WO2012121517A9 - 전압변동을 이용한 정전식 터치 검출수단, 검출방법 및 터치스크린패널과, 그러한 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치 - Google Patents

전압변동을 이용한 정전식 터치 검출수단, 검출방법 및 터치스크린패널과, 그러한 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치 Download PDF

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    • G06F2203/04111—Cross over in capacitive digitiser, i.e. details of structures for connecting electrodes of the sensing pattern where the connections cross each other, e.g. bridge structures comprising an insulating layer, or vias through substrate

Definitions

  • the present invention relates to a means, a method, and an apparatus for detecting a capacitive touch input of a finger or a touch input tool having a similar conductive property. More specifically, a driving voltage is applied through an auxiliary capacitor connected to a touch detector.
  • the present invention relates to capacitive touch detection means, a detection method and a touch screen panel for detecting a voltage change in a touch detector when a touch input occurs, and a display device incorporating the capacitive touch screen panel.
  • a touch screen panel is attached to a display device such as a liquid crystal display (LCD), a plasma display panel (PDP), an organic light emitting diode (OLED), an active matrix organic light emitting diode (AMOLED), or the like.
  • a display device such as a liquid crystal display (LCD), a plasma display panel (PDP), an organic light emitting diode (OLED), an active matrix organic light emitting diode (AMOLED), or the like.
  • a signal corresponding to a corresponding position is generated when an object such as a finger or a pen is touched.
  • Touch screen panels are used in a wide range of applications, such as small portable terminals, industrial terminals, and digital information devices (DIDs).
  • the capacitive touch screen panel has a high transmittance, a soft touch can be recognized, and multi-touch and gesture recognition have advantages of expanding the market.
  • a transparent conductive film is formed on upper and lower surfaces of a transparent substrate 2 made of plastic, glass, or the like, and a voltage applying metal electrode 4 is formed at each of four corners of the transparent substrate 2.
  • the transparent conductive film is formed of a transparent metal such as indium tin oxide (ITO) or antimony tin oxide (ATO).
  • the metal electrodes 4 formed at four corners of the transparent conductive film are formed by printing a conductive metal having a low resistivity such as silver (Ag).
  • a resistance network is formed around the metal electrodes 4. The resistance network is formed in a linearization pattern in order to transmit control signals evenly over the entire surface of the transparent conductive film.
  • a protective film is coated on the transparent conductive film including the metal electrode 4.
  • the capacitive touch screen panel when an alternating current voltage of high frequency is applied to the metal electrode 4, the capacitive touch screen panel spreads on the front surface of the transparent substrate 2. At this time, if you lightly touch the transparent conductive film on the upper surface of the transparent substrate 2 with the finger 8 or the conductive touch input tool, a certain amount of current is absorbed into the body and the current sensor built in the controller 6 detects the change of current. The touch points are recognized by calculating the amount of current in each of the four metal electrodes 4.
  • the capacitive touch screen panel as shown in FIG. 1 is a method of detecting the magnitude of the micro current, and thus requires an expensive detection device, which increases the price and makes it difficult to multi-touch to recognize a plurality of touches.
  • the capacitive touch screen panel as shown in FIG. 2 is mainly used.
  • the touch screen panel of FIG. 2 includes a linear sensor pattern 5a in the horizontal direction, a linear sensor pattern 5b in the longitudinal direction, and a touch drive IC 7 for analyzing a touch signal.
  • the touch screen panel detects the magnitude of the capacitance formed between the linear sensor pattern 5 and the finger 8, and scans the linear sensor pattern 5a in the horizontal direction and the linear sensor pattern 5b in the longitudinal direction. By detecting the signal, a plurality of touch points can be recognized.
  • the touch screen panel as described above is mounted and used on a display device such as an LCD, a phenomenon in which signal detection is difficult due to noise occurs.
  • the LCD uses a common electrode, and in some cases, an AC common voltage Vcom is applied to the common electrode.
  • the common voltage Vcom of the common electrode acts as noise when detecting the touch point.
  • FIG. 3 shows an embodiment in which a conventional capacitive touch screen panel is installed on an LCD.
  • the display device 200 has a structure in which a liquid crystal is sealed between the lower TFT substrate 205 and the upper color filter 215 to form the liquid crystal layer 210.
  • the TFT substrate 205 and the color filter 215 are bonded by the sealant 230 at the outer portion thereof.
  • a polarizing plate is attached to the upper and lower sides of the liquid crystal panel, and in addition, a BLU (Back Light Unit) is installed.
  • BLU Back Light Unit
  • a touch screen panel is installed on the display device 200 as shown.
  • the touch screen panel has a structure in which the linear sensor pattern 5 is mounted on the upper surface of the substrate 1.
  • a protective panel 3 for protecting the linear sensor pattern 5 is attached on the substrate 1.
  • the touch screen panel is attached to an edge portion of the display device 200 through an adhesive member 9 such as a double adhesive tape (DAT), and forms an air gap 9a between the display device 200.
  • DAT double adhesive tape
  • a capacitance such as Ct is formed between the finger 8 and the linear sensor pattern 5.
  • a capacitance such as Cvcom is formed between the linear sensor pattern 5 and the common electrode 220 formed on the lower surface of the color filter 215 of the display device 200, and the linear sensor pattern 5 has a capacitance.
  • Cp which is an unknown parasitic capacitance due to capacitive coupling between patterns or manufacturing process factors, is also working.
  • a circuit such as the equivalent circuit of FIG. 4 is configured.
  • the conventional touch screen panel detects a touch by detecting a change amount of Ct, and background components such as Cvcom and Cp act as noise in detecting Ct.
  • background components such as Cvcom and Cp act as noise in detecting Ct.
  • the common voltage Vcom of the common electrode 220 since the common voltage Vcom of the common electrode 220 alternates by one or a plurality of gate lines as shown in FIG. It acts as a significant noise during touch detection.
  • an air gap 9a is disposed between the touch screen panel and the display device 200 as shown in FIG. 3.
  • a shielding layer is formed by applying ITO or the like to the lower surface of the substrate 1 of the touch screen panel, and the shielding layer is grounded with the ground signal.
  • the air gap 9a increases the thickness of the product and quality deterioration occurs.
  • a separate shielding layer and a manufacturing process are required to configure the shielding layer, an increase in manufacturing cost is caused.
  • the touch screen panel is embedded in the LCD, it is impossible to form the air gap 9a or the shielding layer, and thus it is impossible to manufacture the touch screen panel in the LCD or the like.
  • the present invention is proposed to solve the problems of the conventional capacitive touch screen panel as described above, connecting the auxiliary capacitor to the touch detection unit and applying a driving voltage through the auxiliary capacitor, formed between the sensor pattern and the touch input tool.
  • the touch signal is acquired by detecting a voltage change that causes a difference in the voltage detected by the touch detector according to the magnitude of the touch capacitance, thereby influencing and parasitic by noise of the common electrode of the display device.
  • Capacitive touch detection means, detection method and touch screen panel using a new method of voltage fluctuation that makes it easy to embed the touch screen panel in a display device such as an LCD while minimizing the influence of capacitance and stably obtaining a touch signal.
  • an object thereof is to provide a display device incorporating such a capacitive touch screen panel.
  • a touch detection means comprising: a sensor pattern (10) for forming a touch capacitance (Ct) between the touch input tool; An auxiliary capacitor (Caux) to which one side is connected to the sensor pattern 10 and the other side is applied with a driving voltage for touch detection; Charging means (12) for supplying a precharge signal to the sensor pattern (10) and an auxiliary capacitor (Caux); And a voltage variation of the sensor pattern 10 when the touch capacitance Ct is added to the auxiliary capacitor Caux according to whether the touch input tool is touched. And a touch detector 14 detecting a touch signal.
  • the charging means 12 is a three-terminal switching element.
  • the other side of the auxiliary capacitor (Caux) is connected to the on / off control terminal of the charging means 12, the driving voltage applied to the other side of the auxiliary capacitor (Caux) of the charging means 12 Same as on / off control voltage.
  • the driving voltage applied to the other side of the auxiliary capacitor Caux is an alternating voltage alternated at a predetermined frequency.
  • the touch detector 14 may have a voltage at the sensor pattern 10 at a rising time and / or a falling time of a driving voltage applied to the auxiliary capacitor Caux. Detect fluctuations.
  • the sensor pattern 10 forms a common electrode capacitance Cvcom between the common electrode 220 of the display device 200, and the common voltage level of the common electrode 220. It further includes a common voltage detector 43 for detecting the.
  • the common voltage detector 43 detects a voltage change in the sensor pattern 10 due to the common electrode capacitance Cvcom, thereby rising and falling sections of the common voltage level. (falling time) is detected.
  • the sensor pattern 10 forms a common electrode capacitance Cvcom between the common electrode 220 of the display device 200, and the common electrode (Cvcom) from the display device 200. It further includes a common voltage receiving unit 45 for receiving the common voltage information of 220.
  • the touch detector 14 detects the touch signal by avoiding the rising edge and the falling edge of the common voltage level.
  • the touch detection unit 14 is added to the touch capacitance (Ct) by the generation of the touch in response to the magnitude of the voltage in the sensor pattern 10 by the auxiliary capacitor (Caux) when no touch occurs.
  • the touch signal is detected by detecting a voltage change, which is a difference in the magnitude of the voltage in the sensor pattern 10.
  • the voltage at the sensor pattern 10 by the auxiliary capacitor (Caux) when the touch is not generated is determined by the following equation (1), when the touch capacitance (Ct) is added
  • the voltage in the pattern 10 is determined by the following Equation 2, and the voltage variation is caused by the difference between Equation 1 and Equation 2.
  • the input terminal of the touch detector 14 is in a high impedance state of at least 1 Mohm at the time of detecting the touch signal.
  • the touch detector 14 detects the touch occupancy rate of the touch input tool with respect to the sensor pattern 10 in response to the magnitude of the voltage variation.
  • the touch detector 14 includes an AD converter.
  • the touch detector 14 includes an amplifier 18 that amplifies the signal in the sensor pattern 10.
  • the amplifier 18 is a differential amplifier 18a that differentially amplifies the signal in the sensor pattern 10.
  • a memory unit 28 for storing the output of the amplifier 18 for each sensor pattern 10 when no touch occurs, each sensor pattern 10 with reference to the memory unit 28 ) To determine whether there is a touch.
  • the electrostatic capacitive sensing that the touch capacitance (Ct) is generated by the approach of a touch input tool, such as a finger of the body 25 or similar conductors In the touch detection method, (a) a sensor pattern 10 for forming a touch capacitance (Ct) between the touch input tool and one side is connected to the sensor pattern 10, the other side the driving voltage is Supplying a precharge signal to an applied auxiliary capacitor (Caux); (b) detecting a voltage change in the sensor pattern (10); And (c) detecting a touch signal by detecting whether a voltage change occurs in the sensor pattern 10.
  • the charging means 12 is a three-terminal switching element.
  • the other side of the auxiliary capacitor (Caux) is connected to the on / off control terminal of the charging means 12, the driving voltage applied to the other side of the auxiliary capacitor (Caux) is a charge of the charging means 12 Same as on / off control voltage.
  • the driving voltage applied to the other side of the auxiliary capacitor Caux is an alternating voltage alternated at a predetermined frequency.
  • the step (b) is a voltage fluctuation in the sensor pattern 10 in the rising time and / or falling time of the driving voltage applied to the auxiliary capacitor (Caux) Is detected.
  • the sensor pattern 10 forms a common electrode capacitance Cvcom between the common electrode 220 of the display device 200, and the common voltage level of the common electrode 220.
  • the method may further include detecting a common voltage.
  • the detecting of the common voltage detects a voltage variation in the sensor pattern 10 due to the common electrode capacitance Cvcom, thereby rising and falling the common voltage level. time).
  • the sensor pattern 10 forms a common electrode capacitance Cvcom between the common electrode 220 of the display device 200, and the common electrode (Cvcom) from the display device 200.
  • a common voltage receiving step of receiving common voltage information of 220 is further included.
  • the step (c) detects the touch signal by avoiding the rising edge and the falling edge of the common voltage level.
  • the step (c) is when the touch capacitance (Ct) is added by the generation of the touch in response to the magnitude of the voltage in the sensor pattern 10 by the auxiliary capacitor (Caux) when no touch occurs
  • the touch signal is detected by detecting a voltage change, which is a difference in magnitude of the voltage in the sensor pattern 10.
  • the voltage at the sensor pattern 10 by the auxiliary capacitor (Caux) when the touch is not generated is determined by the following equation (1), when the touch capacitance (Ct) is added
  • the voltage in the pattern 10 is determined by the following Equation 2, and the voltage variation is caused by the difference between Equation 1 and Equation 2.
  • the input terminal of the portion detecting the touch signal in step (c) is a high impedance state of at least 1Mohm.
  • the step (c) detects the touch occupancy rate of the touch input tool with respect to the sensor pattern 10 in response to the magnitude of the voltage variation.
  • the step (c) detects whether a voltage change occurs in the sensor pattern 10 by using an AD converter.
  • the step (c) detects whether the voltage variation in the sensor pattern 10 using the amplifier 18 to amplify the signal in the sensor pattern 10.
  • the amplifier 18 is a differential amplifier 18a that differentially amplifies the signal in the sensor pattern 10.
  • the method further includes storing the output of the amplifier 18 for each sensor pattern 10 when no touch occurs, and the step (c) refers to each sensor pattern with reference to the memory unit 28. It is detected whether or not voltage fluctuation occurs in the sensor pattern 10 for each (10).
  • the electrostatic touch screen panel that detects the generation of the touch capacitance (Ct) by the approach of a touch input tool, such as a finger 25 of the body or a similar conductor.
  • a touch screen panel comprising: a substrate (50); A sensor pattern 10 formed on an upper surface of the substrate 50 and forming a touch capacitance Ct between the touch input tool; An auxiliary capacitor (Caux) to which one side is connected to the sensor pattern 10 and the other side is applied with a driving voltage for touch detection; Charging means (12) for supplying a precharge signal to the sensor pattern (10) and an auxiliary capacitor (Caux); Is connected to the sensor pattern 10 and detects a voltage change in the sensor pattern 10 when the touch capacitance Ct is added to the auxiliary capacitor Caux according to whether the touch input tool is touched or not.
  • a touch detector 14 detecting a touch signal; And a drive IC 30 which controls the charging means 12 to supply a precharge signal to the touch capacitance Ct, and calculates touch coordinates from an output of the touch detector 14.
  • the charging means 12 is a three-terminal switching element.
  • the other side of the auxiliary capacitor (Caux) is connected to the on / off control terminal of the charging means 12, the driving voltage applied to the other side of the auxiliary capacitor (Caux) is a charge of the charging means 12 Same as on / off control voltage.
  • the driving voltage applied to the other side of the auxiliary capacitor Caux is an alternating voltage alternated at a predetermined frequency.
  • the touch detector 14 may have a voltage at the sensor pattern 10 at a rising time and / or a falling time of a driving voltage applied to the auxiliary capacitor Caux. Detect fluctuations.
  • the sensor pattern 10 forms a common electrode capacitance Cvcom between the common electrode 220 of the display device 200, and the common voltage level of the common electrode 220. It further includes a common voltage detector 43 for detecting the.
  • the common voltage detector 43 detects a voltage change in the sensor pattern 10 due to the common electrode capacitance Cvcom, thereby rising and falling sections of the common voltage level. (falling time) is detected.
  • the sensor pattern 10 forms a common electrode capacitance Cvcom between the common electrode 220 of the display device 200, and the common electrode (Cvcom) from the display device 200. It further includes a common voltage receiving unit 45 for receiving the common voltage information of 220.
  • the touch detector 14 detects the touch signal by avoiding the rising edge and the falling edge of the common voltage level.
  • the touch detection unit 14 is added to the touch capacitance (Ct) by the generation of the touch in response to the magnitude of the voltage in the sensor pattern 10 by the auxiliary capacitor (Caux) when no touch occurs.
  • the touch signal is detected by detecting a voltage change, which is a difference between the magnitudes of the voltages in the sensor pattern 10.
  • the voltage at the sensor pattern 10 by the auxiliary capacitor (Caux) when the touch is not generated is determined by the following equation (1), when the touch capacitance (Ct) is added
  • the voltage in the pattern 10 is determined by the following Equation 2, and the voltage variation is caused by the difference between Equation 1 and Equation 2.
  • the input terminal of the touch detector 14 is in a high impedance state of at least 1 Mohm at the time of detecting the touch signal.
  • the touch detector 14 detects the touch occupancy rate of the touch input tool with respect to the sensor pattern 10 in response to the magnitude of the voltage variation.
  • the touch detector 14 includes an AD converter.
  • the touch detector 14 includes an amplifier 18 that amplifies the signal in the sensor pattern 10.
  • the amplifier 18 is a differential amplifier 18a that differentially amplifies the signal in the sensor pattern 10.
  • a memory unit 28 for storing the output of the amplifier 18 for each sensor pattern 10 when no touch occurs, each sensor pattern 10 with reference to the memory unit 28 ) To determine whether there is a touch.
  • the sensor pattern 10 is arranged in the form of a dot matrix in the active region 90 of the substrate 50, the charging means 12 and the touch detection unit 14 is a respective sensor pattern It is installed every 10.
  • the sensor pattern 10 is arranged in the form of a dot matrix in the active region 90 of the substrate 50, the charging means 12 and the touch detector 14 is a plurality of sensor patterns It is assigned by (10) and used by multiplexing a plurality of sensor patterns (10).
  • the charging means 12 and the touch detector 14 are provided in the invisible region 92 of the substrate 50.
  • the charging means 12 and the touch detector 14 is integrated in the drive IC (30).
  • the sensor pattern 10 is linearly arranged in the active region 90 of the substrate 50, and at least two linear sensor patterns 10a and 10b cross each other. ) Is formed.
  • the linear sensor patterns 10a and 10b may include opposing area portions 41a for forming a touch capacitance Ct between the touch input tools and the opposing area portions 41a. It consists of the connection part 41b which connects.
  • the charging means 12 and the touch detector 14 allocated to each of the linear sensor patterns 10a and 10b are provided in the invisible region 92 of the substrate 50.
  • the charging means 12 and the touch detector 14 allocated to each of the linear sensor patterns 10a and 10b are integrated in the drive IC 30.
  • the sensor signal line 22 drawn from the sensor pattern 10 is wired to the transparent signal line 22a at least in the active region 90 of the substrate 50.
  • the sensor signal line 22 is wired to the metal signal line 22b connected to the transparent signal line 22a and the connecting portion 59 in the invisible region 92 of the substrate 50. do.
  • the sensor signal line 22 is wired between the sensor pattern 10 and the sensor pattern 10 in the active region 90 of the substrate 50.
  • the line width of the sensor signal line 22 varies in line width depending on the position of the sensor pattern 10 on the substrate 50.
  • the drive IC 30 is mounted on one side of the substrate 50 in the form of a chip on glass (COG) or a chip on film (COF).
  • COG chip on glass
  • COF chip on film
  • a plurality of drive IC 30 is mounted on one side of the substrate 50, one of which is a master drive IC (30a) for transmitting a touch signal to the outside, the other is the master drive
  • the slave drive IC 30b communicates with the IC 30a.
  • the master drive IC 30a and the slave drive IC 30b refer to the mutual touch detection information at the boundary of the area to be managed.
  • the protective panel 52 is further attached to the upper surface of the substrate 50.
  • the substrate 50 is embedded in the display device 200 or is any one of the substrates constituting the display device 200.
  • a display device incorporating the capacitive touch screen panel according to the present invention may include the above-described touch screen panel, or any one of the substrates having a basic configuration may change the configuration of the substrate 50.
  • the display device 200 is a liquid crystal display
  • the substrate 50 is a color filter 215 of the liquid crystal display.
  • the drive IC 60 for displaying the screen and the drive IC 30 of the touch screen panel are integrated into a single IC.
  • the sensor pattern 10 is located at the boundary between the pixels.
  • the sensor pattern 10 is formed so as not to invade the pixel area.
  • the sensor signal lines 22 drawn out from the sensor pattern 10 are wired along a boundary that separates the pixels.
  • the sensor pattern 10 and the sensor signal line 22 are formed by the same mask.
  • the sensor pattern 10 and the sensor signal line 22 is made of metal.
  • the sensor pattern 10 is formed between the color resin and the glass of the color filter 215.
  • the common voltage level of the common electrode of the display device is alternated at a predetermined frequency.
  • the state change of the common voltage is detected and the touch point is avoided.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a conventional capacitive touch screen panel
  • FIG. 2 is a plan view showing another example of a conventional capacitive touch screen panel
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an example in which the touch screen panel of FIG. 2 is installed on a display device.
  • FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of detecting a touch capacitance in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a waveform diagram illustrating a common voltage waveform of a liquid crystal display device
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a principle of detecting a touch input.
  • FIG. 8 is a circuit diagram showing the basic structure of a touch detection means according to the present invention.
  • FIG. 9 is a circuit diagram showing another embodiment of the touch detection means according to the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the sensor pattern according to the present invention
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing another example of the sensor pattern configuration according to the present invention.
  • FIG. 12 is a circuit diagram showing another embodiment of the touch detection means according to the present invention.
  • FIG. 13 is a waveform diagram illustrating a process of detecting a touch signal in the present invention.
  • FIG. 14 is a block diagram showing an example of the configuration of a memory unit
  • FIG. 15 is a block diagram showing an embodiment of a touch screen panel according to the present invention.
  • FIG. 16 is a block diagram showing another embodiment of the touch screen panel according to the present invention.
  • 17 is a plan view illustrating an example in which a plurality of drive ICs are installed.
  • FIG. 18 is a configuration diagram showing another embodiment of a touch screen panel according to the present invention.
  • FIG. 19 is a plan view illustrating a TFT substrate configuration of an LCD
  • 20 is a cross-sectional view of a display device having a touch screen panel according to the present invention.
  • 21 is an exploded perspective view of a display device with a touch screen panel according to the present invention.
  • 22 is a plan view showing another example of a sensor pattern configuration
  • the present invention relates to a capacitive touch detection means using a voltage variation, a detection method and a touch screen panel, and a display device incorporating such a capacitive touch screen panel.
  • the voltage variation generated by the correlation of the touch capacitance due to the auxiliary capacitor and the sensor pattern when the alternating driving voltage is applied to the added auxiliary capacitor is detected. That's the way.
  • the touch detection system according to the present invention compares the voltage due to the auxiliary capacitor and the common electrode capacitance and the parasitic capacitance when the touch is not generated, and the magnitude of the voltage when the touch capacitance is added by the touch generation. By detecting the difference in voltage variation, the influence of external noise or parasitic capacitance is minimized, and the touch signal can be obtained more stably.
  • the display device referred to in the present invention means any one of LCD, PDP, OLED, AMOLED, or any means for displaying other images.
  • the LCD requires a common voltage (Vcom) to drive the liquid crystal.
  • Vcom common voltage
  • a line inversion method in which a common voltage of a common electrode alternates with one or more gate lines is used to reduce current consumption.
  • a large LCD has a DC level at which the common voltage of the common electrode is constant.
  • some display devices form a shielding electrode common to the entire panel to block external ESD, and ground it with a ground signal.
  • the common electrode is located on the TFT substrate, and the common voltage detected on the upper surface of the color filter alternates up and down at an unspecified frequency with respect to the DC level.
  • common electrodes In the present invention, in addition to the electrode to which the common voltage Vcom is applied as described above, all electrodes that are commonly used in the display device are referred to as “common electrodes” and the alternating voltage, DC voltage, or unspecified voltage applied to the common electrode of the display device. Voltage in the form of alternating frequency is referred to as "common voltage”.
  • the present invention detects a non-contact touch input of a touch input tool having a finger or similar electrical characteristics.
  • non-contact touch input means that a touch input tool such as a finger makes a touch input while being spaced apart from the sensor pattern by a substrate at a predetermined distance.
  • the touch input tool may contact the outer surface of the substrate.
  • the touch input tool and the sensor pattern remain in a non-contact state. Therefore, the touch action of the finger on the sensor pattern may be expressed by the term "access”.
  • the finger since the finger may be in contact with the outer surface of the substrate, the touch action of the finger against the substrate may be expressed by the term "contact”.
  • "access” and “contact” are commonly used as the meaning above.
  • components described below are components that perform certain roles, and refer to software or hardware components such as a field-programmable gate array (FPGA) or an application specific integrated circuit (ASIC).
  • FPGA field-programmable gate array
  • ASIC application specific integrated circuit
  • ⁇ part may be included in larger component or “ ⁇ part” or may include smaller components and “ ⁇ part”. Also, the " ⁇ part” may have its own CPU.
  • a three-terminal switching device generally includes three terminals of an on / off control terminal Cont, an input terminal In, and an output terminal Out.
  • the on / off control terminal is a terminal for controlling the on / off of the switching element.
  • the three-terminal switching element referred to as a charging means includes, for example, a relay, a metal oxide semiconductor (MOS) switch, a bipolar junction transistor (BJT), a field effect transistor (FET), and a metal oxide semiconductor (MOSFET). It may be a Field Effect Transistor (IGBT), an Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT), a Thin Film Transistor (TFT), or OP_AMP, and may be formed by a homogeneous or heterogeneous combination of these.
  • MOS metal oxide semiconductor
  • BJT bipolar junction transistor
  • FET field effect transistor
  • MOSFET metal oxide semiconductor
  • It may be a Field Effect Transistor (IGBT), an Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT), a Thin Film Transistor (TFT), or OP_AMP, and may be formed by a homogeneous or heterogeneous combination of these.
  • the relay may also be a four-terminal element.
  • a charging means a control terminal capable of turning on / off input / output regardless of the number of input / output terminals may be used, and any device in which input / output is turned on / off by an on / off control terminal may be used.
  • the CMOS switch is formed by a combination of PMOS and NMOS, and the input and output terminals are interconnected, but the on / off control terminals are present individually connected to the same control signal, or The on / off state is determined separately by connecting to the control signal.
  • Relay is a device that outputs voltage or current applied to input terminal without loss when current is applied to control terminal, and BJT is applied to base that is higher than threshold voltage of base. When a current flows through the base terminal at, a predetermined amount of amplified current flows from the collector to the emitter.
  • TFT is a switching element used in the pixel part of a display device such as LCD or AMOLED, and is composed of a gate terminal as a control terminal, a source terminal as an input terminal, and a drain terminal as an output terminal.
  • a voltage that is more than a threshold voltage is applied to the gate terminal as a voltage applied to the gate terminal, current flows from the input terminal to the output terminal while conducting, depending on the magnitude of the voltage applied to the gate terminal.
  • FIG. 7 Prior to describing a specific embodiment of the present invention, a principle of detecting a touch input in the present invention will be briefly described with reference to FIG. 7.
  • the sensor pattern 10 and the finger 25 are spaced at an interval of “d”, and “A”. Assume that it has an opposite area of. Then, the capacitance "C" is formed between the finger 25 and the sensor pattern 10 as shown in the right equivalent circuit and the equation of FIG.
  • the touch detection means specialized according to the present invention has a basic structure consisting of the charging means 12, the sensor pattern 10, the sensor signal line 22, the auxiliary capacitor (Caux), and the touch detection unit (14). .
  • the charging means 12 is a means for supplying a precharge to the sensor pattern 10.
  • the precharge applies a constant DC voltage to all capacitors connected to the touch detector 14 before charging the touch to charge the capacitor. Voltage. Therefore, the charging means 12 is a switching device that performs a switching operation according to a control signal supplied to the on / off control terminal, or a linear device such as OP_AMP which supplies a signal according to the control signal.
  • OP_AMP which supplies a signal according to the control signal.
  • the charging voltage may be a DC voltage including zero volts and an alternating AC voltage such as a square wave, a triangle wave, or a sine wave.
  • the sensor pattern 10 is formed of a transparent conductor or metal.
  • the transparent conductor may be formed of indium tin oxide (ITO), antimony tin oxide (ATO), carbon nano tube (CNT), or indium zinc oxide (IZO). It is formed of a conductive transparent material or a transparent material having similar conductive properties. If the touch panel is applied as a touch key such as a touch keyboard, a refrigerator, a monitor, or the like instead of the display device, the sensor pattern 10 may be formed of a non-transparent material such as metal.
  • the sensor pattern 10 may be patterned in various forms.
  • the islands isolated in the active region of the substrate 50 may be in the form of a dot matrix in which the islands are arranged in a matrix, or linear patterns may be arranged to cross the substrate 50.
  • the shape of the sensor pattern 10 will be described in detail in the following embodiments.
  • the sensor signal line 22 is a signal line for detecting the presence or absence of a touch input when a finger 25 or a touch means (for example, a capacitive touch pen) having similar conductivity characteristics approaches the sensor pattern 10.
  • the sensor signal line 22 is a signal line connecting the sensor pattern 10 and the touch detector 14, and may be formed of the same conductive transparent material as the sensor pattern 10. In some cases, the sensor signal line 22 may be made of a non-transparent material such as metal. It may be formed. Specific embodiments of the sensor signal line 22 will also be described in the following embodiments.
  • Auxiliary capacitor is a configuration for applying a drive voltage for the touch detection in the present invention, one end is connected to the touch detector 14 and the other end is applied to the drive voltage.
  • Caux is a symbol expressing the name and size of the capacitor at the same time, for example, “Caux” means a capacitor named Caux and a capacitance of Caux at the same time.
  • Other capacitor symbols described below eg, Ct, Cvcom, Cp, etc. also have the same meaning.
  • the output terminal out of the charging means 12 is connected to the touch detector 14.
  • One side of the auxiliary capacitor Caux is connected to the output terminal out of the charging unit 12, and a driving signal is applied to the other side of the auxiliary capacitor Caux.
  • the driving signal is an alternating voltage and is a periodic or aperiodic waveform such as a square wave, a sine wave, a triangular wave, and a voltage proportional to the magnitude of the alternating driving voltage is induced and detected by the touch detector 14 or the sensor pattern 10. Since the detected voltage is detected at the intersection of the touch detector 14 or the sensor pattern 10, it means that a signal is detected at the sensor pattern 10 or the touch detector 14 throughout this specification. It means.
  • FIG. 9 illustrates a case in which a metal oxide semiconductor (MOS) or an FET is used as an embodiment of the switching device, and an analog to digital converter (ADC) is used as an embodiment of the touch detector 14.
  • the ADC 14a converts the detected analog signal into digital, and in this embodiment, converts the detected touch signal into digital and transmits the same to the signal processor 35 to be described later with reference to FIG. 15. .
  • Ct is a value set by the relational expression of FIG. 7 and can be freely designed by adjusting the distance, the opposing area, etc. of the touch means and the sensor pattern 10.
  • Ct is also largely designed based on the relational expression of FIG.
  • Ct is designed to be small by selecting the area of the sensor pattern 10 small (for example, by selecting 1 mm 2 or less).
  • Ct may be designed from several tens of micrometers (f) to several tens of micrometers (f).
  • Cp of FIG. 9 is a parasitic capacitor, which is a sum of capacitor values other than a capacitor defined as Ct or Caux, and can be modeled as a capacitor having one side connected to the touch detector 14 and the other side connected to an arbitrary ground. . Accordingly, although a plurality of parasitic capacitors Cp having different grounds may be formed, only one parasitic capacitor connected thereto is shown assuming only one ground.
  • the parasitic capacitor Cp may include a plurality of parasitic capacitors generated between the sensor signal line 22 and the display device, or a plurality of sensor patterns 10 in the form of dot matrix so that the sensor signal lines 22 are parallel to each other. There may be parasitic capacitors or the like occurring between (22).
  • Vpre which is a precharge voltage
  • Vg a control voltage applied to a control terminal cont.
  • Vpre a control voltage applied to a control terminal cont.
  • the precharge voltage Vpre is output through the output terminal out. Therefore, all capacitors connected to the output terminal of the charging means 12 are charged to the precharge voltage Vpre.
  • Vpre 3V and Vg is changed from 0V (Zero Volt) to 10V
  • the switching device is turned on, the auxiliary capacitor (Caux), touch capacitor (Ct), and parasitic capacitor (Cp) is 3V. Is charged.
  • the control voltage (Vg) of the switching element is lowered from 10V to 0V to turn off the switching element, isolate the electric charge of the P point by making the point P of the touch detector a high impedance, and then alternately replace the auxiliary capacitor (Caux).
  • the magnitude of the voltage detected at the point P depends on the magnitude of the capacitors connected to the point P and the magnitude of the driving voltage.
  • the magnitude of the voltage detected at the point P depends on the touch capacitor Ct. Therefore, since the voltage detected by the touch detector 14 varies according to the size of the touch capacitor Ct, when detecting such a voltage change, the presence or absence of touch and the opposing area of the sensor pattern 10 and the touch means 25 are also calculated. It becomes possible.
  • the voltage drop due to the on-resistance (Rdson) of the switching element is ignored, and the auxiliary capacitor (Caux) is a value that is determined in the manufacturing process of the auxiliary capacitor (Caux) once determined, there is no change in size, Cp was also assumed to be a value unchanged in size.
  • the common electrode capacitor is disposed between the sensor pattern 10 and the common electrode of the display device.
  • Cvcom is formed.
  • the common electrode 220 may be formed on the rear surface of the substrate on which the sensor pattern 10 is formed to artificially form the common electrode capacitor Cvcom.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example of the sensor pattern configuration according to the present invention
  • Figure 11 is a cross-sectional view showing another example of the sensor pattern configuration according to the present invention.
  • FIG. 10 illustrates a case in which the sensor pattern 10 is mounted on a substrate formed separately from the display device.
  • FIG. 11 illustrates a case in which the sensor pattern 10 is embedded in the display device or a substrate on which the sensor pattern 10 is formed.
  • An example in which the common electrode 220 is artificially formed on the rear surface of 50 is illustrated. 10 and 11, the formation relationship of the common electrode capacitor Cvcom will be described.
  • the display device 200 has a common electrode 220.
  • AMOLED In the case of AMOLED, it does not have a common voltage provided with a function to display image quality, but a virtual potential layer on which the Cvcom of FIG. 9 can be formed is formed between the TFT substrate and the sensor pattern 10, which is also common. It will be named as an electrode.
  • the display device 200 may be the aforementioned various types of display devices, and the common electrode 220 may be a Vcom electrode of the LCD or another type of electrode. 10 illustrates an LCD among display devices.
  • the display device 200 illustrated in FIG. 10 has a structure in which a liquid crystal is sealed between the TFT substrate 205 on the lower side and the color filter 215 on the upper side to form the liquid crystal layer 210.
  • the TFT substrate 205 and the color filter 215 are bonded by the sealant 230 at the outer portion thereof.
  • a polarizing plate may be attached to the upper and lower sides of the liquid crystal panel, and in addition, optical sheets constituting a BLU and a brightness enhancement film may be installed together with the BLU.
  • a substrate 50 of the touch screen panel is installed on the display device 200.
  • the substrate 50 is attached to the upper portion of the display device 200 through an adhesive member 57 such as a double adhesive tape (DAT) at an outer portion thereof.
  • An air gap 58 is formed between the substrate 50 and the display device 200.
  • the common electrode 220 of the display device 200 is applied with a common voltage level that is alternately at a predetermined frequency and whose magnitude is changed or has a predetermined magnitude of DC.
  • a common voltage level that is alternately at a predetermined frequency and whose magnitude is changed or has a predetermined magnitude of DC.
  • the common voltage of the common electrode 220 is alternated as shown in FIG. 5, and an LCD such as a notebook or a monitor / TV that performs dot inversion uses a common voltage of DC level, which is a certain voltage.
  • a common electrode capacitance Cvcom is formed between the sensor pattern 10 and the common electrode 220 of the display device 200. If a precharge signal is applied to the sensor pattern 10, the common electrode capacitance Cvcom has a predetermined voltage level due to the charging voltage. At this time, since one end of the common electrode capacitance Cvcom is grounded with the common electrode 220, when the common electrode 220 is an alternating voltage, the common electrode capacitance Cvcom is changed by an alternating voltage applied to the common electrode 220. The potential at the other end of the sensor pattern 10 will alternate, and if the common electrode is DC, the potential at the sensor pattern 10 will not alternate.
  • reference numeral 24 denotes a protective layer 24 for protecting the sensor pattern 10.
  • the substrate 50 constituting the touch screen panel may be a color filter 215 that is part of a display device.
  • the common electrode 220 is formed under the color filter 215, and the sensor pattern 10 is patterned on the upper surface of the color filter.
  • the protective layer 24 is replaced with a polarizer.
  • the common electrode capacitance Cvcom is formed between the common electrode 220 and the sensor pattern 10.
  • the alternating voltage is applied to the common electrode, the potential of the sensor pattern 10 is induced by the alternating voltage and is alternated.
  • the DC voltage is applied, the potential of the sensor pattern is not changed by the common voltage.
  • the protective layer 24 is a layer for protecting the sensor pattern 10.
  • the protective layer 24 may be made of glass, plastic, film, or the like. If a protective panel such as tempered glass is attached to the upper surface of the substrate 50, the above flat layer 24 may be removed.
  • the common electrode capacitance Cvcom is formed between the sensor pattern 10 and the common electrode 220.
  • the configuration in which the common electrode 220 is artificially formed on the rear surface of the sensor pattern 10 may be performed to avoid noise flowing from the display device 200 while forming the touch screen panel separately from the display device 200. May be selected for the purpose.
  • Caux, Ct, Cvcom, and Cp acting on the sensor pattern 10 are connected to the output terminal of the charging means 12. Accordingly, Caux, Ct, Cvcom, and Cp are charged when a precharge signal such as a voltage or current is applied to the input terminal while the charging means 12 is turned on. Thereafter, if the charging means 12 is turned off, the charged signal is isolated unless the signals charged in the four capacitors are separately discharged.
  • a precharge signal such as a voltage or current
  • the input terminal of the touch detector 14 is in a high impedance (Hi-impedance or Hi-z) state, and preferably has an impedance of at least 1 Mohm or more. If the touch input is observed while discharging the signals charged in the four capacitors, the signals charged by other means are isolated, or the signals are quickly observed at the start of the discharge, the input terminal of the touch detector 14 must be Hi-. It does not have to be z.
  • the touch detector 14 detects whether the signal level in the sensor pattern 10 is changed. Preferably, the touch detector 14 is at the time of touch generation (i.e., when Ct is formed) relative to the magnitude of the voltage in the sensor pattern 10 when no touch is generated (i.e., when Ct is not formed). A touch signal is obtained by detecting a magnitude difference of the voltage in the sensor pattern 10, that is, whether a voltage change occurs.
  • the touch detector 14 may have various elements or circuit configurations. In the embodiments described below, an example in which switching elements and amplifiers are used as the touch detector 14 will be described, but the configuration of the touch detector 14 is not limited to such an embodiment.
  • the touch detection means of FIG. 12 is a case where one side of the auxiliary capacitor Caux is connected to the control terminal of the charging means 12, unlike the method of connecting the auxiliary capacitor Caux of FIG. 9.
  • the embodiment in this case has the disadvantage that the magnitude of the signal applied to the auxiliary capacitor Caux or the time point at which the signal is applied is dependent on the operation of the control terminal of the charging means 12, but the charging means for charging the auxiliary capacitor Caux It can be built in (12) and there is an advantage that the portion that forms the driving voltage applied to the auxiliary capacitor (Caux) does not need to exist separately.
  • Equation 1 The voltage variation in the sensor pattern 10 due to the driving voltage applied to one side of the auxiliary capacitor Caux and Caux when the touch is not generated is determined by Equation 1 below.
  • the voltage variation in the sensor pattern 10 is determined by the following expression (2).
  • Is the voltage variation in the sensor pattern 10 or the touch detector 14 Is the high level voltage of the driving signal applied to the auxiliary capacitor Caux or the turn-on voltage applied to the control terminal of the charging means 12, Is the low level voltage of the driving signal applied to the auxiliary capacitor Caux or the turn-off voltage applied to the control terminal of the charging means 12, Is the common electrode capacitance, Is the parasitic capacitance, Is the touch capacitance.
  • the touch detector 14 detects a voltage variation that is a difference between Equation 1 and Equation 2 in the sensor pattern 10 by using Equation 1 and Equation 2 as described above. Same as
  • ⁇ Equation 3> Is a complex dielectric constant of the media existing between the sensor pattern 10 and the common electrode 220.
  • the relative dielectric constant is 3 to 5, so that the dielectric constant of the substrate 50 can be obtained by multiplying the dielectric constant of the vacuum.
  • the common electrode 220 is formed over the entire lower surface of the color filter 215, an opposite area is provided. Is determined by the area of the sensor pattern 10. Also, Since the distance between the sensor pattern 10 and the common electrode 220, it corresponds to the thickness of the medium.
  • Cvcom is a value that can be easily obtained and set.
  • ⁇ Equation 4> Can be obtained from the medium between the sensor pattern 10 and the finger 25. If the glass is attached to the upper surface of the substrate 50 in Figure 10, the dielectric constant from the value of the dielectric constant of the vacuum multiplied by the dielectric constant of the glass Can be obtained. Corresponds to the opposing area of the sensor pattern 10 and the finger 25. If the finger 25 covers all the sensor patterns 10 Corresponds to the area of the sensor pattern 10. If the finger 25 covers a part of the sensor pattern 10 Will be reduced by the area not facing the finger 25 in the area of the sensor pattern 10. Also, Since the distance between the sensor pattern 10 and the finger 25, it will correspond to the thickness of the reinforced glass or the flat layer 24 and the like raised on the upper surface of the substrate 50.
  • Ct is also a value that can be easily obtained, and can be easily set using a thickness under the material such as the protective layer 24 or tempered glass that is placed on the substrate 50.
  • Ct is proportional to the opposing areas of the finger 25 and the sensor pattern 10
  • the touch occupancy ratio of the finger 25 with respect to the sensor pattern 10 can be calculated from this.
  • the touch detector 14 detects whether or not a voltage variation is generated by subtracting the magnitude of the voltage according to ⁇ Equation 2> in preparation for the magnitude of the voltage according to ⁇ Equation 1>.
  • the touch detector 14 may include an amplifier that amplifies a signal in the sensor pattern 10, an analog to digital converter (ADC), a voltage to frequency converter (VFC), flip-flops, latches, and buffers Buffer, Transistor (TR), Thin Film Transistor (TFT), Comparator, Digital to Analog Converter (DAC), Integrator, Differentiator, etc., or a combination of these components.
  • the touch detector 14 includes an ADC 14a.
  • the sensor pattern 10 is connected to an input terminal of the ADC 14a. Therefore, the voltage variation in the sensor pattern 10 is detected through the input terminal of the ADC 14a.
  • the connection point of the sensor pattern 10 and the input terminal of the ADC 14a is "P"
  • the potential Vp at P is the touch capacitance Ct as in ⁇ Equation 1> and ⁇ Equation 2>. ) Is affected by the size.
  • the ADC 14a shown in FIG. 9 is an ADC having a buffer input of a high impedance state as described above, or is made of a combination with such a buffer, and an ADC or a differential as part of the touch detector 14 throughout this specification.
  • an amplifier or the like it is considered to be combined with a buffer in a high impedance state.
  • an alternate driving voltage is applied to one end of the auxiliary capacitor Caux with a predetermined height.
  • the driving voltage is an output of a device capable of outputting an alternating voltage, such as a CMOS output such as an inverter or an "AND gate", or an OP_AMP output.
  • Vpre a charging voltage
  • the potential of Vp is alternately synchronized with a driving voltage applied to the auxiliary capacitor Caux.
  • Vp has the magnitude of the voltage as shown in ⁇ Equation 1>. If a touch input occurs, it becomes Equation 2 with Ct added to the denominator of Equation 1. Therefore, the voltage of Vp decreases, and a voltage fluctuation occurs by subtracting Equation 2 from Equation 1.
  • FIG. 13 is a waveform diagram illustrating a process of detecting a touch signal in the embodiment of FIG. 9. Referring to this, a method of detecting a touch signal using a voltage variation is described below.
  • the waveform is divided into three regions, and the section labeled “No Touch”, which is the first region of FIG. 13, is a section in which no touch is generated and a section in which there is no Ct.
  • a section named “Full Touch” of the second region of FIG. 13 is a section in which the finger 25 completely covers the sensor pattern 10 and a section in which Ct of Equation 4 is maximized.
  • a section named “1/2 Touch”, which is the last region at the bottom right is a section in which the finger 25 covers only 50% of the sensor pattern 10, and Ct is Ct in the “Full Touch” region. Compared to 50% in size.
  • the common voltage may be an alternating voltage having a constant frequency, or may be an alternating DC voltage or an AC voltage alternately aperiodically.
  • the common voltage is periodically alternated in the "No Touch” section and the "Full Touch” section, and the common voltage having a DC voltage of 0 V (zero Volt) in the "1/2 Touch” section is illustrated. It will be explained that this can be implemented regardless of the form of the common voltage.
  • the rising edge and the falling edge may also be sensed with respect to the aperiodic Vcom, thereby configuring the embodiment in the same manner as the periodic Vcom of the present embodiment.
  • the common voltage detection unit (not shown) must first detect the common voltage.
  • the common voltage alternates with a certain magnitude, if the rising edge and falling edge waveforms of the common voltage are applied in the interval for detecting the voltage variation, the waveform detected by the touch detector 14 may be distorted due to the common voltage waveform. . Therefore, the present invention detects the voltage change of the precharge and the touch signal by avoiding the time when the rising and falling edges of the common voltage occur.
  • the present invention detects the voltage change of the precharge and the touch signal by avoiding the time when the rising and falling edges of the common voltage occur.
  • a touch input can also be detected.
  • the drive IC 30 which will be described later, detects a common voltage alternately and senses a rising edge and a falling edge of the common voltage and refers to the mode, and a mode not referring to the common voltage when the common voltage does not alternate.
  • a means for setting can be provided. This action makes it possible to detect the voltage change more easily when the common voltage does not alternate.
  • the advantage of this method is that the display is an alternating or non-alternating display device or in any case. Enables voltage fluctuation detection.
  • the capacitors are charged by turning on the on / off control unit of the charging means 12 after a predetermined time (in the present embodiment, designated as 't1').
  • Capacitors charged in the non-touch region are Caux, Cvom, and Cp.
  • the sections in which the capacitors are charged are sections and sections in FIG. 13.
  • intervals of FIG. 12 and the intervals of FIG. 12 are assumed to be 0 V in the intervals in which the voltage of Vp is dependent on the waveform of the common voltage due to the alternating common voltages, but the size is determined by a specific equation in the intervals, which will be described later.
  • the charging means 12 If the charging means 12 is turned off after charging the capacitors, the input terminal of the touch detector 14 is always in the Hi-z state, so that the charges stored in the capacitors remain isolated. Accordingly, the potential of the sensor pattern 10 is also maintained.
  • the on voltage of the charging means 12 is 5V and the off voltage is 0V.
  • the precharge signal Vpre is applied at 5V, and may be on or off in synchronization with the gate signal Vg, or may be always on. It is assumed that the common voltage of the common electrode 220 of the display device 200 is given at 5V at the Hi level and ⁇ 1V at the Low level.
  • the rising time of the driving voltage after the charging operation is performed first and The detection operation is performed in the falling section, which is performed in the section and the section.
  • This section is a section in which the detection operation is performed, and since a touch is not yet generated, a voltage according to Equation 1 is formed. If Caux, Cvcom, and Cp are all assumed to be 1 according to their relative magnitude, the driving voltage increases in the interval and the voltage of Vp also increases in synchronization with the interval. Is 3V because " ⁇ 9-(-0) ⁇ * 1/3 " Therefore, the potential Vp of P changes in size in synchronization with the driving voltage from 5V to 8V.
  • t2 which is a waiting time until the driving voltage is changed after precharging in the section, is, for example, several us to several tens us, but preferably several us.
  • the voltage detected in the section is stored in the memory and used as comparison data with the detected voltage when a touch occurs. Therefore, the detected voltage in the section of the non-touch area is measured in a state in which no touch is applied, such as a "factory mode" (part of the manufacturing process) or "Calibration mode", and stored in the memory, so that a touch occurs. It can be used as reference data for detecting voltage fluctuation compared with the "touch mode".
  • a section is a section in which common voltages alternate, and the voltage of Vp at this time is determined by the following equation.
  • Is the voltage variation in the sensor pattern 10 or the touch detector 14 Is a high level voltage of the common voltage applied to the common electrode capacitor Cvcom, Is a low level voltage of the common voltage applied to the common electrode capacitor Cvcom, Is the common electrode capacitance, Is the parasitic capacitance.
  • Equation 5 in the region in which the common voltage falls Since the magnitude of is "- ⁇ 5-(-1) ⁇ * 1/3 ", it is -2V. Since the potential of Vp before the common voltage fluctuation is 5V, the potential of Vp becomes 3V in the interval.
  • the touch presence and the touch area occupancy rate in the sensor pattern 10 can be detected. Because when the touch is generated in the interval from the interval to generate Ct, the detection voltage detected by the touch detector 14 is as shown in Equation 6 below.
  • Equation 6 Ct is the touch capacitance.
  • the section of FIG. 13 is a charging section, the potential of Vp is charged at 5V and the driving voltage drops from high to low in the section. Since "- ⁇ 9-(-0) ⁇ * 1/3 " is -3V according to ⁇ Equation 1>, the charging voltage of 5V at P point is changed to 2V.
  • Ct is a relative size of 3 compared to Cvcom or Caux having a relative size of 1 If you say Is determined by Equation 6. Is " ⁇ 5-(-1) ⁇ * 1/6 " Therefore, since the detection voltage in the section is 2V, the voltage in the section is 3V.
  • the touch detector 14 may detect the voltage variation to calculate whether or not the touch and the area of the sensor pattern 10 and the touch means 25 face each other.
  • the detection voltage is 8 V in the section where the magnitude of the detection voltage is defined by Equation 1, and the detection voltage is defined in Equation 2 when "Full touch” occurs. Since the magnitude of the detected voltage is 6.5V, the voltage obtained by subtracting ⁇ Equation 2> from ⁇ Equation 1>, that is, the voltage variation is 1.5V.
  • the touch detector 14 may determine the touch by detecting the magnitude of the voltage fluctuation.
  • the detection voltage is defined by ⁇ Equation 2>. Denotes "- ⁇ 9-(-0) ⁇ * 1/6 ", which is -1.5 V, and 3.5 V is detected because the previous charging voltage is 5 V. This is because the detected voltage is 2V due to the voltage variation defined by Equation 1 in the section of "No Touch" region, and the detected voltage in the section is 3.5V, that is, the voltage variation is 1.5V. Therefore, it is equal to the magnitude of the voltage variation described above. Therefore, it can be seen that the magnitude of the voltage variation has the same value regardless of whether the driving voltage Vdrv is rising or falling, which is capable of detecting both the voltage variation in the rising or falling section of the driving voltage Vdrv. There is this.
  • Ct has a relative value of 1.5, which is half of the time of "Full touch” by ⁇ Equation 4>. Since the common voltage does not alternate in the "1/2 touch" region, the driving voltage Vdrv has the advantage of not being applied to avoid the moment when the common voltage is alternated, so that the detection time can be arbitrarily adjusted without being dependent on Vcom. do.
  • Ct is 1.5 Is " ⁇ 9-(-0) ⁇ * 1 / 4.5", which is 2V. Since the charging voltage just before the section is 5V, the detection voltage in the section becomes 7V, and the detection voltage in the section in which the driving voltage Vdrv falls in the falling section becomes 3V after subtracting 2V from the charging voltage 5V. Accordingly, the touch detector 14 faces the sensor pattern 10 and the finger 25 by measuring a voltage variation that is a difference between the detected voltage value in the section or section in the “No Touch” region and the detected voltage value in the section or section. It is possible to calculate the area.
  • FIG. 9 illustrates a case in which the auxiliary capacitor Caux is not dependent on the operation of the on / off control terminal of the charging means 12.
  • the driving voltage Vdrv applied to the auxiliary capacitor Caux is applied to the charging element 12.
  • FIG. The embodiment is dependent on the on / off control signal.
  • This embodiment has the advantage that the circuit is simple because it does not need to generate a separate driving voltage applied to the auxiliary capacitor (Caux), but the driving voltage is dependent on the control voltage of the charging means 12, in the rising period of the control voltage Since the output terminal of the charging means 12 is not Hi-z, it is impossible to detect voltage fluctuation, and it is possible to detect voltage fluctuation at the time when the control voltage falls, so that the detection speed is reduced.
  • this problem can be overcome by quickly proceeding the charging operation and the detection operation of the charging means.
  • FIG. 12 illustrates a case in which the amplifier 18 is used in the touch detector 14.
  • An amplifier 18 coupled with a buffer whose input stage is Hi-z or whose input stage is Hi-z can also stably isolate the signal at point P.
  • the potential of the point P is changed by Ct as in the embodiment of FIG. 9.
  • the amplifier 18 is used as a means for detecting the voltage change.
  • the amplifier 18 amplifies the signal in the sensor pattern 10. Accordingly, since the voltage fluctuation due to the touch is amplified and output, the touch signal can be stably obtained even when the value of the voltage fluctuation is small.
  • a differential amplifier 18a may be used for the amplifier 18.
  • the potential of the point P is input to the input terminal of the differential amplifier 18a, and the reference voltage Vdif for forming the differential voltage is another input terminal of the differential amplifier 18a. Is entered. If the reference voltage Vdif is input to the non-inverting terminal of the differential amplifier, the output of the differential amplifier 18a is obtained by subtracting the reference voltage Vdif from the potential at point P and multiplying the amplification ratio of the differential amplifier (not shown). It will be output to the output of the differential amplifier 18a.
  • the advantage of such a configuration is that the level of noise applied to the point P can be reduced so that the signal can be more stably calculated to increase the accuracy of the touch.
  • amplifier 18 and differential amplifier 18a are not used simultaneously and only one of them is connected to point P.
  • the precharge voltage Vpre is illustrated as a single voltage of 5V.
  • the precharge voltage Vpre may have different sizes in the rising and falling sections of the driving voltage, and a plurality of precharge voltages may be used.
  • the detection voltage is 8V in the section of FIG. 13, and the control IC having 5V is the breakdown voltage, it may be out of the breakdown voltage range. In this case, 1 V may be applied to the charging voltage Vpre. Accordingly, the detection voltage in the section becomes 4 V, so that the charging voltage Vpre may be used in a range satisfying the breakdown voltage of the control IC.
  • Cp may be different for each sensor pattern 10. For example, it is very difficult to design the position of the sensor pattern 10, the wire length, other external factors, and the like uniformly for every sensor pattern 10.
  • Cvcom may also be different for each sensor pattern 10. If the magnitude of the voltage fluctuation is large, such a deviation can be ignored, but the smaller the magnitude of the voltage fluctuation becomes a non-negligible value for each sensor pattern 10.
  • the memory unit 28 may further include a signal processing result.
  • the signal stored in the memory unit 28 is a value based on the inherent Cp and inherent Cvcom of each sensor pattern 10 and may be different for each sensor pattern 10.
  • the output of the touch detector 14 may be scanned in the "factory mode" in which the sensor patterns 10 are immediately scanned in the state where no touch occurs after the power is applied or when no touch is made before being shipped from the manufacturing factory.
  • the processing result of the signal processing unit 35 can be obtained.
  • This factory initial value is stored in the memory unit 28.
  • the memory 28 may also store a value when a touch occurs.
  • a separate memory may be further configured to store a value when a touch occurs.
  • the drive IC 30 may compare the values of the same cell to determine that a touch has occurred when a voltage change of a predetermined reference value or more occurs, and calculate the touch occupancy rate of the sensor pattern 10 through a calculation.
  • Caux is embedded in the drive IC or installed outside of the drive IC.
  • the size is determined during the IC manufacturing process, and even when mounted externally, the component having the size can be mounted. Therefore, since a relatively small Cp can be implemented, the influence of Cp determined by unknown factors can also be minimized.
  • the memory unit 28 is formed of a table having m rows and n columns.
  • the M1-1 address stores the output of the differential amplifier 18a when no touch is allocated to the sensor pattern 10 at the upper left.
  • the signal stored in the memory unit 28 is referred to when detecting whether the sensor pattern 10 is touched at the upper left end.
  • Values stored at respective addresses of the memory unit 28 may be periodically corrected. Periodic calibration may be performed when powering the device as above, or in a dormant state. In this way, the output of the differential amplifier 18a is stored in the memory unit 28 when the touch is not generated (or separately when the touch is not generated and when it is generated) for each sensor pattern 10, periodically corrected, and the memory is detected when the touch signal is detected. Referring to the unit 28, the touch signal may be stably obtained even when the sensor pattern 10 has a unique Cp.
  • FIG. 15 to 22 show embodiments of a touch screen panel according to the present invention.
  • FIG. 15 and FIG. 16 show an example in which the touch detection means of FIG. 9 or FIG. 12 is applied, and the sensor pattern 10 is arranged in a dot matrix form.
  • the configuration of the drive IC 30 is shown at the bottom of FIG. 15.
  • the drive IC 30 includes a driver 31, a touch detector 14, a timing controller 33, a signal processor 35, and a memory 28, and a common voltage detector 43.
  • the common voltage receiver 45 may further include one of the alternating voltage generator 37.
  • the drive IC 30 includes the common voltage detector 43, the common voltage receiver 45, and the alternating voltage generator 37 as shown in FIG. 14, and the selector 47 causes the common voltage detector. 43, the common voltage receiver 45 or the alternating voltage generator 37 may be selected.
  • the drive signal acquired by the drive IC 30 is transmitted to the CPU 40.
  • the CPU 40 may be a CPU of a display device, a main CPU of a computer device, or a CPU of the touch screen panel itself.
  • a touch processor may be processed by embedding a microprocessor such as 8bit or 16bit.
  • the system configuration further includes a power supply unit for generating a high or low voltage of signals for detecting a touch input.
  • the microprocessor built in the drive IC 30 recognizes touch points, gestures such as zoom, rotation, and move by calculating touch input coordinates, and reference coordinates (or center point coordinates). Data such as and gestures can be transferred to the main CPU.
  • touch points such as zoom, rotation, and move by calculating touch input coordinates, and reference coordinates (or center point coordinates).
  • Reference coordinates or center point coordinates.
  • Data such as and gestures can be transferred to the main CPU.
  • the timing controller 33 generates a time division signal of several tens of ms or less, and the signal processor 35 transmits and receives a signal to each sensor pattern 10 through the driver 31.
  • the driver 31 supplies the on / off control signal Vgn of the charging means 12 and the precharge signal Vpren.
  • the on / off control signal Vgn is time-divided by the timing controller 33 and is supplied sequentially or non-sequentially for each sensor pattern 10.
  • the memory unit 28 stores an initial value which is a signal when no touch occurs in each sensor pattern 10 or stores a signal when a touch occurs.
  • Each pattern 10 has a unique absolute address.
  • the memory 28 may temporarily store the coordinate values obtained with only one, or may store the reference value when no touch occurs.
  • the plurality of memory means may be configured to separately store a reference value when no touch occurs and a detection value when a touch occurs.
  • the illustrated embodiment exemplifies a case in which the sensor pattern 10 has a resolution of 4 * 5
  • a signal may be lost while processing many signals.
  • the signal processor 35 when the signal processor 35 is in the "Busy" state, the signal may not be recognized because the touch driving signal is not recognized.
  • the memory unit 28 may prevent such a loss of the signal.
  • the signal processor 35 temporarily stores the detected touch signal in the memory 28. After scanning the entire sensor pattern 10, the memory unit 28 is referred to to determine whether there is a missing signal. If the touch coordinates are omitted in the signal processing but stored in the memory unit 28, the signal processor 35 recognizes the touch coordinates as a normal input.
  • the common voltage receiver 45 directly receives the common voltage information of the common electrode 220 from the display device 200.
  • information such as the start point, magnitude, rising section, and falling section of the common voltage can be obtained very easily, and the signal processing unit 35 can easily process signals in conjunction with the rising and falling sections of the common voltage.
  • a burden arises in that the display apparatus 200 needs to transmit common voltage information.
  • the alternating voltage generator 37 may apply the alternating voltage to the common electrode 220 by force.
  • the alternating voltage generation unit 37 applies a voltage level alternated at a predetermined frequency to the common electrode 220 according to the time division signal of the timing controller 33.
  • the frequency of the alternating voltage applied to the common electrode 220 can be adjusted by adjusting a resistor.
  • the signal processor 35 can easily process the signal in association with the rising and falling sections of the common voltage.
  • the burden of sending a common voltage to the display device 200 is generated.
  • the common voltage detector 43 automatically detects the common voltage information, it is not necessary to exchange information related to the common voltage with the display device.
  • the signal processor 35 applies a driving voltage delivered to the auxiliary capacitor to avoid rising or falling edges of the common voltage as shown in FIG. 12. .
  • the common voltage detector 43 may have various circuit configurations.
  • the sensor signal line 22 is wired between the sensor patterns 10 in the active region in which the sensor pattern 10 is installed and connected to the drive IC 30.
  • the sensor signal line 22 should be formed of ITO or IZO, which is a transparent signal line at least in the visible region.
  • ITO or IZO is a transparent signal line at least in the visible region.
  • the width of the sensor signal line 22 wired to the upper end is wider than the width of the sensor signal line 22 wired to the lower end. If the width of N is narrowed, it is possible to match the wiring resistance of the signal lines for all the sensor patterns 10. Therefore, the touch processor detects the touch signal more easily.
  • the linear sensor pattern is made of a transparent material, but the signal line connecting the linear sensor pattern with the Touch Drive IC, so as to use a opaque metal such as silver or copper to lower the resistance value In this case, a plurality of masks must be used, resulting in an increase in process cost and a decrease in yield.
  • the resistance does not act as a variable, the resistance of the sensor signal line 22 can be set relatively high, so that the sensor signal line 22 ), ITO or IZO with high resistance can be used. Accordingly, in the configuration as shown in FIG.
  • the sensor pattern 10 and the sensor signal line 22 may be made of the same transparent material such as ITO or IZO, which is a mask of the sensor pattern 10 and the sensor signal line 22. It means that it can be produced by, there is an effect that the production cost and yield is increased.
  • a sensor pattern 10 and a sensor signal line 22 are formed in the active region 90 of the substrate 50.
  • the sensor signal line 22 may be wired to the metal in the active region 90, but is preferably wired to the transparent signal line 22a in the active region 90.
  • the sensor signal line 22 may be wired from the active region 90 to the transparent signal line 22a, and may be wired between the sensor patterns as in the embodiment of FIG. 15, the transparent signal line 22a in the active region, as in the upper right embodiment of FIG. 16.
  • a metal signal line 22b connected to the transparent signal line 22a and the connecting portion 59 in the invisible region 92.
  • a disadvantage of this wiring method is that it is difficult to slim down the touch device because the width of the invisible region 92 must be widened.
  • the touch detector 14 may be an AD converter installed in the drive IC 30, a buffer, an amplifier, or a combination thereof.
  • the differential amplifier 18a is used as the touch detector 14 as illustrated, the signal is easily amplified by amplifying and processing the touch signal from which the noise is removed.
  • the differential amplifier 18a and the ADC 14a are not used together, but one of them detects a touch input. If the differential amplifier 18a detects a touch input, the ADC is connected to the output of the differential amplifier and can convert the analog signal output from the differential amplifier into a digital signal.
  • a comparator 19 is further connected to an output terminal of the differential amplifier 18a (or an output terminal of a buffer connected to P point, not shown).
  • the comparator 19 is used to automatically detect rising and falling edges when the common voltage of the display device 200 is alternated.
  • the sensor pattern 10 In the state where the charging means 12 is turned off, since the input terminal of the differential amplifier 18a is Hi-z, the sensor pattern 10 is electrically isolated and is in a floating state. At this time, if the voltage level of the common electrode 220 of the display device 200 varies, the potential of the sensor pattern 10 changes accordingly. In other words, the potential of P is alternated in synchronization with the alternation of the common voltage. These alternating voltage levels are formed high or low based on the charging voltage. If the voltage of P is directly connected to the comparator 19 and compared with the comparison voltage of 5V (same as the charging voltage in the waveform diagram of FIG. 13), the height of the common voltage can be read.
  • the comparator 19 compares with the appropriate Vref to increase the common voltage. The changing time point can be read. In this way, the common voltage detector 43 can be configured by a simple circuit configuration using the comparator 19.
  • the sensor pattern 10 has a unique position coordinate. Since the unique position coordinates of each sensor pattern can be checked regardless of whether the scanning is sequentially performed for each sensor pattern or scanning for each group, in the present invention, multi-touch for recognizing that a touch has occurred in a plurality of sensor patterns 10 is possible. .
  • each of the charging means 12 and the touch detector 14 is configured separately for each unit element of the sensor pattern 10, this is only one embodiment, a plurality of sensor patterns ( 10 may be connected to one charging means 12 and one touch detector 14 through a mux.
  • a plurality of drive ICs 30a and 30b may be mounted on the substrate 50.
  • the drive ICs 30a and 30b are mounted in the form of COG on the glass substrate 50 as shown.
  • the drive ICs 30a and 30b are master drive ICs 30a for transmitting touch signals to the outside, and slave drive ICs 30b connected to the master driver IC 30a and the communication channel 94 on the substrate 50. It consists of.
  • the master drive IC 30a is connected to an FPC 96a for exchanging signals with the outside. Since the slave drive IC 30b communicates with the master drive IC 30a through the communication channel 94, a separate FPC does not need to be connected. However, as shown in the drawing, the FPC 96b for power transmission may be connected to the slave drive IC 30b.
  • the master drive IC 30a may give priority to each other, give a scanning order, or have an independent memory space. Process the signals.
  • the master drive IC 30a or the slave drive IC 30b may refer to each other at the touch detection interface.
  • each IC is in charge of touch detection for an area of 10 x 10 (width x length). Then, the master drive IC 30a and the slave drive IC 30b do not know the touch information of the area outside the magnetic area at the tenth and eleventh contact points which are mutually boundary surfaces in the vertical direction, so the tenth and eleventh directions in the longitudinal direction The detection force in the region of will be lowered. In other words, the linearity of touch detection is lowered.
  • each drive IC refers to the information of the relative drive IC at the interface.
  • the master drive IC 30a detects a touch for the first to tenth regions in the vertical direction
  • the master drive IC 30a is in the eleventh in the vertical direction and the slave drive ICs 30b touch.
  • the touch of the sensor patterns 10 in the vertical direction is detected by referring to the signal of the area in which the signal is detected.
  • the information of the tenth sensor pattern 10 in the longitudinal direction managed by the master drive IC 30a is referred to.
  • the master drive IC 30a and the slave drive IC 30b add memory to receive signals detected by the counterpart IC at the interface through the communication line, write them to the memory, and use them for calculation in the signal processor 35. .
  • FIG. 18 is a diagram illustrating another embodiment of the touch screen panel.
  • the sensor pattern 10 is arranged in a dot matrix form, whereas the embodiment of FIG. 18 illustrates that the sensor pattern 10 is arranged in a linear manner.
  • the x-axis linear sensor pattern 10a and the y-axis linear sensor pattern 10b are cross-aligned in the active region 90 of the substrate 50.
  • Each of the linear sensor patterns 10a and 10b has an opposing area portion 41a for forming a touch capacitance Ct and a connecting portion 41b for connecting the opposing area portions 41a with the touch input tool. It is composed.
  • the x-axis linear sensor pattern 10a and the y-axis linear sensor pattern 10b cross each other at the connection portion 41b to form an intersection portion 42.
  • the intersection 42 is configured to mutually insulate the linear sensor patterns 10a and 10b of different axes.
  • the connecting portion 41b of the x-axis linear sensor pattern 10a is first formed, and an insulating layer is formed thereon, and then the connecting portion 41b of the y-axis linear sensor pattern 10b passes through the insulating layer. do.
  • a great advantage of the embodiment of FIG. 18 is that the number of sensor signal lines 22 wired to the active region 90 or the invisible region 92 of the substrate 50 can be greatly reduced. If the size of the sensor pattern 10 is reduced, the number of sensor signal lines 22 wired between the sensor patterns 10 in the invisible region 92 or the active region 90 of the substrate 50 may not be increased. It is possible to increase the physical touch resolution compared to the previous embodiments.
  • the x-axis linear sensor pattern 10a and the y-axis linear sensor pattern 10b may detect touch on the other axis after detecting the touch on the x-axis or the y-axis.
  • the x-axis and the y-axis can be detected at the same time.
  • a scan method may be used to sequentially scan the x-axis or the y-axis, and touch detection may be performed with the entire x-axis in an active state, or touch detection may be performed with the entire y-axis in an active state.
  • the detector method using the voltage variation is applied in the same manner as the dot matrix method described above.
  • the resistance values of the linear pattern 10 and the sensor signal line 22 are not included in the variable. Therefore, since the transparent material such as ITO or IZO having a relatively high resistance can be used together with the linear pattern 10 and the sensor signal line 22, it is possible to manufacture the linear pattern 10 and the sensor signal line 22 with one mask. Do.
  • FIG. 19 illustrates a TFT substrate configuration of an LCD, and shows a TFT substrate configuration in a transverse electric field mode.
  • the common electrode 220 is formed only on a part of the panel, unlike the aforementioned embodiment.
  • the LCD of the transverse electric field mode will be briefly described with reference to FIG. 19.
  • a gate line 242 and a data line 244 are vertically and horizontally disposed on an upper surface of the TFT substrate, and a region partitioned by the gate line 242 and the data line 244 forms a pixel. .
  • a TFT 250 for switching the image signal is provided in the pixel.
  • the gate electrode 251 of the TFT 250 is connected to the gate line 242 to receive a scan signal, and the source electrode 253 and the drain electrode 255 are respectively the data line 244 and the pixel electrode line 248. Is connected to.
  • the semiconductor layer 257 of the TFT 250 forms a channel between the source electrode 253 and the drain electrode 255 to apply an image signal to the liquid crystal layer.
  • the common electrode line 246 is formed in parallel with the pixel electrode line 248.
  • the TFT 250 when the TFT 250 is operated to apply an image signal to the pixel electrode line 248, a transverse electric field substantially parallel is generated between the common electrode line 246 and the pixel electrode line 248.
  • the liquid crystal molecules move in a plane.
  • the common electrode line 246 is formed only in a partial region. Therefore, Cvcom formed between the sensor pattern 10 and the common electrode line 246 is formed smaller than in the previous example. Since Cvcom is proportional to the opposing area of the sensor pattern 10 and the common electrode line 246, the surface of the common electrode line 246 is opposed even if the sensor pattern 10 covers the entire pixel shown in FIG. Area occurs. If the common electrode 220 of the display device 200 is formed as shown in FIG. 19 in the embodiment of FIG. 18, the size of Cvcom compared to Ct will be very small. Therefore, the magnitude of the voltage fluctuation with or without the touch becomes larger.
  • the parasitic capacitance Cp by the gate line 242, the data line 244, the pixel electrode line 248, and the like may be close to or larger than the Cvcom. It can act as a noise component in signal detection. Therefore, in the embodiment as shown in FIG. 19, it is preferable to detect the touch in consideration of the timing when there is no signal change in the gate line 242 and the data line 244 of the LCD in the drive IC 30.
  • 20 and 21 are cross-sectional views and exploded perspective views of a display device having a touch screen panel. Referring to this, a touch screen panel and a display device incorporating the touch screen panel according to the present invention will be described.
  • the color filter 215 of the display device 200 may be replaced with the touch screen panel according to the present invention.
  • a common electrode 220 is formed on a bottom surface of the color filter 215.
  • the common electrode 220 is formed on the top surface of the TFT substrate 205. 19 or 20, the sensor pattern 10 is formed on the top surface of the color filter 215 as shown.
  • a protective panel 52 such as tempered glass may be installed on the sensor pattern 10 to protect the sensor pattern 10.
  • the protection panel 52 is attached to the upper surface of the color filter 215 by transparent adhesive means such as an ultraviolet curable resin 98 or the like.
  • the TFT IC 205 is mounted with a drive IC 60 in the form of COG.
  • the drive IC 30 for controlling the touch signal is mounted in the form of COG or COF.
  • the FPCs 96 and 97 are drawn out.
  • the touch drive IC 30 and the LCD drive IC 60 may be integrated into a single IC.
  • the TFT substrate 205 and the color filter 215 may be connected to the FPC to transmit and receive signals.
  • the yield can be increased and the manufacturing time can be shortened, which can be a means of reducing the manufacturing cost of the product.
  • Such a method will be described with reference to FIG. 22 as follows.
  • a resin for displaying color is formed on the surface opposite to the surface on which the sensor pattern 10 is patterned on the color filter 215. It exists in the form of red, green, and blue, and each of red, green, and blue is defined as a pixel, and three pixels (270a, 270b, and 270c) of R / G / B are combined to form dots (dot, 270). ).
  • the sensor pattern 10 may be located at the BM (Black Matrix, 275) which is a boundary between the pixels 270a, 270b, and 270c.
  • BM Black Matrix, 275
  • the BM 275 covers the signal lines connected to the pixels 270a, 270b, and 270c of the LCD, and distinguishes the colors of the pixels.
  • the BM 275 is generally arranged in a width of several um to several tens of um.
  • the BM 275 is composed of a non-reflective, non-reflective, black-based material and is located at the interface of the resin below the color filler. In one pixel 270a, 270b, and 270c, the BM 275 occupies about 20% to 50%. Therefore, even if the sensor pattern 10 is formed in the BM 275, sufficient area of the sensor pattern can be ensured.
  • the sensor pattern 10 is positioned at BM between pixels, and one sensor pattern 10 is formed to accommodate four dots 270.
  • the sensor patterns 10 are connected to each other in a lattice structure in the BM 275 around the pixels 270a, 270b, and 270c and the dots 270, and the sensor signal lines 22 are also wired to the BM to drive IC 30. Is connected to.
  • An advantage of this structure is that the sensor pattern 10 and the sensor signal line 22 can be arranged in the BM 275 which is an invisible region, so that the sensor pattern 10 and the sensor signal line 22 can be made of metal. Therefore, the sensor pattern 10 and the signal line 22 can be configured with a single mask, and the resistance value of the sensor signal line 22 can also be lowered, so that the wiring resistance does not have to be greatly considered. In addition, even when the sensor pattern 10 and the sensor signal line 22 are made of metal, the opening ratio of the pixel is not reduced, and the electrical conductivity of the metal is excellent, so that the signal can be transmitted to the drive IC more stably.
  • a plurality of pixels that do not include a sensor pattern between the sensor pattern 10 and the sensor pattern 10 is required to wire the sensor signal line 22. Further, in the illustrated example, one pixel is divided into a boundary on the boundary surface of the sensor pattern 10 in the up and down direction, but may be bounded by a plurality of pixels.
  • the sensor pattern 10 has been described in the case where the sensor pattern 10 is installed on the upper surface of the color filter, that is, the outer side of the color filter, but the inner side of the color filter, that is, the color resin (R / G / B) and the color. It may be present between the inside of the filter.
  • the manufacturing process of the color filter should be made at the inside and the outside of the glass.
  • the process is performed only on the inside of the glass. Simplify and yield increase.
  • a non-reflective metal may be used, or non-reflective chromium oxide, silver oxide (Ag), or black-based inorganic or organic material may be applied to the upper surface of the metal.
  • a metal has been described, but the material constituting the sensor pattern and the signal line is not limited to a non-transmissive material such as metal, and any conductive material such as a transparent conductive material is also applicable.
  • the BM occupies about tens of percent
  • the area of the sensor pattern 10 installed in the BM also becomes tens of percent of the pixel area
  • the capacitance formed by Equation 4 also becomes tens of percent, so the absolute value
  • the area can be arbitrarily adjusted so that touch detection can be prevented.
  • Another advantage of the embodiment as shown in FIG. 22 is that the transmittance of the pixel is increased compared to other existing touch screens because no material exists in the transmissive area of the pixel.
  • index matching is performed to prevent visual identification of the transparent conductive material. In the embodiment of FIG. 22, this process may be removed.
  • the dot is 6 x 5 (width x length), but the present invention is not limited thereto, and dozens to hundreds or more dots are positioned below one sensor pattern 10. can do.
  • the present embodiment an embodiment in which dots are divided through a color filter is described.
  • a color filter is not included as in a PDP and the pixel is divided into partitions, The idea of the present embodiment can be applied to all the present embodiments.
  • sensor pattern 10a x-axis linear sensor pattern
  • amplifier 18a differential amplifier
  • 22a transparent signal line 22b: metal signal line
  • timing controller 35 signal processor
  • intersection 43 common voltage detector
  • connection 60 drive IC
  • display device 205 TFT substrate
  • liquid crystal layer 215 color filter
  • gate line 244 data line
  • source electrode 255 drain electrode

Abstract

본 발명은 보조커패시터를 통해 인가되는 구동전압에 의해 센서패턴에서의 전압변동을 검출하여 터치신호를 검출하는 새로운 방식의 정전식 터치 검출수단, 검출방법 및 터치스크린패널과, 그러한 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 정전식 터치 검출수단은, 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성하는 센서패턴(10); 상기 센서패턴(10)에 일측이 연결되고 타측으로는 터치 검출을 위한 구동전압이 인가되는 보조커패시터(Caux); 상기 터치정전용량(Ct) 및 보조커패시터(Caux)에 프리차지신호를 공급하는 충전수단(12); 및 상기 센서패턴(10)에 연결되며, 상기 터치입력도구의 터치 유무에 따라 상기 보조커패시터(Caux)에 상기 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 상기 센서패턴(10)에서의 전압변동을 검출하여 터치신호를 검출하는 터치검출부(14);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 노이즈, 커플링 현상이나 기타 요인에 의해 생성되는 기생정전용량 등에 의한 영향이 최소화하고 터치신호를 안정적으로 획득할 수 있는 효과가 있다.

Description

전압변동을 이용한 정전식 터치 검출수단, 검출방법 및 터치스크린패널과, 그러한 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치
본 발명은 신체의 손가락 또는 이와 유사한 도전특성을 갖는 터치입력도구의 정전식 터치입력을 검출하는 수단, 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터치검출부에 연결된 보조커패시터를 통해 구동전압이 인가되고 터치입력이 발생할 때 터치검출부에서의 전압변동을 검출하여 터치신호를 획득하는 정전식 터치 검출수단, 검출방법 및 터치스크린패널과, 그러한 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치에 관한 것이다.
일반적으로, 터치스크린패널(Touch Screen Panel)은 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic Light Emitting Diode), AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode) 등의 표시장치 위에 부착되는 것으로서, 손가락이나 펜 등의 물체가 터치될 때 해당 위치에 대응하는 신호를 발생시키는 입력장치의 하나이다. 터치스크린패널은 소형 휴대단말기, 산업용 단말기, DID(Digital Information Device) 등 매우 폭넓은 분야에서 이용되고 있다.
종래 터치스크린패널은 다양한 유형이 개시되어 있으나, 제조공정이 간단하고 제조코스트가 저렴한 저항방식의 터치스크린패널이 가장 널리 이용되고 있다. 그러나 저항방식의 터치스크린패널은 투과율이 낮고 압력을 인가해야 하므로 사용이 불편하고 멀티터치 및 제스처 인식이 곤란하고 검출오류가 발생하는 등의 문제점을 안고 있다.
이에 반해, 정전식 터치스크린패널은 투과율이 높고 소프트 터치를 인식할 수 있고 멀티터치 및 제스처 인식이 양호한 장점을 갖고 있어 점차 시장을 넓혀가고 있다.
도 1은 종래 정전식 터치스크린패널의 일예를 보여준다. 도 1을 참조하면, 플라스틱 또는 유리 등으로 제조된 투명기판(2)의 상하면에 투명도전막이 형성되며, 투명기판(2)의 네 모서리 각각에 전압인가용 금속전극(4)이 형성되어 있다. 상기 투명도전막은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 ATO(Antimony Tin Oxide) 등의 투명한 금속으로 형성된다. 그리고 상기 투명도전막의 네 모서리에 형성되는 금속전극(4)들은 은(Ag) 등의 저항률이 낮은 도전성 금속으로 프린팅하여 형성한다. 상기 금속전극(4)들의 주변에는 저항 네트워크가 형성된다. 상기 저항 네트워크는 상기 투명도전막의 표면 전체에 균등하게 컨트롤신호를 송출하기 위하여 선형성 패턴(Linearization Pattern)으로 형성된다. 그리고 금속전극(4)을 포함한 투명도전막의 상부에는 보호막이 코팅된다.
위와 같은 정전식 터치스크린패널은 상기 금속전극(4)에 고주파의 교류 전압을 인가하면 이는 투명기판(2)의 전면에 퍼지게 된다. 이때 손가락(8)이나 도전성 터치입력도구로 투명기판(2) 상면의 투명도전막을 가볍게 터치하면, 일정량의 전류가 체내로 흡수되면서 컨트롤러(6)에 내장된 전류센서에서 전류의 변화를 감지하고 4개의 금속전극(4) 각각에서의 전류량을 연산하여 터치 지점을 인식하게 된다.
그런데, 도 1과 같은 정전식 터치스크린패널은 미소 전류의 크기를 검출하는 방식으로서, 고가의 검출장치를 필요로 하므로 가격이 상승하며 복수개의 터치를 인식하는 멀티터치가 어려운 문제점이 있다.
이러한 문제점을 극복하기 위하여 근래에는 도 2와 같은 정전식 터치스크린패널이 주로 사용되고 있다. 도 2의 터치스크린패널은 횡방향의 선형센서패턴(5a) 및 종방향의 선형센서패턴(5b), 터치신호를 분석하는 터치드라이브IC(7)로 이루어져 있다. 이러한 터치스크린패널은 선형센서패턴(5)과 손가락(8) 사이에 형성되는 커패시턴스의 크기를 검출하는 방식으로서, 횡방향의 선형센서패턴(5a)과 종방향의 선형센서패턴(5b)을 스캔하여 신호를 검출하므로 복수개의 터치지점을 인식할 수 있다.
그런데, 위와 같은 터치스크린패널은 LCD와 같은 표시장치 위에 실장되어 사용될 때, 노이즈에 의해 신호 검출이 어려운 현상이 발생한다. 예컨대, LCD는 공통전극을 사용하며 경우에 따라 이 공통전극에 교류의 공통전압(Vcom)이 인가된다. 그리고 공통전극의 공통전압(Vcom)은 터치지점 검출시 노이즈로 작용한다.
도 3은 LCD 위에 종래 정전식 터치스크린패널이 설치된 실시태양을 보여준다. 표시장치(200)는 하측의 TFT기판(205)과 상측의 칼라필터(215) 사이에 액정이 봉입되어 액정층(210)을 형성하는 구조를 갖는다. 액정의 봉입을 위하여 TFT기판(205)과 칼라필터(215)는 그 외곽부에서 실런트(230)에 의해 접합된다. 도시하지 않았지만, 액정패널의 상하로는 편광판이 부착되며, 그밖에도 BLU(Back Light Unit)가 설치된다.
표시장치(200)의 상부에는 도시한 바와 같이 터치스크린패널이 설치된다. 터치스크린패널은 기판(1)의 상면에 상기한 선형센서패턴(5)이 올려진 구조를 갖는다. 기판(1)의 위에는 선형센서패턴(5)을 보호하기 위한 보호패널(3)이 부착된다. 터치스크린패널은 DAT(Double Adhesive Tape) 등과 같은 접착부재(9)를 매개로 표시장치(200)의 에지부에 접착되며, 표시장치(200)와의 사이에서 에어갭(9a)을 형성한다.
이러한 구성에서 도 3에서와 같은 터치가 발생할 경우, 손가락(8)과 선형센서패턴(5) 사이에는 Ct와 같은 정전용량이 형성된다. 그런데, 도시한 바와 같이 선형센서패턴(5)과 표시장치(200)의 칼라필터(215) 하면에 형성된 공통전극(220) 사이에서도 Cvcom과 같은 정전용량이 형성되며, 선형센서패턴(5)에는 패턴 사이의 정전용량결합 또는 제조 공정요인 등에 의한 미지의 기생정전용량인 Cp도 작용하고 있다. 따라서, 도 4의 등가회로와 같은 회로가 구성된다.
여기서, 종래 터치스크린패널은 Ct의 변화량을 검출해서 터치를 인식하는데, Cvcom 및 Cp와 같은 백그라운드(Background) 성분은 Ct의 검출에 있어 노이즈로 작용한다. 예컨대 휴대기기용 중소형 LCD에서는 소비전류를 감소시키기 위하여 공통전극(220)의 공통전압(Vcom)이 도 5에서와 같이 하나 또는 복수의 게이트라인별로 교번하는 Line inversion 방식을 사용하므로, 이러한 교번 전계는 터치 검출시 상당한 노이즈로 작용한다.
통상적으로 위와 같은 노이즈를 제거하기 위하여, 도 3에서와 같이 터치스크린패널과 표시장치(200) 사이에 에어갭(9a)을 둔다. 또한, 도시하지 않았지만, 터치스크린패널의 기판(1) 하면에 ITO 등을 도포하여 차폐층을 형성하고 이 차폐층을 그라운드 신호와 접지시킨다.
하지만, 에어갭(9a)에 의해 제품의 두께가 증가하며 품질저하가 발생된다. 또한 차폐층을 구성하기 위한 별도의 차폐층 및 제조공정을 필요로 하므로 제조단가의 상승이 유발된다. 특히 LCD 내에 터치스크린패널을 내장하는 경우 에어갭(9a)이나 차폐층의 형성이 불가능하므로 LCD 등의 표시장치에 터치스크린패널을 내장하여 제조하는 것이 불가능하였다.
본 발명은 상기와 같은 종래 정전식 터치스크린패널의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 터치검출부에 보조커패시터를 연결하고 이 보조커패시터를 통해 구동전압을 인가하며, 센서패턴과 터치입력도구 사이에 형성되는 터치정전용량이 부가될 때 터치정전용량의 크기에 따라 터치검출부에서 검출되는 전압의 크기에 차이가 생기는 전압변동을 검출하여 터치신호를 획득함으로써, 표시장치의 공통전극의 노이즈에 의한 영향, 기생정전용량에 의한 영향을 최소화하고 터치신호를 안정적으로 획득하는 동시에 LCD 등의 표시장치에 터치스크린패널을 내장하는 것이 용이한 새로운 방식의 전압변동을 이용한 정전식 터치 검출수단, 검출방법 및 터치스크린패널과, 그러한 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 정전식 터치 검출수단은, 신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력도구의 접근에 의해 터치정전용량(Ct)이 발생하는 것을 감지하는 정전식 터치 검출수단에 있어서, 상기 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성하는 센서패턴(10); 상기 센서패턴(10)에 일측이 연결되고 타측으로는 터치 검출을 위한 구동전압이 인가되는 보조커패시터(Caux); 상기 센서패턴(10) 및 보조커패시터(Caux)에 프리차지신호를 공급하는 충전수단(12); 및 상기 센서패턴(10)에 연결되며, 상기 터치입력도구의 터치 유무에 따라 상기 보조커패시터(Caux)에 상기 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 상기 센서패턴(10)에서의 전압변동을 검출하여 터치신호를 검출하는 터치검출부(14);를 포함하여 구성된다.
일실시예에 따르면, 상기 충전수단(12)은 3단자형 스위칭소자이다.
다른 실시예에 따르면, 상기 보조커패시터(Caux)의 타측은 상기 충전수단(12)의 온/오프 제어단자에 접속되며, 보조커패시터(Caux)의 타측으로 인가되는 구동전압은 충전수단(12)의 온/오프 제어전압과 동일하다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 보조커패시터(Caux)의 타측으로 인가되는 구동전압은 소정 주파수로 교번하는 교번전압이다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 터치검출부(14)는 상기 보조커패시터(Caux)에 인가되는 구동전압의 상승구간(rising time) 및/또는 하강구간(falling time)에서 센서패턴(10)에서의 전압변동을 검출한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 센서패턴(10)은 표시장치(200)의 공통전극(220)과의 사이에서 공통전극정전용량(Cvcom)을 형성하며, 상기 공통전극(220)의 공통전압 레벨을 검출하는 공통전압 검출부(43)를 더 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 공통전압 검출부(43)는 상기 공통전극정전용량(Cvcom)에 의한 센서패턴(10)에서의 전압변동을 검출하여 공통전압 레벨의 상승구간(rising time) 및 하강구간(falling time)을 검출한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 센서패턴(10)은 표시장치(200)의 공통전극(220)과의 사이에서 공통전극정전용량(Cvcom)을 형성하며, 상기 표시장치(200)로부터 공통전극(220)의 공통전압 정보를 수신하는 공통전압 수신부(45)를 더 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 터치검출부(14)는 상기 공통전압 레벨의 상승 에지(rising edge) 및 하강 에지(falling edge)를 회피하여 터치신호를 검출한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 터치검출부(14)는 터치 미발생시 보조커패시터(Caux)에 의한 센서패턴(10)에서의 전압의 크기에 대비하여 터치 발생에 의해 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 센서패턴(10)에서의 전압의 크기의 차이인 전압변동을 검출하여 터치신호를 검출한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 터치 미발생시 보조커패시터(Caux)에 의한 센서패턴(10)에서의 전압은 다음의 <수식1>에 의해 결정되고, 상기 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 센서패턴(10)에서의 전압은 다음의 <수식2>에 의해 결정되며, 상기 전압변동은 <수식1>과 <수식2>의 차이에 의해 발생한다.
<수식1>
Figure PCTKR2012001582-appb-I000001
<수식2>
Figure PCTKR2012001582-appb-I000002
(여기서,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000003
는 센서패턴에서의 전압변동분이며,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000004
는 보조커패시터에 인가되는 하이 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000005
는 보조커패시터에 인가되는 로우 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000006
는 보조커패시터정전용량이며,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000007
은 공통전극정전용량이며,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000008
는 기생정전용량이며,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000009
는 터치정전용량임.)
또 다른 실시예에 따르면, 터치신호 검출시에 상기 터치검출부(14)의 입력단은 적어도 1Mohm 이상의 하이 임피던스 상태이다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 터치검출부(14)는 전압변동의 크기에 대응하여 상기 센서패턴(10)에 대한 터치입력도구의 터치 점유율을 검출한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 터치검출부(14)는 AD 컨버터를 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 터치검출부(14)는 상기 센서패턴(10)에서의 신호를 증폭하는 증폭기(18)를 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 증폭기(18)는 상기 센서패턴(10)에서의 신호를 차동 증폭하는 차동증폭기(18a)이다.
또 다른 실시예에 따르면, 터치 미발생시 상기 증폭기(18)의 출력을 센서패턴(10)별로 저장하는 메모리부(28)를 더 포함하며, 상기 메모리부(28)를 참조하여 각 센서패턴(10)별로 터치 유무를 판단한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 정전식 터치 검출방법은, 신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력도구의 접근에 의해 터치정전용량(Ct)이 발생하는 것을 감지하는 정전식 터치 검출방법에 있어서, (a) 상기 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성하는 센서패턴(10) 및 이 센서패턴(10)에 일측이 연결되고 타측으로는 구동전압이 인가되는 보조커패시터(Caux)에 프리차지신호를 공급하는 단계; (b) 상기 센서패턴(10)에서의 전압변동을 검출하는 단계; 및 (c) 상기 센서패턴(10)에서 전압변동이 발생하는지 여부를 검출하여 터치신호를 검출하는 단계;를 포함한다.
일실시예에 따르면, 상기 충전수단(12)은 3단자형 스위칭소자이다.
다른 실시예에 따르면, 상기 보조커패시터(Caux)의 타측은 상기 충전수단(12)의 온/오프 제어단자에 접속되며, 보조커패시터(Caux)의 타측으로 인가되는 구동전압은 충전수단(12)의 온/오프 제어전압과 동일하다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 보조커패시터(Caux)의 타측으로 인가되는 구동전압은 소정 주파수로 교번하는 교번전압이다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 단계(b)는 상기 보조커패시터(Caux)에 인가되는 구동전압의 상승구간(rising time) 및/또는 하강구간(falling time)에서 센서패턴(10)에서의 전압변동을 검출한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 센서패턴(10)은 표시장치(200)의 공통전극(220)과의 사이에서 공통전극정전용량(Cvcom)을 형성하며, 상기 공통전극(220)의 공통전압 레벨을 검출하는 공통전압 검출단계를 더 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 공통전압 검출단계는 상기 공통전극정전용량(Cvcom)에 의한 센서패턴(10)에서의 전압변동을 검출하여 공통전압 레벨의 상승구간(rising time) 및 하강구간(falling time)을 검출한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 센서패턴(10)은 표시장치(200)의 공통전극(220)과의 사이에서 공통전극정전용량(Cvcom)을 형성하며, 상기 표시장치(200)로부터 공통전극(220)의 공통전압 정보를 수신하는 공통전압 수신단계를 더 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 단계(c)는 상기 공통전압 레벨의 상승 에지(rising edge) 및 하강 에지(falling edge)를 회피하여 터치신호를 검출한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 단계(c)는 터치 미발생시 보조커패시터(Caux)에 의한 센서패턴(10)에서의 전압의 크기에 대비하여 터치 발생에 의해 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 센서패턴(10)에서의 전압의 크기의 차이인 전압변동을 검출하여 터치신호를 검출한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 터치 미발생시 보조커패시터(Caux)에 의한 센서패턴(10)에서의 전압은 다음의 <수식1>에 의해 결정되고, 상기 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 센서패턴(10)에서의 전압은 다음의 <수식2>에 의해 결정되며, 상기 전압변동은 <수식1>과 <수식2>의 차이에 의해 발생한다.
<수식1>
Figure PCTKR2012001582-appb-I000010
<수식2>
Figure PCTKR2012001582-appb-I000011
(여기서,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000012
는 센서패턴에서의 전압변동분이며,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000013
는 보조커패시터에 인가되는 하이 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000014
는 보조커패시터에 인가되는 로우 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000015
는 보조커패시터정전용량이며,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000016
은 공통전극정전용량이며,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000017
는 기생정전용량이며,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000018
는 터치정전용량임.)
또 다른 실시예에 따르면, 상기 단계(c)에서 터치신호를 검출하는 부분의 입력단은 적어도 1Mohm 이상의 하이 임피던스 상태이다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 단계(c)는 전압변동의 크기에 대응하여 상기 센서패턴(10)에 대한 터치입력도구의 터치 점유율을 검출한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 단계(c)는 AD 컨버터를 이용하여 센서패턴(10)에서의 전압변동 발생 여부를 검출한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 단계(c)는 센서패턴(10)에서의 신호를 증폭하는 증폭기(18) 이용하여 센서패턴(10)에서의 전압변동 발생 여부를 검출한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 증폭기(18)는 상기 센서패턴(10)에서의 신호를 차동 증폭하는 차동증폭기(18a)이다.
또 다른 실시예에 따르면, 터치 미발생시 상기 증폭기(18)의 출력을 센서패턴(10)별로 저장하는 단계를 더 포함하며, 상기 단계(c)는 상기 메모리부(28)를 참조하여 각 센서패턴(10)별로 센서패턴(10)에서의 전압변동 발생 여부를 검출한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 정전식 터치스크린패널은, 신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력도구의 접근에 의해 터치정전용량(Ct)이 발생하는 것을 감지하는 정전식 터치스크린패널에 있어서, 기판(50); 상기 기판(50)의 상면에 형성되며, 상기 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성하는 센서패턴(10); 상기 센서패턴(10)에 일측이 연결되고 타측으로는 터치 검출을 위한 구동전압이 인가되는 보조커패시터(Caux); 상기 센서패턴(10) 및 보조커패시터(Caux)에 프리차지신호를 공급하는 충전수단(12); 상기 센서패턴(10)에 연결되며, 상기 터치입력도구의 터치 유무에 따라 상기 보조커패시터(Caux)에 상기 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 상기 센서패턴(10)에서의 전압변동을 검출하여 터치신호를 검출하는 터치검출부(14); 및 상기 충전수단(12)을 제어하여 터치정전용량(Ct)에 프리차지신호를 공급하고, 상기 터치검출부(14)의 출력으로부터 터치 좌표를 연산하는 드라이브IC(30);를 포함하여 구성된다.
일실시예에 따르면, 상기 충전수단(12)은 3단자형 스위칭소자이다.
다른 실시예에 따르면, 상기 보조커패시터(Caux)의 타측은 상기 충전수단(12)의 온/오프 제어단자에 접속되며, 보조커패시터(Caux)의 타측으로 인가되는 구동전압은 충전수단(12)의 온/오프 제어전압과 동일하다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 보조커패시터(Caux)의 타측으로 인가되는 구동전압은 소정 주파수로 교번하는 교번전압이다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 터치검출부(14)는 상기 보조커패시터(Caux)에 인가되는 구동전압의 상승구간(rising time) 및/또는 하강구간(falling time)에서 센서패턴(10)에서의 전압변동을 검출한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 센서패턴(10)은 표시장치(200)의 공통전극(220)과의 사이에서 공통전극정전용량(Cvcom)을 형성하며, 상기 공통전극(220)의 공통전압 레벨을 검출하는 공통전압 검출부(43)를 더 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 공통전압 검출부(43)는 상기 공통전극정전용량(Cvcom)에 의한 센서패턴(10)에서의 전압변동을 검출하여 공통전압 레벨의 상승구간(rising time) 및 하강구간(falling time)을 검출한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 센서패턴(10)은 표시장치(200)의 공통전극(220)과의 사이에서 공통전극정전용량(Cvcom)을 형성하며, 상기 표시장치(200)로부터 공통전극(220)의 공통전압 정보를 수신하는 공통전압 수신부(45)를 더 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 터치검출부(14)는 상기 공통전압 레벨의 상승 에지(rising edge) 및 하강 에지(falling edge)를 회피하여 터치신호를 검출한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 터치검출부(14)는 터치 미발생시 보조커패시터(Caux)에 의한 센서패턴(10)에서의 전압의 크기에 대비하여 터치 발생에 의해 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 센서패턴(10)에서의 전압의 크기의 차이인 전압변동을 검출하여 터치신호를 검출한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 터치 미발생시 보조커패시터(Caux)에 의한 센서패턴(10)에서의 전압은 다음의 <수식1>에 의해 결정되고, 상기 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 센서패턴(10)에서의 전압은 다음의 <수식2>에 의해 결정되며, 상기 전압변동은 <수식1>과 <수식2>의 차이에 의해 발생한다.
<수식1>
Figure PCTKR2012001582-appb-I000019
<수식2>
Figure PCTKR2012001582-appb-I000020
(여기서,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000021
는 센서패턴에서의 전압변동분이며,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000022
는 보조커패시터에 인가되는 하이 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000023
는 보조커패시터에 인가되는 로우 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000024
는 보조커패시터정전용량이며,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000025
은 공통전극정전용량이며,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000026
는 기생정전용량이며,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000027
는 터치정전용량임.)
또 다른 실시예에 따르면, 터치신호 검출시에 상기 터치검출부(14)의 입력단은 적어도 1Mohm 이상의 하이 임피던스 상태이다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 터치검출부(14)는 전압변동의 크기에 대응하여 상기 센서패턴(10)에 대한 터치입력도구의 터치 점유율을 검출한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 터치검출부(14)는 AD 컨버터를 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 터치검출부(14)는 상기 센서패턴(10)에서의 신호를 증폭하는 증폭기(18)를 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 증폭기(18)는 상기 센서패턴(10)에서의 신호를 차동 증폭하는 차동증폭기(18a)이다.
또 다른 실시예에 따르면, 터치 미발생시 상기 증폭기(18)의 출력을 센서패턴(10)별로 저장하는 메모리부(28)를 더 포함하며, 상기 메모리부(28)를 참조하여 각 센서패턴(10)별로 터치 유무를 판단한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 센서패턴(10)은 상기 기판(50)의 액티브영역(90)에 도트 매트릭스 형태로 배열되며, 상기 충전수단(12) 및 터치검출부(14)는 각각의 센서패턴(10)마다 설치된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 센서패턴(10)은 상기 기판(50)의 액티브영역(90)에 도트 매트릭스 형태로 배열되며, 상기 충전수단(12) 및 터치검출부(14)는 복수개의 센서패턴(10)별로 할당되어 복수개의 센서패턴(10)을 멀티플렉싱하여 사용된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 충전수단(12) 및 터치검출부(14)는 기판(50)의 비가시영역(92)에 설치된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 충전수단(12) 및 터치검출부(14)는 상기 드라이브IC(30)에 집적 설치된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 센서패턴(10)은 상기 기판(50)의 액티브영역(90)에서 선형으로 배열되며, 적어도 둘 이상의 선형 센서패턴(10a, 10b)이 서로 교차하는 교차부(42)가 형성된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 선형 센서패턴(10a, 10b)은 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성하기 위한 대향면적부(41a)와, 상기 대향면적부(41a)들을 연결하는 연결부(41b)로 구성된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 선형 센서패턴(10a, 10b) 각각에 할당된 충전수단(12) 및 터치검출부(14)는 상기 기판(50)의 비가시영역(92)에 설치된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 선형 센서패턴(10a, 10b) 각각에 할당된 충전수단(12) 및 터치검출부(14)는 상기 드라이브IC(30)에 집적 설치된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 센서패턴(10)에서 인출되는 센서신호선(22)은 적어도 기판(50)의 액티브영역(90)에서는 투명신호선(22a)으로 배선된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 센서신호선(22)은 상기 기판(50)의 비가시영역(92)에서 상기 투명신호선(22a)과 접속부(59)를 매개로 접속되는 메탈신호선(22b)으로 배선된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 기판(50)의 액티브영역(90)에서 상기 센서패턴(10)과 센서패턴(10) 사이로 센서신호선(22)이 배선된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 센서신호선(22)의 선폭은 상기 기판(50)에서 상기 센서패턴(10)의 위치에 따라 선폭이 달라진다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 드라이브IC(30)는 상기 기판(50)의 일측에 COG(Chip On Glass) 또는 COF(Chip On Film) 형태로 실장된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 기판(50)의 일측에는 복수개의 드라이브IC(30)가 실장되며, 그 중 하나는 외부로 터치신호를 전달하는 마스터 드라이브IC(30a)이고, 나머지는 상기 마스터 드라이브IC(30a)와 통신하는 슬레이브 드라이브IC(30b)이다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 마스터 드라이브IC(30a)와 슬레이브 드라이브IC(30b)는 관장하는 영역의 경계면에서 상호의 터치 검출 정보를 참조한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 기판(50)의 상면에는 보호패널(52)이 더 부착된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 기판(50)은 표시장치(200) 내에 내장 설치되거나, 표시장치(200)를 구성하는 기판 중 어느 하나의 기판이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치는, 상술한 터치스크린패널을 내장하거나, 기본 구성의 기판 중 어느 하나의 기판이 상기한 기판(50)의 구성을 갖는다.
일실시예에 따르면, 상기 표시장치(200)는 액정표시장치이며, 상기한 기판(50)은 액정표시장치의 칼라필터(215)이다.
다른 실시예에 따르면, 화면 표시를 위한 드라이브IC(60)와 상기 터치스크린패널의 드라이브IC(30)가 단일의 IC로 통합된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 센서패턴(10)은 화소를 구분하는 경계면에 위치한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 센서패턴(10)은 화소 영역을 침범하지 않도록 형성된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 센서패턴(10)에서 인출되는 센서신호선(22)은 화소를 구분하는 경계면을 따라 배선된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 센서패턴(10)과 센서신호선(22)은 동일한 마스크에 의해 형성된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 센서패턴(10)과 센서신호선(22)은 메탈로 구성된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 센서패턴(10)은 칼라필터(215)의 칼라 레진과 글래스 사이에 형성된다.
본 발명의 전압변동을 이용한 정전식 터치 검출수단, 검출방법 및 터치스크린패널과, 그러한 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치에 따르면, 표시장치의 공통전극이 소정 주파수로 교번하는 공통전압 레벨을 갖는 경우이거나, 표시장치의 공통전극이 DC 레벨이거나, 그렇지 않으면 표시장치의 공통전극이 규정되지 않은 불특정 주파수로 교번하는 경우에 있어서, 공통전압의 상태변화를 검출하고, 상태변화 시점을 회피하여 터치검출부에 연결된 보조커패시터를 통해 구동전압을 인가하고, 터치입력에 의해 부가된 터치정전용량에 의해 터치검출부에서 전압변동이 발생하는 것을 검출하여 터치신호를 획득함으로써, 노이즈, 커플링 현상이나 기타 요인에 의해 생성되는 기생정전용량 등에 의한 영향이 최소화되고 신호의 오인식이 발생하지 않으며, 터치입력을 비교적 높은 전압레벨로 검출함으로써 터치입력도구의 단면이 작아도 신호의 포착이 용이하고 스타일러스 펜 입력이 가능하며, 전압변동의 크기에 따라 터치입력도구의 터치 점유율을 구함으로써 터치 해상도를 높이고 미세한 필기 및 드로잉이 가능하며, 액티브영역을 단일 레이어로 구성할 수 있어 제조공정이 간소화되고 수율이 양호한 효과가 있다.
도 1은 종래 정전식 터치스크린패널의 일예를 보인 사시도
도 2는 종래 정전식 터치스크린패널의 다른 예를 보인 평면구성도
도 3은 도 2의 터치스크린패널이 표시장치 위에 설치된 예를 보인 단면도
도 4는 도 3에서 터치정전용량을 검출하는 등가 회로도
도 5는 액정표시장치의 공통전압 파형을 예시한 파형도
도 6은 통상적인 3단자형 스위칭소자를 개념적으로 묘사한 도면
도 7은 터치입력을 검출하는 원리를 예시한 도면
도 8은 본 발명에 따른 터치검출수단의 기본적인 구조를 보인 회로도
도 9는 본 발명에 따른 터치검출수단의 다른 실시예를 보인 회로도
도 10은 본 발명에 따른 센서패턴 구성의 일예를 보인 단면도
도 11은 본 발명에 따른 센서패턴 구성의 다른 예를 보인 단면도
도 12는 본 발명에 따른 터치검출수단의 또 다른 실시예를 보인 회로도
도 13은 본 발명에서 터치신호를 검출하는 과정을 예시한 파형도
도 14는 메모리부의 구성예를 보인 블록도
도 15는 본 발명에 따른 터치스크린패널의 일실시예를 보인 구성도
도 16은 본 발명에 따른 터치스크린패널의 다른 실시예를 보인 구성도
도 17은 복수의 드라이브IC가 설치된 예를 보인 평면도
도 18은 본 발명에 따른 터치스크린패널의 또 다른 실시예를 보인 구성도
도 19는 LCD의 TFT기판 구성을 예시한 평면도
도 20은 본 발명에 따른 터치스크린패널을 내장한 표시장치의 단면도
도 21은 본 발명에 따른 터치스크린패널을 내장한 표시장치의 분해사시도
도 22는 센서패턴 구성의 또 다른 예를 보인 평면구성도
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.
우선, 본 발명은 전압변동을 이용한 정전식 터치 검출수단, 검출방법 및 터치스크린패널과, 그러한 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치에 관한 것으로서, 종래의 정전식 터치 검출수단이 손가락 등의 접촉에 의한 커패시턴스의 변화를 검출하는 방식인 것과 달리, 부가된 보조커패시터에 교번하는 구동전압을 인가할 때 보조커패시터와 센서패턴으로 인한 터치정전용량의 크기의 상관관계에 의해 발생하는 전압변동을 검출하는 방식이다. 본 발명에 따른 터치 검출 시스템은 터치 미발생시 보조커패시터 및 공통전극 정전용량 및 기생정전용량으로 인한 전압과, 터치 발생에 의해 터치정전용량이 부가될 때의 전압의 크기를 비교하고, 두 전압의 크기 차이인 전압변동을 검출함으로써, 외부의 노이즈나 기생정전용량 등에 의한 영향이 최소화 되며, 보다 안정적으로 터치신호를 획득할 수 있다.
본 발명에서 언급되는 표시장치는 LCD, PDP, OLED, AMOLED 중 어느 하나이거나, 기타 화상을 표시하는 모든 수단을 의미한다. 위에 나열한 표시장치 중 LCD는 액정의 구동을 위해 공통전압(Vcom)을 필요로 한다. 일예로서, 휴대기기용 중소형 LCD에서는 소비전류를 감소시키기 위하여 공통전극의 공통전압이 하나 또는 복수의 게이트라인별로 교번하는 Line inversion 방식을 사용한다. 다른 예로서, 대형 LCD는 공통전극의 공통전압이 일정한 DC 레벨을 갖는다. 또 다른 예로서, 어떤 표시장치는 외부의 ESD를 차단하기 위해 패널 전체에 공통으로 작용하는 차폐전극을 형성하고 이를 그라운드 신호와 접지시킨다. 또는, 어떤 횡전계모드의 LCD에 있어서 공통전극은 TFT 기판에 위치하며 칼라필터 상면에서 검출되는 공통전압은, DC 레벨을 기준으로 상하로 불특정 주파수로 교번하는 형태를 갖기도 한다.
본 발명에서는 위와 같이 공통전압(Vcom)이 인가되는 전극 이외에, 표시장치 내에서 공통으로 역할하는 모든 전극들을 "공통전극"이라 칭하기로 하며 표시장치의 공통전극에 인가되는 교번전압이나 DC 전압 또는 불특정 주파수로 교번하는 형태의 전압을 "공통전압"이라 칭하기로 한다.
본 발명은 손가락이나 이와 유사한 전기적 특성을 갖는 터치입력도구의 비접촉 터치입력을 검출한다. 여기서 "비접촉 터치입력"이라 함은 손가락 등의 터치입력도구가 기판에 의해 센서패턴과 소정 거리 이격된 상태에서 터치입력을 하는 것을 의미한다. 터치입력도구가 기판의 외면에 대하여는 접촉될 수 있다. 하지만 이 경우에도 터치입력도구와 센서패턴은 비접촉 상태를 유지한다. 따라서, 센서패턴에 대한 손가락의 터치 행위는 "접근"이라는 용어로 표현될 수 있다. 한편, 기판의 외면에 대하여는 손가락이 접촉된 상태일 수 있으므로, 기판에 대한 손가락의 터치 행위는 "접촉"이라는 용어로 표현될 수 있다. 본 명세서에서 "접근"과 "접촉"은 위와 같은 의미로 통용된다.
또한, 이하에서 설명되는 "~부"와 같은 구성들은 어떤 역할들을 수행하는 구성요소이며, 소프트웨어 또는 FPGA(Field-Programmable Gate Array)나 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 구성요소를 의미한다. 또한, "~부"는 더 큰 구성요소 또는 "~부"에 포함되거나, 더 작은 구성요소들 및 "~부"들을 포함할 수 있다. 또한, "~부"는 자체적으로 독자적인 CPU를 가질 수도 있다.
이하의 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께나 영역을 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하였다. 층, 영역, 기판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상면" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 본 명세서에 기재된 신호는 특별한 언급이 없는 한, 전압 또는 전류를 총칭한다.
도 6은 본 발명에서 충전수단의 한 예시로서 사용되는 3단자형 스위칭소자를 개념적으로 묘사한 것이다. 도 6을 참조하면, 3단자형 스위칭소자는 통상 온/오프 제어단자(Cont), 입력단자(In), 출력단자(Out)의 3개 단자를 구비한다. 온/오프 제어단자는 스위칭소자의 온/오프를 제어하는 단자로서, 이 단자에 소정 크기의 전압이나 전류를 인가하면 입력단자로 인가된 전압 또는 전류는 출력단자에 전압이나 전류형태로 출력된다.
본 발명에서 충전수단으로 언급되는 3단자형 스위칭소자는 예를 들어, 릴레이(Relay), MOS(Metal Oxide Semiconductor) 스위치, BJT(Bipolar Junction Transistor), FET(Field Effect Transistor), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), TFT(Thin Film Transistor), OP_AMP일 수 있으며, 이들끼리의 동종간 또는 이종간의 결합에 의해 형성될 수도 있다.
릴레이는 3단자형 소자 외에 4단자형 소자도 사용될 수 있다. 충전수단으로는 입출력 단자의 개수에 상관없이 입출력을 온/오프할 수 있는 제어단자를 갖고 있으며 온/오프 제어단자에 의해 입출력이 온/오프되는 모든 소자가 사용될 수 있다.
한편, 3단자형 스위칭소자의 일예로서 CMOS 스위치는 PMOS와 NMOS의 상호 조합에 의해 형성되며, 입출력 단자는 상호 연결되어 있으나, 온/오프 제어단자는 개별적으로 존재하여 동일한 제어신호에 같이 연결되거나 개별적인 제어신호에 별도로 연결되어 온/오프 상태가 결정된다. 릴레이(Relay)는 제어단자에 전류를 인가하면 입력단자에 인가된 전압이나 전류가 손실 없이 출력되는 소자이며, BJT는 베이스(Base)의 문턱전압(Threshold voltage)보다 높은 전압을 베이스에 인가한 상태에서 베이스단자에 전류를 흘리면, 일정량 증폭된 전류가 콜렉터(Collector)에서 에미터(Emitter)로 흐르는 소자이다. 또한 TFT는 LCD나 AMOLED등의 표시장치를 구성하는 화소부에 사용되는 스위칭소자로서 제어단자인 게이트(Gate)단자, 입력단자인 소스(Source)단자 및 출력단자인 드레인(Drain)단자로 구성되며, 게이트단자로 드레인단자에 인가된 전압보다 문턱전압 이상되는 전압을 가하면, 도통되면서 게이트단자에 인가된 전압의 크기에 종속되는 전류가 입력단자에서 출력단자로 흐르는 소자이다.
본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명하기에 앞서, 도 7을 참조하여 본 발명에서 터치입력을 검출하는 원리에 대하여 간략하게 설명한다. 도 7의 예시에서, 센서패턴(10)에 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전성의 터치수단이 접근했을 때 센서패턴(10)과 손가락(25)이 "d"의 간격으로 이격되며, "A"라는 대향면적을 갖는다고 가정하자. 그러면, 도 7의 우측 등가회로 및 수식에서 보여지듯이 손가락(25)과 센서패턴(10) 사이에는 정전용량 "C"가 형성된다. 정전용량 "C"를 가지는 센서패턴(10)의 신호입력선에 전압이나 전류의 신호를 공급하여 전하량 "Q"의 크기를 갖는 전하가 축적되면, V=Q/C라는 관계식이 형성되어 정전용량 "C"는 전하를 축적할 수 있다. 본 발명에서는 터치검출부와 접속된 센세패턴(10)에 정전용량 "C"의 크기에 상관관계를 가지는 전압변동이 발생할 때 이것을 이용하여 터치를 검출한다.
도 8은 본 발명에 따른 터치검출수단의 기본적인 구조를 보인 회로도이다. 이를 참조하면, 본 발명에 따라 특화된 터치검출수단은, 충전수단(12), 센서패턴(10), 센서신호선(22), 보조커패시터(Caux), 및 터치검출부(14)로 구성된 기본적인 구조를 갖는다.
충전수단(12)은 센서패턴(10)에 프리차지(Precharge)를 공급하는 수단으로서, 프리차지는 터치 검출 이전에 터치검출부(14)에 연결된 모든 커패시터에 일정한 DC 전압을 인가하여 커패시터를 충전하는 전압이다. 따라서 충전수단(12)은 온/오프 제어단자에 공급되는 제어신호에 따라 스위칭동작을 수행하는 스위칭소자이거나, 제어신호에 따라 신호를 공급하는 OP_AMP 등의 선형소자이다. 도시한 바와 같이 충전수단(12)으로 3단자형 스위칭소자가 적용될 경우, 온/오프 제어단자에 공급되는 제어신호와 입력단자에 공급되는 신호를 이용하여 필요한 시점에 적절한 충전전압을 센서패턴(10)에 공급할 수 있다. 충전 전압은 영 볼트(Zero Volt)를 포함한 DC 전압 및 구형파나 삼각파, 또는 싸인파와 같이 교번하는 AC 전압이 사용될 수 있다.
센서패턴(10)은 투명도전체나 메탈(Metal)로 형성된다. 센서패턴(10)이 표시장치 위에 설치되어 투명도전체로 형성되는 경우, 투명도전체는 ITO(Indium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), CNT(Carbon Nano Tube), IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 도전성 투명 물질 또는 이와 유사한 도전특성을 갖는 투명 물질로 형성된다. 만약, 표시장치의 위가 아닌 터치 키보드, 냉장고나 모니터 등의 터치키로 응용될 경우 센서패턴(10)은 메탈(metal) 등의 비투과 물질로 형성될 수도 있다.
센서패턴(10)은 다양한 형태로 패터닝 될 수 있다. 예컨대, 기판(50)의 액티브영역에서 고립된 섬(island)들이 매트릭스 형태로 배열되는 도트 매트릭스 형태이거나, 선형의 패턴들이 기판(50)을 종횡하도록 배열될 수 있다. 센서패턴(10)의 형태에 대하여는 후술되는 실시예에서 상세하게 설명하기로 한다.
센서신호선(22)은 센서패턴(10)에 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전특성을 갖는 터치수단(예컨대, 정전식 터치펜 등과 같은)이 접근할 때, 터치입력 유무를 검출하기 위한 신호선이다. 센서신호선(22)은 센서패턴(10)과 터치검출부(14)를 연결하는 신호선으로서, 센서패턴(10)과 마찬가지의 도전성 투명 물질로 형성될 수 있으며, 경우에 따라서는 메탈 등의 비투과 물질로 형성될 수도 있다. 센서신호선(22)의 구체적인 실시예도 후술되는 실시예에서 설명하기로 한다.
보조커패시터(Caux)는 본 발명에서 터치 검출을 위한 구동전압을 인가하기 위한 구성으로서, 일단은 터치검출부(14)에 연결되며 타단으로는 구동전압이 인가된다. 여기서, "Caux"는 커패시터의 이름 및 크기를 동시에 표현하는 기호로서, 예컨대, "Caux"는 Caux라는 이름을 가진 커패시터를 의미하는 동시에 Caux라는 크기의 커패시턴스를 의미한다. 후술되는 다른 커패시터 기호(예컨대, Ct, Cvcom, Cp 등과 같은) 역시 동일한 의미를 갖는다.
도시한 바와 같이, 충전수단(12)의 출력단자(out)는 터치검출부(14)에 접속된다. 그리고, 보조커패시터(Caux)의 일측은 충전수단(12)의 출력단자(out)에 접속되며 보조커패시터(Caux)의 또 다른 일측에는 구동신호가 인가된다. 구동신호는 교번하는 전압으로서 구형파, 사인파, 삼각파 등 주기성 또는 비주기성 파형이며 교번하는 구동전압의 크기에 비례하는 전압이 터치검출부(14) 또는 센서패턴(10)에서 유도되어 검출된다. 검출되는 전압은 터치검출부(14) 또는 센서패턴(10)의 교점에서 검출되므로 본 명세서를 통틀어 센서패턴(10)이나 터치검출부(14)에서 어떤 신호가 검출된다는 의미는 동일한 위치에서 어떤 신호가 검출된다는 의미이다.
도 9는 스위칭소자의 일 실시예로 MOS(Metal Oxide Semiconductor)나 FET가 사용되고, 터치검출부(14)의 일 실시예로 ADC(Analog to Digial Converter)가 사용된 경우이다. ADC(14a)는 검출된 아날로그 신호를 디지털로 변환하는 기능을 하며, 본 실시예에서 검출된 터치신호를 디지털로 변환하여 도 15를 참조하여 후술될 신호처리부(35)에 전달하는 기능을 수행한다.
도 9에서 보여지는 바와 같이 인체의 손가락(25)이 센서패턴(10)에 일정 간격으로 접근하면, 손가락(25)과 센서패턴(10) 사이에는 "Ct"라는 터치정전용량이 형성된다. Ct는 도 7의 관계식에 의해 설정되는 값으로서, 터치수단과 센서패턴(10)의 간격, 대향면적 등을 조절하는 것에 의해 자유롭게 설계될 수 있다. 예컨대, 센서패턴(10)의 면적을 크게 선택하는 것으로서 도 7의 관계식에 의거하여 Ct 역시 크게 설계된다. 반대로, 센서패턴(10)의 면적을 작게 선택하는(예를 들어, 1mm2 이하로 선택하는 등으로) 것으로서 Ct는 작게 설계된다. 일실시예로, Ct는 수십 fF(femto F) 내지 수십 uF(micro F)으로 설계될 수 있다.
도 9의 Cp는 기생커패시터로서, Ct나 Caux와 같이 규정된 커패시터 이외의 커패시터 값들의 총 합이며, 터치검출부(14)에 일측이 접속되고 임의의 그라운드에 타측이 접속된 커패시터로 모델링 할 수 있다. 따라서 그라운드가 서로 다른 복수개의 기생커패시터(Cp)가 형성될 수 있으나, 본 명세서에서는 하나의 그라운드만을 가정하여 이에 연결된 하나의 기생커패시터만을 표시하였다. 이러한 기생커패시터(Cp)는 센서신호선(22)과 표시장치 사이에 발생하는 기생커패시터, 또는 센서패턴(10)이 도트 메트릭스 형태로 복수개 설치되어 센서신호선(22)이 상호 평행하게 배선될 때 센서신호선(22) 사이에 발생하는 기생커패시터 등이 있을 수 있다.
도 9를 참조하면, 충전수단(12)의 입력단자에는 프리차지전압(Pre charge Voltage)인 Vpre가 인가되고, 제어단자(cont)에 인가되는 제어전압(Vg)에 의해 스위칭소자가 도통될 때 프리차지전압(Vpre)은 출력단자(out)를 통해 출력된다. 따라서 충전수단(12)의 출력단자에 접속된 모든 커패시터들은 프리차지전압(Vpre)으로 충전된다.
일실시예로 Vpre가 3V이며 Vg가 0V(Zero Volt)에서 10V로 변화될 때 스위칭소자가 턴 온이 된다고 한다면, 보조커패시터(Caux), 터치커패시터(Ct), 기생커패시터(Cp)는 3V로 충전된다. 충전된 이후 스위칭소자의 제어전압(Vg)을 10V에서 0V로 하강시켜 스위칭소자를 턴 오프시키고 터치검출부인 P점을 하이 임피던스로 하여 P점의 전하를 고립시킨 후, 보조커패시터(Caux)에 교번하는 구동전압을 인가하면 P점에서 검출되는 전압의 크기는 P점에 접속된 커패시터들의 크기 및 구동전압의 크기에 좌우된다.
이때, Caux 및 Cp를 고정된 값이라고 가정하고, 구동전압의 크기도 일정하다고 가정하면, P점에서 검출되는 전압의 크기는 터치커패시터(Ct)에 종속된다. 따라서, 터치검출부(14)에서 검출되는 전압은 터치커패시터(Ct)의 크기에 따라 변동되므로 이러한 전압변동을 검출하면 터치의 유무 및 센서패턴(10)과 터치수단(25)의 대향면적도 연산하는 것이 가능하게 된다.
본 실시예에서 스위칭소자의 온 저항(Rdson)에 의한 전압강하는 무시하였으며, 보조커패시터(Caux)는 보조커패시터(Caux)의 제조과정에서 크기가 결정되는 값으로서 한번 결정되면 크기의 변화가 없으며, Cp도 크기의 변화가 없는 값으로 가정하였다.
한편, 도 9의 센서패턴(10)이 표시장치의 상면에 별체의 터치스크린패널로서 실장되거나 또는 표시장치에 내장되는 경우에는 센서패턴(10)과 표시장치의 공통전극과의 사이에 공통전극커패시터(Cvcom)가 형성된다. 또는 센서패턴(10)이 형성된 기판의 이면에 공통전극(220)을 형성하여 인위적으로 공통전극커패시터(Cvcom)를 형성할 수도 있다.
도 10은 본 발명에 따른 센서패턴 구성의 일예를 보인 단면도이고, 도 11은 본 발명에 따른 센서패턴 구성의 다른 예를 보인 단면도이다. 도 10은 센서패턴(10)이 표시장치와 별체로 형성된 기판에 실장되는 경우를 예시하며, 도 11은 센서패턴(10)이 표시장치 내에 내장된 경우, 또는, 센서패턴(10)이 형성된 기판(50)의 이면에 인위적으로 공통전극(220)을 형성한 경우를 예시한다. 도 10 및 도 11을 참조하여 공통전극커패시터(Cvcom)의 형성관계를 설명하면 다음과 같다.
도 10에 도시된 바와 같이 표시장치(200)는 공통전극(220)을 갖는다. AMOLED의 경우에는 화질을 표시하기 위해 기능이 부여된 공통전압을 갖지는 않으나, TFT기판과 센서패턴(10) 사이에는 도 9의 Cvcom이 형성될 수 있는 가상의 전위층이 형성되며, 이 또한 공통전극으로 명명하기로 한다. 표시장치(200)는 앞서 언급한 다양한 형태의 표시장치일 수 있으며, 공통전극(220)은 LCD의 Vcom 전극이거나, 기타 다른 유형의 전극일 수 있다. 도 10의 실시예는 표시장치들 중 LCD를 예시하였다.
도 10에 도시된 표시장치(200)는 하측의 TFT기판(205)과 상측의 칼라필터(215) 사이에 액정이 봉입되어 액정층(210)을 형성하는 구조를 갖는다. 액정의 봉입을 위하여 TFT기판(205)과 칼라필터(215)는 그 외곽부에서 실런트(230)에 의해 접합된다. 도시하지 않았지만, 액정패널의 상하로는 편광판이 부착되며, 그밖에도 BLU(Back Light Unit)와, BEF(Brightness Enhancement Film)를 구성하는 광학시트들이 BLU와 같이 설치될 수 있다.
표시장치(200)의 상부에는 도시한 바와 같이 터치스크린패널의 기판(50)이 설치된다. 도 10의 예시에서 기판(50)은 그 외곽부에서 DAT(Double Adhesive Tape) 등과 같은 접착부재(57)를 매개로 표시장치(200)의 상부에 부착된다. 그리고 기판(50)과 표시장치(200) 사이에는 에어갭(58)이 형성된다.
표시장치(200)의 공통전극(220)에는 소정 주파수로 교번하며 크기가 변하거나 일정 크기의 DC인 공통전압 레벨이 인가된다. 예컨대, 라인반전을 하는 소형 LCD는 공통전극(220)의 공통전압이 도 5에서와 같이 교번하며, 도트반전을 하는 노트북이나 모니터/TV등의 LCD는 일정크기의 전압인 DC 레벨의 공통전압을 갖는다.
도시한 바와 같이, 센서패턴(10)과 표시장치(200)의 공통전극(220) 사이에는 공통전극정전용량(Cvcom)이 형성된다. 만약 센서패턴(10)에 어떤 프리차지신호를 인가하면 충전 전압에 의해 공통전극정전용량(Cvcom)은 소정의 전압 레벨을 갖게 된다. 이때, 공통전극정전용량(Cvcom)의 일단은 공통전극(220)과 접지되어 있으므로, 공통전극(220)이 교번 전압인 경우 공통전극(220)에 인가되는 교번 전압에 의해 공통전극정전용량(Cvcom)의 타단인 센서패턴(10)에서의 전위는 교번할 것이며, 공통전극이 DC인 경우 센서패턴(10)에서의 전위는 교번하지 않는다.
한편, 도면 중 미설명 부호 24는 센서패턴(10)을 보호하기 위한 보호층(24)이다.
도 11은 표시장치에 센서패턴(10)이 내장된 경우의 실시예이다. 도 11을 참조하면, 터치스크린패널을 구성하는 기판(50)은 표시장치의 일부인 칼라필터(215)일 수 있다. 도시한 바와 같이 칼라필터(215)의 하부에는 공통전극(220)이 형성되어 있으며 칼라필터의 상면에는 센서패턴(10)이 패터닝 되어 있다. 도 11의 실시예에서 보호층(24)은 편광판으로 대체된다.
본 실시예에서도 공통전극(220)과 센서패턴(10) 사이에는 공통전극정전용량(Cvcom)이 형성되며, 공통전극에 교번 전압이 인가되면 센서페턴(10)의 전위는 교번전압에 유도되어 교번하며 DC 전압이 인가되면 센서패턴의 전위는 공통전압에 의한 교번이 발생하지 않는다.
또한, 도 11의 실시예는 기판(50)의 상면에 센서패턴(10)을 패터닝하고 하면에 인위적으로 공통전극(220)을 형성한 예시일 수도 있다. 이 경우 보호층(24)은 센서패턴(10)을 보호하기 위한 층이다. 예컨대, 보호층(24)은 유리나 플라스틱 또는 필름 등으로 구성될 수 있다. 만약 기판(50)의 상면에 강화 글래스 등과 같은 보호패널이 부착되면 위와 같은 평탄층(24)은 제거될 수 있다.
이 경우에도 센서패턴(10)과 공통전극(220) 사이에는 공통전극정전용량(Cvcom)이 형성된다. 이와 같이 센서패턴(10)의 배면에 인위적으로 공통전극(220)을 형성하는 구성은, 터치스크린패널을 표시장치(200)와 별체로 형성하면서 표시장치(200)에서 유입되는 노이즈를 회피하기 위한 목적으로 선택될 수 있다.
도 10 및 11을 참조하여 설명한 3가지의 실시예에 있어서, 공통전압의 교번에 의해 센서패턴(10)의 전압이 동기되어 교번하는 경우, 충전수단(12)을 통한 프리차지는 교번전압의 rising edge 및 falling edge를 회피하여 진행되어야 공통전압의 교번에 의한 영향을 회피할 수 있으며 상세한 파형은 후술하기로 한다.
도 9의 회로도를 참조하면, 충전수단(12)의 출력단자에는 센서패턴(10)에 작용하는 Caux, Ct, Cvcom, 및 Cp가 연결된다. 따라서 충전수단(12)을 턴 온 시킨 상태에서 입력단자에 임의의 전압이나 전류 등의 프리차지 신호를 인가하면 Caux, Ct, Cvcom, 및 Cp가 충전된다. 이후, 만약 충전수단(12)을 턴 오프 시키면 4개의 커패시터에 충전된 신호를 별도로 방전시키지 않는 한 충전된 신호는 고립된다.
충전된 신호를 안정적으로 고립시키기 위해서, 터치검출부(14)의 입력단은 하이 임피던스(Hi-impedance 또는 Hi-z) 상태이며, 바람직하게는 적어도 1Mohm 이상의 임피던스를 갖는다. 만약 4개의 커패시터에 충전된 신호를 방전시키면서 터치입력을 관찰하거나, 다른 수단으로 충전된 신호를 고립시키거나, 방전 개시 시점에서 신속하게 신호를 관찰한다면, 터치검출부(14)의 입력단이 반드시 Hi-z이어야 하는 것은 아니다.
터치검출부(14)는 센서패턴(10)에서의 신호 레벨이 변동되는지 여부를 검출한다. 바람직하게는, 터치검출부(14)는 터치 미발생시(즉, Ct가 형성되지 않을 때의) 센서패턴(10)에서의 전압의 크기에 대비하여, 터치 발생시(즉, Ct가 형성될 때의) 센서패턴(10)에서의 전압의 크기 차이 즉, 전압변동이 발생하는지를 검출하여 터치신호를 획득한다. 터치검출부(14)는 다양한 소자 또는 회로구성을 가질 수 있다. 후술되는 실시예에서는 터치검출부(14)로서 스위칭소자 및 증폭기가 사용되는 예를 설명하겠으나, 터치검출부(14)의 구성은 그러한 실시예에 국한되지 않는다.
도 12의 터치검출수단 실시예는 도 9의 보조커패시터(Caux) 연결방법과는 달리, 보조커패시터(Caux)의 일측이 충전수단(12)의 제어단자에 접속된 경우이다. 이러한 경우의 실시예는, 보조커패시터(Caux)에 인가되는 신호의 크기나 신호가 인가되는 시점이 충전수단(12)의 제어단자의 동작에 종속된다는 단점이 있으나, 보조커패시터(Caux)를 충전수단(12)에 내장할 수 있으며 보조커패시터(Caux)에 인가되는 구동전압을 형성하는 부위가 별도로 존재하지 않아도 된다는 장점이 있다.
터치 미발생시 보조커패시터(Caux) 및 Caux의 일측에 인가되는 구동전압에 의한 센서패턴(10)에서의 전압변동은 다음의 <수식1>에 의해 결정된다.
<수식1>
Figure PCTKR2012001582-appb-I000028
터치 발생시 터치검출부(14)에 터치정전용량(Ct)이 병렬로 부가되므로, 센서패턴(10)에서의 전압변동은 다음의 <수식2>에 의해 결정된다.
<수식2>
Figure PCTKR2012001582-appb-I000029
위 <수식1> 및 <수식2>에서,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000030
는 센서패턴(10) 또는 터치검출부(14)에서의 전압변동분이며,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000031
는 보조커패시터(Caux)에 인가되는 구동신호의 하이 레벨 전압 또는 충전수단(12)의 제어단자에 인가되는 턴 온 전압이며,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000032
는 보조커패시터(Caux)에 인가되는 구동신호의 로우 레벨 전압 또는 충전수단(12)의 제어단자에 인가되는 턴 오프전압이며,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000033
은 공통전극정전용량이며,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000034
는 기생정전용량이며,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000035
는 터치정전용량이다.
터치검출부(14)는 위와 같은 <수식1>과 <수식2>를 이용하여 센서패턴(10)에서 <수식1>과 <수식2>의 차이인 전압변동을 검출하며, 이에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
위 수식들에서
Figure PCTKR2012001582-appb-I000036
및
Figure PCTKR2012001582-appb-I000037
는 쉽게 설정할 수 있는 값이다. 그리고 Cvcom은 다음의 <수식3>으로부터 얻을 수 있다.
<수식3>
Figure PCTKR2012001582-appb-I000038
<수식3>에서
Figure PCTKR2012001582-appb-I000039
은 센서패턴(10)과 공통전극(220) 사이에 존재하는 매질들의 복합유전율이다. 예컨대, 글래스의 경우 비유전율이 3~5이므로, 여기에 진공의 유전율을 곱한 값으로부터 기판(50)의 유전율을 얻을 수 있다. 도 10의 경우 센서패턴(10)과 공통전극(220) 사이에는 유리, 공기층, 편광판 또한 편광판을 유리에 부착하기 위한 접착제가 존재하므로 이들의 복합유전율이 수식3의
Figure PCTKR2012001582-appb-I000040
이 된다.
Figure PCTKR2012001582-appb-I000041
은 센서패턴(10)과 공통전극(220)의 대향면적이므로 쉽게 구할 수 있다. 도 10의 예에서와 같이 공통전극(220)이 칼라필터(215)의 하면 전체에 걸쳐 형성된 경우, 대향면적
Figure PCTKR2012001582-appb-I000042
은 센서패턴(10)의 면적에 의해 결정된다. 또한,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000043
은 센서패턴(10)과 공통전극(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>
Figure PCTKR2012001582-appb-I000044
<수식4>에서
Figure PCTKR2012001582-appb-I000045
는 센서패턴(10)과 손가락(25) 사이의 매질로부터 얻을 수 있다. 만약, 도 10에서 기판(50)의 상면에 강화 글래스를 부착한다면, 강화 글래스의 비유전율에 진공의 유전율을 곱한 값으로부터 유전율
Figure PCTKR2012001582-appb-I000046
를 얻을 수 있다.
Figure PCTKR2012001582-appb-I000047
는 센서패턴(10)과 손가락(25)의 대향면적에 해당한다. 만약 손가락(25)이 어떤 센서패턴(10)을 모두 덮고 있다면
Figure PCTKR2012001582-appb-I000048
는 센서패턴(10)의 면적에 해당한다. 만약 손가락(25)이 센서패턴(10)의 일부를 덮고 있다면
Figure PCTKR2012001582-appb-I000049
는 센서패턴(10)의 면적에서 손가락(25)과 대향하지 않은 면적만큼 줄어들 것이다. 또한,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000050
는 센서패턴(10)과 손가락(25)간 거리이므로, 기판(50) 상면에 올려진 강화 글래스 또는 평탄층(24) 등의 두께에 해당할 것이다.
살펴 본 바와 같이 Ct 역시 쉽게 구할 수 있는 값인 동시에, 기판(50) 상부에 올려지는 보호층(24) 또는 강화글래스 등의 재질 밑 두께를 이용하여 쉽게 설정할 수 있는 값이다. 특히, <수식4>에 의하면 Ct는 손가락(25)과 센서패턴(10)의 대향면적에 비례하므로, 이로부터 센서패턴(10)에 대한 손가락(25)의 터치 점유율을 연산할 수 있다.
터치검출부(14)는 위와 같은 <수식1>에 의한 전압의 크기에 대비하여 <수식2>에 의한 전압의 크기를 차감한 전압변동이 발생했는지 여부를 검출한다. 터치검출부(14)는 센서패턴(10)에서의 신호를 증폭하는 증폭기, ADC(Analogue to Digital Converter), VFC(Voltage to Frequency Converter), 플립플롭(Flip-Flop), 래치(Latch), 버퍼(Buffer), TR(Transistor), TFT(Thin Film Transistor), 비교기, DAC(Digital to Analog Converter), 적분기, 미분기 등으로 구성되거나 이러한 구성요소들의 조합으로 구성될 수 있다.
도 9는 터치검출부(14)가 ADC(14a)를 포함한 구성을 예시하고 있다. 도 9를 참조하면, 센서패턴(10)은 ADC(14a)의 입력단자에 연결된다. 따라서 센서패턴(10)에서의 전압변동은 ADC(14a)의 입력단자를 통해 검출된다. 도시한 바와 같이, 센서패턴(10)과 ADC(14a)의 입력단자의 접속점을 "P"라고 하면, P에서의 전위 Vp는 <수식1> 및 <수식2>에서와 같이 터치정전용량(Ct)의 크기에 의해 영향을 받는다.
한편, 도 9에 도시된 ADC(14a)는 전술한 바와 같이 하이 임피던스 상태의 버퍼입력을 가지는 ADC이거나, 그러한 버퍼와의 조합으로 이루어지며, 본 명세서를 통틀어 터치검출부(14)의 일부로 ADC나 차동증폭기 등이 사용되는 경우, 하이 임피던스 상태의 버퍼와 결합된 것으로 간주한다.
도시한 바와 같이, 보조커패시터(Caux)의 일단에는, 일정 높낮이를 갖고 교번하는 구동전압이 인가된다. 도시되지는 않았으나, 일 실시예로, 구동전압은 인버터나 "AND Gate" 등의 CMOS 출력이나 OP_AMP 출력과 같이 교번전압을 출력할 수 있는 소자의 출력이다. 따라서 Vpre라고 하는 충전전압에 의해 Caux가 프리차지(Precharge, 또는 충전)된 상태에서 Vp의 전위는 보조커패시터(Caux)에 인가되는 구동전압에 동기되어 교번된다. 이후, 충전전압의 공급과 구동전압의 교번이 연속되면서 터치 미발생시, Vp는 <수식1>과 같은 전압의 크기를 갖게 된다. 만약 터치 입력이 발생한다면, <수식1>의 분모에 Ct가 부가된 <수식2>가 된다. 따라서, Vp의 전압은 감소하며 <수식 1>에서 <수식 2>를 차감한 전압변동이 발생한다.
도 13은 도 9의 실시예에서 터치신호를 검출하는 과정을 보인 파형도이다. 이를 참조하여 전압변동을 이용하여 터치신호를 검출하는 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 13의 실시예에서는 3개의 영역으로 나누어 파형을 도시하였으며, 도 13의 첫 번째 영역인 "No Touch"로 명명된 구간은 터치가 발생하지 않은 구간이며 Ct가 없는 구간이다. 도 13의 두 번째 영역인 "Full Touch"로 명명된 구간은 손가락(25)이 센서패턴(10)을 완전히 덮고 있는 구간이며 <수식 4>의 Ct가 최대로 되는 구간이다. 한편, 도 13에서 우측 하단의 마지막 영역인 "1/2 Touch"로 명명된 구간은 손가락(25)이 센서패턴(10)을 50%만 덮고 있는 구간이며, Ct는 "Full Touch" 영역의 Ct에 비해 50%의 크기를 갖는다.
앞에서 설명한 것처럼, 본 발명의 실시예에서 공통전압은 일정 주파수를 갖는 교번전압일수도 있으며 또는 교번하지 않는 DC 전압이거나 비주기적으로 교번하는 AC 전압일수 있다. 본 실시예에서는 "No Touch" 구간 및 "Full Touch" 구간에서는 공통전압이 주기적으로 교번하며, "1/2 Touch" 구간에서는 0V(zero Volt)인 DC 전압을 가지는 공통전압을 예시하여, 본 발명이 공통전압의 형태와 무관하게 실시될 수 있음을 설명한다. 한편, 비주기적인 Vcom에 대하여도 rising edge와 falling edge를 센싱하여, 본 실시예의 주기적인 Vcom과 동일한 방법으로 실시예를 구성할 수 있다.
본 실시예를 진행하기 위해서는 도시되지 않은 공통전압 검출부에서, 먼저, 공통전압을 검출하여야 한다. 공통전압이 일정크기를 가지며 교번하는 경우, 전압변동을 검출하는 구간에서 공통전압의 rising edge 및 falling edge 파형이 인가된다면, 공통전압 파형으로 인해 터치검출부(14)에서 검출되는 파형이 왜곡될 수 있다. 따라서 본 발명은, 공통전압의 rising 및 falling edge가 발생하는 시점을 회피하여 프리차지 및 터치신호의 전압변동을 검출한다. 그러나 또 다른 실시예로, 본 발명의 실시예와 같이 보조커패시터(Caux)의 일측에 구동전압을 인가할 때 발생하는 전압변동과 공통전압의 rising edge 및 falling edge에서 발생하는 전압변동을 같이 검출하여 터치 입력을 검출할 수도 있다.
만약 공통전압이 교번하지 않는 DC 레벨인 경우 공통전압의 파형에 종속되지 않는 전압변동의 검출이 가능하게 된다. 후술하게 될 드라이브IC(30)에는 공통전압이 교번하는 경우 이를 검출하여 공통전압의 rising edge와 falling edge를 센싱하고 이를 참조하는 모드와, 공통전압이 교번하지 않는 경우 공통전압을 참조하지 않는 모드를 설정하는 수단을 구비할 수 있다. 이러한 작용으로 인해 공통전압이 교번하지 않는 경우 보다 손쉽게 전압변동을 검출하는 것이 가능하게 된다.
이렇게 공통전압을 검출하여 공통전압이 교번하는 경우 교번되는 시점을 회피하여 전압변동을 검출할 수 있으므로, 이러한 방법의 장점은 공통전압이 교번하는 표시장치이거나 교번하지 않는 표시장치이거나 어떠한 경우에도 터치에 의한 전압변동검출을 가능하게 하다.
*No Touch 영역에서의 실시예
먼저, 공통전압의 파형을 검출하여 edge를 검출한 후 일정시간(본 실시예서는 't1'으로 명기) 이후에 충전수단(12)의 온/오프 제어부를 턴 온 하여 커패시터들을 충전시킨다. 비터치 영역에서 충전되는 커패시터들은 Caux, Cvom, Cp이다. 커패시터들이 충전되는 구간은 도 13에서 구간와 구간이다.
도 12의 구간과 구간은 교번되는 공통전압에 의해 Vp의 전압이 공통전압의 파형에 종속되는 구간으로서 구간에서는 이를 0V라고 가정하였으나 구간에서는 특정 수식에 의해 크기가 결정되며 이는 후술하기로 한다.
커패시터들을 충전시킨 후 충전수단(12)을 턴 오프 한다면, 터치검출부(14)의 입력단은 항상 Hi-z 상태이므로 커패시터들에 저장된 전하는 고립상태를 유지한다. 이에 따라 센서패턴(10)의 전위 역시 유지된다. 본 예시에서 충전수단(12)의 온 전압은 5V이고, 오프 전압은 0V이다.
프리차지신호 Vpre는 일예로 5V로 인가되며, 게이트신호 Vg에 동기되어 온 오프를 같이 하거나, 항상 온 상태를 유지할 수도 있다. 표시장치(200)의 공통전극(220)의 공통전압은 Hi 레벨에서 5V, Low 레벨에서 -1V로 주어진다고 가정하였다.
한편, 보조커패시터(Caux)에 인가되는 구동전압인 Vdrv의 Hi 레벨은 9V이며 Low 레벨은 0V라고 가정하면, 도시한 바와 같이 충전동작이 먼저 수행된 이후에 구동전압의 상승구간(rising time) 및 하강구간(falling time)에서 검출동작이 수행되며 이는 구간 및 구간에서 수행된다.
도 13의 예에서, 구간 및 구간에서 프리차지가 수행되면 P의 전위 Vp는 5V가 된다. 도 13의 파형도에서는 충방전시의 과도특성 및 노이즈에 의한 영향 등은 무시하였다.
이후 Vg를 턴 오프 시켜도 커패시터들에 저장된 전하가 고립 상태를 유지하므로 Vp의 전위는 5V로 유지된다. 이 구간(구간 및 구간)은 검출 동작이 수행되는 구간이며, 아직 터치가 발생하기 전이므로 <수식1>에 따른 전압이 형성된다. 만약 Caux 및 Cvcom 및 Cp를 모두 상대적인 크기에 따라 1이라고 가정하면, 구간에서 구동전압이 상승하고 이에 동기되어 Vp의 전압도 상승하므로 구간에서의
Figure PCTKR2012001582-appb-I000051
는, <수식1>에 의하면 "{9-(-0)}*1/3"이므로 3V이다. 따라서 P의 전위 Vp은 5V에서 8V로 구동전압에 동기되어 크기가 변한다. 한편, 구간에서 프리차지 후 구동전압의 변동이 발생하기까지의 대기시간인 t2는 일예로 수 us에서 수십 us정도이나 수 us가 바람직하다.
구간에서 검출된 전압은 메모리에 저장되어 터치가 발생했을 시의 검출전압과의 비교 데이터로 사용된다. 따라서 비터치(No Touch) 영역에서의 구간에서의 검출전압은 "factory mode"(제조공정의 일부) 또는 "Calibration mode" 등과 같이 터치가 인가되지 않은 상태에서 측정되어 메모리에 저장되어, 터치가 발생했을 때의 "터치모드"와 비교하여 전압변동을 검출하는 기준 데이터로 사용될 수 있다.
만약, 구간 이후 구간에서 위와는 반대로 구동전압 Vdrv의 하강구간에서 검출 동작이 수행되었다면,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000052
의 값은 "-{9-(-0)}*1/3"이므로 -3V이고, P의 전위 Vp은 8V에서 5V로 변동할 것이다. 이러, 연산과정을 통하여 측정된 데이터는 신뢰성을 높일 수 있게 된다.
도 13을 참조하면, 구간은 공통전압이 교번하는 구간이며 이때의 Vp의 전압은 다음 식에 의해 크기가 결정된다.
<수식 5>
Figure PCTKR2012001582-appb-I000053
위 <수식5>에서,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000054
는 센서패턴(10) 또는 터치검출부(14)에서의 전압변동분이며,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000055
는 공통전극커패시터(Cvcom)에 인가되는 공통전압의 하이 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000056
는 공통전극커패시터(Cvcom)에 인가되는 공통전압의 로우 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000057
은 공통전극정전용량이며,
Figure PCTKR2012001582-appb-I000058
는 기생정전용량이다.
<수식 5>에 의하면, 구간에서 공통전압이 하강하는 영역에서
Figure PCTKR2012001582-appb-I000059
의 크기는 "-{5-(-1)}*1/3"이므로 -2V이고, 공통전압 변동 전 Vp의 전위가 5V이므로 구간에서 Vp의 전위는 3V가 된다.
구간부터 구간 사이의 구간에서도 터치에 의한 전압변동을 검출할 수 있으므로 터치 여부 및 센서패턴(10)에서의 터치면적 점유율을 검출하는 것이 가능하다. 왜냐하면 구간부터 구간에서 터치가 발생하여 Ct가 생성되면 터치검출부(14)에서 검출되는 검출전압은 다음의 <수식 6>과 같이 된다.
<수식 6>
Figure PCTKR2012001582-appb-I000060
위 <수식6>에서, Ct는 터치정전용량이다.
<수식 5>와 <수식 6>을 비교해보면 분모에 Ct가 추가된 것이 차이점이며 Ct의 크기에 따라 터치검출부(14)에서 검출되는 전압의 크기 즉, <수식 5>에서 <수식 6>을 차감한 전압변동이 터치의 정도를 나타내는 값임을 알 수 있다. 그러나 이러한 방법은 교번하는 공통전압을 필요로 하므로 도 13의 "1/2 Touch" 영역처럼 공통전압이 교번하지 않는 경우에는 터치검출이 불가능하다는 단점을 갖고 있다. 그러나 이러한 단점은 공통전극에 교번하는 공통전압을 인가함으로써 해결할 수 있다.
도 13의 구간은 충전구간이므로 Vp의 전위는 5V로 충전되며 구간에서 구동전압은 하이에서 로우로 하강하므로 구간에서의
Figure PCTKR2012001582-appb-I000061
는 <수식 1>에 의해 "-{9-(-0)}*1/3"으로서 -3V이므로, P점에서 5V인 충전전압은 2V로 변경된다.
*Full Touch 영역에서의 실시예
도 13을 참조하면, 구간에서는 <수식 4>의 면적 S가 손가락(25)에 의해 완전히 점유되어 Ct가 최대값을 나타내는 구간으로서, Ct는 상대크기가 1인 Cvcom이나 Caux에 비해 상대크기를 3이라고 한다면, 구간에서
Figure PCTKR2012001582-appb-I000062
는 <수식 6>에 의해 결정되며
Figure PCTKR2012001582-appb-I000063
는 "{5-(-1)}*1/6"로서 1V가 된다. 따라서 구간에서의 검출전압이 2V이므로 구간의 전압은 3V가 된다.
앞서 설명한 바와 같이 <수식 6>에서 터치 발생여부에 따라 Ct가 존재할 때와 존재하지 않을 때의
Figure PCTKR2012001582-appb-I000064
에는 (2V-1V)인 1V의 전압변동이 발생하므로, 터치검출부(14)는 전압변동을 검출하여 터치여부 및 센서패턴(10)과 터치수단(25)이 대향하는 면적을 연산할 수 있다.
구간에서
Figure PCTKR2012001582-appb-I000065
는 <수식 2>에 의해서 결정되며 상승하는 구동전압에 의해 그 크기는 "{9-(-0)}*1/6"로서 1.5V가 된다. 구간 이전의 충전구간에서의 검출전압의 크기가 5V이므로 구간에서 검출전압은 6.5V가 된다.
"No Touch" 영역에서는 <수식 1>에 의해 검출전압의 크기가 정의되는 구간에서의 검출전압의 크기는 8V이며, "Full touch" 발생시 검출전압의 크기가 <수식 2>로 정의되는 구간에서의 검출전압의 크기가 6.5V이므로, <수식 1>에서 <수식 2>를 차감한 전압, 즉, 전압변동은 1.5V이다. 터치검출부(14)는 이와 같은 전압변동의 크기를 검출하여 터치여부를 결정하는 것이 가능하다.
구간에서는 <수식 2>에 의해 검출전압이 정의되는 구간으로서, 구간에서의
Figure PCTKR2012001582-appb-I000066
는 "-{9-(-0)}*1/6"로서 -1.5V이며, 직전의 충전전압이 5V이므로 3.5V가 검출된다. 이는 "No Touch" 영역의 구간에서 <수식 1>에 의해 정의되는 전압변동에 의해 검출전압이 2V인 것에 비해, 구간에서의 검출전압은 3.5V로서 그 전압의 차이, 즉, 전압변동이 1.5V이므로 앞서 설명한 전압변동의 크기와 동일하다. 따라서 전압변동의 크기는 구동전압인 Vdrv이 상승구간이건 하강구간이건 이에 무관하에 동일한 값을 가짐을 알 수 있으며, 이는 구동전압 Vdrv의 상승구간이나 하강구간에서의 전압변동을 모두 검출 가능하게 하는 장점이 있다.
*1/2 Touch 영역에서의 실시예
한편, 손가락(25)이 센서패턴(10)을 부분적으로 덮고 있는 상태라면, <수식4>에서 손가락(25)과 센서패턴(10)간 대향면적
Figure PCTKR2012001582-appb-I000067
가 작아지므로, Ct 역시 작아진다. 따라서 도 13의 파형도에서 전압변동의 크기 역시 작아질 것이다. 즉, 전압변동의 크기를 검출하면 센서패턴(10)에 대한 손가락(25)의 터치 점유율을 연산할 수 있다. 이러한 기능은 센서패턴(10)의 크기 및 해상도가 제한적임에도 불구하고, 터치 해상도를 증가시킬 수 있게 한다. 또한, 터치좌표의 미세한 변동을 감지하고, 손가락이나 기타 터치입력도구를 이용하여 고해상도의 그림을 그리는 것을 가능하게 한다.
만일 손가락(25)이 센서패턴(10)을 50%만 덮고 있다고 하면 <수식 4>에 의해 Ct는 "Full touch"시의 절반인 1.5의 상대값을 갖는다. "1/2 Touch" 영역에서는 공통전압이 교번하지 않으므로 구동전압 Vdrv는 공통전압이 교번되는 순간을 회피하여 인가되지 않아도 되는 장점이 있으며, 따라서 검출 시간이 Vcom에 종속되지 않고 임의로 조정하는 것이 가능하게 된다.
구간에서는 Ct는 1.5이므로
Figure PCTKR2012001582-appb-I000068
는 "{9-(-0)}*1/4.5"로서 2V가 된다. 구간 직전의 충전전압이 5V이므로 구간에서의 검출전압은 7V가 되며, 구동전압 Vdrv가 하강구간인 구간에서의 검출전압은 충전전압인 5V에서 2V가 차감된 3V가 된다. 따라서, 터치검출부(14)는 "No Touch" 영역에서의 구간 또는 구간에서의 검출전압 값과 구간 또는 구간의 검출전압 값의 차인 전압변동을 측정함으로써 센서패턴(10)과 손가락(25)의 대향면적을 계산하는 것이 가능하게 된다.
도 9는 보조커패시터(Caux)가 충전수단(12)의 온/오프 제어단자의 동작에 종속되지 않는 경우이나, 도 12는 보조커패시터(Caux)에 인가되는 구동전압 Vdrv가 충전소자(12)의 온/오프 제어신호에 종속되는 경우의 실시예이다. 이러한 실시예는 보조커패시터(Caux)에 인가되는 구동전압을 별도로 생성할 필요가 없으므로 회로가 단순하다는 장점은 있으나, 구동전압이 충전수단(12)의 제어전압에 종속되며, 제어전압의 상승구간에서 충전수단(12)의 출력단자가 Hi-z가 아니므로 전압변동의 검출이 불가하고, 제어전압이 하강되는 시점에서 전압변동의 검출이 가능하여 검출속도가 저하된다는 문제점이 있다. 그러나 이러한 문제점은 충전수단의 충전 동작 및 검출 동작을 빨리 진행함으로 인해 극복 할 수 있다.
한편, 도 12는 터치검출부(14)에 증폭기(18)가 사용된 경우이다. 입력단이 Hi-z 상태이거나 또는 입력단이 Hi-z 상태인 버퍼와 결합된 증폭기(18) 역시 P점에서의 신호를 안정적으로 고립시킬 수 있다.
도 12의 실시예에서 P점의 전위가 Ct에 의해 전압변동 되는 것은 도 9의 실시예와 동일하다. 다만, 전압변동을 검출하는 수단으로 증폭기(18)가 사용된다. 증폭기(18)는 센서패턴(10)에서의 신호를 증폭한다. 이에 따라 터치 발생에 의한 전압변동이 증폭되어 출력되므로, 전압변동의 값이 작은 경우에도 안정적으로 터치신호를 획득할 수 있다.
또한 증폭기(18)에는 차동증폭기(18a)가 사용될 수 있다. 도 12를 참조하면, 증폭기(18) 대신에 차동증폭기(18a)의 입력단자로 P점의 전위가 입력되며 차동전압을 형성하기 위한 기준전압(Vdif)이 차동증폭기(18a)의 또 다른 입력단자로 입력된다. 만일, 기준전압(Vdif)이 차동증폭기의 비반전단자로 입력된다면 차동증폭기(18a)의 출력은 P점의 전위에서 기준전압(Vdif)을 차감하고 도시되지 않은 차동증폭기의 증폭율을 곱한 값이 차동증폭기(18a)의 출력값으로 출력될 것이다. 이러한 구성의 장점은, P점에 인가되는 노이즈의 레벨을 작게하여 보다 안정적으로 신호를 연산하여 터치의 정확도를 높일 수 있다는 것이다. 도 12의 실시예에서 증폭기(18)와 차동증폭기(18a)는 동시에 사용되지 않으며 둘 중에 하나만 P점에 접속된다.
한편, 도 13에서 프리차지전압 Vpre는 5V의 단일전압으로 예시하였으나, 필요에 따라 구동전압의 상승구간 및 하강구간에서 크기를 달리 할 수 있으며 복수개의 프리차지 전압이 사용될 수 있다. 예컨대, 도 13의 구간에서는 검출전압의 크기가 8V로서, 5V가 내압인 콘트롤 IC를 사용하는 경우 이는 내압의 범위를 벗어날 수 있다. 이 경우 충전전압 Vpre는 1V가 인가될 수 있으며 이에 따라 구간에서의 검출전압은 4V가 되어 콘트롤 IC의 내압을 충족하는 범위에서 사용하는 것이 가능하게 된다.
한편, Cp는 센서패턴(10)마다 다를 수 있다. 예컨대, 센서패턴(10)의 위치, 배선 길이, 기타 외부인자 등을 모든 센서패턴(10)마다 균일하게 설계하는 것은 매우 곤란하다. 또한, Cvcom 역시 센서패턴(10)마다 다를 수 있다. 전압변동의 크기가 크다면, 이와 같은 편차가 무시할 수 있지만, 전압변동의 크기가 작을수록 센서패턴(10)마다의 편차는 무시할 수 없는 값이 된다.
위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 드라이브IC(30)에는 도 14에 도시한 바와 같이 각각의 센서패턴(10)별로 터치가 발생하지 않았을 때의 터치검출부(14)나 후술되는 신호처리부(35)의 신호처리 결과를 저장하는 메모리부(28)가 더 포함될 수 있다. 메모리부(28)에 저장되는 신호는 각 센서패턴(10)이 갖는 고유의 Cp 및 고유의 Cvcom를 근거로 한 값으로서, 센서패턴(10)마다 다를 수 있다.
예컨대, 전원이 인가된 이후 터치가 발생하지 않은 상태에서 즉시 센서패턴(10)들을 스캐닝 하거나 제조공장에서 출하되기 전 터치가 전혀 이루어지지 않은 상태인 "factory mode"에서 터치검출부(14)의 출력이나 신호처리부(35)의 처리결과를 얻을 수 있다. 이러한 공장초기 값은 메모리부(28)에 저장된다.
메모리부(28)에는 터치가 발생했을 때의 값도 저장할 수 있을 것이다. 또한, 터치가 발생했을 때의 값을 저장하는 별도의 메모리를 더 구성할 수도 있다. 그리고 드라이브IC(30)는 동일한 셀의 값을 비교하여 사전에 설정된 기준치 이상의 전압변동이 발생했을 때 터치가 발생했다고 판단하고 연산을 통해 센서패턴(10)의 터치점유율을 연산할 수 있을 것이다.
또는 Cp의 영향력을 감쇠시키기 위하여 <수식 1>이나 <수식 2>에서 Caux나 Ct의 값을 Cp에 비해 상대적으로 크게 설정하는 것도 가능하다. Caux는 드라이브IC에 내장되거나 드라이브IC의 외부에 설치되는데, 드라이브IC에 내장되는 경우에는 IC의 제조과정에서 그 크기가 결정되며, 외부에 실장되는 경우에도 크기를 알 수 있는 부품을 실장하게 된다. 따라서, 상대적으로 작은 Cp를 구현할 수 있으므로 미지의 요인에 의해 결정되는 Cp의 영향도 최소화 할 수 있다.
도 14를 참조하면, 센서패턴(10)이 도트 매트릭스 형태로 배열되고 m*n의 분해능을 가질 때, 메모리부(28)는 m개의 행과 n개의 열을 갖는 테이블로 구성된다. 예를 들어, M1-1 주소에는 좌상단의 센서패턴(10)에 할당된 터치 미발생시 차동증폭기(18a)의 출력이 저장된다. 그리고, 메모리부(28)에 저장된 신호는 좌상단의 센서패턴(10)에서의 터치 여부를 검출할 때 참조된다.
메모리부(28)의 각 주소들에 저장된 값은 주기적으로 보정될 수 있다. 주기적인 보정은 위와 같이 장치에 전원을 인가할 때, 또는, 휴면 상태에서 실시될 수 있다. 이와 같이, 센서패턴(10)별로 터치 미발생시(또는 터치 미발생시과 발생시를 각각 별도로 하여) 차동증폭기(18a)의 출력을 메모리부(28)에 저장하고, 주기적으로 보정하고, 터치신호 검출시 메모리부(28)를 참조한다면, 센서패턴(10)별로 고유의 Cp를 갖는 경우에도 터치신호를 안정적으로 획득할 수 있다.
도 15 내지 22는 본 발명에 따른 터치스크린패널의 실시예들을 보여준다. 먼저 도 15와 도 16은 도 9나 도 12와 같은 터치 검출수단을 적용한 실시예로서, 센서패턴(10)이 도트 매트릭스 형태로 배열된 예를 보인 것이다.
도 15의 하단에는 드라이브IC(30)의 구성이 도시되어 있다. 드라이브IC(30)는 구동부(31)와, 터치검출부(14)와, 타이밍 제어부(33)와, 신호처리부(35)와, 메모리부(28)로 구성되며, 그 밖에 공통전압 검출부(43), 공통전압 수신부(45), 교번전압 생성부(37) 중 어느 하나를 더 구비할 수 있다. 또는, 드라이브IC(30)는 도 14에 도시된 바와 같이 공통전압 검출부(43), 공통전압 수신부(45), 교번전압 생성부(37)를 모두 구비하고, 셀렉터(47)에 의해 공통전압 검출부(43), 공통전압 수신부(45) 또는 교번전압 생성부(37) 중 어느 하나를 선택하도록 구성될 수도 있다.
드라이브IC(30)에서 획득한 구동신호는 CPU(40)로 전달된다. CPU(40)는 표시장치의 CPU 혹은 컴퓨터장치의 메인 CPU이거나, 터치스크린패널 자체의 CPU일 수 있다. 예컨대, 8bit 혹은 16bit 등의 마이크로프로세서를 내장(embedded)하여 터치신호를 처리할 수 있다. 도시하지 않았지만, 시스템 구성에는 터치입력 검출을 위한 신호들의 하이나 로우전압을 생성하기 위한 전원부가 더 포함된다.
드라이브IC(30)에 내장된 마이크로프로세서는 터치입력된 좌표들을 연산하여 터치 지점이나, 줌(zoom), 회전(rotation), 이동(move) 등의 제스처를 인식하고, 기준 좌표(또는 중심점 좌표)와 제스처 등의 데이터를 메인 CPU로 전달할 수 있다. 또한, 터치입력의 면적을 연산하여 주밍 신호를 생성하거나, 터치입력의 강도를 산출하거나, 복수의 GUI 객체가 동시에 터치된 경우 사용자가 원하는(예를 들어, 면적이 많이 검출된) GUI 객체만을 유효한 입력으로 인식하는 등 다양한 형태로 데이터를 가공하여 내보낼 수도 있다.
타이밍 제어부(33)는 수십 ms 이하의 시분할 신호를 발생시키며, 신호처리부(35)는 구동부(31)를 통해 각각의 센서패턴(10)에 신호를 송수신한다. 구동부(31)는 충전수단(12)의 온/오프 제어신호 Vgn과, 프리차지신호 Vpren을 공급한다. 온/오프 제어신호 Vgn은 타이밍 제어부(33)에 의해 시분할 되어 각 센서패턴(10)별로 순차적으로 또는 비순차적으로 공급된다. 메모리부(28)는 도 13을 참조하여 언급한 바와 같이, 각 센서패턴(10)에서의 터치 미발생시 신호인 초기값을 저장하거나, 또는, 터치 발생시의 신호를 저장하기 위한 것으로서, 각각의 센서패턴(10)별로 고유의 절대주소를 갖는다.
이와 같이, 메모리부(28)는 하나만을 구비하여 획득된 좌표값을 일시 저장하거나 터치 미발생시의 기준값을 저장할 수 있다. 또는 복수의 메모리수단으로 구성되어 터치 미발생시의 기준값과 터치 발생시의 검출값을 각각 별도로 저장할 수도 있다.
도시된 실시예는 센서패턴(10)이 4*5의 해상도인 경우를 예시하였으나, 실제로는 더욱 높은 해상도를 갖기 때문에, 많은 신호들을 처리하는 과정에서 신호가 손실될 수 있다. 예를 들어, 신호처리부(35)가 "Busy" 상태일 경우, 터치 구동신호를 인식하지 못하여 신호를 놓칠 수 있다. 메모리부(28)는 이와 같은 신호의 손실을 방지할 수도 있다. 예컨대, 신호처리부(35)는 검출된 터치신호를 메모리부(28)에 일시 저장한다. 그리고 센서패턴(10) 전체를 스캐닝한 후에 메모리부(28)를 참조하여 누락된 신호가 있는지를 판단한다. 만약 신호처리 과정에서는 누락되었지만 메모리부(28)에는 저장되어 있는 터치 좌표가 있다면, 신호처리부(35)는 해당 터치 좌표를 정상 입력으로 인식하게 된다.
공통전압 수신부(45)는 표시장치(200)로부터 공통전극(220)의 공통전압 정보를 직접 수신한다. 이 경우 공통전압의 시작점, 크기, 상승구간 및 하강구간 등의 정보는 매우 쉽게 얻을 수 있으며, 신호처리부(35)가 공통전압의 상승구간 및 하강구간에 연동하여 신호를 처리하는 것이 용이하다. 다만, 표시장치(200)에서 공통전압 정보를 송신해야 한다는 부담이 발생한다.
한편, 표시장치(200)들 중 공통전극(220)이 일정 DC 레벨을 갖는 경우, 교번전압 생성부(37)가 공통전극(220)에 강제로 교번전압을 인가할 수 있다. 교번전압 생성부(37)는 타이밍 제어부(33)의 시분할 신호에 따라 공통전극(220)에 소정 주파수로 교번하는 전압레벨을 인가한다. 공통전극(220)에 인가되는 교번전압의 주파수는 레지스터를 조정하는 등으로 조정 가능하다. 이 경우에도 신호처리부(35)는 공통전압의 상승구간 및 하강구간에 연동하여 신호를 처리하는 것이 용이하다. 다만, 표시장치(200)측으로 공통전압을 보내야 하는 부담이 발생한다.
그러나 공통전압 검출부(43)는 자동으로 공통전압 정보를 검출함으로써, 표시장치와 공통전압과 관련된 정보를 주고받을 필요가 없다. 공통전압 검출부(43)에서 검출된 공통전압이 교번하는 신호인 경우, 신호처리부(35)는 도 12에서와 같이 공통전압의 상승 edge나 하강 edge를 회피하여 보조커패시터에 전달되는 구동전압을 인가한다. 공통전압 검출부(43)는 다양한 회로 구성을 가질 수 있다.
도 15와 같은 실시예에서 센서신호선(22)은 센서패턴(10)이 설치된 액티브영역내에서 센서패턴(10) 사이로 배선되어 드라이브IC(30)와 연결된다. 만일 터치스크린패널이 표시장치 위에 별체로 설치되거나 또는 표시장치에 내장되는 경우에 있어서 센서신호선(22)은 적어도 가시영역에서는 투명신호선인 ITO나 IZO 등으로 형성되어야 한다. 이러한 배선의 장점은 신호선들이 전체가 모여서 하나의 통로를 통해 드라이브IC(30)로 전달되지 않으므로 신호선의 배선을 위한 별도의 영역이 필요없다는 점이다. 그러나, 센서패턴(10)과 센서패턴(10) 사이로 신호선이 배치되므로 센서패턴(10)간의 간격이 넓어지는 부담이 있다.
한편, 도 15와 같은 센서신호선(22)의 배선방법에 있어서, 제일 상단에 위치한 센서패턴(10)에 연결된 신호선과 제일 하단에 위치한 센서패턴(10)에 연결된 신호선의 길이가 다르므로 신호선의 배선저항이 센서패턴(10)별로 달라진다. 저항값이 커지면 터치신호 검출에 지연이 발생하기 때문에, 상단으로 배선되는 센서신호선(22)의 폭은 하단으로 배선되는 센서신호선(22)의 폭보다 넓게 하고, 드라이브IC(30)에 가까울수록 배선의 폭을 좁게 하면 모든 센서패턴(10)에 대해 신호선들의 배선저항을 일치시키는 것이 가능하게 된다. 따라서 신호처리부(35)에서 터치신호 검출이 더 용이해진다.
한편, 도 2와 같은 종래의 방법에 있어서, 선형센서패턴은 투명물질로 구성되어 있으나, 선형센서패턴을 Touch Drive IC와 연결하는 신호선은 저항값을 낮추기 위해 은이나 구리와 같은 불투명 메탈을 사용해야 하므로, 마스크를 복수개 사용해야 하며, 이로 인해 공정비용이 증가하고 수율저하가 발생한다는 문제가 있다. 그러나 본 발명의 전압변동을 이용한 터치검출을 나타내는 <수식 1> 과 <수식 2>를 참조하면 저항이 변수로 작용하지 않으므로, 센서신호선(22)의 저항을 비교적 높게 설정할 수 있어서, 센서신호선(22)에 저항값이 높은 ITO나 IZO를 사용할 수 있다. 따라서 도 15와 같은 구성에 있어서 센서패턴(10)과 센서신호선(22)이 ITO나 IZO 같은 투명물질로 동일하게 구성될 수 있으며, 이는 센서패턴(10)과 센서신호선(22)을 한 장의 마스크로 제조할 수 있음을 의미하므로, 생산비용 및 수율이 증대되는 효과가 있다.
도 16은 터치스크린패널의 또 다른 실시예를 보여준다. 도 16을 참조하면, 기판(50)의 액티브영역(90)에는 센서패턴(10)과 센서신호선(22)이 형성된다. 센서신호선(22)은 액티브영역(90)에서 메탈로 배선될 수도 있겠으나, 바람직하게는 액티브영역(90)에서 투명신호선(22a)으로 배선된다. 센서신호선(22)이 액티브영역(90)에서 투명신호선(22a)으로 배선되어 도 15의 실시예와 같이 센서패턴 사이로 배선될 수도 있으나 도 16의 우측 상단의 실시예처럼 액티브영역에서는 투명신호선(22a)으로 배선되고, 비가시영역(92)에서 투명신호선(22a)과 접속부(59)를 매개로 접속되는 메탈신호선(22b)으로 배선될 수도 있다. 이러한 배선방법의 단점은 비가시영역(92)의 폭이 넓어져야 하므로 터치장치를 슬림화 시키는 것이 어렵다는 것이다.
터치검출부(14)는 드라이브IC(30) 내에 설치되는 AD 컨버터이거나 버퍼 또는 증폭기 또는 이들의 조합일 수 있다. 그러나 도시된 바와 같이 터치검출부(14)로서 차동증폭기(18a)를 이용하면, 노이즈가 제거된 터치신호를 증폭하여 처리하므로 신호의 포착이 용이하다. 도 16에서 차동증폭기(18a)와 ADC(14a)는 같이 사용되는 것이 아니라 둘 중에 하나가 터치 입력을 검출한다는 개념이다. 만일 차동증폭기(18a)가 터치 입력을 검출한다면, ADC는 차동증폭기의 출력부에 연결되고 차동증폭기에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시킬 수 있다.
도 16을 참조하면, 차동증폭기(18a)의 출력단(또는 도시되지 않았으나 P점에 접속된 버퍼의 출력단)에는 비교기(19)가 더 연결된다. 이 비교기(19)는 표시장치(200)의 공통전압이 교번되는 경우 rising edge와 falling edge를 자동으로 검출하는데 이용된다. 충전수단(12)을 턴 오프시킨 상태에서, 차동증폭기(18a)의 입력단이 Hi-z이므로 센서패턴(10)은 전기적으로 고립되어 플로팅 상태가 된다. 이때 표시장치(200)의 공통전극(220)에서 전압 레벨이 변동한다면, 이에 따라 센서패턴(10)에서의 전위가 변동된다. 즉, P의 전위는 공통전압의 교번에 동기하여 교번된다. 이러한 교번 전압레벨은 충전전압을 기준으로 높거나 낮게 형성된다. 만약 P의 전압을 비교기(19)에 직접 접속하여 비교전압인 5V(도 13의 파형도에서 충전전압과 같은)와 비교하면 공통전압의 높낮이를 판독할 수 있다.
만약, 터치입력이 발생한 경우라면 P의 전압변동 폭이 작아질 것이며, 도시한 바와 같이 P의 전압 레벨을 차동증폭기(18a)로 증폭한 후에 비교기(19)에서 적절한 Vref와 비교하여 공통전압 높낮이가 변하는 시점을 판독할 수 있다. 이와 같이 비교기(19)를 이용한 간단한 회로구성으로 공통전압 검출부(43)를 구성할 수 있다.
도 15나 도 16의 실시예에서 센서패턴(10)은 고유의 위치좌표를 갖고 있다. 각 센서패턴마다 순차적으로 스캐닝을 하거나 그룹별로 스캐닝을 하거나 상관없이 각 센서패턴의 고유 위치 좌표를 확인할 수 있으므로, 본 발명에서는 여러개의 센서패턴(10)에서 터치가 발생한 것을 인식하는 멀티터치가 가능하다.
한편, 도 16의 실시예는 모두 센서패턴(10)의 단위구성 소자마다 충전수단(12)과 터치검출부(14)가 각각 별도로 구성된 것을 예시하였으나, 이는 단지 일실시예이며, 복수의 센서패턴(10)들이 그룹으로 묶여 먹스(Mux)를 통해 하나의 충전수단(12) 및 하나의 터치검출부(14)와 연결될 수도 있다.
도 17은 터치 해상도를 높이는 방법을 보여준다. 도 17을 참조하면, 기판(50) 상에는 복수의 드라이브IC(30a, 30b)가 실장될 수 있다. 바람직하게는, 복수의 드라이브IC(30a, 30b)가 실장될 때는 도시한 바와 같이 드라이브IC(30a, 30b)가 글래스 기판(50) 상에 COG 형태로 실장된다. 드라이브IC(30a, 30b)는 외부로 터치신호를 전달하기 위한 마스터 드라이브IC(30a)와, 이 마스터 드라이버IC(30a)와 기판(50) 상에서 통신채널(94)로 연결된 슬레이브 드라이브IC(30b)로 구성된다.
마스터 드라이브IC(30a)에는 외부로 신호를 주고받기 위한 FPC(96a)가 연결된다. 슬레이브 드라이브IC(30b)는 통신채널(94)을 통해 마스터 드라이브IC(30a)와 통신하므로 별도의 FPC가 연결될 필요가 없다. 하지만, 전원을 구분하기 위하여 도시한 바와 같이 슬레이브 드라이브IC(30b)에 전원 전달용 FPC(96b)가 연결될 수 있다.
마스터 드라이브IC(30a)는 자체적으로 검출한 신호와 슬레이브 드라이브IC(30b)에서 검출한 신호간 충돌을 방지하기 위하여, 양자간 우선순위를 부여하거나 스캐닝 순서를 부여하거나 독립된 메모리 공간을 가지는 등으로 터치 신호들을 처리한다. 또한 마스터 드라이브IC(30a)나 슬레이브 드라이브IC(30b)는 터치검출 경계면에서 서로의 값을 참조할 수 있다.
예컨대 도 17의 전체 해상도 10 x 20 (가로 x 세로)의 경우 각각의 IC는 10 x 10(가로 x 세로) 만큼의 영역에 대해 터치검출을 담당한다고 하자. 그러면 세로방향으로 상호 경계면인 10번째와 11번째의 접점부에서 마스터 드라이브IC(30a)와 슬레이브 드라이브IC(30b)는 자기 영역을 벗어나는 영역의 터치정보를 알지 못하므로 세로방향으로 10번째와 11번째의 영역에서의 검출력은 저하될 것이다. 즉, 터치 검출의 리니어리티(Linearity)가 저하된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 각 드라이브IC는 경계면에서 상대 드라이브IC의 정보를 참조한다. 예컨대, 마스터 드라이브IC(30a)가 세로방향으로 1번부터 10번째 까지의 영역에 대해 터치를 검출한다고 하면, 마스터 드라이브IC(30a)는 세로방향으로 11번째에 있으며 슬레이브 드라이브IC(30b)가 터치신호를 검출하는 영역의 신호를 참조하여 세로방향으로 10번째에 있는 센서패턴(10)들의 터치를 검출한다. 또한, 슬레이브 드라이브IC(30b)로 세로방향으로 11번째에 있는 센서패턴들의 터치를 검출할 때 마스터 드라이브IC(30a)가 관장하는 세로방향으로 10번째 센서패턴(10)의 정보를 참조한다.
이를 위해 마스터 드라이브IC(30a)와 슬레이브 드라이브IC(30b)는 메모리를 추가하여 경계면에서 상대방 IC에서 검출된 신호를 통신선을 통해 입력받은 후 메모리에 기입하고 신호처리부(35)에서의 연산에 사용한다.
도 18은 터치스크린패널의 또 다른 실시예를 보인 구성도이다. 앞선 터치스크린패널의 실시예는 센서패턴(10)이 도트 매트릭스 형태로 배열된 것에 비해, 도 18의 실시예는 센서패턴(10)이 선형으로 배열된 것을 예시한 것이다. 도 18을 참조하면, 기판(50)의 액티브영역(90)에는 x축 선형 센서패턴(10a)과 y축 선형 센서패턴(10b)이 교차 배열된다. 각 선형 센서패턴(10a, 10b)은 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성하기 위한 대향면적부(41a)와, 대향면적부(41a)들을 연결하기 위한 연결부(41b)로 구성된다. 그리고 x축 선형 센서패턴(10a)과 y축 선형 센서패턴(10b)은 연결부(41b)에서 상호 교차되어 교차부(42)를 형성한다.
교차부(42)는 서로 다른 축의 선형 센서패턴(10a, 10b)을 상호 절연하도록 구성된다. 예컨대, x축 선형 센서패턴(10a)의 연결부(41b)을 먼저 형성하고, 그 위에 절연층을 형성한 후 y축 선형센서패턴(10b)의 연결부(41b)가 절연층 위로 지나가는 브리지 형태로 구성된다.
도 18의 실시예가 갖는 큰 장점은 기판(50)의 액티브영역(90)이나 비가시영역(92)에 배선되는 센서신호선(22)의 수를 크게 줄일 수 있다는 점이다. 만약 센서패턴(10)의 크기를 작게 가져간다면, 기판(50)의 비가시영역(92)이나 액티브영역(90)에서 센서패턴(10) 사이에 배선되는 센서신호선(22)의 수를 크게 하지 않아도 앞선 실시예들에 비해 물리적 터치 해상도를 높일 수 있다.
도 18과 같은 선형배열의 실시예에 있어서 x축 선형 센서패턴(10a)과 y축 선형 센서패턴(10b)은 x축이나 y축에 대한 터치여부 검출 후 나머지 한 축에 대한 터치 검출을 할 수 있으며, 또는 x축이나 y축을 동시에 검출하는 것도 가능하다. 검출시에는 스캔방법을 사용하여 x축이나 y축을 순차적으로 스캔하는 방법도 있으며 x축 전체를 액티브상태로 하여 터치검출을 하거나 y축 전체를 액티브상태로 하여 터치검출을 할 수도 있다. 이러한 구성의 경우도, 앞서 설명한 도트매트릭스 방식과 동일하게 전압변동을 이용한 검출기법이 적용된다.
한편, 도 18과 같은 선형배열의 실시예에 있어서 전압변동을 검출하는 <수식 1>과 <수식 2>를 참조하면, 선형패턴(10)과 센서신호선(22)의 저항값이 변수에 포함되지 않으므로 선형패턴(10)과 센서신호선(22)에 저항값이 비교적 큰 ITO나 IZO같은 투명 물질을 같이 사용할 수 있으므로, 한 장의 마스크로 선형패턴(10)과 센서신호선(22)을 제조하는 것이 가능하다.
한편, 도 19는 LCD의 TFT기판 구성을 예시한 것으로서, 횡전계 모드의 TFT기판 구성을 보여준다. 이러한 횡전계 모드의 LCD는 앞서 언급한 실시예와 달리 공통전극(220)이 패널의 일부 면적에만 형성되어 있다. 도 19를 참조하여 횡전계 모드의 LCD에 대하여 간략하게 설명하면 다음과 같다.
도 19에 도시된 바와 같이 TFT기판의 상면에는 게이트라인(242) 및 데이터라인(244)이 종횡으로 배치되고, 게이트라인(242) 및 데이터라인(244)에 의해 구획된 영역은 화소를 형성한다. 화소 내에는 화상신호를 스위칭하는 TFT(250)가 설치된다. TFT(250)의 게이트전극(251)은 게이트라인(242)에 접속되어 주사신호를 인가받고, 소스전극(253)과 드레인전극(255)은 각각 데이터라인(244)과 화소전극라인(248)에 접속된다. 그리고 TFT(250)의 반도체층(257)이 화상신호를 액정층에 인가하기 위해 소스전극(253)과 드레인전극(255) 사이에 채널을 형성한다. 화소 내에는 도시한 바와 같이 화소전극라인(248)과 평행하게 공통전극라인(246)이 형성된다.
이와 같은 구성을 갖는 LCD는 TFT(250)가 작동하여 화소전극라인(248)에 화상신호를 인가하면, 공통전극라인(246)과 화소전극라인(248) 사이에 실질적으로 평행한 횡전계가 발생하고 액정분자는 평면상에서 움직이게 된다.
그런데 도시한 바와 같이 공통전극라인(246)이 부분적인 영역에만 형성되어 있다. 따라서 센서패턴(10)과 공통전극라인(246) 사이에 형성되는 Cvcom이 앞선 예시에서보다 작게 형성된다. Cvcom은 센서패턴(10)과 공통전극라인(246)의 대향면적에 비례하므로, 센서패턴(10)이 도 18에 도시된 화소 전체를 커버하여도 공통전극라인(246)이 형성된 면적만큼의 대향면적이 발생한다. 만약, 도 18과 같은 실시예에서 표시장치(200)의 공통전극(220)이 도 19와 같이 형성된다면, Ct에 대비한 Cvcom의 크기는 매우 작아질 것이다. 따라서 터치 유무에 따른 전압변동의 크기는 더 커진다.
다만, 도 19와 같은 실시예에서는 게이트라인(242), 데이터라인(244), 화소전극라인(248) 등에 의한 기생정전용량(Cp)이 Cvcom과 근사하거나 더 큰 값을 가질 수 있으며, 이는 터치신호 검출에 노이즈 성분으로 작용할 수 있다. 따라서 도 19와 같은 실시예에서는, 드라이브IC(30)에서 LCD의 게이트라인(242) 및 데이터라인(244)에 신호 변화가 없을 때의 타이밍을 감안하여 터치를 검출하는 것이 바람직하다.
도 20 및 도 21은 터치스크린패널을 내장한 표시장치의 단면도 및 분해 사시도이다. 이를 참조하여 본 발명에 따른 터치스크린패널 및 그러한 터치스크린패널을 내장한 표시장치에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 20에 도시한 바와 같이, 표시장치(200)의 칼라필터(215)는 본 발명에 따른 터치스크린패널로 대체될 수 있다. 통상의 LCD에서와 같이 칼라필터(215)의 하면에는 공통전극(220)이 형성된다. 다른 예로서, 도 19와 같은 횡전계모드에서는 TFT기판(205)의 상면에 공통전극(220)이 형성된다. 도 19 또는 도 20과 같은 예에서, 칼라필터(215)의 상면에는 도시한 바와 같이 센서패턴(10)이 형성된다. 그리고 센서패턴(10)을 보호하기 위해 강화글래스 등과 같은 보호패널(52)이 센서패턴(10) 상부에 설치될 수 있다. 도 20의 실시예에서 보호패널(52)은 자외선 경화수지(98) 등과 같은 투명 점착수단에 의해 칼라필터(215)의 상면에 부착된다.
이와 같은 구성에서는 센서패턴(10)과 공통전극(220) 사이에 단지 칼라필터(215)만이 매질로서 존재한다. 따라서 Cvcom이 커지고, Ct는 상대적으로 작아진다. Cvcom이 커지는 것은 <수식 1>에서 보여지듯이 Cp의 영향을 최소화 할 수 있다는 것을 의미하므로 미지의 요인에 의한 Cp의 영향을 최소화하여 보다 안정적으로 터치신호를 검출할 수 있다.
도시된 예에서 TFT기판(205)에는 LCD의 화면표시를 위한 드라이브IC(60)가 COG 형태로 실장된다. 칼라필터(215)에는 터치신호 제어를 위한 드라이브IC(30)가 COG 또는 COF 형태로 실장된다. 각각의 드라이브IC(30, 60)에서는 FPC(96, 97)가 인출된다. 한편, 도 21과 같은 실시예에서는 터치 드라이브IC(30) 및 LCD 드라이브IC(60)가 단일의 IC로 통합될 수도 있다. 그리고 TFT기판(205)과 칼라필터(215)는 FPC로 연결되어 신호를 송수신할 수도 있다.
한편, 한 장의 마스크로 본 발명의 센서패턴(10)과 센서신호선(22)을 제조할수 있다면 수율이 증가되고 제조시간이 단축되므로 제품의 제조원가를 절감하는 수단이 될수 있다. 도 22를 이용하여 그러한 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 20이나 도 21과 같이 칼라필터(215)의 상면에 센서패턴(10)을 형성하는 경우, 칼라필터(215)에 센서패턴(10)이 패터닝된 면의 반대쪽면에는 색감을 표시하는 레진이 Red/Green/Blue 형태로 존재하는데, 각 각의 Red, Green, 및 Blue를 화소라고 정의하고 R/G/B의 3개화소(270a, 270b, 270c)가 결합된 형태를 도트(Dot, 270)라고 정의한다.
도 22의 예시는 가로방향으로 6개의 도트(270)와 세로방향으로 5개의 도트(270)로 구성된 칼라필터(215)를 보인 것이다. 도 22에서서와 같이 각 화소(270a, 270b, 270c)의 경계인 BM(Black Matrix, 275)에는 센서패턴(10)이 위치할 수 있다.
BM(275)은 LCD의 각 화소(270a, 270b, 270c)에 연결되는 신호선을 가리거나 화소의 색감을 구분짓는 등의 역할을 하며, 통상 수 um에서 수십 um정도의 폭으로 배치된다. BM(275)은 반사되지 않으며 투과되지 않는 검정계열의 물질로 구성되며, 칼라필너 하측의 레진의 경계면에 위치한다. 하나의 화소(270a, 270b, 270c)에서 BM(275)의 점유율은 통상 20%~50%정도 된다. 따라서 BM(275)에 센서패턴(10)을 형성하여도 충분한 센서패턴의 면적을 확보할 수 있다.
도 22를 참조하면, 센서패턴(10)은 화소간의 BM에 위치하며 하나의 센서패턴(10)은 4개의 도트(270)를 수용하도록 형성된다. 센서패턴(10)은 화소(270a, 270b, 270c) 및 도트(270) 둘레의 BM(275) 내에서 격자구조로 서로 모두 연결되어 있으며 센서신호선(22)도 BM으로 배선되어 드라이브IC(30)에 연결된다.
이러한 구조의 장점은, 센서패턴(10)과 센서신호선(22)을 비가시영역인 BM(275)에 배치하여, 센서패턴(10) 및 센서신호선(22)을 메탈로 구성할 수 있다는 것이다. 따라서 한 장의 mask로 센서패턴(10)과 신호선(22)을 구성할 수 있음은 물론, 센서신호선(22)의 저항값도 낮출 수 있어 배선저항을 크게 고려하지 않아도 된다. 또한, 센서패턴(10)과 센서신호선(22)을 메탈로 구성하여도, 화소의 개구율을 저하시키지 않으며, 메탈의 전기전도도가 우수하므로 좀 더 안정적으로 신호를 드라이브IC로 전달하는 것이 가능하다.
도 22의 실시예는 센서신호선(22)을 배선하기 위해 센서패턴(10)과 센서패턴(10) 사이에 센서패턴이 포함되지 않는 복수개의 화소가 필요하다. 또한, 도시된 예시에서는 상하방향의 센서패턴(10) 경계면에는 하나의 화소를 경계로 구분지었으나 복수개의 화소로 경계지을 수도 있다.
도 22의 실시예에서 센서패턴(10)은 칼라필터의 상면 즉, 칼라필터의 외측에 설치되는 경우의 실시예를 설명하였으나, 칼라필터의 내측 즉, 칼라레진(R/G/B)과 칼라필터의 내측 사이에 존재할 수도 있다. 센서패턴이 칼라필터의 상측에 위치할때는, 칼라필터의 제조공정이 글래스의 내측과 외측 두곳에서 이루어져야 하지만, 센서패턴이 칼라필터의 내측에 위치하는 경우에는 글래스의 내측에서만 공정이 이루어지므로 제조공정이 단순해지고 수율이 상승된다.
메탈과 같이 불투과성 물질을 사용하는 경우에는 반사가 되지 않는 메탈을 사용하거나, 메탈의 상면에 반사성이 없는 산화크롬이나 산화은(Ag) 또는 검정계열의 무기물질이나 유기물질이 도포될 수 있다. 본 실시예에서는 메탈을 사용하는 실시예를 들었으나, 센서패턴과 신호선을 구성하는 물질은 메탈과 같은 비투과 물질에 한정되지 않으며 투명도전물질과 같이 도전성을 가진 물질 역시 모두 적용가능하다.
이와 같은 실시예에서, BM의 점유율이 수십 % 정도 되므로 BM에 설치되는 센서패턴(10)의 면적도 화소면적의 수십 %가 되어, <수식 4>에서 형성된 정전용량도 수십 %가 되므로 이들의 절대적인 면적을 임의로 조정 가능하여, 터치검출에 지장이 없게 된다.
도 22와 같은 실시예의 또 다른 장점은, 화소의 투과영역에 존재하는 물질이 없으므로 화소의 투과율이 기존의 다른 터치스크린에 비해 상승한다는 점이다. 또한, 종래 투명도전물질로 이루어진 센서패턴을 형성하는 터치스크린의 경우에는 투명도전물질의 육안 식별 방지를 위해 인덱스 매칭을 실시하는데, 도 22의 실시예에서는 이러한 공정이 제거될 수 있는 장점을 갖는다.
도 22의 실시예에서는 도트가 6 x 5(가로 x 세로)인 경우를 들었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 하나의 센서패턴(10)의 하측에는 수십개에서 수백개 또는 이를 초과하는 도트가 위치할 수 있다. 또한, 본 예에서는 칼라필터를 통해 도트가 구분되는 경우의 실시예를 들었으나, PDP와 같이 칼라필터를 갖고있지 않으며 화소간 구분이 격벽으로 구분되는 실시예처럼, 화소와 화소를 구분하는 구분체가 있는 모든 경우의 실시예에 본 실시예의 사상이 적용될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
부호의 설명
10 : 센서패턴 10a : x축 선형 센서패턴
10b : y축 선형 센서패턴 12 : 충전수단
14 : 터치검출부 14a : ADC
18 : 증폭기 18a : 차동증폭기
19 : 비교기 22 : 센서신호선
22a : 투명신호선 22b : 메탈신호선
25 : 손가락 28 : 메모리부
30 : 드라이브IC 30a : 마스터 드라이브IC
30b : 슬레이브 드라이브IC 31 : 구동부
33 : 타이밍 제어부 35 : 신호처리부
37 : 교번전압 생성부 40 : CPU
41a : 대향면적부 41b : 연결부
42 : 교차부 43 : 공통전압 검출부
45 : 공통전압 수신부 47 : 셀렉터
50 : 기판 52 : 보호패널
57 : 접착부재 58 : 에어갭
59 : 접속부 60 : 드라이브IC
90 : 액티브영역 92 : 비가시영역
94 : 통신채널 96 : FPC
97 : FPC 98 : 자외선 경화수지
200 : 표시장치 205 : TFT기판
210 : 액정층 215 : 칼라필터
220 : 공통전극 230 : 실런트
242 : 게이트라인 244 : 데이터라인
246 : 공통전극라인 248 : 화소전극라인
250 : TFT 251 : 게이트전극
253 : 소스전극 255 : 드레인전극
257 : 반도체층 270 : 도트
275 : BM

Claims (74)

  1. 신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력도구의 접근에 의해 터치정전용량(Ct)이 발생하는 것을 감지하는 정전식 터치 검출수단에 있어서,
    상기 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성하는 센서패턴(10);
    상기 센서패턴(10)에 일측이 연결되고 타측으로는 터치 검출을 위한 구동전압이 인가되는 보조커패시터(Caux);
    상기 센서패턴(10) 및 보조커패시터(Caux)에 프리차지신호를 공급하여 상기 터치정전용량(Ct) 및 보조커패시터(Caux)에 전하를 축적하기 위한 충전수단(12); 및
    상기 센서패턴(10)에 연결되며, 터치 미발생시 보조커패시터(Caux)에 인가되는 구동전압에 의해 센서패턴(10)에서 발생한 전압의 크기에 대비하여, 터치 발생에 의해 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 보조커패시터(Caux)에 인가되는 구동전압에 의해 센서패턴(10)에서 발생한 전압의 크기의 차이인 전압변동을 검출하여 터치신호를 검출하는 터치검출부(14);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출수단.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 충전수단(12)은 3단자형 스위칭소자인 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출수단.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 보조커패시터(Caux)의 타측은 상기 충전수단(12)의 온/오프 제어단자에 접속되며, 보조커패시터(Caux)의 타측으로 인가되는 구동전압은 충전수단(12)의 온/오프 제어전압과 동일한 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출수단.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 보조커패시터(Caux)의 타측으로 인가되는 구동전압은 소정 주파수로 교번하는 교번전압인 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출수단.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 터치검출부(14)는 상기 보조커패시터(Caux)에 인가되는 구동전압의 상승구간(rising time) 및/또는 하강구간(falling time)에서 센서패턴(10)에서의 전압변동을 검출하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출수단.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 센서패턴(10)은 표시장치(200)의 공통전극(220)과의 사이에서 공통전극정전용량(Cvcom)을 형성하며,
    상기 공통전극(220)의 공통전압 레벨을 검출하는 공통전압 검출부(43)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출수단.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 공통전압 검출부(43)는 상기 공통전극정전용량(Cvcom)에 의한 센서패턴(10)에서의 전압변동을 검출하여 공통전압 레벨의 상승구간(rising time) 및 하강구간(falling time)을 검출하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출수단.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 센서패턴(10)은 표시장치(200)의 공통전극(220)과의 사이에서 공통전극정전용량(Cvcom)을 형성하며,
    상기 표시장치(200)로부터 공통전극(220)의 공통전압 정보를 수신하는 공통전압 수신부(45)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출수단.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 터치검출부(14)는 상기 공통전압 레벨의 상승 에지(rising edge) 및 하강 에지(falling edge)를 회피하여 터치신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출수단.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 터치 미발생시 보조커패시터(Caux)에 인가되는 구동전압에 의해 센서패턴(10)에서 발생한 전압은 다음의 <수식1>에 의해 결정되고, 상기 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 보조커패시터(Caux)에 인가되는 구동전압에 의해 센서패턴(10)에서 발생한 전압은 다음의 <수식2>에 의해 결정되며, 상기 전압변동은 <수식1>과 <수식2>의 차이에 의해 발생하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출수단.
    <수식1>
    Figure PCTKR2012001582-appb-I000069
    <수식2>
    Figure PCTKR2012001582-appb-I000070
    (여기서,
    Figure PCTKR2012001582-appb-I000071
    는 센서패턴에서의 전압변동분이며,
    Figure PCTKR2012001582-appb-I000072
    는 보조커패시터에 인가되는 하이 레벨 전압이며,
    Figure PCTKR2012001582-appb-I000073
    는 보조커패시터에 인가되는 로우 레벨 전압이며,
    Figure PCTKR2012001582-appb-I000074
    는 보조커패시터정전용량이며,
    Figure PCTKR2012001582-appb-I000075
    은 공통전극정전용량이며,
    Figure PCTKR2012001582-appb-I000076
    는 기생정전용량이며,
    Figure PCTKR2012001582-appb-I000077
    는 터치정전용량임.)
  11. 제 10항에 있어서,
    터치신호 검출시에 상기 터치검출부(14)의 입력단은 적어도 1Mohm 이상의 하이 임피던스 상태인 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출수단.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 터치검출부(14)는 전압변동의 크기에 대응하여 상기 센서패턴(10)에 대한 터치입력도구의 터치 점유율을 검출하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출수단.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 터치검출부(14)는 AD 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출수단.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 터치검출부(14)는 상기 센서패턴(10)에서의 신호를 증폭하는 증폭기(18)를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출수단.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 증폭기(18)는 상기 센서패턴(10)에서의 신호를 차동 증폭하는 차동증폭기(18a)인 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출수단.
  16. 제 14항에 있어서,
    터치 미발생시 상기 증폭기(18)의 출력을 센서패턴(10)별로 저장하는 메모리부(28)를 더 포함하며, 상기 메모리부(28)를 참조하여 각 센서패턴(10)별로 터치 유무를 판단하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출수단.
  17. 신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력도구의 접근에 의해 터치정전용량(Ct)이 발생하는 것을 감지하는 정전식 터치 검출방법에 있어서,
    (a) 상기 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성하는 센서패턴(10) 및 이 센서패턴(10)에 일측이 연결되고 타측으로는 구동전압이 인가되는 보조커패시터(Caux)에 프리차지신호를 공급하여 상기 터치정전용량(Ct) 및 보조커패시터(Caux)에 전하를 축적하는 단계;
    (b) 상기 센서패턴(10)에서의 전압변동을 검출하는 단계; 및
    (c) 상기 센서패턴(10)에서, 터치 미발생시 보조커패시터(Caux)에 인가되는 구동전압에 의해 발생한 전압의 크기에 대비하여, 터치 발생에 의해 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 보조커패시터(Caux)에 인가되는 구동전압에 의해 발생한 전압의 크기의 차이인 전압변동이 발생하는지 여부를 검출하여 터치신호를 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 충전수단(12)은 3단자형 스위칭소자인 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 보조커패시터(Caux)의 타측은 상기 충전수단(12)의 온/오프 제어단자에 접속되며, 보조커패시터(Caux)의 타측으로 인가되는 구동전압은 충전수단(12)의 온/오프 제어전압과 동일한 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출방법.
  20. 제 17항에 있어서,
    상기 보조커패시터(Caux)의 타측으로 인가되는 구동전압은 소정 주파수로 교번하는 교번전압인 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출방법.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 단계(b)는 상기 보조커패시터(Caux)에 인가되는 구동전압의 상승구간(rising time) 및/또는 하강구간(falling time)에서 센서패턴(10)에서의 전압변동을 검출하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출방법.
  22. 제 17항에 있어서,
    상기 센서패턴(10)은 표시장치(200)의 공통전극(220)과의 사이에서 공통전극정전용량(Cvcom)을 형성하며,
    상기 공통전극(220)의 공통전압 레벨을 검출하는 공통전압 검출단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출방법.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 공통전압 검출단계는 상기 공통전극정전용량(Cvcom)에 의한 센서패턴(10)에서의 전압변동을 검출하여 공통전압 레벨의 상승구간(rising time) 및 하강구간(falling time)을 검출하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출방법.
  24. 제 17항에 있어서,
    상기 센서패턴(10)은 표시장치(200)의 공통전극(220)과의 사이에서 공통전극정전용량(Cvcom)을 형성하며,
    상기 표시장치(200)로부터 공통전극(220)의 공통전압 정보를 수신하는 공통전압 수신단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출방법.
  25. 제 23항 또는 제 24항에 있어서,
    상기 단계(c)는 상기 공통전압 레벨의 상승 에지(rising edge) 및 하강 에지(falling edge)를 회피하여 터치신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출방법.
  26. 제 17항에 있어서,
    상기 터치 미발생시 보조커패시터(Caux)에 인가되는 구동전압에 의해 센서패턴(10)에서 발생한 전압은 다음의 <수식1>에 의해 결정되고, 상기 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 보조커패시터(Caux)에 인가되는 구동전압에 의해 센서패턴(10)에서 발생한 전압은 다음의 <수식2>에 의해 결정되며, 상기 전압변동은 <수식1>과 <수식2>의 차이에 의해 발생하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출방법.
    <수식1>
    Figure PCTKR2012001582-appb-I000078
    <수식2>
    Figure PCTKR2012001582-appb-I000079
    (여기서,
    Figure PCTKR2012001582-appb-I000080
    는 센서패턴에서의 전압변동분이며,
    Figure PCTKR2012001582-appb-I000081
    는 보조커패시터에 인가되는 하이 레벨 전압이며,
    Figure PCTKR2012001582-appb-I000082
    는 보조커패시터에 인가되는 로우 레벨 전압이며,
    Figure PCTKR2012001582-appb-I000083
    는 보조커패시터정전용량이며,
    Figure PCTKR2012001582-appb-I000084
    은 공통전극정전용량이며, 는 기생정전용량이며,
    Figure PCTKR2012001582-appb-I000086
    는 터치정전용량임.)
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 단계(c)에서 터치신호를 검출하는 부분의 입력단은 적어도 1Mohm 이상의 하이 임피던스 상태인 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출방법.
  28. 제 26항에 있어서,
    상기 단계(c)는 전압변동의 크기에 대응하여 상기 센서패턴(10)에 대한 터치입력도구의 터치 점유율을 검출하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출방법.
  29. 제 17항에 있어서,
    상기 단계(c)는 AD 컨버터를 이용하여 센서패턴(10)에서의 전압변동 발생 여부를 검출하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출방법.
  30. 제 17항에 있어서,
    상기 단계(c)는 센서패턴(10)에서의 신호를 증폭하는 증폭기(18) 이용하여 센서패턴(10)에서의 전압변동 발생 여부를 검출하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출방법.
  31. 제 30항에 있어서,
    상기 증폭기(18)는 상기 센서패턴(10)에서의 신호를 차동 증폭하는 차동증폭기(18a)인 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출방법.
  32. 제 30항에 있어서,
    터치 미발생시 상기 증폭기(18)의 출력을 센서패턴(10)별로 메모리부(28)에 저장하는 단계를 더 포함하며,
    상기 단계(c)는 상기 메모리부(28)를 참조하여 각 센서패턴(10)별로 센서패턴(10)에서의 전압변동 발생 여부를 검출하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출방법.
  33. 신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력도구의 접근에 의해 터치정전용량(Ct)이 발생하는 것을 감지하는 정전식 터치스크린패널에 있어서,
    기판(50);
    상기 기판(50)의 상면에 형성되며, 상기 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성하는 센서패턴(10);
    상기 센서패턴(10)에 일측이 연결되고 타측으로는 터치 검출을 위한 구동전압이 인가되는 보조커패시터(Caux);
    상기 센서패턴(10) 및 보조커패시터(Caux)에 프리차지신호를 공급하여 상기 터치정전용량(Ct) 및 보조커패시터(Caux)에 전하를 축적하기 위한 충전수단(12);
    상기 센서패턴(10)에 연결되며, 터치 미발생시 보조커패시터(Caux)에 인가되는 구동전압에 의해 센서패턴(10)에서 발생한 전압의 크기에 대비하여, 터치 발생에 의해 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 보조커패시터(Caux)에 인가되는 구동전압에 의해 센서패턴(10)에서 발생한 전압의 크기의 차이인 전압변동을 검출하여 터치신호를 검출하는 터치검출부(14); 및
    상기 충전수단(12)을 제어하여 터치정전용량(Ct)에 프리차지신호를 공급하고, 상기 터치검출부(14)의 출력으로부터 터치 좌표를 연산하는 드라이브IC(30);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
  34. 제 33항에 있어서,
    상기 충전수단(12)은 3단자형 스위칭소자인 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
  35. 제 34항에 있어서,
    상기 보조커패시터(Caux)의 타측은 상기 충전수단(12)의 온/오프 제어단자에 접속되며, 보조커패시터(Caux)의 타측으로 인가되는 구동전압은 충전수단(12)의 온/오프 제어전압과 동일한 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
  36. 제 33항에 있어서,
    상기 보조커패시터(Caux)의 타측으로 인가되는 구동전압은 소정 주파수로 교번하는 교번전압인 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
  37. 제 36항에 있어서,
    상기 터치검출부(14)는 상기 보조커패시터(Caux)에 인가되는 구동전압의 상승구간(rising time) 및/또는 하강구간(falling time)에서 센서패턴(10)에서의 전압변동을 검출하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
  38. 제 33항에 있어서,
    상기 센서패턴(10)은 표시장치(200)의 공통전극(220)과의 사이에서 공통전극정전용량(Cvcom)을 형성하며,
    상기 공통전극(220)의 공통전압 레벨을 검출하는 공통전압 검출부(43)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
  39. 제 38항에 있어서,
    상기 공통전압 검출부(43)는 상기 공통전극정전용량(Cvcom)에 의한 센서패턴(10)에서의 전압변동을 검출하여 공통전압 레벨의 상승구간(rising time) 및 하강구간(falling time)을 검출하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
  40. 제 33항에 있어서,
    상기 센서패턴(10)은 표시장치(200)의 공통전극(220)과의 사이에서 공통전극정전용량(Cvcom)을 형성하며,
    상기 표시장치(200)로부터 공통전극(220)의 공통전압 정보를 수신하는 공통전압 수신부(45)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
  41. 제 39항 또는 제 40항에 있어서,
    상기 터치검출부(14)는 상기 공통전압 레벨의 상승 에지(rising edge) 및 하강 에지(falling edge)를 회피하여 터치신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
  42. 제 33항에 있어서,
    상기 터치 미발생시 보조커패시터(Caux)에 인가되는 구동전압에 의해 센서패턴(10)에서 발생한 전압은 다음의 <수식1>에 의해 결정되고, 상기 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 보조커패시터(Caux)에 인가되는 구동전압에 의해 센서패턴(10)에서 발생한 전압은 다음의 <수식2>에 의해 결정되며, 상기 전압변동은 <수식1>과 <수식2>의 차이에 의해 발생하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
    <수식1>
    Figure PCTKR2012001582-appb-I000087
    <수식2>
    Figure PCTKR2012001582-appb-I000088
    (여기서,
    Figure PCTKR2012001582-appb-I000089
    는 센서패턴에서의 전압변동분이며,
    Figure PCTKR2012001582-appb-I000090
    는 보조커패시터에 인가되는 하이 레벨 전압이며,
    Figure PCTKR2012001582-appb-I000091
    는 보조커패시터에 인가되는 로우 레벨 전압이며,
    Figure PCTKR2012001582-appb-I000092
    는 보조커패시터정전용량이며,
    Figure PCTKR2012001582-appb-I000093
    은 공통전극정전용량이며,
    Figure PCTKR2012001582-appb-I000094
    는 기생정전용량이며,
    Figure PCTKR2012001582-appb-I000095
    는 터치정전용량임.)
  43. 제 42항에 있어서,
    터치신호 검출시에 상기 터치검출부(14)의 입력단은 적어도 1Mohm 이상의 하이 임피던스 상태인 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
  44. 제 42항에 있어서,
    상기 터치검출부(14)는 전압변동의 크기에 대응하여 상기 센서패턴(10)에 대한 터치입력도구의 터치 점유율을 검출하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
  45. 제 33항에 있어서,
    상기 터치검출부(14)는 AD 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
  46. 제 33항에 있어서,
    상기 터치검출부(14)는 상기 센서패턴(10)에서의 신호를 증폭하는 증폭기(18)를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
  47. 제 46항에 있어서,
    상기 증폭기(18)는 상기 센서패턴(10)에서의 신호를 차동 증폭하는 차동증폭기(18a)인 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
  48. 제 46항에 있어서,
    터치 미발생시 상기 증폭기(18)의 출력을 센서패턴(10)별로 저장하는 메모리부(28)를 더 포함하며, 상기 메모리부(28)를 참조하여 각 센서패턴(10)별로 터치 유무를 판단하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
  49. 제 33항에 있어서,
    상기 센서패턴(10)은 상기 기판(50)의 액티브영역(90)에 도트 매트릭스 형태로 배열되며, 상기 충전수단(12) 및 터치검출부(14)는 각각의 센서패턴(10)마다 설치되는 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
  50. 제 33항에 있어서,
    상기 센서패턴(10)은 상기 기판(50)의 액티브영역(90)에 도트 매트릭스 형태로 배열되며, 상기 충전수단(12) 및 터치검출부(14)는 복수개의 센서패턴(10)별로 할당되어 복수개의 센서패턴(10)을 멀티플렉싱하여 사용되는 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
  51. 제 49항 또는 제 50항에 있어서,
    상기 충전수단(12) 및 터치검출부(14)는 기판(50)의 비가시영역(92)에 설치되는 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
  52. 제 33항에 있어서,
    상기 충전수단(12) 및 터치검출부(14)는 상기 드라이브IC(30)에 집적 설치되는 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
  53. 제 33항에 있어서,
    상기 센서패턴(10)은 상기 기판(50)의 액티브영역(90)에서 선형으로 배열되며, 적어도 둘 이상의 선형 센서패턴(10a, 10b)이 서로 교차하는 교차부(42)가 형성되는 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
  54. [규칙 제91조에 의한 정정 14.03.2012]
    제 53항에 있어서,
    상기 선형 센서패턴(10a, 10b)은 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성하기 위한 대향면적부(41a)와, 상기 대향면적부(41a)들을 연결하는 연결부(41b)로 구성되는 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
  55. 제 53항 또는 제 54항에 있어서,
    상기 선형 센서패턴(10a, 10b) 각각에 할당된 충전수단(12) 및 터치검출부(14)는 상기 기판(50)의 비가시영역(92)에 설치되는 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
  56. 제 53항 또는 제 54항에 있어서,
    상기 선형 센서패턴(10a, 10b) 각각에 할당된 충전수단(12) 및 터치검출부(14)는 상기 드라이브IC(30)에 집적 설치되는 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
  57. 제 33항에 있어서,
    상기 센서패턴(10)에서 인출되는 센서신호선(22)은 적어도 기판(50)의 액티브영역(90)에서는 투명신호선(22a)으로 배선되는 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
  58. 제 57항에 있어서,
    상기 센서신호선(22)은 상기 기판(50)의 비가시영역(92)에서 상기 투명신호선(22a)과 접속부(59)를 매개로 접속되는 메탈신호선(22b)으로 배선되는 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
  59. 제 57항 또는 제 58항에 있어서,
    상기 기판(50)의 액티브영역(90)에서 상기 센서패턴(10)과 센서패턴(10) 사이로 센서신호선(22)이 배선되는 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
  60. [규칙 제91조에 의한 정정 14.03.2012]
    제 59항에 있어서,
    상기 센서신호선(22)의 선폭은 상기 기판(50)에서 상기 센서패턴(10)의 위치에 따라 선폭이 달라지는 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
  61. 제 33항에 있어서,
    상기 드라이브IC(30)는 상기 기판(50)의 일측에 COG(Chip On Glass) 또는 COF(Chip On Film) 형태로 실장되는 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
  62. 제 33항에 있어서,
    상기 기판(50)의 일측에는 복수개의 드라이브IC(30)가 실장되며, 그 중 하나는 외부로 터치신호를 전달하는 마스터 드라이브IC(30a)이고, 나머지는 상기 마스터 드라이브IC(30a)와 통신하는 슬레이브 드라이브IC(30b)인 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
  63. [규칙 제91조에 의한 정정 14.03.2012]
    제 62항에 있어서,
    상기 마스터 드라이브IC(30a)와 슬레이브 드라이브IC(30b)는 관장하는 영역의 경계면에서 상호의 터치 검출 정보를 참조하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
  64. 제 33항에 있어서,
    상기 기판(50)의 상면에는 보호패널(52)이 더 부착되는 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
  65. 제 33항에 있어서,
    상기 기판(50)은 표시장치(200) 내에 내장 설치되거나, 표시장치(200)를 구성하는 기판 중 어느 하나의 기판인 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널.
  66. 제 33항 내지 제 40항, 제 42항 내지 제 50항, 제 52항 내지 제 54항, 제 57항, 제 58항, 제 61항 내지 제 65항 중 어느 한 항의 터치스크린패널을 내장하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치.
  67. 제 66항에 있어서,
    상기 표시장치(200)는 액정표시장치이며, 상기한 기판(50)은 액정표시장치의 칼라필터(215)인 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치.
  68. 제 66항에 있어서,
    화면 표시를 위한 드라이브IC(60)와 상기 터치스크린패널의 드라이브IC(30)가 단일의 IC로 통합된 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치.
  69. 제 66항에 있어서,
    상기 센서패턴(10)은 화소를 구분하는 경계면에 위치하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치.
  70. 제 69항에 있어서,
    상기 센서패턴(10)은 화소 영역을 침범하지 않도록 형성되는 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치.
  71. 제 69항에 있어서,
    상기 센서패턴(10)에서 인출되는 센서신호선(22)은 화소를 구분하는 경계면을 따라 배선되는 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치.
  72. 제 71항에 있어서,
    상기 센서패턴(10)과 센서신호선(22)은 동일한 마스크에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치.
  73. 제 72항에 있어서,
    상기 센서패턴(10)과 센서신호선(22)은 메탈로 구성되는 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치.
  74. 제 67항에 있어서,
    상기 센서패턴(10)은 칼라필터(215)의 칼라 레진과 글래스 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치.
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