KR101071162B1

KR101071162B1 - 충전식 터치스크린 패널

Info

Publication number: KR101071162B1
Application number: KR1020100045807A
Authority: KR
Inventors: 이성호
Original assignee: 이성호
Priority date: 2010-05-17
Filing date: 2010-05-17
Publication date: 2011-10-10

Abstract

본 발명은 종래 정전용량식 터치스크린 패널이 제한적인 멀티터치 인식을 하며 복잡한 연산을 필요로 하는 문제점을 해결하면서, 액티브영역에서 스위칭소자 등과 같은 불투명 구성품이 시인되는 것을 회피고자 제안된 발명이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 전기적 특성을 갖는 터치수단의 비접촉 터치입력을 검출하는 터치스크린 패널에 있어서, 광투과성 재료로 구성되는 기판(30); 상기 기판(30)의 액티브영역(100)에 매트릭스 형태로 배열되며, 각각 투명도전패드(50)를 구비한 터치셀(60); 상기 투명도전패드(50)에 연결되며, 상기 액티브영역(100)에서는 적어도 투명신호선(65)으로 배선되는 접속선(52); 상기 기판(30)에 연결되는 연결기판(31)에 배치되며, 상기 접속선(52)과 연결되어 상기 투명도전패드(50)에 충전신호를 인가하고, 투명도전패드(50)에서의 신호를 검출하기 위한 신호검출용 스위칭소자(44)를 포함하는 스위칭소자 집적회로부(115); 및 상기 스위칭소자 집적회로부(115)를 통해 터치셀(60)에 충전신호를 공급하고 스위칭소자 집적회로부(115)의 신호검출용 스위칭소자(44)에서 검출된 신호로부터 터치입력 좌표를 인식하는 드라이브IC(70);를 포함하여 구성된 충전식 터치스크린 패널을 제공한다.
이와 같은 본 발명에 따르면, Active Matrix 구조를 이용하여 포인트 수에 제한 없는 멀티터치 인식이 가능할 뿐만 아니라 디지털 프로세싱 방식으로서 복잡한 연산을 수반하지 않으며, 각각의 터치셀을 구성하는 스위칭소자들을 별도의 연결기판에 집적하여 설치됨으로써 기판 상에서 불투명 구성품이 시인되는 것을 완전히 방지한 효과를 갖는다.

Description

충전식 터치스크린 패널{Touch screen panel having charge system}

본 발명은 사용자의 비접촉 터치입력을 인식하는 정전용량식 터치스크린 패널에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 AM(Active Matrix) 구조를 이용하여 멀티 터치입력을 인식할 수 있으면서 액티브영역 상에서 가시적으로 시인되는 구성품을 별도의 연결기판에 집적시킨 새로운 구조의 충전식 터치스크린 패널에 관한 것이다.

일반적으로, 터치스크린 패널(Touch Screen Panel)은 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic Light Emitting Diode), AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode) 등의 표시장치 위에 부가 설치되거나 표시장치 내에 내장되는 입력장치로서, 손가락이나 터치펜 등의 터치입력을 인식하는 터치 입력장치이다. 터치스크린 패널은 휴대폰(Mobile Phone), PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 스마트폰(Smart Phone) 등과 같은 모바일 기기에 주로 장착되고 있으며, 기존의 키패드를 보완하거나 대체하는 입력장치로서 최근 시장의 수요가 급증하고 있다. 또한, 넷북(Net Book), 노트북 컴퓨터(Notebook computer), 데스크톱 컴퓨터(Desktop computer), IPTV(Internet Protocol TV), 3D TV 등의 대화면 디스플레이기기에서도 점차 터치스크린 패널의 필요성이 증가하고 있다.

종래 터치스크린 패널은 다양한 유형이 개시되어 있으며, 대표적으로는 저항막 방식, 정전용량 방식이 있다. 저항막 방식은 오랜기간 축적된 기술력을 바탕으로 널리 이용되고 있으나, 기판에 대하여 압력을 가해야 하므로 내구성의 저하가 불가피하고, 외부 환경에 의한 저항값의 변화로 인해 오작동이나 오인식이 빈번하고, 투과율이 낮고, 수율이 불량한 문제점이 있다. 이에 대비하여 정전용량 방식은 비접촉 터치입력을 검출함에 따라 내구성이 좋고, 투과율이 높은 장점이 있다. 또한, 저항막 방식에서는 단일 터치입력만 처리할 수 있음에 반해, 최근에 개발된 정전용량 방식은 2개의 터치 포인트를 이용하여 주밍(zooming), 회전(rotating), 이동(moving) 등의 제스처를 인식할 수 있다.

그러나, 최근의 정전용량 방식은 사용자의 터치입력에 의해 생성되는 커패시턴스가 변화하는 것을 인식하는 방식으로서, 액티브영역 내에서 독특한 형상의 ITO(Indium Tin Oxide) 패턴을 필요로 한다. 그리고 ITO 패턴이 단일 레이어로 구성되어 있거나 이중 레이어로 구성되어도 Passive Matrix 구조로 이루어져 있어서 멀티터치 인식이 극히 제한적이며, 셋 이상의 지점이 동시에 터치되는 다중점 감지가 실질적으로 불가능한 문제점이 있다. 또한, 멀티터치를 인식하기 위해서는 매우 복잡한 연산이 수반되어야 하며, 반응시간이 늦어지는 문제점이 있다.

본 출원인의 등록특허 제10-0935403호는 위와 같은 종래 정전용량 방식 터치스크린 패널의 문제점을 해결한 새로운 구조의 정전용량 방식 터치스크린 패널을 제안하고 있다. 상기 특허는 터치셀 방식의 터치스크린 패널로서 터치셀에 개별적으로 스위칭소자가 설치된 Active Matrix 구조의 정전용량식 터치스크린 패널을 언급하고 있다.

상기 특허에 의하면, 종래 정전용량식 터치스크린 패널이 커패시턴스의 미소 변화를 감지하는 방식인 것과 대비하여 가상의 커패시터를 충전시키고 투명도전패드에서의 신호를 스위칭소자를 이용하여 검출하는 방식이 소개되어 있다. 이와 같은 방식에 의하면, 투명도전패드에 특별한 형상을 부여할 필요가 없다. 또한, 가상의 커패시터에 충전된 신호를 스위칭소자로 증폭하여 디지털 방식으로 검출하므로 신호의 인식이 매우 정확하고 반응속도가 빠르다. 나아가서, Active Matrix 구조로서 모든 터치 좌표들을 포인트 수에 제한 없이 인식하는 실질적인 멀티터치 인식이 가능하고, 디지털 프로세싱으로 터치입력을 인식하므로 멀티터치 인식을 위한 복잡한 연산이 필요 없다.

그런데, 위와 같은 터치스크린 패널은 각 터치셀마다 스위칭소자를 구비하고, 이 스위칭소자들은 통상 박막 기술을 이용하여 복층의 메탈레이어로 구성한다. 터치셀이 1mm*1mm의 크기를 갖는다고 할 때, 박막 스위칭소자는 대략 10㎛*10㎛의 크기를 가지므로, 스위칭소자가 터치셀 내에서 차지하는 면적비율은 0.01% 수준이다. 따라서 스위칭소자는 육안으로 쉽게 식별할 수 없다.

그럼에도 불구하고, 투명한 박막 스위칭소자 기술이 보급되기 전까지는 상기 스위칭소자들의 시인성 문제를 완전히 해결하는 기술적 요구가 발생하고 있다.

본 발명은 종래 정전용량식 터치스크린 패널의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, Active Matrix 구조를 이용하여 포인트 수에 제한 없이 멀티터치 인식이 가능하고, 디지털 프로세싱 방식으로서 복잡한 연산을 요하지 않으며, 터치셀마다 배치되는 스위칭소자를 별도의 연결기판에 집적시켜 패널의 개구율을 높이고 액티브영역에서 스위칭소자가 시인되는 개연성을 완전히 제거한 새로운 구조의 충전식 터치스크린 패널을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 충전식 터치스크린 패널은, 신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 전기적 특성을 갖는 터치수단의 비접촉 터치입력을 검출하는 터치스크린 패널에 있어서, 광투과성 재료로 구성되는 기판(30); 상기 기판(30)의 액티브영역(100)에 매트릭스 형태로 배열되며, 각각 투명도전패드(50)를 구비한 터치셀(60); 상기 투명도전패드(50)에 연결되며, 상기 액티브영역(100)에서는 적어도 투명신호선(65)으로 배선되는 접속선(52); 상기 기판(30)에 연결되는 연결기판(31)에 배치되며, 상기 접속선(52)과 연결되어 상기 투명도전패드(50)에 충전신호를 인가하고, 투명도전패드(50)에서의 신호를 검출하기 위한 신호검출용 스위칭소자(44)를 포함하는 스위칭소자 집적회로부(115); 및 상기 스위칭소자 집적회로부(115)를 통해 터치셀(60)에 충전신호를 공급하고 스위칭소자 집적회로부(115)의 신호검출용 스위칭소자(44)에서 검출된 신호로부터 터치입력 좌표를 인식하는 드라이브IC(70);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

일실시예에 따르면, 상기 기판(30)은 액티브영역(100)을 제외한 일부 영역이 절개되어 절개부를 형성하거나 일부 영역이 함몰되어 홈부(28)를 형성하고, 상기 절개부 또는 홈부(28)에는 상기 연결기판(31)이 위치한다.

일실시예에 따르면, 상기 신호검출용 스위칭소자(44)는 상기 투명도전패드(50)에 게이트단자가 접속되며, 투명도전패드(50)에서의 신호에 따라 턴 온/오프 되어 검출신호를 스위칭하는 3단자형 스위칭소자이다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 스위칭소자 집적회로부(115)는 상기 투명도전패드(50)에 충전신호를 스위칭하여 인가하는 충전신호 스위칭소자(42)를 더 구비한다.

보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 충전신호 스위칭소자(42)는 3단자형 스위칭소자이며, 상기 드라이브IC(70)는 상기 충전신호 스위칭소자(42)의 게이트단자에 게이트 구동신호를 스캔 공급한다.

일실시예에 따르면, 상기 신호검출용 스위칭소자(44)는 상기 투명도전패드(50)에 충전신호를 스위칭하여 인가하는 충전신호 스위칭 동작을 함께 수행한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 신호검출용 스위칭소자(44)는 3단자형 스위칭소자이며, 상기 드라이브IC(70)는 상기 신호검출용 스위칭소자(44)의 게이트단자에 게이트 구동신호를 스캔 공급한다.

일실시예에 따르면, 상기 신호검출용 스위칭소자(44)는 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) 중 어느 하나이다.

일실시예에 따르면, 상기 충전신호 스위칭소자(42) 및 신호검출용 스위칭소자(44)는 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) 중 어느 하나이다.

일실시예에 따르면, 상기 신호검출용 스위칭소자(44)는 복수개의 메탈층을 갖는 구조이다.

일실시예에 따르면, 상기 충전신호 스위칭소자(42) 및 신호검출용 스위칭소자(44)는 복수개의 메탈층을 갖는 구조이다.

일실시예에 따르면, 상기 기판(30)은 액티브영역(100) 주변으로 광이 투과되지 않는 비가시영역(110)을 구비하며, 상기 비가시영역(110)에서 상기 접속선(52)은 메탈신호선(67)으로 배선된다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 비가시영역(110)에는 상기 투명신호선(65)과 상기 메탈신호선(67)이 접속되는 접속부(66)가 형성된다.

일실시예에 따르면, 상기 드라이브IC(70)는 상기 터치셀(60)의 좌표값에 대응하는 주소들을 갖는 메모리수단(74)을 더 포함한다.

일실시예에 따르면, 상기 드라이브IC(70)는 마이크로프로세서(75)가 내장된 IC이다.

일실시예에 따르면, 상기 투명도전패드(50)는 복수의 레이어에 형성된다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 투명도전패드(50)는 절연층을 사이에 둔 서로 다른 박막에 형성되어 복수의 레이어를 형성한다.

다른 실시예에 따르면, 상기 투명도전패드(50)는 복수의 시트에 형성되어 복수의 레이어를 형성한다.

본 발명의 충전식 터치스크린 패널에 따르면, 복수의 터치셀이 Active Matrix 구조로 형성되면서 각 터치셀에 할당되는 스위칭소자를 별도의 연결기판에 집적하여 배치함으로써, 종래 정전용량식 터치스크린 패널이 제한적인 멀티터치 인식만 가능했던 것과 달리 포인트 수에 제한 없는 멀티터치 인식이 가능하고, 터치입력에 의해 발생된 신호를 스위칭소자 집적회로부에서 증폭하여 출력함으로써 터치입력을 정확하게 인식할 수 있음은 물론 투명도전패드의 크기를 초소형으로 설계하여 터치 해상도를 높일 수 있으며, 스위칭소자가 비가시영역에 집적하여 설치됨으로써 스위칭소자를 불투명한 물질로 형성하여도 사용자에 의해 시인되지 않으며, 제조공정에서 스위칭소자를 형성하기 위한 포토마스크 공정을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 터치스크린 패널의 단면도
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치스크린 패널의 단면도
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치스크린 패널의 단면도
도 4는 충전식으로 터치입력을 검출하는 방법을 개념적으로 보인 도면
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 구성도
도 6은 메모리수단의 일예를 개념적으로 보인 블록도
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구성도
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구성도
도 9는 본 발명에 따른 터치스크린 패널의 평면도
도 10은 연결기판의 스위칭소자 집적회로부를 예시한 구성도
도 11은 연결기판의 모듈 구성을 예시한 평면도
도 12 내지 15는 액티브영역을 복수의 레이어로 구성하는 예를 순차적으로 보인 구성도
도 16은 도 15에서 접속부의 단면 구성을 도시한 단면도
도 17은 도 7의 실시예에서 터치입력을 검출하는 예를 예시한 파형도
도 18은 TFT에 커패시터가 내장 설계되는 예를 보인 단면도
도 19는 TFT에 커패시터가 부가된 회로 구성을 보인 터치셀 구성도
도 20은 터치입력 여부에 따른 킥백 파형을 예시한 파형도
도 21은 TFT의 게이트전압 대비 출력전류의 특성을 보인 그래프
도 22는 비교기를 이용하여 터치입력을 검출하는 예를 보인 도면
도 23은 비교기를 이용한 검출시 파형을 예시한 파형도
도 24는 센싱셀의 구성을 예시한 회로도
도 25는 센싱셀의 다른 예를 보인 회로도

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

우선, 본 발명은 LCD, PDP, OLED, AMOLED 등의 표시장치 상면에 부가하여 설치되거나 표시장치 내에 내장 설계되어, GUI 객체를 터치로 선택하거나 핸드 라이팅(hand writing)을 가능하게 하는 터치스크린 패널에 관한 것으로서, 손가락이나 이와 유사한 전기적 특성을 갖는 터치수단의 비접촉 터치입력을 인식하는 정전용량식 터치스크린 패널에 관한 것이다. 여기서 "비접촉 터치입력"이라 함은 손가락 등의 터치수단과 투명도전패드가 기판에 의해 소정 거리 이격된 상태에서 터치입력이 발생하는 것을 의미한다. 터치수단이 기판의 외면에 접촉되어도 투명도전패드와는 기판의 두께만큼 이격된 상태를 유지하므로 "비접촉"이라는 용어를 사용하였다. 즉, "비접촉 터치입력"이라 함은 손가락과 투명도전패드간 비접촉을 의미하며, 손가락과 터치스크린 패널의 표면이 접촉된 상태를 포함한다.

본 발명에 따른 터치스크린 패널은 터치셀이 Active Matrix 형태로 배열된 패널 구조와, 각각의 터치셀들을 능동적으로 구동하기 위한 드라이브IC를 갖는다. 본 출원인의 등록특허 제10-0935403호 및 제10-0943441호를 참조하면, 각각의 터치셀은 신체의 손가락 또는 이와 유사한 도전특성을 갖는 터치수단과 소정 거리로 이격될 때 정전용량을 형성하는 투명도전패드를 구비한다. 또한, 터치셀은 투명도전패드에서의 신호를 스위칭하여 검출하는 스위칭소자를 구비하며, 경우에 따라서는 충전신호를 투명도전패드에 충전신호를 스윙하여 인가하는 스위칭소자를 더 구비한다. 드라이브IC는 각 터치셀들에 충전신호를 스캔 공급하며, 스위칭소자에 의해 스위칭된 신호로부터 터치 유무를 판별한다.

본 발명의 터치스크린 패널은 상기 특허들과 유사한 구조를 갖는다. 다만, 상기 특허들과 대비하여, 스위칭소자들이 불투명 물질로 구성되는 경우 스위칭소자의 시인성을 회피하기 위한 특화된 구조를 갖는다. 단위 터치셀은 회로적으로는 개별적으로 할당된 스위칭소자들과 연결되지만, 이 스위칭소자들은 투명도전패드와는 물리적으로 다른 공간에 위치한다. 실제로 터치입력이 이루어지는 액티브영역에는 투명도전패드만이 매트릭스 형태로 배열되며, 기판에 연결되는 연결기판 상에 각 터치셀들의 스위칭소자들이 집적(integrated) 설치된다.

스위칭소자는 바람직하게는 제어단자에 인가되는 신호에 따라 입출력단자의 도통을 제어하는 3단자형 스위칭소자이다. 예컨대, 3단자형 스위칭소자는 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)일 수 있다. 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 드레인(Drain)단자 및 출력단자인 소스(Source)단자로 구성되며, 게이트단자로 소스단자에 인가된 전압보다 문턱전압 이상되는 전압을 가하면, 도통되면서 게이트단자에 인가된 전압의 크기에 종속되는 전류가 입력단자에서 출력단자로 흐르는 소자이다.

이하에서는 스위칭소자로서 TFT가 사용되는 예를 들어 설명하겠으며, 스위칭소자와 TFT에 대하여는 동일한 도면부호를 부여하기로 한다. 또한, 이하의 실시예에서 상세하게 설명되지 않는 부분들은 상기 특허들을 참조하여 이해할 수 있을 것이다.

첨부된 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께나 영역을 확대하여 나타내었다. 여기서, 층, 막, 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 1 내지 3은 본 발명에 따른 터치스크린 패널의 모듈 형태를 보여준다. 도 1은 표시장치와 터치스크린 패널이 별체로 구성된 것을 예시한 것이며, 도 2는 표시장치 내에 터치스크린 패널이 일체화된 구성을 예시한 것이며, 도 3은 터치스크린 패널을 구성하는 기판이 표시장치의 상부 기판에 병합된 구성을 예시한 것이다.

도 1 내지 3에 도시한 바와 같이, 표시장치(200)는 통상 하부기판(210)과 상부기판(230)이 적층된 구성을 갖는다. LCD의 경우에 있어서, 하부기판(210)은 픽셀전극 및 TFT가 배열된 어레이기판이며, 상부기판(230)은 R, G, B 색상을 부여하기 위한 칼라필터기판이다. 도시한 바와 같이, LCD는 하부기판(210)과 상부기판(230) 사이에 액정이 봉입되어 액정층(220)을 형성한다. 도시하지 않았지만, 당업계에서 잘 알려진 바와 같이 LCD는 백라이트, 상,하 편광판, 광학시트, 보호시트 등이 더 부가된 구성을 갖는다.

AMOLED의 경우에 있어서, 하부기판(210)은 어레이기판이며, 상부기판(230)은 봉지기판이다. 그리고, 하부기판(210)과 상부기판(230) 사이에는 유기물질이 봉지된다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 터치스크린 패널은 광투과성 재료로 구성되며 투명도전패드 등과 같은 패턴(22)이 형성된 기판(30)과, 터치스크린 패널을 외부의 충격으로부터 보호하고 회사의 로고 등을 인쇄하기 위한 보호판(20)으로 구성된다. 보호판(20)은 경우에 따라서 배제될 수 있다. 예를 들어, 글래스 기판(30)의 하면에 상기 패턴(22) 등을 형성하는 경우, 별도의 보호판(20)을 사용하지 않을 수 있다.

도 2를 참조하면, 터치스크린 패널은 표시장치(200) 내에 내장되어 구성될 수도 있다. 예컨대, 표시장치(200)의 상부기판(230) 상면에 투명접착층(240)을 매개로 하여 터치스크린 패널이 부착될 수 있다. 이에 따르면, 단일의 하우징 내에 표시패널과 터치스크린 패널이 일체화되므로, 터치스크린 패널을 별도의 공정으로 조립할 필요가 없으며 기구를 보다 슬림하게 설계할 수 있다.

도 3을 참조하면, 터치스크린 패널을 구성하는 기판(30)은 표시장치(200)의 상부기판(230)에 병합되어 형성될 수도 있다. LCD의 칼라필터기판 혹은 AMOLED의 봉지기판의 상면 또는 하면에 본 발명에 따른 패턴(22)을 직접 형성한다면, 별도의 공정으로 터치스크린 패널을 제조할 필요가 없어질 것이다. 또한, 모바일 기기가 아닌 경우에는 표시장치(200)의 보호시트들에 의해 상부기판(230)을 보호할 수 있으므로, 보호판(20)의 사용도 배제할 수 있다.

이와 같이 터치스크린 패널을 표시장치(200)에 내장시키는 경우, 터치입력이 가능한 표시장치를 매우 낮은 코스트로 제조할 수 있을 것이다. 후술하겠지만, 본 발명의 터치스크린 패널은 디지털 프로세싱으로 터치입력을 검출하므로, 표시장치(200)에서 발생되는 노이즈에 강하고, 백라이트 등에 의한 전계에도 오동작하지 않는다. 따라서 도 3에 도시된 바와 같은 터치스크린 일체형 표시장치를 보다 용이하게 구현할 수 있다.

한편, 도 1 내지 3에서는 도시하지 않았지만, 본 발명의 터치스크린 패널은 광학시트, 보호시트, 접착시트 등과 같이 다른 터치스크린 패널에서 일반적인 구성품들을 더 부가할 수 있다.

이하에서 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명하기에 앞서, 도 4를 참조하여 본 발명에서 비접촉 터치입력을 검출하는 원리에 대하여 간략하게 설명한다. 도 4를 참조하면, 투명도전패드(50)에 손가락(25, 또는 이와 유사한 도전성의 터치수단)이 접근했을 때 투명도전패드(50)와 손가락(25)이 "d"의 간격으로 이격되며, "A"라는 대향면적을 갖는다고 가정하자. 그러면, 도 4의 우측 등가회로 및 수식에서 보여지듯이 손가락(25)과 투명도전패드(50) 사이에는 정전용량 "Cf"가 형성된다. 이하에서 설명되는 Cf 및 C1, C2 등은 커패시터의 이름 및 크기를 동시에 표현하는 기호로서, 예컨대, "Cf"는 Cf라는 이름을 가진 커패시터를 의미하는 동시에 Cf라는 크기의 커패시턴스를 의미한다.

이때, 만약 정전용량 "Cf"를 가지는 투명도전패드(50)의 "신호입력선"을 통해 전압이나 전류의 신호를 공급하면, 전하량 "Q"의 크기를 갖는 전하가 Cf에 축적된다. 그리고 V=Q/C라는 전압관계식에 따라 투명도전패드(50)에 소정 레벨의 전위가 형성된다. 만약 충전신호를 차단하고 Cf를 고립시킨다면, 투명도전패드(50)는 소정 레벨의 전위를 유지하려 할 것이다. 이후, 방전이 개시되면서 전위가 완만하게 하강할 것이다.

본 발명은 위와 같은 특성을 이용하여 터치입력이 발생할 때 가상의 Cf를 충전하고, 투명도전패드(50)의 전위가 완만하게 하강하는 것을 스위칭소자를 이용하여 검출함으로써 터치입력을 인식한다.

도 5는 본 발명에 따른 기본적인 실시예를 보인 구성도로서, 기판(30) 상에 터치셀(60)이 형성되는 실시예 및 드라이브IC(70)의 실시예를 보여준다. 도 5는 터치셀(60)이 3*3의 해상도로 구비된 것을 예시하였다. 터치셀(60)은 실제로는 더욱 높은 해상도로 배치되겠지만, 본 발명의 이해를 돕기 위해 이하의 실시예에서는 터치셀(60)이 3*3으로 구성된 터치패널을 예시하여 설명하기로 한다.

또한, 도 5의 실시예 및 이하 터치셀(60)의 구성을 예시한 실시예는 터치셀(60)의 회로적 구성을 예시한 것으로서, 발명의 이해를 돕기 위해 터치셀(60)을 구성하는 투명도전패드(50) 및 스위칭소자(42, 44)들을 인접하여 도시하였다. 그러나, 본 발명에 따른 터치스크린 패널은 투명도전패드(50)와 스위칭소자(42, 44)가 물리적으로 다른 공간에 위치한다. 투명도전패드(50)는 실제로 터치입력이 이루어지는 액티브영역에 배치되며, 스위칭소자(42, 44)들은 별도의 연결기판(31)에 집적 설치된 스위칭소자 집적회로부(115)에 배치된다. 이에 대해서는 도 10을 참조하여 후술하기로 한다.

도 5를 참조하면, 각각의 터치셀(60)에는 복수의 충전신호 공급선(32), 터치신호 검출선(34) 및 보조신호선(37)이 연결된다. 충전신호 공급선(32)은 투명도전패드(50)에 충전신호(또는 위치검출신호)를 인가하기 위한 신호선이고, 터치신호 검출선(34)은 투명도전패드(50)에서의 신호를 검출하기 위한 신호선이고, 보조신호선(37)은 관측용 보조신호를 인가하기 위한 신호선이다. 바람직하게는, 각 신호선들은 투명도전패드(50)와 회로적으로 연결될 뿐, 실제로는 후술하는 스위칭소자 집적회로부(115)에 배선된다.

도 5의 실시예에서, 각각의 단위 터치셀(60)은 투명도전패드(50)로 구성되며, 이 투명도전패드(50)에는 3단자형의 신호검출용 스위칭소자(44)의 게이트단자가 연결된다. 신호검출용 스위칭소자(44) 역시 회로적으로 각각의 투명도전패드(50)에 연결될 뿐, 실제로는 후술하는 스위칭소자 집적회로부(115)에 배치된다. 신호검출용 스위칭소자(44)는 전술한 다양한 스위칭소자일 수 있으나, 바람직하게는 TFT이다. TFT는 AMLCD(Active Matrix LCD) 또는 AMOLED 등에서 이미 검증된 소자이다.

도시한 바와 같이, 각 단위 터치셀(60)에서 투명도전패드(50)는 충전신호 공급선(32)으로부터 충전신호를 공급받는다. 신호검출용 TFT(44)는 투명도전패드(50)에 게이트단자가 연결되고, 입력단자인 드레인단자는 보조신호선(37)에 접속되며, 출력단자인 소스단자는 터치신호 검출선(34)에 접속되도록 설치된다. 또한, 신호검출용 TFT(44)의 입력단자가 터치신호 검출선(34)에 접속되고, 출력단자가 보조신호선(37)에 접속될 수도 있다.

투명도전패드(50)는 ITO, CNT(Carbon Nano Tube), ATO(Antimony Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 또는 이와 유사한 도전특성을 갖는 투명도전체로 형성된다. 투명도전패드(50)는 신체의 손가락(25)과 대향하여 정전용량을 형성하는 것으로서, 투명도전패드(50)의 면적은 터치입력시 정전용량을 결정하는 중요한 인자로 작용한다. 예컨대, 터치셀(60) 내에서 투명도전패드(50)의 면적을 크게 가져갈수록 터치입력시 발생하는 정전용량은 커질 것이다.

도 5의 하단에는 드라이브IC(70)의 구성이 도시되어 있다. 드라이브IC(70)는 신호송수신부(71)와, 타이밍 제어부(72)와, 신호처리부(73)와, 메모리수단(74)으로 구성된다. 그리고 드라이브IC(70)에서 획득한 검출신호는 CPU(75)로 전달된다. CPU(75)는 표시장치(20)의 CPU 혹은 컴퓨터장치의 메인 CPU이거나, 터치 입력장치 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(70)에 내장된 마이크로프로세서는 터치입력된 좌표들을 연산하여 줌(zoom), 회전(rotation), 이동(move) 등의 제스처를 인식하고, 기준 좌표(또는 중심점 좌표)와 제스처 등의 데이터를 메인 CPU로 전달할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 터치스크린 패널은 포인트 수에 제한 없는 멀티터치 처리가 가능하므로, 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 수 있다.

타이밍 제어부(72)는 수십 ms 이하의 시분할 신호를 발생시키며, 신호처리부(73)는 신호송수신부(71)를 통해 충전신호 공급선(32) 각각에 충전신호를 공급하고, 보조신호선(37) 각각에는 관측용 보조신호를 공급하며, 터치신호 검출선(34)으로 입수되는 신호를 검출하여 터치입력이 발생한 터치셀(60)의 좌표값을 획득한다. 또한, 신호처리부(73)는 보조신호선(37)을 모두 접지시킨 상태에서 터치신호 검출선(34)으로 소정 전류를 인가하고, 이 전류의 변화를 모니터링하여 터치입력이 발생한 터치셀(60)의 좌표값을 획득할 수도 있다.

메모리수단(74)은 획득된 좌표값을 일시 저장하는 수단이다. 도시된 실시예는 터치셀(60)이 3*3의 해상도인 경우를 예시하였으나, 실제로는 더욱 높은 해상도를 갖기 때문에, 많은 신호들을 처리하는 과정에서 신호가 손실될 수 있다. 예를 들어, 신호처리부(73)가 "Busy" 상태일 경우, 위치검출신호를 인식하지 못하여 신호를 놓칠 수 있다. 메모리수단(74)은 이와 같은 신호의 손실을 방지한다.

도 6은 메모리수단의 일실시예를 개념적으로 보인 블록도이다. 도 6을 참조하면, 메모리수단(74)은 터치셀(60)의 좌표값에 대응하는 절대주소를 갖는다. 이를 위하여, 메모리수단(74)은 터치셀(60)의 개수 이상의 비트(혹은 바이트)를 갖는다. 만약, 도 5의 실시예에서 가장 우하단의 터치셀(60)에서 터치입력이 발생하였다면, 신호처리부(73)는 도 6에서 점선으로 보인 바와 같이 메모리수단(74)의 "m9" 주소에 획득된 좌표값을 저장한다. 그리고, 전체 신호들을 1회 스캐닝한 후에 메모리수단(74)을 읽어 누락된 신호가 있는지를 판단한다. 만약, "m9"의 좌표값에 대응하는 신호가 누락되었고, 메모리수단(74)의 m9에는 터치신호가 저장된 상태라면, 해당 신호를 정상 입력신호로 생성하고 다음 스캐닝 이전에 메모리수단(74)을 소거한다.

도 7은 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보인 구성도로서, 도 5의 실시예와 비교하여 충전신호 스위칭소자(42)가 더 부가된 실시예를 보여준다. 이와 같이 투명도전패드(50)에 인가되는 충전신호를 충전신호 스위칭소자(42)로 스위칭하는 경우 신호의 처리가 더욱 용이하고, 안정적으로 멀티 터치입력을 인식할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 충전신호 스위칭소자(42)는 충전신호 공급선(32)과 투명도전패드(50)에 각각 입력단자와 출력단자가 연결되고, 게이트단자는 별도의 게이트신호선(36)에 접속된다. 투명도전패드(50)에 신호검출용 스위칭소자(44)의 게이트단자가 연결되는 구성은 도 5의 실시예와 동일하다. 두 스위칭소자(42, 44) 역시 바람직하게는 모두 TFT이다.

도 7의 실시예에서, 드라이브IC(70)는 각각의 게이트신호선(36)에 순차적으로 스캔펄스를 인가하여 충전신호 TFT(42)들을 순차적으로 도통시킨다. 그리고 게이트신호가 도통되었을 때 해당 열의 터치셀(60)들에 충전신호를 인가한다. 이후 소정시간 충전이 완료되면 충전신호 TFT(42)들을 턴 오프 시킨다.

만약, 터치입력이 발생하지 않았다면, 충전신호가 차단된 후 투명도전패드(50)에서의 전위는 급격하게 하강할 것이다. 따라서, 신호검출용 TFT(44)는 충전신호가 차단된 직후 곧이어 턴 오프 될 것이다.

그러나, 터치입력이 발생한 상황이라면, 손가락(25)과 투명도전패드(50) 사이에 형성된 Cf에 전하가 충전되어 있을 것이다. 따라서, 충전신호 TFT(42)를 차단시켜도 투명도전패드(50)에 충전된 전하가 고립된 상태를 유지하려 할 것이다. 따라서, Cf에 축적된 전하가 자유방전을 하거나 강제방전이 실시될 때까지 신호검출용 TFT(44)의 게이트단 전위는 유지된다.

즉, 신호검출용 TFT(44)의 보조신호선(37)으로 관측용 보조신호를 인가하고 터치신호 검출선(34)으로 입수되는 신호로부터 터치입력 여부를 판별할 수 있다. 또는, 보조신호선(37)들을 모두 접지시킨 상태에서 터치신호 검출선(34)으로 소정 전류를 인가하고, 이 전류의 변화를 모니터링하여 터치입력 여부를 판별할 수도 있다.

한편, 위에서는 게이트신호 Gn을 스캔 공급하여 터치신호를 획득하는 과정에 대하여 설명하였으나, 이는 단지 본 발명의 일실시예에 불과하다. 예컨대, 게이트신호 Gn을 동시에 턴 온하여 손가락(25)과 투명도전패드(50) 사이의 정전용량에 충전을 유도한 후에, 보조신호선(37)에 관측용 보조신호를 순차적으로 인가하여 터치위치를 확인할 수도 있다.

도 8은 본 발명에 따른 또 다른 실시예를 보인 구성도로서, 투명도전패드(50)에 인가되는 충전신호 및 투명도전패드(50)에서의 신호를 검출하는 것을 하나의 신호검출용 스위칭소자(44)로 스위칭하는 실시예를 보여준다. 본 실시예에서 충전신호 및 검출신호는 단일의 터치신호 검출선(34)을 통해 송수신된다.

도 8을 참조하면, 신호검출용 스위칭소자(44) 양측의 입출력단자는 각각 터치신호 검출선(34) 및 투명도전패드(50)에 연결되며, 게이트단자는 게이트신호선(36)에 연결된다.

본 실시예에서, 드라이브IC(70)는 게이트신호선(36) 각각에 순차적으로 스캔 펄스를 공급한다. 이때, 게이트신호는 충전신호를 인가하는 구간과 방전신호를 검출하는 구간을 가지며, 두 구간 사이에 휴지기를 갖는다. 그리고 충전신호 인가구간에서는 터치신호 검출선(34)을 통해 충전신호를 공급한다. 이 구간에서 신호검출용 스위칭소자(44)는 턴 온 되어 투명도전패드(50)에 충전신호를 스위칭 공급한다. 즉, 신호검출용 스위칭소자(44)가 충전신호의 스위칭을 겸하여 동작한다.

만약 터치입력이 발생하였다면, 충전신호 인가구간에서 투명도전패드(50)에는 가상의 커패시터(Cf)가 형성되며, 여기에 전하가 충전될 것이다.

충전신호 인가구간 이후에 게이트신호를 Off시키고 충전신호를 차단한다. 그리고 약간의 휴지기를 갖는다. 휴지기 동안 Cf에 축적된 전하는 일시적으로 갇히게 된다. 이후에 방전신호 검출구간이 도래한다. 이때, 터치신호 검출선(34)은 접지단과 연결되며 충전신호는 차단된다. 또는, 충전신호를 인가한 후, 즉시 방전신호를 검출할 수도 있으며 신호처리부(73)에는 신호인가부와 신호검출부가 별도로 설치될 수 있다.

방전신호 검출구간에서 Cf에 충전된 전하는 신호검출용 스위칭소자(44)를 통해 터치신호 검출선(34)으로 방전된다. 따라서, 드라이브IC(70)는 방전신호 검출구간에서 해당 터치셀(60)로부터 터치신호를 수신할 수 있다. 만약, 터치입력이 발생하지 않았다면, 방전신호 검출구간에서 신호가 수신되지 않을 것이다. 이때, 노이즈나 기타 기생 커패시턴스 등의 영향을 고려하여 방전신호 검출구간 초기의 신호는 무시하고, 약간의 딜레이를 가진 후 방전신호를 검출할 수도 있다.

한편, 상기한 도 5, 7 및 8의 구성도에서는 각 투명도전패드(50)별로 신호검출용 TFT(44)가 하나씩만 연결된 것을 예시하였으나, TFT의 온/오프 동작 실패(fail)를 대비하여 복수개의 신호검출용 TFT(44)가 병렬로 접속될 수도 있다. 또한, 충전신호 스위칭소자(42) 역시 터치셀(60)마다 복수개가 병렬로 접속될 수도 있다.

도 9는 본 발명에 따른 터치스크린 패널의 평면도이고, 도 10은 연결기판의 스위칭소자 집적회로부를 예시한 구성도이다.

도 9를 참조하면, 터치스크린 패널은 표시장치(200)의 화면이 표시되는 가시영역(105) 안에 실제 터치입력이 이루어지는 액티브영역(100)을 갖는다. 그리고, 액티브영역(100)의 주변으로 비가시영역(110)이 형성된다. 비가시영역(110)은 검정 잉크 등을 도포한 부분으로서, 에지부의 구성품들을 은폐하기 차광영역이다. 경우에 따라서, 비가시영역(110)은 베젤(Bezel) 등에 의해 커버될 수도 있다. 여기서 액티브영역(100)에 비해 가시영역(105)이 넓은 것은, 베젤의 조립 공차를 조정하기 위해 남겨두거나 화면을 크게 보이기 위해서이다. 경우에 따라서는 액티브영역(100)은 가시영역(105)과 동일하거나 더 넓을 수도 있다.

도시한 바와 같이, 비가시영역(110)에는 에지배선부(120)가 형성된다. 에지배선부(120)는 외부에서 시인되지 않는 차광영역으로서, 선저항이 낮지만 광반사에 의해 시인되는 문제로 액티브영역(100)에서는 사용하기 곤란한 메탈 등의 물질로 신호선을 형성할 수 있는 영역이다. 즉, 도 9에서와 같이 에지배선부(120)에 메탈신호선(67)을 이용하여 신호선을 배선함으로써, 투명도전패드(50)에서 인출되는 접속선(52)이 길어져도 선 길이에 따른 저항 증가를 최소화 할 수 있다.

도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 터치스크린 패널은 액티브영역(100) 내에 투명도전패드(50)와, 이 투명도전패드(50)에서 인출되는 접속선(52)만 설치된다. 여기서, 접속선(52)은 액티브영역(100)에서는 투명한 투명신호선(65)으로 배선되며, 에지배선부(120)에서는 메탈신호선(67)으로 배선된다. 투명신호선(65)과 메탈신호선(67)은 비가시영역(110)에서 접속부(66)를 매개로 접속된다.

투명신호선(65)은 ITO, CNT(Carbon Nano Tube), ATO(Antimony Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 또는 이와 유사한 도전특성을 갖는 투명도전체로 형성된다. 가능한 투명신호선(65)의 배선저항을 줄이기 위하여 투명신호선(65)의 두께 및 폭을 적절하게 선택할 수 있다. 예컨대, 투명신호선(65)은 50~2000Å의 두께를 가지며, 10~100㎛의 폭으로 형성된다.

메탈신호선(67)은 알루미늄과 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열의 금속, 은과 은 합금 등 은 계열의 금속, 구리와 구리 합금 등 구리 계열의 금속, 몰리브덴과 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열의 금속, 크롬, 티타늄, 탄탈륨 등으로 이루어질 수 있다. 또한, 물리적 성질이 다른 두 개의 막, 즉 하부막(도시하지 않음)과 그 위의 상부막(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 상부막은 신호지연이나 전압 강하를 줄일 수 있도록 낮은 비저항(Resistivity)의 금속, 예를 들면 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열의 금속으로 이루어진다. 이와는 달리 하부막은 ITO(Indium Tion Oxide) 및 IZO(Indium Zinc Oxide)와의 접촉 특성이 우수한 물질, 이를테면 몰리브덴(Mo), 몰리브덴합금, 크롬(Cr) 등으로 이루어질 수 있다.

접속부(66)는 메탈 등과 같은 도전물질을 이용한 컨택홀(contact hole) 공정 등으로 형성된다. 또는 이종의 레이어를 접합하는 다른 공정으로 투명신호선(65)과 메탈신호선(67)을 접속할 수도 있다.

도 10을 참조하면, 기판(30) 상에서 에지배선부(120)는 양측 에지부와 하측 에지부에 형성된다. 그리고 투명도전패드(50)에서 인출되는 접속선(52)은 기판(30)의 수직선상 중심축을 기준으로 양측으로 분할하여 배선된다. 이와 같은 배선구조는 투명신호선(65)의 최장 배선길이를 짧게 하여 투명신호선(65)에서의 배선저항을 낮출 수 있다. 또한, 상,하의 터치셀(60) 사이로 투명신호선(65)이 배선되는 수를 줄일 수 있다. 한편, 도시하지 않았으나 투명신호선(65)은 종방향으로도 배선될 수 있으며, 이 경우 에지배선부(120)는 기판(30)의 상,하측 에지부에 분할하여 형성될 것이다.

기판(30)의 일측에는 FPC 등과 같은 연성회로기판으로 이루어진 연결부(29)를 매개로 하여 연결기판(31)이 연결된다. 연결기판(31)은 글래스, 필름, 플라스틱 등 다양한 형태의 기판으로 구성될 수 있다. 연결기판(31)에는 도 5, 7 및 8에 도시된 바와 같은 터치셀(60)의 회로 구성 중에서 스위칭소자들이 집적된 스위칭소자 집적회로부(115)가 설치된다. 스위칭소자 집적회로부(115)는 각 터치셀(60)에 연결된 스위칭소자들과 앞서 도 5, 7 및 8을 참조하여 설명한 충전신호 공급선(32), 터치신호 검출선(34), 게이트신호선(36) 및 보조신호선(37) 등의 신호선들이 설치된다.

바람직하게는 스위칭소자 집적회로부(115)는 복수의 메탈층으로 구성될 수 있다. 예컨대, 게이트메탈 및 소스메탈을 이용하여 도 18에 도시된 바와 같이(도 18에 대해서는 후술하기로 함) 복수개의 TFT들을 형성한다. 그리고, 스위칭소자들에 연결되는 신호선들은 TFT를 형성할 때 사용되는 게이트메탈 혹은 소스메탈로 구성한다.

이와 같이, 메탈을 사용함으로 인해 시인되는 구성품들을 별도의 연결기판(31)에 설치함에 따라 액티브영역(100)에는 투명도전패드(50)와 투명신호선(65)만 배치된다. 따라서, 액티브영역(100)에서는 터치 구성품들이 시인되는 것을 완전하게 회피할 수 있다.

도 10의 예시에서 연결기판(31)의 스위칭소자 집적회로부(115)에는 도 7에 예시된 실시예에서와 같이 각 터치셀(60)마다 할당된 충전신호 TFT(42)와 신호검출용 TFT(44)가 집적 설치된다. 그리고 충전신호 TFT(42) 및 신호검출용 TFT(44)의 각 단자들의 회로적 연결관계는 도 7의 예시와 동일하다. 즉, 도시하지 않았지만, 도 10에서 TFT들의 각 단자들에는 충전신호 공급선(32), 터치신호 검출선(34), 게이트신호선(36), 보조신호선(37)이 연결된다.

TFT를 박막 공정으로 형성하는 경우, TFT의 폭은 10㎛ 내외로 설계할 수 있다. 예를 들어, 스위칭소자 집적회로부(115)의 동일한 열에 TFT를 200개 배치하여도 총 폭을 대략 2mm 정도로 설계할 수 있다. 따라서 터치셀(60)이 고해상도로 배치된다고 하여도 스위칭소자 집적회로부(115)가 형성된 연결기판(31)을 1cm의 폭으로 설계할 수 있을 것이다.

이와 같은 초소형 사이즈의 연결기판(31)은 표시장치 세트 내에 충분히 은폐할 수 있을 것이다. 그럼에도 불구하고, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서는 연결기판(31)을 은폐하기 위한 일실시예를 보여준다.

도 11은 연결기판의 모듈 구성을 예시한 평면도이다. 도 11을 참조하면, 기판(30)의 일측 에지부에는 액티브영역(100)을 제외한 일부 영역이 함몰되어 홈부(28)를 형성한다. 이를 대체하여 액티브영역(100)을 제외한 일부 영역이 절개되어 절개부를 형성할 수도 있다. 상기 홈부(28) 또는 절개부에는 도시한 바와 같이 연결기판(31)이 위치한다. 발명의 이해를 돕기 위해 연결기판(31)을 충분한 크기로 도시하였으나, 실제로 연결기판(31)은 앞서 언급한 바와 같이 매우 작은 크기로 제작될 것이다.

또한, 도시한 예에서는 기판(30)의 하부 중앙에 단일의 홈부(28)를 형성한 것을 예시하였으나, 기판(30)의 양측부에 홈부(28)를 형성하는 등으로 복수의 홈부(28)가 형성될 수도 있다. 이 경우, 연결기판(31) 역시 복수개가 사용될 수 있다.

기판(30)과 연결기판(31)은 도 10에서와 같이 FPC 등과 같은 연결부(29)로 연결된다. 예컨대, 기판(30)의 일측에서 접속선(52)과 본딩된 연결부(29)가 연결기판(31)에 접속된다. 다른 예로서, 하나의 연결기판(31)에 둘 이상의 연결부(29)가 사용될 수도 있다. 예컨대, 기판(30)의 양측부에서 각각 접속선(52)과 본딩된 두 개의 FPC가 인출되고 이 두 개의 FPC가 연결기판(31)에 접속된다.

바람직하게는, 연결기판(31)의 하면에는 드라이브IC(70)가 COG(Chip On Glass) 형태로 실장된다. 연결기판(31)의 하면에 드라이브IC(70)를 실장하고 연결부(29)를 본딩한 후, 도 11에서와 같이 연결기판(31)을 기판(30)의 홈부(28)에 접합하면, 드라이브IC(70)를 외부의 충격으로부터 안전하게 보호할 수 있다. 물론, 드라이브IC(70)는 연결기판(31)의 일측에 COF(Chip On Film) 형태로 실장될 수도 있을 것이다.

한편, 연결기판(31)은 별도의 연결부(29)를 사용하지 않고 기판(30)의 홈부(28)에 직접 본딩될 수도 있다. 예컨대, 기판(30)의 홈부(28) 상면에 접속선(52)과 연결된 연결패드(도시 안됨)를 형성하고, 연결기판(31)의 대향면에는 신호선들과 연결된 연결패드(도시 안됨)를 형성하여, 두 기판을 접합하는 과정에서 투명도전패드(50)에서 인출된 접속선(52)과 스위칭소자 집적회로부(115)에서 인출된 신호선(예컨대, 신호검출용 TFT(44)의 게이트단자에서 인출된 신호선)이 접속되도록 할 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 터치스크린 패널은 기판(30) 상에서 접속선(52)의 교차지점이 발생하지 않으며, 스위칭소자들 및 스위칭소자의 각 단자들에 연결되는 신호선들이 모두 별도의 연결기판(31)에 집적 구성된다. 따라서, 기판(30) 상에서는 단일 레이어(layer)로 매트릭스 형태의 터치셀(60)을 구성할 수 있다. 즉, 기판(30) 상에서는 이종의 레이어를 상호 절연하기 위한 절연층이 요구되지 않는다. 이는 기판(30)의 제조공정을 크게 간소화하고 제품 불량을 최소화 할 수 있는 장점으로 작용한다.

그런데, 보다 높은 터치 해상도를 제공하기 위해서는, 접속선(52)을 구성하는 투명신호선(65)이 좁은 폭으로 설계되고 조밀한 간격으로 배치되어야 하며, 이는 공정상 부담으로 작용할 수 있다. 이러한 공정상 부담을 해소하기 위하여 액티브영역(100) 내에서 투명 구성품들의 패턴을 복수의 레이어로 구성할 수 있다. 이와 같이 구성하면, 각각의 레이어에서 투명도전패드(50)간 간격 및 투명신호선(65)간 간격을 여유있게 설계할 수 있을 것이다.

예컨대, 글래스 또는 필름 재질의 기판(30) 상면에 투명도전층(50) 및 투명신호선(65)이 형성된(서로 중첩되지 않는 영역에 형성된) 복수의 필름이 부착될 수 있다. 또한, 단일 기판(30) 상면에 복수의 투명도전층을 형성하여 복수의 레이어를 형성할 수도 있다. 도 12 내지 15는 액티브영역(100)의 패턴을 복수의 레이어로 구성하는 예를 순차로 보여주는 구성도이며, 도 16은 복수의 레이어를 구성하는 단면 구성 예를 보여주는 단면도이다. 도 12 내지 16을 참조하여, 단일 기판 상에 복수의 레이어로 패턴을 형성하는 예에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 16의 단면도에서와 같이, 기판(30)의 상면에 ITO 등의 투명한 도전물질을 스퍼터링 또는 코팅 등의 공정으로 도포하여 제1투명도전층(82)을 형성한다. 그리고 제1투명도전층(82)을 포토마스크 공정으로 노광하거나 에칭 공정으로 식각하여 도 12에서와 같은 투명도전패드(50) 및 투명신호선(65)을 형성한다. 한편, 도 16에서와 같이 모든 레이어들을 형성한 후에 노광 또는 식각 등의 공정을 진행할 수도 있다. 이러한 공정을 거치면 도 12에서와 같이 투명도전패드(50) 및 투명신호선(65)이 충분한 간격을 두고 형성된다.

다음으로, 비가시영역(110)에 메탈층(83)을 형성한다. 그리고 에칭 등의 공정을 통해 도 13에서와 같이 비가시영역(110)에 메탈신호선(67)을 형성한다.

다음으로, 도 16에 도시된 바와 같이 제1투명도전층(82)의 상부에 제1보호막(84)을 형성한다. 제1보호막(84)은 제1투명도전층(82)을 보호하기 위한 보호막으로서, SiO₂ 등과 같은 절연물질로 형성된다. 제1보호막(84)의 상부에는 도시한 바와 같이 제2투명도전층(85)이 형성된다. 제2투명도전층(85)은 제1투명도전층(82)과 동일한 ITO 등의 투명한 도전물질로 형성된다.

그리고 제2투명도전층(85)을 노광하거나 에칭하여 도 14에 도시된 바와 같은 투명도전패드(50) 및 투명신호선(65)을 형성한다. 도 14에서 제1투명도전층(82)에 의해 형성된 투명도전패드(50) 및 투명신호선(65)은 점선으로 도시하였다.

여기서, 제1투명도전층(82)의 투명신호선(65)과 제2투명도전층(85)의 투명신호선(67)은 상호 교차하는 영역이 없으므로, 제1보호막(84)이 반드시 상,하의 도전층을 절연시킬 필요는 없다. 하지만, 제1보호막(84)이 어느 정도의 절연특성을 갖는다면, 제1투명도전층(82)의 투명신호선(65)들 사이에 제2투명도전층(85)의 투명신호선(65)이 위치하도록 배치할 수 있을 것이다. 이때 서로 다른 레이어의 투명신호선(65)이 중첩되지 않도록 하여, 기생 커패시턴스의 발생을 억제하는 것이 바람직하다.

위와 같은 배선 규칙에 따르면, 비교적 높은 터치 해상도를 제공하면서 터치셀(60)들 사이로 횡단하는 투명신호선(65)들의 폭을 최소화 할 수 있다.

한편, 메탈층(83)과 제2투명도전층(85) 사이에는 제1보호막(84)이 형성되어 있으므로, 제2투명도전층(85)의 투명신호선(65)을 메탈층(83)의 메탈신호선(67)과 접속하기 위해 도 16에 도시한 바와 같이 컨택홀(86) 공정이 요구된다. 컨택홀(86)에 의해 도 15에서와 같은 접속부(66)가 형성된다. 이때, 컨택홀(86)은 비가시영역(110)에 위치하므로, 접촉 저항이 매우 낮은 메탈 컨택(metal contact)으로 컨택홀(86)을 형성할 수 있다.

마지막으로, 공정 중 또는 이동 중에 제2투명도전층(85)을 보호하기 위하여, 도 15에서와 같이 제2투명도전층(85)의 상부에 제2보호막(87)을 더 형성할 수 있다.

도 17은 도 7의 실시예에서 터치입력을 검출하는 예를 보인 파형도이다. 이를 참조하면, 드라이브IC(70)는 각 게이트신호선(36)에 순차적으로 스캔펄스를 제공한다. 드라이브IC(70)에 의해 제공되는 게이트신호 Gn은 충전신호 TFT(42)의 게이트를 활성영역에 진입할 수 있도록 충분한 크기의 전압레벨을 갖는다. 예컨대, 게이트신호 Gn은 충전신호 공급선(32)을 통해 송신되는 위치검출신호 Dn에 비해 3V 이상 크게 설정되는 것이 좋다. 바람직한 실시예로는 Dn의 Hi 전압레벨은 13V이며, Gn의 Hi 전압레벨은 18V이다. 또한, 충전신호 TFT(42)를 안정적으로 턴 오프시키기 위하여 게이트 OFF 전압은 -5~-7V로 설정된다.

게이트신호 Gn은 각 신호들 사이에 충분한 관측시간을 갖는다. 이는 신체의 접근에 의해 신체의 손가락(25)과 투명도전패드(50)가 형성하는 가상의 커패시터(Cf)가 충분한 충전시간을 갖도록 하기 위함이다. 도시된 바와 같이, G1과 G2 사이에는 충분한 관측시간1의 휴지기가 주어진다. 충전신호 공급선(32)을 통해 인가되는 충전신호 Dn은 각 열에서 Gn과 동기하여 인가되는 것이 바람직하다.

드라이브IC(70)는 보조신호선(37)을 통해 관측 전압을 제공한다. 보조신호선(37)을 통해 인가되는 신호 Auxn은 관측시간의 일부 구간에서 반드시 Hi 레벨이어야 하며, 모든 관측시간 구간에서 항상 Hi 레벨로 제공될 수도 있다. 관측신호 Auxn은 Hi 레벨에서 Dn에 의해 손가락(25)과 투명도전패드(50) 사이에 충전되는 전압인 13V에 비해 3V 이상 낮은 관측전압을 제공한다. 예를 들어, Auxn의 관측전압은 5V 정도로 족하다.

한편, 보조신호선(37)은 모두 접지될 수 있다. 이 경우, 드라이브IC(70)는 터치신호 검출선(34)을 통해 소정 전류를 인가한다. 그리고 신호검출용 TFT(44)의 도통에 따라 터치신호 검출선(34)으로 인가된 전류가 변화하는 것을 모니터링하여 터치입력을 인식할 수도 있다.

도 17을 참조하여 터치신호 검출선(34)을 통해 입수되는 파형 및 이를 통해 터치 신호를 획득하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

만약, 게이트신호 G1 및 G2가 인가되는 경우에서처럼, 게이트신호가 인가되고 그 후의 관측시간이 지났는데도 손가락(25)의 접근이 이루어지지 않는다면, 터치신호 검출선(34)을 통해 입수되는 신호 Sn은 도시된 바와 같은 파형을 갖는다. 이는 손가락(25)의 접근이 이루어지지 않아 투명도전패드(50)에서 정전용량이 형성되지 않기 때문이다. 보다 상세하게, 게이트신호 G1이 인가될 때 충전신호 TFT(42)가 도통되고, 이때 신호검출용 TFT(44)의 게이트단자에도 충전신호가 인가되므로 신호검출용 TFT(44) 역시 도통된다. 그런데, 제2신호선(44)의 배선저항과 기생 정전용량이 존재하므로, 도시한 바와 같이 입수되는 신호 S1 및 S2는 Hi 레벨로 상승하는 구간 및 Low 레벨로 하강하는 구간에서 곡선을 갖게 된다. 도시된 바와 같이, G1에 의해 충전신호 TFT(42)가 턴 오프되고 관측시간으로 변경된 직후부터, 신호검출용 TFT(44)의 게이트 전압이 급격하게 하강하여 입수되는 신호 Sn이 완전히 Low 레벨로 하강하기까지의 시간을 "T1"이라 하자. 단 본 파형도에서 충전신호 Dn에 비해 검출신호 Sn에서 발생되는 시간지연은 무시하였다.

만약, 어느 시점에서 도 7에서의 우하단 터치셀(60)에 손가락(25)의 접근이 이루어진다면, 해당 터치셀(60)에서 투명도전패드(50)와 신체의 손가락(25) 사이에는 정전용량이 형성될 것이다. 도 17의 파형도에서 보여지듯이 G3가 Hi 레벨인 구간에서 터치가 발생하였다면, 손가락(25)이 근접하는 순간 가상의 커패시터(Cf)가 형성된다. 이때, 도 17의 파형도에서 S3의 파형이 터치 발생시점에서 왜곡되듯이, 충전 초기에 충전전압의 변동이 있을 수 있다. 하지만, 곧 충전이 완료되면서 S3는 Hi 레벨로 상승한다.

그런데, G3 신호가 관측시간으로 모드가 변경되는 경우, 즉, G3가 OFF되는 경우, 가상의 커패시터(Cf)에 충전된 전하는 고립된다. Cf에 축적된 전하가 자유방전을 하거나 관측시간 이후에 강제방전을 하기 까지 신호검출용 TFT(44)의 게이트측 전압은 유지되려 할 것이며, 방전이 개시되면서 서서히 하강된다. 이에 따라 신호검출용 TFT(44)의 출력파형은 S3의 파형에서 보여지듯 고유의 출력특성을 보인다. 이때, Sn의 파형이 50% 이하로 저하되는데 걸리는 시간을 "T2"라 하자.

도 17의 파형도를 참조하면, T1과 T2는 상당한 시간 차이를 보임을 알 수 있다. 드라이브IC(70)는 위와 같이 Gn의 OFF 이후 터치신호 검출선(34)을 통해 입수되는 신호 Sn의 파형이 하강하는 데 걸리는 시간 또는 일정시점에서의 하강전압(또는 전류)을 판독하여, 터치 신호를 획득할 수 있다.

한편, 도 17의 실시예는 터치를 획득하기 위한 일실시예이며 이와 다른 다른 방법으로도 터지지점을 획득하는 것이 가능하다. 예를 들어, 게이트신호 Gn을 모두 동시에 턴 온 하여 신체와 투명도전패드(50)간에 형성된 가상의 커패시터(Cf)에 충전을 유도한 후 보조신호선(37)에 순차적으로 신호를 인가하여, 출력되는 파형을 관측하는 방법이다. 이와 같이 본 발명의 기술사상에 따라 터치 신호를 획득하는 방법을 여러 가지로 구사할 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.

실시예로 도시하지 않았으나, 도 5, 7 및 8의 실시예는 각 터치셀(60)마다 투명도전패드(50)와 접지 사이에 부가의 커패시터를 추가로 설치할 수 있다. 예컨대, 부가 커패시터는 스위칭소자 집적회로부(115)에서 신호검출용 TFT(44)의 게이트단자와 접지 사이에 설치될 수 있다. 부가되는 커패시터를 "Cadd"라고 한다면, Cadd와 신체의 손가락(25)에 의해 형성되는 가상의 커패시터 "Cf"는 charge sharing을 하며, 이에 따라 신호검출용 TFT(44)의 게이트측 전위를 떨어뜨리거나 충전시간을 더 길게 만들 것이다. 따라서, 이를 검출하면 손가락(25)의 접근에 대하여 보다 안정적으로 터치 신호를 획득할 수 있을 것이다.

이와 같이, 가상의 커패시터 Cf와 Charge sharing을 할 수 있는 부가의 커패시터 Cadd를 더 설치하함에 따라, Cadd의 정전용량을 원하는대로 설계하여 charge sharing 이후에 신호검출용 TFT(44)의 게이트측에 인가되는 전압을 조절할 수 있으며, 이는 곧 터치가 이루어졌을 때 Sn 신호의 파형 하강 기울기를 결정하는 요소가 된다. 즉, 각 신호들의 전압레벨 선택의 폭이 넓어지며 Sn 신호의 하강 기울기를 보다 완만하게 하여 터치 신호를 안정적으로 획득할 수 있는 것이다.

상술한 실시예들과 같이 투명도전패드(50)에 형성되는 가상의 커패시터(Cf)를 충전하여 터치입력을 인식하는 방식이 갖는 기술적 특징은, 투명도전패드(50)와 신호검출용 TFT(44)의 접속점에서의 킥백(kick back)이 터치입력 여부에 따라 크게 변화된다는 점이다. 터치입력에 따른 킥백 차이에 따라 신호검출용 TFT(44)의 출력신호는 수십 배 내지 수만 배의 차이를 가진다. 따라서, 터치입력에 대한 검출 감도 및 정확도가 매우 높다. 또한, 터치신호 검출선(34)으로 수신되는 신호를 디지털 방식으로 처리하여 터치지점의 X, Y 좌표를 동시에 판독하므로, 신호의 판독이 고속으로 이루어지고, 터치지점 판독을 위한 별도의 연산을 요하지 않는다는 기술적 장점을 갖는다.

이하에서는 본 발명에 따른 터치셀 구조가 킥백을 이용하여 터치입력을 검출하는 예에 대하여 설명한다.

도 18은 TFT에 커패시터가 내장 설계되는 예를 보인 단면도이다. 이를 참조하면, TFT를 제조하는 과정에서 TFT의 게이트단자와 드레인단자의 사이 및 게이트단자와 소스단자의 사이에는 커패시터(Cgd, Cgs)가 형성된다. 도시한 바와 같이, 드레인전극(57)이 게이트전극(56)과 오버랩되는 영역에는 커패시터 Cgd가 형성되며, 소스전극(58)이 게이트전극(56)과 오버랩되는 영역에는 커패시터 Cgs가 형성된다. 이들 커패시터(Cgd, Cgs)의 크기는 TFT의 폭 또는 길이에 따라 정해진다. 예컨대, TFT의 폭 또는 길이에 따라 Cgd 및 Cgs는 5fF(femto F) 내지 300fF 정도로 설계된다.

도 19는 TFT에 커패시터가 내장된 상태를 예시한 터치셀 구성도로서, 도 7의 실시예에 따른 터치셀 구조에서 충전신호 TFT(42) 및 신호검출용 TFT(44) 각각에 내장 커패시터가 부가된 상태를 예시한 것이다. 도시한 바와 같이, 신체의 손가락(25)과 투명도전패드(50) 사이에는 터치입력시 가상의 커패시터 "Cf"가 형성된다. 충전신호 TFT(42)를 통해 출력되는 신호는 Cf에 일정시간 저장되며, 이때 TFT에 내장된 커패시터들과 Cf에 의해 투명도전패드(50)에서의 전위에 킥백이 발생한다.

도시한 바와 같이 투명도전패드(50)에서의 전위는 각 TFT의 내장 커패시터 C1, C2, C3의 작용에 의해 결정된다. 여기서, C1, C2, C3는 10fF 내지 300fF 정도로 설계되며, Cf는 터치수단과 투명도전패드(50)의 간격, 대향면적 등을 조절하는 것에 의해 자유롭게 설계될 수 있다. 예컨대, 투명도전패드(50)의 면적을 크게 선택하는 것으로서 도 4의 관계식에 의거하여 Cf 역시 크게 설계된다. 반대로, 투명도전패드(50)의 면적을 작게 선택하는(예를 들어, 1mm² 이하로 선택하는 등으로) 것으로서 Cf는 작게 설계된다. 바람직하게는, Cf는 C1 내지 C3에 비해 2배 내지 수백 배 큰 값으로 선택되며, 예컨대 수십 fF(femto F) 내지 수십 pF(pico F)으로 설계될 수 있다.

도 20은 터치입력 여부에 따른 킥백 파형을 예시한 파형도로서, 도 19의 터치셀 구조에서의 신호의 파형을 보여준다. 도 20을 참조하여, 터치입력 여부에 따른 킥백의 차이를 설명하면 다음과 같다.

충전신호 TFT(42)의 게이트단자에 인가되는 온 전압을 "VH"라고 하고 오프 전압을 "VL"이라고 할 때, 온/오프에 따른 전압차이는 VH에서 VL을 감한 값이 된다. 충전신호 TFT(42)의 입력단자(In1)에 "V1"의 크기를 가지는 전압을 인가하고 게이트단자(Cont1)에 VH를 인가하여 충전신호 TFT(42)를 턴 온 시키면, 투명도전패드(50)에 터치입력이 발생하지 않은 경우에는 충전신호 TFT(42)의 출력단자(Out1)에서 측정되는 전압이 "Out1-A"의 파형에서와 같이 "V2"이다. 여기서, 신호선의 배선이나 기생저항 등에 의한 과도응답특성은 무시하였다. 소정 시간 후에 충전신호 TFT(42)의 게이트단자(Cont1)에"VL"을 인가하여 충전신호 TFT(42)를 턴 오프 시키면, 충전신호 TFT(42)의 출력단자(Out1)에서 측정되는 전압은 전압강하 된다. 이때, 도 19의 회로도에서와 같이 C1, C2, C3가 접속되어 있으므로, Out1-A의 파형에서 터치입력 미발생시의 킥백 전압 "KB1"은 다음과 같은 수식1로 정의한다.

----- 수식1

예컨대, VH가 10V이고, VL이 -5V이고, V1이 8V이고, C1이 C2 및 C3의 합과 같은 크기라면 킥백 전압 KB1은 7.5V이다. 즉, Out1-A의 파형에서 V2는 8V로부터 0.5V로 낮아지게 된다. 또한, 이러한 전압강하는 투명도전패드(50)에서의 전위가 8V에서 0.5V로 낮아지는 것을 의미한다.

한편, 도 20에서 "Out1-B"로 표시된 파형은 투명도전패드(50)에 대해 손가락(25)이 접근하는 터치입력이 발생한 경우, 충전신호 TFT(42)의 출력단자(Out1)에서 측정되는 전압의 파형이다. 다른 조건들은 위에서와 동일하나, 이 경우에는 손가락(25)과 투명도전패드(50) 사이에서 정전용량 Cf가 형성된 상태이므로, Out1-B의 파형에서 터치입력 발생시의 킥백 전압 "KB2"는 다음과 같은 수식2로 정의한다.

----- 수식2

만약, Cf가 C1의 3배의 크기를 갖는다면, 킥백 전압 KB2는 3V이다. 즉, Out1-B의 파형에서 V2는 8V로부터 5V로 낮아지게 된다.

도 20에서 Out2-A 및 Out2-B는 신호검출용 TFT(44)의 출력단자(Out2)에서 출력되는 신호의 크기(본 예시에서는 전류값)를 예시한 것으로서 각각 Out1-A 및 Out1-B와 유사한 형태의 파형을 갖는 것을 알 수 있다.

앞서 살펴본 바와 같이, 우리는 터치수단과 투명도전패드(50)의 간격 및 대향면적을 조절하는 것으로 Cf의 크기를 선택할 수 있으며, Cf를 C1에 비해 큰 배율로 설계할수록 KB1에 비해 KB2의 분모값이 높은 배율로 커지게 되며, KB1과 KB2의 차이를 크게 가져갈 수 있다.

도 21은 TFT의 게이트전압 대비 출력전류의 특성을 보인 그래프로서, 이를 참조하면 TFT가 게이트단자에 인가되는 신호에 대비하여 출력신호가 로그함수를 갖는 것을 알 수 있다. 도 21을 참조하면, TFT의 게이트단자에 인가되는 제어전압인 Vgs가 15V일 때에는 약 1uA의 Ids가 흐르는 반면에, Vgs가 0V인 경우에는 100pA의 Ids가 흐르는 것을 알 수 있다. 즉, 제어전압이 15V에서 0V로 전압강하되는 경우, 출력전류는 약 만 배 정도의 차이를 갖는다.

즉, C1, C2, C3 및 그에 대비한 Cf의 배율을 적절하게 선택하는 것으로서, KB1과 KB2의 차이를 적절하게 설계할 수 있고, 그에 따라 터치입력 여부에 의한 신호검출용 TFT(44)의 출력신호를 수십 배 내지 수만 배의 차이가 나도록 할 수 있다. 따라서, 터치입력 검출이 용이할 뿐만 아니라 검출정확도 및 신뢰도가 매우 높고, 신호의 하이/로우 레벨을 검출하는 디지털 검출방식으로 터치입력을 검출할 수 있는 기술적 장점을 갖는다. 또한, 이러한 기술적 장점에 의해 터치셀(60)의 크기를 매우 작게 가져갈 수 있다.

한편, 전술한 실시예에서는 스위칭소자로서 TFT를 언급하였으며, TFT는 도 18에서와 같이 게이트메탈 및 소스메탈이 적층되는 구조에 기인하여 내장 커패시터가 존재하였으나, TFT가 아닌 다른 스위칭소자(내장 커패시터가 존재하지 않는)로 대체되는 경우에는 도 19의 회로도에서와 같이 스위칭소자에 커패시터를 부가하는 것으로 킥백 효과를 얻을 수 있을 것이다. 또한, 전술한 실시예에서는 전압 구동형인 TFT를 언급하였으나, 다른 스위칭소자로 대체되는 경우 구동 방식 및 검출 방식은 달라질 수 있다. 예컨대, BJT나 IGBT와 같은 스위칭소자는 전류 구동형으로 동작되며, 제어단자에 인가되는 전류에 비해 수십 배 이상의 전류가 출력된다. 따라서, BJT나 IGBT와 같은 스위칭소자는 터치입력 여부에 따라 킥백의 차이를 부여하면, 작은 차이의 제어전류에 비해 수십 배 이상의 차이를 보이는 출력전류 특성을 얻을 수 있다.

도 22는 비교기를 이용하여 터치입력을 검출하는 예를 보인 도면이고, 도 23은 비교기를 이용한 검출시 파형을 예시한 파형도로서, 신호검출용 TFT(44)의 출력신호의 하이/로우 레벨을 디지털 방식으로 검출하여 터치입력을 인식하는 예를 보여준다.

신호검출용 TFT(44)를 통해 검출되는 신호 Sn은 도 22에서와 같이 비교기로 입력되어 기준신호와 비교된다. 앞서 살펴본 바와 같이, 터치입력 발생 유무에 따라 신호검출용 TFT(44)의 검출신호 차이가 크므로, 비교기에서의 신호검출은 매우 용이하다. 또한, 비교기의 출력은 하이나 로우의 레벨을 갖는 디지털 신호로서, 드라이브IC(70)에서 별도의 신호변환 없이 이를 판독할 수 있다.

예컨대, 도 23에서와 같이, 터치입력이 발생하여 신호검출용 TFT(44)의 출력신호 Sn이 t1 구간에서 하이로 될 때, Sn은 기준신호보다 커지며 비교기의 출력은 회로 구성에 따라 하이나 로우가 된다. 터치입력이 중단되거나 정해진 시간 이후 신호가 소멸되는 t2 구간에서는 Sn이 로우로 하강하며, Sn은 기준신호보다 작아지고 비교기의 출력은 회로 구성에 따라 로우나 하이가 된다. 따라서, 드라이브IC(70)는 비교기의 출력을 디지털 방식으로 처리할 수 있다. 여기서, 비록 도시한 예에서는 Sn의 하이와 로우의 차이가 작은 것으로 보이지만, 앞서 언급한 바와 같이 이 차이는 수십 배 내지 수만 배이다. 따라서, 노이즈에 의해 터치입력이 오인식되는 경우가 거의 발생하지 않는다.

도 22 및 23의 예에서와 같이 비교기를 이용하여 터치입력을 검출하는 경우, 기준신호가 사용된다. 기준신호는 드라이브IC(70)에서 별도의 기준신호 생성부를 구성하여 만들 수 있을 것이다.

그런데, 기준신호가 일정하게 주어지는 것은 터치입력에 대한 판독오류를 야기할 수 있다. 예컨대, 온도나 경년변화 등의 요인에 의해 충전신호 TFT(42)의 특성이 변하여 동일한 출력전류 생성을 위한 Vgs에 2V 정도의 전압변동이 발생하였다고 가정해보자. 도 21의 그래프를 참조하면, Vgs가 0(zero)에서 2V 정도로 변경되는 구간에서 출력전류인 Ids의 차이는 백 배이다. 만약, 터치입력 여부를 Vgs 0V일 때와 Vgs 15V일 때의 차이로 검출한다면, Ids의 차이는 만 배이므로, 기준신호를 터치입력 발생 여부에 따른 신호검출용 TFT(44)의 출력신호의 사이값(즉, 백 배의 차이를 갖는 전류값)으로 정할 수 있다. 즉, Vgs 2V에서의 전류값으로 기준신호를 설정할 수 있다. 여기서, "사이값"이라 함은 반드시 중간의 값을 의미하는 것은 아니다. 예컨대, 열 배의 차이를 갖는 전류값 또는 천 배의 차이를 갖는 전류값이 기준신호가 될 수도 있다.

그런데, 충전신호 TFT(42)의 출력전압이 2V 변동되는 경우, 터치입력이 발생하지 않았음에도 불구하고 신호검출용 TFT(44)의 출력이 기준신호에 근접한다. 이때, 외란 등의 영향으로 인해 터치입력이 발생하지 않았음에도 터치입력을 검출한 것으로 오작동할 수 있다.

본 발명은 위와 같은 기준신호 설정에 따른 오작동을 방지하기 위해 센싱셀(61)을 이용한다. 센싱셀(61)은 패널 상에 설치되며, 터치입력 검출을 위한 터치셀(60)과 유사한 구조로 구성된다. 이와 같이 터치셀(60)과 유사한 구조를 갖는 센싱셀(61)은 터치셀(60)과 마찬가지로 동일한 온도 조건 및 경년변화를 갖는다. 예를 들어, 온도나 경년변화에 기인하여 터치셀(60)의 TFT가 2V의 전압변동이 있었다면, 센싱셀(61) 역시 동일한 전압변동의 기준신호를 발생시킨다. 따라서, 온도 및 경년변화와 같은 요인에 의한 판독오류를 줄일 수 있다.

도 24 및 25는 센싱셀(61)의 일예를 보여준다. 도 5, 7 및 8의 실시예에서와 같이 터치입력 검출은 신호검출용 TFT(44)의 출력신호를 통해 얻어진다. 이처럼 하나의 TFT를 경유하여 출력신호가 얻어지는 경우에 대응하여, 도 24의 실시예에서와 같이 센싱셀(61)은 하나의 센싱스위칭소자(64)로 구성될 수 있다. 본 예시에서도 센싱스위칭소자(64)는 TFT이며, 이하에서는 센싱TFT(64)로 언급되고 동일한 도면부호를 부여한다.

경우에 따라서는 신호검출용 TFT(44)의 후단에 별도의 신호검출을 위한 TFT가 병렬로 부가될 수 있으므로, 이 경우에는 도 25에서와 같이 센싱셀(61)이 제1센싱TFT(64a) 및 제2센싱TFT(64b)가 순차로 연결된 구성을 가질 수 있다. 도시된 예에서는 센싱셀(61)의 설치 위치가 명시되지 않았지만, 센싱셀(61)은 연결기판(31) 상의 어느 영역에도 설치될 수 있다.

센싱셀(61)을 구성하는 센싱TFT(64)는 터치셀(60)의 투명도전패드(50) 후단의 신호검출용 TFT(44)와 동일한 회로구성을 갖는다. 센싱TFT(64)의 드레인단자는 보조신호선(36)에 연결되며, 소스단자는 터치신호 검출선(34)에 연결된다. 다만, 센싱TFT(64)의 게이트단자에는 도전패드가 접속되지 않으며, 게이트단자에는 별도의 게이트신호를 인가할 수 있다. 다른 예로서, 게이트단자에 충전신호 TFT(42)와 동일한 회로 구성을 갖는 TFT를 더 부가할 수도 있다.

드라이브IC(70)는 센싱TFT(64)의 게이트단자에 소정 제어신호를 인가한다. 이 제어신호는 "터치입력 미발생시 터치셀(60)의 신호검출용 TFT(44)의 제어단자에 인가되는 신호"와 "터치입력 발생시 터치셀(60)의 신호검출용 TFT(44)의 제어단자에 인가되는 신호"의 사이값에 대응하는 신호이다. 예컨대, 상술한 예시에서 센싱TFT(64)의 제어단자에는 2V가 인가될 것이다. 만약, 센싱TFT(64)의 게이트단자에 2V를 인가하면, 센싱TFT(64)의 출력은 Vgs가 2V인 경우의 Ids 값에 대응할 것이다. 그런데, 만약 터치셀(60)의 TFT가 온도나 경년변화에 의해 전압변동이 발생한 경우, 센싱TFT(64) 역시 같은 조건으로 전압변동이 발생하므로, 센싱TFT(64)에서 출력되는 기준신호 역시 변동된다. 따라서, 위와 같이 온도 조건이나 경년변화에 의한 오작동을 방지하고 터치입력을 안정적으로 검출할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 몇가지 실시예들을 살펴보았다. 그러나 본 발명은 전술한 실시예들의 기본적인 구성에 몇가지 구성품들이 추가될 수 있다. 위에서 열거한 실시예들 이외에도, 각 터치셀(60)은 추가의 스위칭소자, 커패시터, 저항 또는 기타 다른 전기소자들을 더 포함할 수 있다.

이와 같이 이상 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

20 : 보호판 22 : 패턴
25 : 손가락 28 : 홈부
29 : 연결부 30 : 기판
31 : 연결기판 32 : 충전신호 공급선
34 : 터치신호 검출선 36 : 게이트신호선
37 : 보조신호선 42 : 충전신호 스위칭소자
43 : 게이트 절연막 44 : 신호검출용 스위칭소자
46 : 활성층 47 : 오믹접촉층
50 : 투명도전패드 52 : 접속선
56 : 게이트전극 57 : 드레인전극
58 : 소스전극 60 : 터치셀
61 : 센싱셀 64 : 센싱스위칭소자
64a : 제1센싱TFT 64b : 제2센싱TFT
65 : 투명신호선 66 : 접속부
67 : 메탈신호선 70 : 드라이브IC
71 : 신호송수신부 72 : 타이밍 제어부
73 : 신호처리부 74 : 메모리수단
75 : CPU 82 : 제1투명도전층
83 : 메탈층 84 : 제1보호막
85 : 제2투명도전층 86 : 컨택홀
87 : 제2보호막 100 : 액티브영역
105 : 가시영역 110 : 비가시영역
115 : 스위칭소자 집적회로부 120 : 에지배선부
200 : 표시장치 210 : 하부기판
220 : 액정층 230 : 상부기판
240 : 투명접착층

Claims

신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 전기적 특성을 갖는 터치수단의 비접촉 터치입력을 검출하는 터치스크린 패널에 있어서,
광투과성 재료로 구성되는 기판(30);
상기 기판(30)의 액티브영역(100)에 매트릭스 형태로 배열되며, 각각 투명도전패드(50)를 구비한 터치셀(60);
상기 투명도전패드(50)에 연결되며, 상기 액티브영역(100)에서는 적어도 투명신호선(65)으로 배선되는 접속선(52);
상기 기판(30)에 연결되는 연결기판(31)에 배치되며, 상기 접속선(52)과 연결되어 상기 투명도전패드(50)에 충전신호를 인가하고, 투명도전패드(50)에서의 신호를 검출하기 위한 신호검출용 스위칭소자(44)를 포함하는 스위칭소자 집적회로부(115); 및
상기 스위칭소자 집적회로부(115)를 통해 터치셀(60)에 충전신호를 공급하고 스위칭소자 집적회로부(115)의 신호검출용 스위칭소자(44)에서 검출된 신호로부터 터치입력 좌표를 인식하는 드라이브IC(70);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 충전식 터치스크린 패널.
제 1항에 있어서,
상기 기판(30)은 액티브영역(100)을 제외한 일부 영역이 절개되어 절개부를 형성하거나 일부 영역이 함몰되어 홈부(28)를 형성하고, 상기 절개부 또는 홈부(28)에는 상기 연결기판(31)이 위치하는 것을 특징으로 하는 충전식 터치스크린 패널.
제 1항에 있어서,
상기 신호검출용 스위칭소자(44)는 상기 투명도전패드(50)에 게이트단자가 접속되며, 투명도전패드(50)에서의 신호에 따라 턴 온/오프 되어 검출신호를 스위칭하는 3단자형 스위칭소자인 것을 특징으로 하는 충전식 터치스크린 패널.
제 3항에 있어서,
상기 스위칭소자 집적회로부(115)는 상기 투명도전패드(50)에 충전신호를 스위칭하여 인가하는 충전신호 스위칭소자(42)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 충전식 터치스크린 패널.
제 4항에 있어서,
상기 충전신호 스위칭소자(42)는 3단자형 스위칭소자이며, 상기 드라이브IC(70)는 상기 충전신호 스위칭소자(42)의 게이트단자에 게이트 구동신호를 스캔 공급하는 것을 특징으로 하는 충전식 터치스크린 패널.
제 1항에 있어서,
상기 신호검출용 스위칭소자(44)는 상기 투명도전패드(50)에 충전신호를 스위칭하여 인가하는 충전신호 스위칭 동작을 함께 수행하는 것을 특징으로 하는 충전식 터치스크린 패널.
제 6항에 있어서,
상기 신호검출용 스위칭소자(44)는 3단자형 스위칭소자이며, 상기 드라이브IC(70)는 상기 신호검출용 스위칭소자(44)의 게이트단자에 게이트 구동신호를 스캔 공급하는 것을 특징으로 하는 충전식 터치스크린 패널.
제 3항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 신호검출용 스위칭소자(44)는 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) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 충전식 터치스크린 패널.
제 5항에 있어서,
상기 충전신호 스위칭소자(42) 및 신호검출용 스위칭소자(44)는 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) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 충전식 터치스크린 패널.
제 3항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 신호검출용 스위칭소자(44)는 복수개의 메탈층을 갖는 구조인 것을 특징으로 하는 충전식 터치스크린 패널.
제 5항에 있어서,
상기 충전신호 스위칭소자(42) 및 신호검출용 스위칭소자(44)는 복수개의 메탈층을 갖는 구조인 것을 특징으로 하는 충전식 터치스크린 패널.
제 1항에 있어서,
상기 기판(30)은 액티브영역(100) 주변으로 광이 투과되지 않는 비가시영역(110)을 구비하며, 상기 비가시영역(110)에서 상기 접속선(52)은 메탈신호선(67)으로 배선되는 것을 특징으로 하는 충전식 터치스크린 패널.
제 12항에 있어서,
상기 비가시영역(110)에는 상기 투명신호선(65)과 상기 메탈신호선(67)이 접속되는 접속부(66)가 형성된 것을 특징으로 하는 충전식 터치스크린 패널.
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 드라이브IC(70)는 상기 터치셀(60)의 좌표값에 대응하는 주소들을 갖는 메모리수단(74)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충전식 터치스크린 패널.
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 드라이브IC(70)는 마이크로프로세서(75)가 내장된 IC임을 특징으로 하는 충전식 터치스크린 패널.
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 투명도전패드(50)는 복수의 레이어에 형성되는 것을 특징으로 하는 충전식 터치스크린 패널.
제 16항에 있어서,
상기 투명도전패드(50)는 절연층을 사이에 둔 서로 다른 박막에 형성되어 복수의 레이어를 형성하는 것을 특징으로 하는 충전식 터치스크린 패널.
제 16항에 있어서,
상기 투명도전패드(50)는 복수의 시트에 형성되어 복수의 레이어를 형성하는 것을 특징으로 하는 충전식 터치스크린 패널.