하는 테스크탑 컴퓨터, IP TV(Internet Protocol TV), 그리고 군용 장비 등과 같은 여러 산업 분야에 널리 이용되고 있다.

상기와 같은 다양한 표시 장치에 사용되는 터치 스크린은, 상기 표시 장치와 별도로 제작된 후, 상기 표시 장치의 상판에 부착되는 방식이기 때문에, 상기 터치 스크린이 부착된 표시 장치의 두께가 두꺼워지고, 또한 상기 표시 장치의 밝기가 어두워져 시인성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은, 예를 들어, 표시 장치의 공통 전극을 이용하여, 터치 센서와 센서 신호선을 형성함으로써, 표시 장치를 제조할 때 터치 스크린 기능을 포함시킬 수 있도록 하여, 두께가 얇고 제조가 용이하며 가격이 저렴한 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치를 제공하는 데, 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치는, 터치 신호를 생성하는 터치 센서들; 상기 터치 센서들과 연결되는 센서 신호선들; 상기 센서 신호선들과 연결되는 먹스들; 및 상기 먹스들을 통해, 상기 터치 신호를 수신하여, 터치 여부와 터치 좌표 중 적어도 하나 이상을 검출하는 터치 검출부를 포함하되, 상기 표시 장치는, LCD 표시 장치이고, 상기 터치 센서들과 상기 센서 신호선들은, 상기 LCD 표시 장치의 공통 전극을 복수 개로 분리하여 형성될 수 있다.

상기 터치 센서들은, 다수의 로우와 다수의 컬럼으로 이루어진 도트 매트릭스 형태로 배치되고, 상기 먹스들 중 하나는, 하나의 컬럼에 속하는 터치 센서들에 연결된 센서 신호선들 중 어느 하나를 선택하거나, 적어도 2 개 이상의 컬럼에 속하는 터치 센서들에 연결된 센서 신호선들 중 어느 하나를 선택하여, 상기 터치 검출부와 연결시킬 수 있다. 상기 복수 개로 분리된 공통 전극은, 상기 터치 센서들 및 상기 센서 신호선들의 역할과, 상기 공통 전극의 역할을 선택적으로 수행할 수 있다.

상기 터치 센서들은, 터치 검출 중인 센싱 패드들과 터치 미 검출 중인 난센싱 패드들로 구분되고, 상기 센싱 패드들과 상기 난센싱 패드들에는, 상기 LCD 표시 장치의 공통 전압이 인가될 수 있다. 상기 센싱 패드들에 인가되는 전압이, 상기 공통 전압과 다른 경우, 상기 난센싱 패드들에 상기 공통 전압이 인가될 수 있다. 상기 센서 신호선들은, 상기 터치 센서들을 구성하는 동일한 물질과 마스크에 의해 형성될 수 있다. 상기 공통 전극은, 화소와 화소 간의 경계 영역을 기준으로 분리될 수 있다. 상기 센서 신호선들은, 상기 경계 영역의 상측 또는 하측에 위치하거나, 상기 화소의 상측 또는 하측에 위치할 수 있다.

상기 터치 센서들과 상기 센서 신호선들은, 적어도 하나 이상의 화소에 대향될 수 있다. 상기 센서 신호선들과 연결되는 먹스들은, 상기 LCD 표시 장치의 소스 신호선들과 연결되는 먹스를 제조하기 위한 공정에서 동일한 마스크에 의해 제조될 수 있다. 상기 먹스들은, 상기 센서 신호선들과 콘택 홀을 통해 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 먹스들은, 상기 터치 검출부에서 출력되는 선택 신호, 제어신호, 그리고 필요 전압 중 어느 하나 이상을 입력 받을 수 있다.

상기 터치 센서들은, 터치 검출 중인 센싱 패드들과 터치 미 검출 중인 난센싱 패드들로 구분되고, 상기 먹스들은, 상기 센싱 패드들에 연결된 센서 신호선들을 선택할 수 있다. 상기 먹스들과 연결된 난센싱 패드들에는, 공통 전압 또는 교번 전압이 인가되고, 상기 터치 검출부는, 상기 공통 전압 또는 상기 교번 전압에 기초하여, 상기 센싱 패드들의 터치 신호를 검출할 수 있다.

상기 터치 센서들은, 투명성 도전 물질 또는 비투과성 금속 물질로 구성되는 메쉬 패턴으로 형성되고, 직사각형 또는 마름모형 중 적어도 어느 하나의 형상으로 배치될 수 있다. 상기 터치 검출부는, 터치 드라이브 IC, 디스플레이 드라이브 IC, 또는 상기 터치 드라이브 IC와 상기 디스플레이 드라이브 IC가 일체화된 터치 디스플레이 드라이브 IC 중 어느 하나일 수 있다.

상기 터치 검출부는, 상기 터치 센서들과, 상기 터치 센서들의 일측에 접속된 구동 커패시터(Cdrv)에 교번 전압을 인가하여 획득되는 터치 커패시터(Ct)에 기초하여 터치 신호를 검출할 수 있다.

상기 터치 검출부는. 상기 터치 센서들 중 터치 검출 중인 센싱 패드들과 상하로 인접한 하나 이상의 터치 미 검출 중인 난센싱 패드들의 일측에 교번 전압을 인가하여 획득되는 터치 커패시터(Ct)와, 상기 난센싱 패드들의 센서 신호선들과 상기 센싱 패드들의 센서 신호선들 사이에 형성되는 선간 기생 커패시터(Cp)에 기초하여 터치 신호를 검출할 수 있다.

상기 터치 검출부는. 상기 터치 센서들과, 상기 터치 센서들의 일측에 접속된 기생 커패시터(Cp)에 교번 전압을 인가하여 획득되는 터치 커패시터(Ct)에 기초하여 터치 신호를 검출하되, 상기 터치 검출부에는, 일정 전위 차를 갖는 교번 전압이 인가될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 전자 기기는, 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치; 및 상기 표시 장치를 연동하는 프로세서를 포함하되, 상기 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치는, 터치 신호를 생성하는 터치 센서들; 상기 터치 센서들과 연결되는 센서 신호선들; 상기 센서 신호선들과 연결과는 먹스들; 및 상기 먹스들을 통해, 상기 터치 신호를 수신하여, 터치 여부와 터치 좌표 중 적어도 하나 이상을 검출하는 터치 검출부를 포함하되, 상기 표시 장치는, LCD 표시 장치이고, 상기 터치 센서들과 상기 센서 신호선들은, 상기 LCD 표시 장치의 공통 전극을 복수 개로 분리하여 형성될 수 있다.

상기 전자 기기는, 스마트 폰, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, 넷북, 노트북, DID(Digital Information Device), 테스크탑 컴퓨터, 그리고 IP TV(Internet Protocol TV) 중 적어도 하나일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 표시 장치의 공통 전극을 이용하여 터치 신호를 검출함으로써, 표시 장치만으로도 화면 표시와 터치 검출이 모두 가능하기 때문에, 별도로 부가되는 터치 스크린을 제거할 수 있어서, 두께가 얇고 제조가 용이하며 가격이 저렴해지는 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 표시 장치를 구동하는 구동 칩에 터치 신호 검출을 위한 기능을 포함시킴으로써, 표시 장치의 구동 칩과, 터치 검출을 위한 구동 칩을 하나의 칩으로 제작할 수 있기 때문에, 장치의 간소화와, 제조 공정 및 비용 절감이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린을 예시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도트 매트릭스 방식의 터치 스크린을 예시한 도면.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 화소의 회로도를 예시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서를 예시한 도면.
도 5은 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치의 사시도를 예시한 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서를 도트 매트릭스 방식으로 구획한 예시 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 공통 전극을 메쉬 방식으로 구획한 예시 도면.
도 8내지 도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 터치 신호 검출 회로도를 예시한 도면.
도 11는 본 발명의 실시예에 따른 터치 신호 연산부의 일부를 예시한 도면.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치를 사용하는 전자 기기의 구성을 예시한 도면.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명은 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치에 관한 것으로, 예를 들어, 표시 장치의 공통 전극을 이용하여 터치 신호를 검출함으로써, 표시 장치가, 본연의 제1기능인 화상(Image) 표시 기능을 수행함 은 물론, 제2기능인 터치 기능을 겸비하도록 하는 것이다.

본 발명의 실시예에서 언급되는 표시 장치는, VA(Vertical Alignment) 계열의 LCD, TN 계열의 LCD, IPS(In Plane Switching) 또는 FFS 계열의 횡전계 모드 LCD 등의 액정(Liquid Crystal)을 사용하는 모든 LCD를 포함할 수 있다. 또한 PMOLED와 AMOLED 등과 같은 OLED(Organic Light Emitted Diode) 계열의 모든 표시 장치를 포함할 수 있다. 또한 임의 형태의 정지 화상(예, JPG, TIF 등등) 또는 동영상(MPEG2, MPEG-4 등)을 표시하는 모든 표시 수단을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 언급하는 터치 검출 센서와 터치 센서는, 동일한 의미로 사용될 수 있고, 상기 터치 센서에서 발원하여 터치 드라이브IC(TDI: Touch Drive IC)에 접속되는 터치 센서의 구동 신호선은, 터치 센서 신호선 또는 센서 신호선으로, 상기 터치 센서 신호선과 센서 신호선은, 동일한 의미로 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예에서 언급하는 터치 드라이브 IC는, TDI로 축약될 수 있고, 상기 TDI는, TDDI(Touch Display Drive IC)에 포함될 수 있다. 상기 TDDI는, TDI와 DDI(Display Drive IC)를 포함하며, 1개의 IC로 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에서 언급하는 "동일 선 상”은, 상하 동일 위치에 대향(Overlap) 된다는 의미로 사용될 수 있고, 그 사이에 신호선 등을 이루는 금속 물질 또는 절연체 등이 존재할 수 있다. 예를 들어 A 와 B가, 동일 선 상에 있다고 할 때, A가 B의 상면에 있거나, B가 A의 상면에 있다는 것을 의미할 수 있고, A와 B 사이에 절연체 또는 메탈 등의 다른 물질이 존재할 수 있다.

상기 A와 B가, 동일 선 상에 있을 때, A의 폭(Width)과 B의 폭(Width)은, 별도의 구분이 없는 한 한정되지 않으며, A와 B의 폭(width)의 상호 비율도 별도의 명기가 없는 한 한정되지 않는다. 다만, 본 발명의 실시예로서 A의 폭과 B의 폭은 동일한 것으로 간주할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 언급하는 “~부”와 같은 구성들은, 특정 기능을 수행하는 단위 기능 요소(Unit Function Element)들의 집합체일 수 있다. 예를 들면 어떤 신호의 증폭기는, 단위 기능 요소이고, 증폭기나 신호 변환기들이 모인 집합체는, 신호 변환부로 명명할 수 있다. 또한, “~부”는 더 큰 구성요소 또는 “~부”에 포함되거나, 더 작은 구성 요소들 및 “~부”들을 포함할 수 있다. 또한, “~부”는 자체적으로 연산 기능이나 메모리 등에 저장된 명령어(command) 등을 처리할 수 있는 독자적인 CPU(Central Processing Unit)를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예의 도면에는, 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께 또는 영역을 확대하여 나타내었다. 본 발명의 다양한 실시예를 통하여 유사한 부분에 대해서는, 동일한 도면 부호를 사용하였다. 예를 들어, 층, 영역, 기판 등의 부분이, 다른 부분 “위에” 또는 “상면” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 “바로 위에(중간에 다른 부분이 없는 것)” 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 또 다른 부분(예, 매개층 또는 절연층(insulting layer))이 있는 경우를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 언급된 “신호(signal)”는, 특별한 언급이 없는 한, 전압 또는 전류를 총칭할 수 있고, “커패시턴스(capacitance)”는 물리적인 크기를 나타내며, “정전 용량”과 동일한 의미로 사용될 수 있고, “커패시터 (capacitor)”는, 물리적인 크기인 커패시턴스를 갖는 소자(Element)를 지칭할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 커패시터의 기호로 사용된 부호인 C는, 커패시터를 지칭하는 부호로 사용되며, 커패시터의 크기인 커패시턴스를 나타낼 수 있다. 예를 들어 C1은 제1 커패시터를 지칭하는 부호이기도 하며, 상기 제1 커패시터의 크기인 커패시턴스임을 의미할 수도 있다.

본 발명의 실시예에서 "신호(signal)를 인가(forcing)"한다는 의미는, 어떤 상태를 유지하고 있던 신호의 레벨(Level)이 바뀐다는 의미일 수 있다. 예를 들어, 스위칭 소자의 온/오프 제어 단자에 신호를 인가한다는 의미는, 기존의 로우(Low) 레벨 전압(예, 대지 전압(zero Volt) 또는 일정 크기의 DC전압, 또는 AC전압)이, 하이(Hi) 레벨(예, 로우 레벨 전압보다 더 큰 진폭 값을 가지는 DC 전압 또는 AC전압)로 바뀐다는 것을 의미할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 터치 신호 검출에 참여 중인 터치 센서를 센싱 패드(Sensing Pad)라고 하고, 터치 신호 검출에 미 참여 중인 터치 센서를 난센싱 패드(non-sensing pad)라고 할 수 있으며, 터치 센서는, 센싱 패드와 난센싱 패드 모두를 포함할 수 있다.

상기 센싱 패드는, 복수의 터치 센서 중, 터치 검출을 위해 터치 검출부(14)에 접속된 터치 센서이고, 상기 난센싱 패드는, 터치 검출을 수행하지 않으며 터치 검출부(14)에 접속되지 않은 터치 센서일 수 있다. 상기 센싱 패드는, 터치 검출이 완료된 후에는 난센싱 패드가 되며, 사전에 정해진 순서(Sequence)에 따라, 임의의 난센싱 패드는, 센싱 패드로 전환될 수 있다.

상기 센싱 패드와 난센싱 패드는, 고정되지 않으며 시간에 따라 변환될 수 있으며, 각 센싱 패드와 난센싱 패드의 변환 순서는, 사전에 정해진 순서에 의해 순차적으로 결정될 수 있다. 여기서, 시분할 방법(Time Sharing Technique)이 상기 순서를 정하는 일 실시예로 사용될 수 있다.

상기 터치 신호를 검출할 때, 상기 센싱 패드에 인가되는 프리차지(pre-charge) 전압을 “제1 전압”이라고 하고, 상기 터치 신호를 검출하지 않는 난센싱 패드에 인가되는 전압을 “제2 전압”이라고 할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, “터치를 검출한다” 또는 “터치 신호를 검출한다”는 것은, 동일한 의미일 수 있다. 터치 신호 검출의 대표적인 일 실시예는, 손가락 등과 같은 도전체가 터치 센서에 접촉 또는 접근하지 않아서 터치 정전 용량이 형성되지 않았을 때 터치 검출부(14)에서 검출한 전압과, 손가락 등과 같은 도전체가 터치 센서와 대향할 때 형성된 터치 정전 용량(Ct)에 의해 터치 검출부(14)에서 검출된 전압 간의 차이를 인지하는 것을 의미할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 프리차지(Pre-charge) 및 충전(Charge)은, 프리차지 전압(Pre-charge Voltage) 및 충전 전압(Charge Voltage)과 동일한 의미로 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 특별한 언급이 없는 한 센싱 패드는, 상기 센싱 패드를 연결하는 센서 신호선을 포함하는 의미일 수 있고, 난센싱 패드는, 상기 난센싱 패드를 연결하는 난센싱 패드 신호선을 포함하는 의미일 수 있다.

본 발명의 실시예에서 소스 신호선(Source Line) 및 게이트 신호선(Gate Line)을 총칭하여 신호선(signal line)이라고 할 수 있고, 상기 신호선은, 소스 신호선 또는 게이트 신호선만을 지칭하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서 화소(Pixel)는, 단위 화소(sub pixel)와 구분 없이 사용될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따르면, 도 1의 터치 검출부(14) 또는 상기 터치 검출부(14)를 포함하는 구동부(31)의 다양한 실시예에 대하여, 도 8내지 도10을 참조로 설명하였으며, 버퍼(Buffer)가 명기되어 있다. 상기 버퍼는, 터치 센서를 하이 임피던스로 만들기 위한 수단으로, MOS의 게이트(Gate) 입력, 또는 OPAMP의 입력 등과 같이, 입력이 하이 임피던스(Hi-z)인 모든 수단을 포함할 수 있다.

상기 버퍼의 출력 단자에는, S&H(Sample & Holder), DAC(Digital to Analog Convertor), PGA(Programmable Gain Array), ADC(Analog to Digital Convertor), 차동 증폭기, 또는 다양한 증폭기, 그리고 비교기 등이 연결되며, 예를 들어, 상기 소자들은 순차적으로 상호 연결될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린을 예시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 상기 터치 스크린은, 복수의 터치 센서(10)와 센서 신호선(22) 등으로 구현될 수 있다. 상기 터치 스크린에서 검출된 터치 신호는, 도 1의 터치 신호 연산부(30)에서 좌표의 형태로 추출되어, 이를 필요로 하는 호스트(Host)로 전송된다. 여기서 상기 전송 동작은, 통신부(46)을 통하여 이루어질 수 있다.

상기 터치 신호 연산부(30)는, 터치 검출부(14), 신호 처리부(35), 메모리부(28), 전원부(47), CPU(40), 타이밍 제어부(33), 교번 전압 생성부(42), 통신부(46), 그리고 구동부(31) 등을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 터치 검출부(14)는, 상기 구동부(31) 내에 포함될 수 있다.

상기 구동부(31)는, 멀티플렉서를 포함할 수 있고, 상기 구동부(31)의 일부는, 표시 장치에 포함될 수 있으며, 상기 멀티플렉서는, 상기 구동부(31)의 내부 또는 상기 구동부(31)의 외부인 표시 장치에 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 멀티플렉서는, 복수개의 터치 센서(10) 중 하나를 선택하는 멀티플렉싱 기능을 수행할 수 있다.

상기 구동부(31)는, 상기 터치 센서(10)를 하이 임피던스 상태로 고립시키거나, 프리차지 (Pre-charge) 전압을 인가하거나, 상기 교번 전압 생성부(42)에서 생성된 교번 전압이 인가된 후 일정 시간이 경과한 이후에 전압의 변화를 출력하는 역할을 할 수 있다.

상기 신호 처리부(35)부는, 상기 구동부(31)에서 출력된 신호를 받아들여 증폭하거나 프로세싱 하는 역할을 하며, 상기 신호 처리부(35)에는, ADC, DAC, 또는 비교기 등이 포함될 수 있다.

상기 메모리부(28)는, 상기 신호 처리부(35)에서 연산된 결과를 임시 저장하거나, 상기 CPU(40)의 동작에 필요한 펌웨어(Firmware) 등이 저장될 수 있다. 상기 전원부(47)는, 터치 스크린 또는 상기 터치 신호 연산부(30)에 필요한 전원을 생성하여 공급하는 역할을 한다.

상기 CPU(40)는, 상기 신호 처리부(35)에서 처리된 신호를 기반으로 터치 좌표를 연산하거나, 상기 터치 신호 연산부(30)에 포함된 각 구성 요소들을 제어하는 역할을 하며, 상기 타이밍 제어부(33)는, 상기 터치 신호 연산부(30)가 필요로 하는 주파수의 클럭(Clock)을 생성하는 역할을 한다. 상기 교번 전압 생성부(42)는, 터치 검출을 위해 필요한 교번 전압을 생성하는 역할을 하며, 상기 전원부(47)에 포함될 수 있다.

도 1을 참조하면, 상기 터치 센서(10)는, 예를 들어, 횡 방향으로 6개의 행과, 종 방향으로 5개의 열로 이루어지는 6 x 5의 도트 매트릭스 방식으로 배치될 수 있다. 상기 6 x 5의 도트 매트릭스는, 본 발명의 일 예로서, 실제로는 20 x 20 또는 24 x 30 등과 같이 다양한 행렬의 도트 매트릭스가 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 터치 검출을 위해, 상기 센서 신호선(22)와 직각인 방향으로(예: 도 1의 횡 방향) 순차적, 즉, Row1-> Row2-> Row3->....Row6 -> Row1->...과 같이 터치 검출에 필요한 신호를 인가하여 터치 신호를 검출할 수 있다. 예를 들어, 상기 구동부(31)에 포함된 먹스에 의해 (Row1, Col1), (Row1, Col2), (Row1, Col3), (Row1, Col4), 그리고 (Row1, Col5)만 선택되어, 상기 구동부(31)에 전기적으로 접속될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도트 매트릭스 방식의 터치 스크린을 예시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 상기 터치 스크린은, 예를 들어, 도트 매트릭스 방식일 수 있고, 도 1의 구동부(31)에는, 멀티플렉서(Multiplexor, 이하 Mux)가 포함되며, 하나의 컬럼에는 하나의 먹스가 설치될 수 있고, 상기 먹스는, 하나의 컬럼에 포함된 복수개의 터치 센서(10)들 중 어느 하나를 선택하는 역할을 할 수 있다. 여기서, 상기 먹스는, 상기 구동부(31)의 외부에 포함될 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

예를 들어, 상기 터치 센서들은, 다수의 로우와 다수의 컬럼으로 이루어진 도트 매트릭스 형태로 배치되고, 상기 먹스들 중 하나는, 하나의 컬럼에 속하는 터치 센서들에 연결된 센서 신호선들 중 어느 하나를 선택하거나, 적어도 2 개 이상의 컬럼에 속하는 터치 센서들에 연결된 센서 신호선들 중 어느 하나를 선택하여, 상기 터치 검출부와 연결시킬 수 있다.

상기와 같이 센서 신호선들과 연결된 먹스들은, 상기 표시 장치의 소스 신호선과 연결되는 먹스들을 제조하는 공정에서 동일한 마스크에 의해 제조될 수 있다.

도 3는 본 발명의 실시예에 따른 화소의 회로도를 예시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 횡전계 모드(IPS, In Plane Switching) LCD의 단위 화소의 구성에서, 상기 횡전계 모드 LCD의 공통 전극(Common Electrode)은, TN 모드 LCD가 컬러 필터에 공통 전극이 위치하는 것과는 달리, TFT기판에 형성되어 있다.

상기 TFT기판의 상면에는, 게이트 신호선(242)과 소스 신호선(244)이 종횡으로 배치되고, 상기 게이트 신호선(242) 및 소스 신호선(244)에 의해 구획된 영역은 화소를 형성한다.

상기 화소 내에는 화상 신호를 스위칭하는 TFT(250)가 설치고, 상기 TFT(250)의 게이트 전극(251)은, 상기 게이트 신호선(242)에 접속되어 주사 신호를 인가 받으며, 소스 전극(253)과 드레인 전극(255)은, 각각 소스 신호선(244)과 화소 전극 라인(248)에 접속된다.

상기 TFT(250)의 반도체층(257)이, 화상 신호를 액정층에 인가하기 위해 소스 전극(253)과 드레인 전극(255) 사이에 채널을 형성한다. 상기 화소 내에는 도 3에 도시한 바와 같이, 화소 전극 라인(248)과 평행하게 공통 전극 라인(246)이 형성된다.

상기와 같이 구성되는 LCD는, 상기 TFT(250)가 작동하여 화소 전극 라인(248)에 화상 신호를 인가하면, 공통 전극 라인(246)과 화소 전극 라인(248) 사이에 실질적으로 평행한 횡전계가 발생하고, 이로 인해 액정 분자는 평면 상에서 움직이게 된다.

도 3에는, 상기 공통 전극 라인(246)이, 상기 화소 전극 라인(248)보다 하측에 있는 것으로 도시되었으나, 상기 공통 전극 라인(246)은, 절연체를 사이에 두고 상기 화소 전극 라인(248)의 상면에 위치할 수도 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서를 예시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 상기 터치 센서는, 횡전계 모드 LCD의 공통 전극을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시한 바와 같이, 게이트 신호선(242) 및 소스 신호선(244)로 구획된 8개 화소 중 4개 화소의 공통 전극 라인(246)이 모여서 점선으로 구획된 하나의 공통 전극을 형성할 수 있다.

도 4의 점선은 공통 전극 라인이 하나의 공통 전극으로 모여 있음을 나타내는 가상의 구획으로서, 실제로는 빗금친 공통 전극만이 존재할 수 있다. 예를 들어, 가상의 점선 내에 포함된 4개의 공통 전극은, 전기적으로 서로 연결되어 하나의 센서 신호선(22)에 접속되어, TDI에 접속될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 4개로 합쳐진 공통 전극은, 터치 센서(10)로 동작함은 물론 공통 전극으로 동작하기도 한다. 여기서, 상기 4개의 화소에 포함된 4개의 공통 전극이, 하나의 구획된 터치 센서로 동작한다는 것은, 본 발명의 일 예이며, 실제로는 하나 또는 수 백 개 또는 수 천 개의 화소에 포함된 공통 전극이 서로 전기적으로 연결될 수 있으며, 상기 센서 신호선(22)에 접속되어, 후술하게 될 표시 장치 내의 멀티플렉서에 접속되거나, 또는 TDI에 접속될 수 있다.

상기 공통 전극과 연결된 센서 신호선(22)은, 터치 검출에 필요한 프리차지 전압을 인가하고, 터치 신호를 검출하는 신호선의 역할을 하며, 상기 공통 전극이 화상을 표시하는 시간 영역에서는, LCD의 공통 전압을 인가하는 역할을 한다. 상기와 같이 공통 전압을 인가하거나, 프리차지 전압을 인가하거나, 터치 신호를 감지하는 역할은, TDI또는 상기 TDI와 DDI(Display Drive IC)가 결합된 TDDI(Touch Display Drive IC) 등에서 수행될 수 있다.

도 4에 도시한 A와 B를 참조하면, 상기 센서 신호선(22)은, 소스 신호선(244)의 측면에 설치되었으나, 실제로는 소스 신호선의 상면이나 하면에서 상기 소스 신호선과 대향하여 눈에 보이지 않도록 회피하여 배치될 수 있다. 또는 상기 센서 신호선(22)은, 화소와 대향하여 화소의 공통 전극 역할을 담당하며, 상기 TDI로 접속되기도 하는 데, 이에 대해서는 후술하기로 한다.

상기와 같은 공통 전극은, 화소를 구성하는 일부분이므로, ITO등과 같은 투명 전극으로 구성되어야 하며, 상기 공통 전극과 연결된 센서 신호선은, 소스 신호선 또는 게이트 신호선의 상측 또는 하측으로 설치될 수 있는 데, 이경우, 투명 전극일 이유는 없다.

예를 들어, 상기 공통 전극과 연결된 센서 신호선이, 구리 또는 알루미늄 등과 같은 메탈로 형성되면, 투명 전극보다 저항이 낮아지므로 터치 신호를 검출하는 데 더욱 유리할 수 있다. 상기와 같은 센서 신호선은, 별도의 전용 마스크로 패터닝 되어 제작될 수도 있으나, 예를 들어, TFT를 제조하는 과정에서 소스 메탈이나 게이트 메탈 또는 이외의 메탈 마스크를 공용으로 사용하여 제조하면 마스크 수를 줄여 제조원가를 절감하는 것이 가능하다.

도 5은 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치의 사시도를 예시한 도면이다.

도 5을 참조하면, 표시 장치는, 화면 표시 영역(Display Area, DA), 비화면 표시 영역(Non-Display Area, NDA), 그리고 화소 영역(Pixel Area, PA) 등을 포함할 수 있고, 복수의 화소 영역(PA)이, 상기 화면 표시 영역(DA)을 형성할 수 있다

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서를 도트 매트릭스 방식으로 구획한 예시 도면이다.

도 6은, 예를 들어, 도 5의 화면 표시 영역에 설치된 공통 전극을, 도 4와 같은 복수 개의 화소에 대응하는 공통 전극의 터치 센서로 구획하고, 도 1과 같이, 복수의 터치 센서를 도트 매트릭스 방식으로 배치한 실시예이다.

도 6을 참조하면, 화면 표시 영역(DA) 내에 화소 영역(PA)이 존재하고, 복수의 화소에 공통 전극 역할을 수행하는 하나의 터치 센서(10)가 존재하고, 상기 터치 센서에 센서 신호선(22)이 연결되어, 도 1의 터치 신호 연산부(30)에 접속될 수 있다. 상기 센서 신호선(22)에는, 공통 전압이 인가되거나, 터치 검출을 위한 프리차지 전압 또는 교번하는 AC 전압을 인가될 수 있다.

상기 표시 장치에서 분리된 공통 전극은, 터치 센서(10)의 역할과, 표시 장치의 공통 전극의 역할을 각각 시행하거나, 두 가지 기능을 동시에 수행할 수도 있다. 상기 두 가지 기능을 동시에 수행하는 경우, 터치 센서는 터치 검출 중인 센싱 패드와 터치 미검출 중인 난센싱 패드로 구분될 수 있고, 상기 센싱 패드와 난센싱 패드에는, 상기 표시 장치의 공통 전압이 인가될 수 있다.

상기 하나의 터치 센서는, 하나 또는 복수의 화소를 포함하며, 상기 터치 센서(10)는, LCD에서 공통 전극의 역할을 하므로, 터치 신호를 검출하거나 또는 터치 신호를 검출하지 않을 때에 표시 장치로서의 역할을 수행하도록 공통 전압이 인가되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 모든 터치 센서(10)에 인가되는 공통 전압의 전위는, 동일한 것이 바람직하다. 예를 들어 상기 터치 센서가 공통 전극의 역할을 수행하는 동안, 상기 모든 터치 센서에 인가되는 공통 전압은, -2V 또는 -1V와 같은 동일한 전압이 인가되어야 한다.

만일, 터치 신호를 검출할 때, 상기 센싱 패드인 터치 센서(10)에 터치 신호 검출을 위해 인가되는 전압이 공통전압과 서로 다른 경우, 터치 신호를 검출하지 않는 난센싱 패드에는 화면 표시를 위한 공통전압이 인가되어야 하며 이로 인해 터치를 검출하지 않는 영역에서는, 표시 장치의 화면이 정상적으로 표시된다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 공통 전극을 메쉬 방식으로 구획한 예시 도면이다.

도 7을 참조하면, 횡전계 모드의 LCD의 화면 표시 영역(DA)에는, 복수개의 화소가 있고, 하나의 화소가 PA로 표시되어 있고, 공통 전극의 역할을 수행하는 터치 센서(10a 내지 10d)가 표시되어 있다.

이는 하나의 실시예로서, 10 x 10 행렬의 매트릭스 또는 20 x 20 행렬의 매트릭스 등과 같은 다양한 조합의 터치 센서가 구획될 수 있다.

상기 표시 영역의 일측에는, 데이터 신호선(Data Line) 또는 소스(Source) 신호선이 있고, 상기 데이터 신호선과 교차하는 게이트 신호선(Gate Line)이 있다. 상기 데이터 신호선 또는 게이트 신호선은, 화면이 표시되지 않는 BM(Black Matrix) 영역에 대응될 수 있다. 여기서, 상기 BM 영역은, 화소와 화소 간의 경계 영역에 대응되거나 포함되는 영역일 수 있으며, 임의의 다른 명칭으로 일컬어질 수 있다.

상기 구획된 하나의 터치 센서(10)가, 공통 전극의 역할을 동시에 수행하므로 구획된 터치 센서는, 구획 부분에서도 모든 화소에 공통 전압을 공급해 주어야 한다.

이를 위해 공통 전극을 구획할 때, 화소와 화소의 경계 부분 즉, 데이터 라인이나 게이트 라인 등의 BM 영역을 경계로 구획한다. 도 7의 터치 센서인 10a와 10b의 경계 부분에는, 데이터 신호선이 있으며, 데이터 신호선에 인접하여 구획하면 터치 센서(10a, 10b)에는 모든 화소가 포함된다. 바람직하게는 데이터 신호선의 중심을 기준으로 하여 0.1um ~ 20um으로 구획될 수 있다.

또한, 터치 센서인 10a와 10c의 경계 부분에는, 게이트 라인이 있으며 게이트 라인에 최대한 인접하여 터치 센서를 구획하면 터치 센서(10a, 10c)에는, 모든 화소가 포함된다. 바람직하게는 게이트 신호선의 중심을 기준으로 하여 0.1um~20um으로 구획될 수 있다. 상기와 같이 본 발명의 실시예는, 공통 전극을 구획하는 경우, 데이터 라인 또는 게이트 라인을 중심으로 구획할 수 있다.

한편, 도 7에서, 공통 전극 또는 터치 센서(10)와 TDI를 연결하는 센서 신호선(22)은, 지나는 경로의 모든 화소에 대해 공통 전극의 역할을 할 수도 잇다. 예를 들어, 도 7에서는, 상기 센서 신호선이 한 컬럼(column)의 화소에 대해 공통 전극 역할을 수행하며, TDI(미도시) 또는 먹스(Mux)(미도시)에 연결되어 있으나, 복수 개(예: 2개 또는 3 개)의 컬럼의 화소에 대해 공통 전극의 역할을 수행할 수도 있다.

이 경우, 상기 센서 신호선(22)도 터치 검출에 필요한 신호를 터치 센서(10)로 전달하며, 또는 표시 장치의 일부인 공통 전극의 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, ITO와 같은 투명 도전 물질로만 센서 신호선(22)이 형성된 경우, 센서 신호선의 저항이 증가할 수 있으며, 이로 인해 터치를 검출하는 시간이 부족할 수 있다.

상기와 같은 경우, 상기 센서 신호선(22)의 일부를, 소스 신호선 또는 게이트 신호선과 겹치도록 상측에 위치시키고, 상기 소스 신호선 또는 게이트 신호선의 상측에 위치한 센서 신호선의 상면 또는 하면에 메탈을 설치하여 센서 신호선의 저항을 줄이는 방법이 사용될 수 있다.

즉, 소스 신호선 또는 게이트 신호선의 상면에, 메탈이 존재하고, 상기 메탈의 상면 또는 하면에, 도 7의 센서 신호선이 배치되면, 상기 센서 신호선은 공통 전극의 역할과 저항이 줄어드는 효과를 기대할 수 있다. 여기서 메탈 공정은, 공통 전극의 형성 공정 이전에 선행되거나, 공통 전극의 형성 공정 이후에 후행될 수 있으나, 예를 들어, 공통 전극의 형성 공정 이후에 상기 공통 전극과는 별개의 마스크로 진행하는 것이 바람직하다. .

도 7을 참조로 부연 설명하면, 상기 센서 신호선(22a)은, 소스 신호선과 일부가 겹칠 수 있으며, 상기 소스 신호선 상면의 공통 전극의 상면에, 메탈을 도포하여 소스 신호선과 상하 대향 하도록 하는 경우, 화소의 가시 영역을 침범하지 않으면서도, 센서 신호선(22a)의 저항을 감소시키는 것이 가능하다.

상기와 같은 방법은, 공통 전극 아래로, 센서 신호선이 형성되는 종래의 방법에 비해 기생 커패시터를 줄여주므로, 터치 신호 검출이 더 유리한 장점이 있다. 상기 센서 신호선(22)도, 전술한 바와 같이 BM영역을 기준으로 구획되는 터치 센서의 구획 방법과 동일한 원칙이 적용된다. 즉, 센서 신호선이 구획되는 경계 영역에는 공통 전압이 인가되지 않은 화소가 없어야 한다.

도 8내지 도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 터치 신호 검출 회로도를 예시한 도면이다.

도 8를 참조하면, 표시 장치의 구획된 공통 전극의 하나로 형성된 터치 센서(10)는, 터치 센서 연산부(30)의 구동부(31)에 접속된다. 도 8 내지 도 10은, 터치 센서 연산부(30)에 포함된 터치 검출부(14)로서, 상기 터치 검출부(14)는, 예를 들어, 상기 구동부(31) 내에 포함되거나, 상기 구동부(31)와 연동되는 별도의 구성일 수 있다.

상기 터치 센서(10)는, 터치 검출부(14)에 접속되며, 상기 터치 신호 검출부는, 프리차지 전압(Vpre)을 인가하는 스위치(SW), 버퍼(Buffer), 그리고 도시되지 않은 증폭기, ADC 또는 DAC 등을 포함한다.

상기 터치 센서(10)의 일측에는, 기생 용량(Cp)의 일측이 접속되며, 상기 기생 용량은, 센서 신호선(22) 사이의 기생 용량, 또는 TDI나 TDDI의 내부에서 해당 배선을 배치(layout)하는 과정에서 발생하는 기생 용량, 또는 캐소드와 애노드 사이에 발생하는 기생 용량, 또는 액정으로 인해 발생하는 기생 용량(Clc) 등이 있으며, 이를 Cp로 명명하였다.

상기 터치 센서(10)에는, 프리차지 전압이 인가되며, 상기 프리차지 전압이 인가될 때 턴 온(turn on)되는 스위치(SW)는, 상기 프리차지 전압이 인가된 후 턴 오프(turn off)되어, 상기 터치 센서(10)를 하이 임피던스 상태로 유지시킨다.

1. 터치 신호 검출에 관한 제1 실시예

도 8는 터치 신호 검출에 관한 제1 실시예의 회로도로서, 터치 센서와, 상기 터치 센서의 일측에 접속된 구동 커패시터(Cdrv)의 일측에, 교번하는 구동 전압을 인가하는 방법이 적용될 수 있다. 상기 구동 커패시터(Cdrv)는, TDI 또는 TDDI의 내부에 형성될 수 있다.

제1 실시예에서, 상기 스위치를 턴 온 한 후 프리차지 전압을 인가하고 스위치를 턴 오프하면 터치 센서(10)는, 하이 임피던스 상태가 되며, 이때 구동 커패시터(Cdrv)의 일측에 교번하는 구동 전압을 인가하면, 버퍼(Buffer)에서 전압이 검출되는 데, 이때 검출되는 전압은, 터치 커패시터 또는 터치 정전 용량(Ct)의 크기와 상관 관계를 갖는다.

상기 터치 정전 용량(Ct)는, 손가락 등과 같은 터치 입력 수단과, 상기 터치 센서(10) 간의 거리(d)와 대향 면적(S), 그리고 상기 터치 입력 수단과 터치 센서 사이에 채워진 물질들의 복합 정전 용량에 의해 결정된다. 즉, 수식 Ct = e (S/d)로 결정되며, 여기서 e은 유전율이다.

상기 터치 검출부(14)에서는, 이러한 전압 차이를 이용하여 Ct의 크기를 판별하고, 터치 좌표를 연산하는 것이 가능하다. 상기 터치 좌표를 연산하는 것은 CPU(40)이 담당할 수 있다.

2. 터치 신호 검출에 관한 제2 실시예

도 9은 터치 신호 검출에 관한 제2 실시예의 회로도로서, 터치 센서 중 센싱 패드(10b)와 상하로 인접한 하나 또는 복수의 난센싱 패드(10a, 10c)의 일측에 교번하는 구동 전압을 인가하는 방법이 적용될 수 있다.

제2 실시예에서, 난센싱 패드의 신호선(22a, 22c)과 센싱 패드의 신호선(22b) 사이에 형성된 선간 기생 커패시터(Parasitic Capacitor between line)에 기초하여 터치 신호를 검출할 수 있다. 도 9의 버퍼에는, 터치 정전 용량(Ct)의 크기에 상관 관계를 가지는 전압이 출력되며, CPU(40)는 출력된 전압의 크기를 이용하여 좌표를 연산하는 것이 가능하다.

3. 터치 신호 검출에 관한 제3 실시예

도 10은 터치 신호 검출에 관한 제3실시예의 회로도로서, 프리차지 전압이 인가되는 스위치와 버퍼 또는 표시되지 않는 증폭기, ADC 또는 DAC을 포함하는 터치 검출부(14)에, DGND인 그라운드를 기준으로 교번하는 전압(Vci)을 인가할 때, 터치 정전 용량(Ct)의 크기와 상관 관계를 가지는 전압이, 상기 버퍼에서 검출될 수 있다.

제3 실시예에서, 상기 DGND는, 교번하는 그라운드이며, 상기 DGND와 Vci가, 3V 또는 5V등의 전위차를 가질 때 DGND와 Vci의 전위차는, 3V 또는 5V이며, 상기 DGND가 10V로 교번하면 DGND 와 Vci의 전위차는, 10V로 교번하는 전압의 형태가 된다.

제 1 내지 제3 실시예에서, 상기 프리차지 전압은, 터치 센서 역할을 하는 공통 전극(10)으로 인가된다. 여기서, 상기 프리차지 전압은, 공통 전압인 캐소드 전압(ELVSS)로 인가될 수 있으며, 난센싱 패드에도 공통 전압이 인가되면, 터치 신호 검출 및 표시 장치의 화면을 정상적으로 표시하는 것이 가능하다.

한편, 제 1 내지 제3 실시예에서, 상기 프리차지 전압을 공통 전압인 캐소드 전압(ELVSS)로 인가할 수 없는 경우, 난센싱 패드에만 공통 전압을 인가하고, 시분할 방법(time sharing)을 이용하여, 터치 신호를 검출하는 것과 표시 장치에서 화면을 표시하는 것이 가능하다. 도 7을 예로 들어 시분할 방법을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시예에 따른 터치 신호 검출과 화면 표시 방법은, 터치 신호를 검출하고 나서 표시 장치에 화면을 표시하는 방법이다. 예를 들어, 도 7에서 하나의 터치 센서에는, 5개의 게이트(Gate) 신호선이 포함되어 있다. 상기 터치 센서(10)를 이용하여 터치를 검출하는 시간은, 수 us에서 수십 us에 불과하므로, 하나의 터치 센서(10)에서 터치 신호를 검출한 후, 그 터치 센서에 포함된 게이트 신호선을 순차적으로 사용하면 화면을 표시할 수 있다. 상기 방법은, 하단으로 동일하게 적용할 수 있다. 여기서, 상기 방법은 화면 표시 영역(DA)의 상단부터 하단으로 진행하거나, 하단부터 상단으로 진행하는 등의 정해진 규칙성이 확보되어야 한다.

이로 인해 짧은 시간에 터치 신호를 검출하고, 터치 신호 검출로 인해 손상된 화면을 신속히 개정(refresh)하여, 적어도 사용자가 화면 이상을 인지할 수 없도록 함으로써, 터치 검출과 화면 표시가 모두 가능하게 된다. 상기 방법은 화상 정보를 저장하는 프레임 메모리(frame memory) 또는 복수개의 라인에 관한 화상 정보를 저장하는 라인 메모리의 사용에 의해 달성될 수 있다.

도 11는 본 발명의 실시예에 따른 터치 신호 연산부의 일부를 예시한 도면이다.

도 11를 참조하여, 하나의 컬럼에 포함된 먹스와, 상기 먹스를 제어하는 선택 신호(sel), 그리고 제어 신호(control) 등에 대해 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 하나의 컬럼에는 하나의 먹스가 설치될 수 있고, 상기 먹스는, 복수개의 터치 센서(10) 중 하나를 선택하여, 버퍼가 포함된 구동부에 접속시킨다. 상기 구동부(31)는, 상기 터치 검출부(14)를 포함하거나, 상기 터치 검출부(14)와 연동되며, 상기 터치 검출부(14)는, 상기 먹스에 의해 선택된 하나의 터치 센서가 접속된다.

상기 먹스를 통하여 선택된 하나의 터치 센서(10)는, 터치 신호를 검출하는 센싱 패드이고, 나머지는 터치 신호를 검출하지 않는 난센싱 패드이다. 도11의 먹스는, TDI 또는 TDDI의 내부에 존재하는 것이 일반적이다. 도 2를 참조하면, 30개의 터치 센서(10)가 있는 경우, 먹스가 TDDI 내부에 위치한다면, 상기 TDDI에는, 30개의 입력 단자가 필요하게 되며, 상기 터치 센서(10)가 수백 개인 경우, TDDI의 입력 단자는, 수백 개가 되어야 하므로, TDDI의 부피가 증가되어 가격 상승의 요인이 된다.

이를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에서는, 상기 먹스가, 표시 장치의 일측에 설치될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 먹스가 표시 장치에 설치되고, 먹스의 출력 하나만이 터치IC인 TDI나 TDDI로 입력 된다면, 30개의 입력 단자가 단지 5개로 줄어들게 되어, 터치IC의 부피를 줄일 수 있으므로 가격 절감 등이 가능하게 된다.

상기 먹스에 관해 부연 설명하면 다음과 같다. 최근에 LTPS 공정의 안정화로 인해 LCD또는 AMOLED등의 표시 장치를 구동을 위해 하나의 소스 신호선(source line)으로 복수개의 화소를 시분할 구동하는 먹스가 널리 사용되고 있다.

상기 먹스는, 효용성이 입증되었으므로 터치 신호 검출에 도입하는 것은 문제가 없다. 이러한 기법의 장점은 표시 장치 구동을 위해 필요한 먹스를 설계 및 제조할 때 터치를 위한 먹스를 동시에 함께 설계 및 제조를 할 수 있다는 것으로, 이는 비용이 절감된다는 것을 의미한다.

상기와 같이 터치를 위해 제조된 먹스는, LCD또는 AMOLED의 표시 장치의 일측에 설치될 수 있다. 예를 들어, 도 5의 비화면 표시 영역(Non-Display Area)에 설치될 수 있으며, 통상적으로는 화면 표시를 위한 먹스와 유사한 위치에 설치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 하나의 먹스에는 동일한 컬럼에 위치하는 복수의 터치 센서(10)가 접속된다. 이때 “동일한 컬럼(Column)"이라는 의미는, 도 1을 참조로 전술한 바와 같이, 센서 신호선(22)이 다발(Harness)로 묶여서 내려오는 하나의 그룹(group)을 의미한다.

상기 하나의 먹스에는, 복수의 터치 센서가 연결되고, 이 중에 하나만을 선택하는 것이 먹스의 역할이므로, 상기 먹스에는, 복수의 터치 센서 중 하나를 선택하는 선택 신호(select)가 필요하며, 이는 도 11에서 "sel"로 명기되어 있다.

상기 먹스에서 선택된 센싱 패드 이외에 선택되지 않은 난센싱 패드에는, AMOLED의 공통 전압(ELVSS) 또는 LCD용 공통 전압이 인가되어야 하므로, 이러한 전압을 인가하기 위한 제어 신호와 이에 필요한 전압이 필요하다. 도 11에서 전압을 인가하기 위한 제어 신호를 “control"로 명기하였으며, 상기 공통 전압 등과 같이 필요한 전압을 "필요 전압"으로 명기하였다.

상기 선택 신호(sel)와 제어 신호(control), 그리고 “필요 전압”은, 표시 장치의 TFT(Thin Film Transistor) 공정을 이용하여 설계 및 제조가 가능하나, TDDI또는 TDI와 같은 터치IC에서 공급하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 TFT를 사용하는 경우, 표시 장치에서 이를 생성할 여유 공간이 협소하며, TFT의 동작 속도가 느려서 원하는 주파수 대역으로 구동하는 것이 어렵기 때문이다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는, 표시 장치의 일측에 설치된 먹스로부터 하나의 터치 센서(10)를 제공받는다. 상기 먹스는, 표시 장치의 소스 라인과 연결된 먹스를 제조하는 과정에서 동일한 마스크로, 동일한 공정을 통해 제조될 수 있다.

상기 먹스는, N-type 또는 P-type 또는 PN-type인 CMOS type모두를 포함할 수 있다. 상기 먹스에는, 터치IC에서 발원하는 선택 신호, 제어 신호, 그리고 필요전압이 공급된다. 상기 터치IC에서 발원된 선택 신호, 제어 신호, 그리고 필요전압은, 모든 먹스에 개별적으로 공급하는 것이 가능하다. 예를 들어 5개의 먹스에 대해 5개 그룹의 선택 신호와 5개 그룹의 제어 신호 등을 공급하는 것이 그 예이다.

그러나, 이로 인해 터치IC에는, 많은 수의 출력 단자가 필요하므로 이는 비효율적이다. 따라서 하나의 그룹만이 터치IC에서 발원하고, 표시 장치 내에서 분기하여 사용하는 것이 바람직하다.

TFT를 제조하는 공정(즉, 먹스를 제조하는 공정)이 공통 전극보다 선행하거나 후행 하기 때문에, 공통 전극(특히 AMOLED의 캐소드)과 먹스는, 서로 다른 레이어(layer)에 위치할 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 레이어에 위치하는 먹스와, 공통 전극을 이용하는 센서 신호선은, 콘택 홀을 통해 전기적으로 접속될 수 있으며, 이를 위하여 콘택 마스크(contact mask)가 사용되며, 상기 콘택 마스크에 의해 먹스와, 구획된 공통 전극은, 상호 전기적으로 접속될 수 있다.

도 9의 제2 실시예에서, 교번하는 전압이 인가되는 난센싱 패드는, 표시 장치에서 교번하는 전압이 인가되며, 이를 기초로 센싱 패드의 터치 신호를 검출한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 하나의 먹스에 복수개의 컬럼을 접속하면 터치IC로 입력되는 센싱 패드의 개수는 더 줄어들 것이다. 예를 들어, 도 11의 먹스를 col1과 col 2에 동시에 연결하고, 제어 신호(control)에 기수(odd) 컬럼과 우수(even) 컬럼을 지정하는 단자가 있으며, 기수 컬럼이 활성화되면 col 1에서 하나의 센싱 패드가 먹스에서 출력되고, 우수 컬럼이 활성화되면 col 2에서 센싱 패드가 먹스에서 출력되어 터치IC에 접속될 것이다.

따라서, 복수의 컬럼을 하나의 먹스에 연결하고, 제어 신호로 구분하는 제어하는 기술을 제공할 수 있으며, 이로 인해 터치IC로 입력되는 단자의 개수를 줄여서, 터치IC의 가격 경쟁력을 더 확보하는 것이 가능하다.

상기 먹스에서 선택된 센싱 패드에는, 프리차지 전압이 인가되며 프리차지 전압으로 LCD의 공통 전압이 인가될 수 있다. 이때 만일 난센싱 패드에도 LCD의 공통 전압이 인가되고 있다면, 터치 신호의 검출 수행 및 화면 표시가 동시에 수행되는 것이 가능하다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치를 사용하는 전자 기기의 구성을 예시한 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치는, 스마트 폰, PDA, PMP, 네비게이션, 넷북, 노트북, DID, 테스크탑 컴퓨터, 그리고 IP TV 등과 같은 다양한 유형의 전자 기기에 포함될 수 있다.

도 12를 참조하면, 예를 들어, 스마트 폰 등과 같은 전자 기기(1200)는, 제어부(1210), 터치 스크린(1220), 오디오 처리부(1230), 인터페이스부(1240), 통신부(1250), 그리고 저장부(1260) 등으로 포함할 수 있다. 여기서, 상기 터치 스크린은, 본 발명의 실시예의 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치를 의미할 수 있다.

상기 제어부(1210)은, 상기 터치 스크린(1220)과 연동하여, 전자 기기의 전반적인 동작을 수행하거나 제어하는 프로세서 또는 컨트롤러 등일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제어부(1210)은, 전술한 바와 같이, 상기 터치 스크린(1220)와 연동하고, 상기 터치 스크린(1220)에서 검출되는 터치에 상응하는 동작을 수행할 수 있다.

상기 제어부(1210)은, 예를 들어, 상기 터치 스크린에서, 터치 입력 수단의 접근 또는 접촉에 의한 터치가 검출되면, 상기 터치의 위치에 상응하는 동작을 수행할 수 있다.

예를 들어, 상기 동작은, 상기 전자 기기의 기능 중 적어도 하나 이상을 제어하기 위해, 사전에서 설정되는 것으로, 볼륨 제어, 전원 제어, 그리고 리셋 제어 등과 같은 다양한 제어 동작일 수 있다.

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.

10: 터치 센서 14: 터치 검출부
22: 센서 신호선 28: 메모리부
30: 터치 신호 연산부 31: 구동부
33: 타이밍 제어부 35: 신호 처리부
40: CPU 42: 교번 전압 생성부
46: 통신부 47: 전원부

Claims

터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치에 있어서,
터치 신호를 생성하는 터치 센서들;
상기 터치 센서들과 연결되는 센서 신호선들;
상기 센서 신호선들과 연결되는 먹스들; 및
상기 먹스들을 통해, 상기 터치 신호를 수신하여, 터치 여부와 터치 좌표 중 적어도 하나 이상을 검출하는 터치 검출부를 포함하되,
상기 표시 장치는, LCD 표시 장치이고,
상기 터치 센서들과 상기 센서 신호선들은, 상기 LCD 표시 장치의 공통 전극을 복수 개로 분리하여 형성되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 터치 센서들은, 다수의 로우와 다수의 컬럼으로 이루어진 도트 매트릭스 형태로 배치되고,
상기 먹스들 중 하나는, 하나의 컬럼에 속하는 터치 센서들에 연결된 센서 신호선들 중 어느 하나를 선택하거나, 적어도 2 개 이상의 컬럼에 속하는 터치 센서들에 연결된 센서 신호선들 중 어느 하나를 선택하여, 상기 터치 검출부와 연결시키는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수 개로 분리된 공통 전극은, 상기 터치 센서들 및 상기 센서 신호선들의 역할과, 상기 공통 전극의 역할을 선택적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 터치 센서들은, 터치 검출 중인 센싱 패드들과 터치 미 검출 중인 난센싱 패드들로 구분되고,
상기 센싱 패드들과 상기 난센싱 패드들에는, 상기 LCD 표시 장치의 공통 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치.
제4항에 있어서,
상기 센싱 패드들에 인가되는 전압이, 상기 공통 전압과 다른 경우, 상기 난센싱 패드들에 상기 공통 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 센서 신호선들은, 상기 터치 센서들을 구성하는 동일한 물질과 마스크에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 공통 전극은, 화소와 화소 간의 경계 영역을 기준으로 분리되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치.
제7항에 있어서,
상기 센서 신호선들은, 상기 경계 영역의 상측 또는 하측에 위치하거나, 상기 화소의 상측 또는 하측에 위치하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 터치 센서들과 상기 센서 신호선들은, 적어도 하나 이상의 화소에 대향되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 센서 신호선들과 연결되는 먹스들은, 상기 LCD 표시 장치의 소스 신호선들과 연결되는 먹스를 제조하기 위한 공정에서 동일한 마스크에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 먹스들은, 상기 센서 신호선들과 콘택 홀을 통해 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 먹스들은, 상기 터치 검출부에서 출력되는 선택 신호, 제어신호, 그리고 필요 전압 중 어느 하나 이상을 입력 받는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 터치 센서들은, 터치 검출 중인 센싱 패드들과 터치 미 검출 중인 난센싱 패드들로 구분되고,
상기 먹스들은, 상기 센싱 패드들에 연결된 센서 신호선들을 선택하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치.
제13항에 있어서,
상기 먹스들과 연결된 난센싱 패드들에는, 공통 전압 또는 교번 전압이 인가되고,
상기 터치 검출부는, 상기 공통 전압 또는 상기 교번 전압에 기초하여, 상기 센싱 패드들의 터치 신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 터치 센서들은, 투명성 도전 물질 또는 비투과성 금속 물질로 구성되는 메쉬 패턴으로 형성되고, 직사각형 또는 마름모형 중 적어도 어느 하나의 형상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 터치 검출부는, 터치 드라이브 IC, 디스플레이 드라이브 IC, 또는 상기 터치 드라이브 IC와 상기 디스플레이 드라이브 IC가 일체화된 터치 디스플레이 드라이브 IC 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 터치 검출부는, 상기 터치 센서들과, 상기 터치 센서들의 일측에 접속된 구동 커패시터(Cdrv)에 교번 전압을 인가하여 획득되는 터치 커패시터(Ct)에 기초하여 터치 신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 터치 검출부는. 상기 터치 센서들 중 터치 검출 중인 센싱 패드들과 상하로 인접한 하나 이상의 터치 미 검출 중인 난센싱 패드들의 일측에 교번 전압을 인가하여 획득되는 터치 커패시터(Ct)와, 상기 난센싱 패드들의 센서 신호선들과 상기 센싱 패드들의 센서 신호선들 사이에 형성되는 선간 기생 커패시터(Cp)에 기초하여 터치 신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 터치 검출부는. 상기 터치 센서들과, 상기 터치 센서들의 일측에 접속된 기생 커패시터(Cp)에 교번 전압을 인가하여 획득되는 터치 커패시터(Ct)에 기초하여 터치 신호를 검출하되, 상기 터치 검출부에는, 일정 전위 차를 갖는 교번 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치.
전자 기기에 있어서,
터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치; 및
상기 표시 장치를 연동하는 프로세서를 포함하되,
상기 터치 스크린 기능을 구비한 표시 장치는,
터치 신호를 생성하는 터치 센서들;
상기 터치 센서들과 연결되는 센서 신호선들;
상기 센서 신호선들과 연결과는 먹스들; 및
상기 먹스들을 통해, 상기 터치 신호를 수신하여, 터치 여부와 터치 좌표 중 적어도 하나 이상을 검출하는 터치 검출부를 포함하되,
상기 표시 장치는, LCD 표시 장치이고,
상기 터치 센서들과 상기 센서 신호선들은, 상기 LCD 표시 장치의 공통 전극을 복수 개로 분리하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
제20항에 있어서,
상기 전자 기기는, 스마트 폰, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, 넷북, 노트북, DID(Digital Information Device), 테스크탑 컴퓨터, 그리고 IP TV(Internet Protocol TV) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 전자 기기.