KR102381284B1

KR102381284B1 - 터치 센서를 포함하는 터치 패널

Info

Publication number: KR102381284B1
Application number: KR1020140041624A
Authority: KR
Inventors: 김태준; 이병준; 한관영; 정환희
Original assignee: 삼성디스플레이 주식회사
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2022-03-31
Also published as: KR20150116932A; US20150287381A1; US9411479B2

Abstract

본 발명의 일 실시예에 다른 터치 패널은 기판; 상기 기판 위에 위치하는 제1 터치 전극층 및 제2 터치 전극층; 및 상기 제1 및 제2 터치 전극층 사이에 위치하는 절연층을 포함한다. 상기 제1 터치 전극층은 서로 독립적으로 신호를 인가받을 수 있는 복수의 제1 터치 전극을 포함하고, 각각의 제1 터치 전극은 소정 간격으로 배치된 복수의 부전극(sub-electrode) 및 상기 부전극을 서로 연결하는 복수의 연결부를 포함한다.

Description

터치 센서를 포함하는 터치 패널{TOUCH PANEL COMPRISING TOUCH SENSOR}

본 발명은 터치 센서를 포함하는 터치 패널에 관한 것이다.

유기 발광 표시 장치(organic light emitting diode display, OLED), 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD), 전기영동 표시 장치(electrophoretic display, EPD) 등의 평판 표시 장치(flat panel display, FPD)는 전기장 생성 전극과 전기 광학 활성층(electro-optical active layer)을 포함하는 표시 패널(display panel)을 포함한다. 전기 광학 활성층으로서, 유기 발광 표시 장치, 액정 표시 장치 및 전기 영동 표시 장치의 패널은 각각 유기 발광층, 액정층 및 전하를 띤 입자를 포함한다. 전기장 생성 전극은 박막 트랜지스터 등의 스위칭 소자에 연결되어 데이터 신호를 인가받을 수 있고, 전기 광학 활성층은 이러한 데이터 신호를 광학 신호로 변환함으로써 영상을 표시한다.

최근 이러한 표시 장치는 표시 패널(display panel)에 의한 영상을 표시하는 기능 이외에 사용자와의 상호 작용이 가능한 터치 감지 기능을 포함할 수 있다. 터치 감지 기능은 사용자의 손가락이나 터치 펜(touch pen) 등이 화면에 접촉 또는 근접하면 화면에 가한 압력, 전하, 빛 등의 변화를 감지함으로써 물체가 화면에 터치되었는지 여부 및 그 터치 위치 등의 터치 정보를 알아내는 것이다. 표시 장치는 이러한 터치 정보에 기초하여 영상 신호를 입력받을 수 있다.

터치 감지 기능은 터치 전극을 포함하는 정전 용량 방식의 터치 센서에 의해 구현될 수 있다. 예컨대 정전 용량 방식의 터치 센서에서, 다수의 터치 전극은 서로 연결되어, 서로 절연되어 있는 복수의 터치 전극행과 복수의 터치 전극열을 이룰 수 있고, 각각의 터치 전극행과 터치 전극열에는 터치 신호선을 통해 구동 신호가 인가된다. 터치 센서는 터치 전극행과 터치 전극열을 터치 전극행과 터치 전극열 간에 형성되는 상호 축전기(mutual capacitor)를 이용하는 방식으로 구동할 수 있고, 터치 전극행과 터치 전극열 각각이 독자적으로 형성되는 자가 축전기(self-capacitor)를 이용하는 방식으로 구동할 수 있다. 하지만 터치 전극이 연결되어 터치 전극행과 터치 전극열을 형성하는 터치 센서를 자가 축전기 방식으로 구동할 경우, 전극 단위가 아닌 전극행 및 전극열 단위로 순차 구동(sequential driving)하기 때문에, 고스트 터치(ghost touch)로 인해 멀티 터치를 감지하지 못한다.

한편, 터치 센서가 형성되어 있는 패널을 터치 패널이라고 하는데, 터치 센서 기능이 있는 표시 패널도 터치 패널이라고 부른다.

본 발명의 목적은 상호 축전기 방식 및 자가 축전기 방식으로 구동할 수 있으며, 두 방식에서 모두 멀티 터치를 감지할 수 있는 터치 전극 구조를 가진 터치 센서를 포함하는 터치 패널을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 또한 서로 다른 층에 있는 터치 전극 간에 커플링(coupling)을 방지할 수 있는 터치 전극 구조를 가진 터치 센서를 포함하는 터치 패널을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 또한 터치 감지 영역이 균일하게 분포하는 터치 센서를 포함하는 터치 패널을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 제2 터치 전극층은 복수의 제2 터치 전극을 포함하고, 제2 터치 전극은 제1 방향으로 서로 연결되어 있는 제1 전극 및 제2 방향으로 서로 연결되어 있는 제2 전극을 포함할 수 있다.

상기 제1 방향은 행 방향이고, 상기 제1 방향으로 연결되어 있는 제1 전극은 전극행을 이루고, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 실질적으로 수직인 열 방향이고, 상기 제2 방향으로 연결되어 있는 제2 전극은 전극열을 이루며, 상기 제2 전극층은 서로 절연되게 교차하는 복수의 상기 전극행 및 복수의 상기 전극열을 포함할 수 있다.

상기 제2 터치 전극은 전극이 형성되어 있지 않은 개구부를 포함할 수 있다.

상기 제1 터치 전극의 부전극과 상기 제2 터치 전극의 개구부가 중첩할 수 있다.

상기 개구부의 면적이 상기 부전극의 면적보다 클 수 있다.

상기 제1 터치 전극의 부전극과 상기 제2 터치 전극은 1:1 관계로 대응할 수 있다.

상기 제1 터치 전극층의 제1 터치 전극마다 터치 신호선이 연결되어 있을 수 있다. 상기 각각의 제1 터치 전극에 연결되어 있는 각각의 터치 신호선은 감지 입력 신호 및 감지 출력 신호를 전송할 수 있다.

상기 제2 터치 전극층의 전극행마다 그리고 전극열마다 터치 신호선이 연결되어 있을 수 있다.

상기 전극행에 연결되어 있는 터치 신호선은 감지 입력 신호를 전송하고 상기 전극열에 연결되어 있는 터치 신호선은 감지 출력 신호를 전송할 수 있다.

상기 부전극은 실질적으로 직사각형 또는 직각 삼각형이고, 부전극 간의 간격이 실질적으로 동일할 수 있다.

상기 연결부는 제1 터치 전극과 동?聆? 층에 위치하고 상기 제1 터치 전극과 동일한 물질로 형성되어 있을 수 있다.

상기 제2 터치 전극은 실질적으로 직사각형 또는 직각 삼각형이고, 제2 터치 전극 간의 간격이 실질적으로 동일할 수 있다.

상기 제1 방향으로 서로 연결되어 있는 제1 전극은 상기 제1 전극과 동일한 층에 위치하는 제1 연결부에 의해 연결되어 있고, 상기 제2 방향으로 서로 연결되어 있는 제2 전극은 상기 제1 연결부와 절연되게 위치하는 제2 연결부에 의해 서로 연결되어 있을 수 있다.

상기 제2 연결부는 상기 제1 터치 전극과 동일한 층에 위치하며 상기 제1 전극과 동일한 물질로 형성되어 있을 수 있다.

상기 제2 연결부는 상기 절연층에 형성된 접촉 구멍을 통해 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되어 있을 수 있다.

상기 터치 패널은 하부 기판, 상부 기판 및 이들 사이에 위치하는 표시층을 포함하고, 상기 터치 전극층이 그 위에 위치하는 기판은 상기 상부 기판일 수 있다.

본 발명에 따른 터치 패널은 상호 축전기 방식 및 자가 축전기 방식으로 구동할 수 있으며, 두 방식에서 모두 멀티 터치를 감지할 수 있다.

또한, 서로 다른 층에 위치하는 터치 전극 간에 커플링을 거의 발생하지 않고, 스타일러스(stylus) 같이 뾰족한 물체에 의한 터치를 감지하는 터치 영역의 모든 영역에 걸쳐 감지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서를 포함하는 터치 패널을 개략적으로 나타낸 배치도이다.
도 2는 도 1에 도시된 터치 패널의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도로서, 도 1의 A-A 선을 따라 자른 단면의 일 예를 나타난다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널에서 터치 센서의 층 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 터치 센서의 평면도이다,
도 5는 도 3의 터치 센서에서 제1 터치 전극층의 평면도이다.
도 6은 도 3의 터치 센서에서 제2 터치 전극층의 평면도이다.
도 7은 도 3의 터치 센서에서 제1 터치 전극층의 한 전극을 제2 터치 전극층의 전극들과 함께 도시한 평면도이다.
도 8은 도 7에서 B-B 선을 따라 자른 단면의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 9는 도 7에서 C-C 선을 따라 자른 단면의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서 및 터치 제어부의 회로도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널에서 한 화소의 등가 회로도이다.

첨부한 도면을 참고로 하여, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

본 발명의 실시예에 따른 터치 센서를 포함하는 터치 패널에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서를 포함하는 터치 패널을 개략적으로 나타낸 배치도이고, 도 2는 도 1에 도시된 터치 패널의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도로서, 도 1의 A-A 선을 따라 자른 단면의 일 예를 나타난다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널(10)은 손이나 펜 같은 외부 물체의 접촉을 포함하는 터치 센서를 포함한다. 터치 센서는 표시 패널의 기판의 외면(outer surface)에 형성될 수 있고 (on-cell type), 표시 패널 내부에 형성될 수도 있다 (in-cell type). 또한, 터치 센서는 별도의 패널에 형성되어 유기 발광 표시 장치, 액정 표시 장치 등의 표시 패널 위에 부착되어 있을 수 있다 (add-on type).

본 명세서에서, 터치 센서가 형성되어 있는 표시 패널, 터치 센서가 형성되어 있는 별도의 패널 등을 통칭하여 터치 패널이라고 칭한다. 이하, 주로 유기 발광 표시 장치의 표시 패널의 기판의 외면에 터치 센서가 형성되어 있는 on-cell type의 터치 패널을 예로 들어 본 발명의 실시예에 따른 터치 패널을 상세하게 설명하기로 한다. 하지만, 터치 패널의 유형이나, 표시 장치의 종류가 이에 제한되는 것은 아니다.

터치 센서가 표시 패널에 형성되어 있는 경우, 터치 패널(10)은 영상을 표시하고 터치를 감지한다. 터치 패널(10)은 평면 구조로 볼 때 실제 영상이 표시되는 표시 영역(display area, DA), 터치를 감지할 수 있는 터치 영역(touch area) 및 표시 영역(DA) 주변의 주변 영역(peripheral area, PA)을 포함한다.

터치 영역(TA)은 물체가 터치 패널(10)에 직접 접촉(contact)하는 경우(접촉 터치)뿐만 아니라, 근접하거나 접근한 상태에서 움직이는(hovering) 경우(비접촉 터치), 이러한 접촉이나 움직임을 터치로서 감지할 수 있는 영역이다. 터치 영역(TA)은 표시 영역(DA)과 중첩할 수 있고, 대략 일치할 수도 있다.

도 2를 참조하면, 터치 패널(10)은 서로 마주보는 하부 기판(100)과 상부 기판(300)을 포함하고, 하부 기판(100) 위에 형성된 표시층(200)과, 상부 기판(300) 위에 터치 센서를 형성하는 터치 전극층(400)을 포함한다. 하부 기판(100)과 상부 기판(300)은 주변 영역(PA)에서 밀봉체(sealant)(500)에 의해 밀봉되어 있다.

유리 기판 또는 플라스틱 기판 같은 투명 절연체로 이루어진 하부 기판(100) 위에 위치하는, 전기 광학 활성층을 포함하는 표시층(200)은 복수의 화소 및 화소와 연결되어 구동 신호를 전달하는 복수의 표시 신호선(도시되지 않음)을 포함하고, 주로 표시 영역(DA)에 위치한다. 표시층(200)은 복수의 화소를 포함하고 표시 제어부(20)의 제어 하에 각 화소의 색상과 계조의 조합에 의해 영상을 표시한다. 유기 발광 표시 장치의 경우 표시층(200)은 광학 활성층으로서 발광층을 포함하고, 발광층은 유기 발광 다이오드인 발광 소자를 포함한다.

유리 같은 투명 절연체로 이루어진 상부 기판(300) 위에 형성되어 있는 터치 전극층(400)은 제1 터치 전극층(410)과 제2 터치 전극층(420)을 포함한다. 터치 전극층(400)은 주로 터치 영역(TA)에 위치한다. 제1 터치 전극층(410)과 제2 터치 전극층(420)은 절연층(도시되지 않음)에 의해 서로 분리되어 있다. 제1 터치 전극층(410)과 제2 터치 전극층(420) 중 하나는 자가 감지 축전기 방식에 의한 터치 센서를 형성하기 위한 것이고, 다른 한 터치 전극층은 상호 감지 축전기 방식에 의한 터치 센서를 형성하기 위한 것이지만, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 터치 전극층(410)은 복수의 제1 터치 전극(도시되지 않음)을 포함하고, 제2 터치 전극층(420)도 복수의 제2 터치 전극(도시되지 않음)을 포함한다. 제1 터치 전극과 제2 터치 전극은 서로 다른 패턴을 가지며 실질적으로 중첩하지 않는데, 이에 대해서는 도 3 내지 8을 참조하여 후술한다.

하부 기판(100)과 상부 기판(300)이 서로 마주하는 주변 영역(PA)에는 밀봉체(500)가 위치한다. 밀봉체(500)는 표시 영역(DA)의 둘러 폐곡선을 형성할 수 있다. 밀봉체(500)는 하부 기판(100)과 상부 기판(300)을 결합시키며, 수분, 산소 등의 불순물이 외부에서 하부 기판(100)과 상부 기판(300) 사이로 침투하는 것을 차단한다.

유기 발광 표시 장치의 경우, 상부 기판(300)은 밀봉 기판으로서 기능할 수 있다. 즉, 상부 기판(300)은 발광 소자(도시되지 않음)를 밀봉하여 외부로부터 수분 및/또는 산소가 침투하는 것을 방지할 수 있다.

발광 소자는 애노드인 화소 전극(도시되지 않음), 캐소드인 공통 전극(도시되지 않음) 및 이들 사이에 위치하는 유기 발광층(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 유기 발광층은 각각 적색, 녹색 및 청색을 발광하는 적색 유기 발광층, 녹색 유기 발광층 및 청색 유기 발광층을 포함할 수 있으며, 이들은 각각 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소에 형성되어 컬러 화상을 구현하게 된다. 유기 발광층은 적색 유기 발광층, 녹색 유기 발광층 및 청색 유기 발광층을 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소에 모두 함께 적층하고, 각 화소별로 적색 색필터, 녹색 색필터 및 청색 색필터를 형성하여 컬러 화상을 구현할 수도 있다.

터치 전극층(400) 위에는 외부광의 반사를 줄일 수 있는 반사 방지층(610)이 위치할 수 있다. 반사 방지층(610)은 선편광판, 위상차판 등을 포함하는 편광층일 수 있다.

반사 방지층(610) 위에는 하부 기판(100), 표시층(200), 상부 기판(300), 터치 전극층(400) 등을 보호하기 위해, 예컨대 유리로 이루어진 윈도우(700)가 위치할 수 있다. 윈도우(700)의 가장 자리에는 상부 기판(300)과 마주하는 면에 차광층(도시되지 않음)이 위치할 수 있다. 윈도우(700)는 레진 같은 접착성 물질을 포함하는 접착층(620)을 통해 반사 방지층(610)에 부착될 수 있다.

이제 도 3 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 터치 전극층에 대해 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널에서 터치 센서의 층 구조를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 터치 센서의 평면도이고, 도 5는 도 3의 터치 센서에서 제1 터치 전극층의 평면도이고, 도 6은 도 3의 터치 센서에서 제2 터치 전극층의 평면도이고, 도 7은 도 3의 터치 센서에서 제1 터치 전극층의 한 전극을 제2 터치 전극층의 전극들과 함께 도시한 평면도이다. 도 8은 도 7에서 B-B 선을 따라 자른 단면의 일 예를 나타내는 단면도이고, 도 9는 도 7에서 C-C 선을 따라 자른 단면의 일 예를 나타내는 단면도이다.

도 3을 참조하면, 터치 전극층(400)은 제1 터치 전극층(410) 및 제2 터치 전극층(420)을 포함하고, 이들 사이에 절연층(430)이 위치한다. 제1 터치 전극층(410)과 제2 터치 전극층(420)은 서로 다른 방식으로 터치를 감지할 수 있다. 예컨대, 제1 터치 전극층(410)은 자가 축전기 방식으로 구동될 수 있고, 제2 터치 전극층(420)는 상호 축전기 방식으로 구동될 수 있다. 또한, 제1 터치 전극층(410)은 호버링 같은 비접촉 터치를 감지하도록 구동될 수 있고, 제2 터치 전극층(420)은 접촉 터치를 감지하도록 구동될 수도 있으며, 그 반대일 수도 있다. 도 3에서 제1 터치 전극층(410)이 제2 터치 전극층(420)보다 아래쪽에 위치하는 것으로 도시되었지만, 그 반대로 위치할 수도 있다. 절연층(430)은 산화규소(SiOx), 질화규소(SiNx), 산질화규소(SiOxNy) 등으로 형성될 수 있다. 제2 터치 전극층(420) 위에는 이것을 보호하기 위한 절연층(도시되지 않음)이 형성될 수 있다.

터치 센서의 전극 패턴의 한 예를 보여주는 도 4 내지 도 7을 참조하면, 도 4는 제1 및 제2 터치 전극층(410, 420)의 터치 전극 및 터치 신호선을, 도 5는 제1 터치 전극층(410)의 터치 전극 및 터치 신호선을, 도 6은 제2 터치 전극층(420)의 터치 전극 및 터치 신호선을, 도 7은 제1 터치 전극층(410)의 한 터치 전극(411)과 제2 터치 전극층(420)의 터치 전극(421, 422)의 관계를 평면도로 도시한다.

제1 터치 전극층(410)은 복수의 제1 터치 전극(411)을 포함한다. 도 5에서 각각의 제1 터치 전극(411)은 일점쇄선으로 구획되어 표시되고 있고, 비제한적인 예로서 10개의 제1 터치 전극(411)이 도시된다. 복수의 제1 터치 전극(411)에는 구동 신호를 전달할 수 있는, 제1 터치 전극(411)의 개수에 대응하는 개수의 제1 터치 신호선(415)이 개별적으로 연결되어 있다. 제1 터치 신호선(415)은 주로 터치 패널(10)의 주변 영역(PA)에 위치한다. 제1 터치 신호선(415)는 상부 기판(300) 위에 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 금속 물질을 증착하고 패터닝하여 후술하는 제2 및 제3 터치 신호선(425, 426)과 함께 형성될 수 있다. 실시예에 따라서, 제1 내지 제3 터치 신호선(415, 425, 526)을 형성한 후에 제1 터치 전극층(410)이 형성될 수 있다.

하나의 제1 터치 전극(411)은 복수의 부전극(411a)을 포함하고 이들 부전극(411a)은 복수의 연결부(411b)에 연결되어 있다. 즉, 복수의 부전극(411a)이 복수의 연결부(411b)에 의해 서로 연결되어 하나의 제1 터치 전극(411)을 형성한다. 부전극(411a)과 연결부(411b)는 동일한 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상부 기판(300) 위에 인듐주석산화물(ITO) 같은 투명 도전 물질을 적층하고 패터닝하여 부전극(411a)과 연결부(411b)를 동시에 형성할 수 있다. 이때, 후술하는 제2 연결부(424)도 함께 형성될 수 있다.

하나의 제1 터치 전극(411)은 전체적으로 대략 사각형, 예컨대 대략 마름모형인 기본 구조를 가질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 터치 전극(411)이 전체적으로 대략 마름모형일 경우, 제1 터치 전극(411)은 2X2, 3X3, 4X4, 5X5 등으로 배치된 부전극(411a)을 포함할 수 있다. 도 7에는 하나의 제1 터치 전극(411)이 4X4로 배치된 16개의 부전극(411a)을 포함하는 경우를 예시한다. 한편, 제1 터치 전극(411)이 전체적으로 대략 마름모형인 경우, 터치 영역(TA)의 모서리 쪽에 위치하는 제1 터치 전극(411)은 대략 삼각형, 예컨대 대략 직각 이등변 삼각형일 수 있다.

각각의 부전극(411a)는 사각형, 예컨대 마름모형일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 예컨대 육각형 등의 다각형일 수 있다. 터치 영역(TA)의 모서리 쪽에 위치하는 부전극(411a)은 삼각형, 예컨대 직각 이등변 삼각형일 수 있다. 부전극(411a)은 규칙적으로 그리고 일정한 간격으로 배치될 수 있으며, 이웃하는 부전극(411a) 사이의 간격은 동일할 수 있다.

부전극(411a)은 표시층(200)으로부터의 빛이 투과할 수 있도록 소정의 투과도 이상을 가진다. 예컨대, 부전극(411a)은 인듐주석산화물(ITO), 인듐아연산화물(IZO), 은 나노 와이어(AgNW) 등의 얇은 금속층, 메탈 메쉬(metal mesh), 탄소 나노 튜브(CNT) 등의 투명한 도전 물질로 만들어질 수 있다.

제1 터치 전극층(410)의 한 그룹의 부전극(411a)은 연결부(411b)에 의해 전기적으로 서로 연결되어 있으므로, 전체적으로 하나의 제1 터치 전극(411)을 형성하여, 하나의 자기 축전기(Cs)를 형성할 수 있다. 개개의 제1 터치 전극(411)에는 제1 터치 신호선(415)이 연결되어 있고, 이를 통해 제1 터치 전극(411)을 구동하는 감지 입력 신호(Tx)를 입력받고, 제1 터치 전극(411)이 위치하는 터치 영역(TA)에 대한 터치 여부에 따라 달라지는 감지 출력 신호(Rx)를 출력한다. 제1 터치 전극층(410)에 포함된 복수의 제1 터치 전극(411)은 순차적으로 감지 입력 신호(Tx)를 입력받을 수 있다. 각각의 제1 터치 전극(411)이 독립적으로 구동되어 각각의 제1 터치 전극(411)으로부터 감지 출력 신호(Rx)를 수신할 수 있으므로, 복수의 지점에서의 터치 즉, 멀티 터치가 있는 경우, 해당 지점의 터치를 감지하는 제1 터치 전극(411)의 위치(좌표)를 계산함으로써 멀티 터치를 감지할 수 있다.

제2 터치 전극층(420)은 복수의 제2 터치 전극(421, 422)를 포함한다. 제2 터치 전극(421, 422)은 터치 영역(TA)에서 실질적으로 서로 중첩하지 않고 교호적으로 분산되어 배치될 수 있다. 제2 터치 전극(421, 422)은 행 방향으로 서로 연결되어 있는 제1 전극(421)과 열 방향으로 서로 연결되어 있는 제2 전극(422)을 포함한다. 예컨대, 가로 방향으로 인접한 제1 전극(421)은 제1 연결부(423)에 의해 연결되어 전극열을 형성하고, 세로 방향으로 인접한 제2 전극(422)은 제2 연결부(424)에 의해 연결되어 전극행을 형성한다. 제1 전극(421)과 제2 전극(422)은 동일한 층에 위치할 수 있지만, 물리적으로, 전기적으로 서로 분리되어 있고, 전극행과 전극열 또한 서로 교차하고 있을지라도 서로 분리되어 있다. 각각의 전극열의 일단에는 제2 터치 신호선(425)이 연결되어 있고, 각각의 전극행의 일단에는 제3 터치 신호선(426)이 연결되어 있다. 제2 및 제3 터치 신호선(425, 426)은 터치 패널(10)의 주변 영역(PA)에 위치한다. 실시예에 따라서, 전극열 및/또는 전극행의 양단에 터치 신호선이 연결되어 있을 수 있다.

각각의 제2 터치 전극(421, 422)은 대략 사각형, 예컨대 대략 마름모형인 기본 구조를 가질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 예컨대 육각형 등의 다각형일 수 있다. 제2 터치 전극(421, 422)이 대략 마름모형인 경우, 터치 영역(TA)의 모서리 쪽에 위치하는 제2 터치 전극(421, 422)은 대략 삼각형, 예컨대 대략 직각 이등변 삼각형일 수도 있다. 제1 터치 전극(411)과 마찬가지로, 제2 터치 전극(421, 422)은 ITO, IZO, AgNW 등의 얇은 금속층, 메탈 메쉬, 탄소 CNT 등의 투명한 도전 물질로 만들어질 수 있다.

상부 기판(300)을 함께 도시한 도 8 및 도 9를 참조하면, 인접한 제1 전극(421)을 연결하는 제1 연결부(423)는 제1 전극(421)과 같은 층에 위치하고 같은 물질로 형성될 수 있다. 반면, 인접한 제2 전극(422)을 연결하는 제2 연결부(424)는 교차하는 제1 연결부(423)와 절연될 수 있도록 제2 전극(422)과 다른 층에 위치할 수 있다. 예컨대, 제2 연결부(424)는 제1 터치 전극층(410)의 부전극(411a)과 동일한 층에 형성될 수 있고, 절연층(430)에 형성된 접촉 구멍(43)을 통해 제2 전극(422)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 연결부(424)는 부전극(411a)과 동일한 물질로 형성될 수 있고, 제1 내지 제3 터치 신호선(415, 425, 426)을 형성하는데 사용될 수 있는 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 금속 물질로 형성될 수도 있다. 실시예에 따라서는 제2 연결부(424)가 제2 전극(422)과 동일한 층에 위치하고 제1 연결부(423)은 제1 전극(421)과 다른 층에 위치할 수도 있다.

제1 전극(421)에 의해 형성되는 각각의 전극열은 제2 터치 신호선(425)을 통해 감지 입력 신호(Tx)를 입력받고, 제2 전극(422)에 의해 형성되는 각각의 전극행은 제3 터치 신호선(426)을 통해 감지 출력 신호(Rx)를 출력한다. 따라서 평면상 이웃하는 제1 전극(421)과 제2 전극(422)은 상호 축전기(Cm)를 형성한다. 제1 전극(421)은 감지 입력 신호(Tx)를 입력받고, 제2 전극(422)은 제1 전극(421) 또는 제2 전극(422)이 위치하는 터치 영역(TA)에 대한 터치 여부에 따라 달라지는 감지 출력 신호(Rx)를 출력한다. 멀티 터치를 감지하기 위해, 복수의 전극열은 감지 입력 신호(Tx)을 순차적으로 입력받을 수 있고, 복수의 전극행은 하나의 전극열이 감지 입력 신호(Tx)를 입력받을 때마다 감지 출력 신호(Rx)를 동시에 출력할 수 있다. 실시예에 따라서는, 제3 터치 신호선(426)에 감지 입력 신호(Tx)를 입력하고 제2 터치 신호선(425)을 통해 감지 출력 신호(Rx)를 출력하도록 구동될 수도 있다.

실시예에 따라서, 제2 터치 신호선(425)과 제3 터치 신호선(426)이 모두 감지 입력 신호(Tx)를 입력받을 수 있고, 따라서 제2 터치 전극(421, 422)이 자가 축전기 방식으로 구동될 수 있다. 하지만 이 경우, 각각의 제2 터치 전극에 터치 신호선이 개별적으로 연결되어 있지 않고 전극열 및 전극행 단위로 구동되므로, 멀티 터치가 있는 경우 감지 출력 신호(Rx)에 기초한 좌표 계산 시 고스트 터치 좌표로 인해 멀티 터치를 감지하지는 못한다.

본 발명의 일 실시예에서, 제2 터치 전극(421, 422)에는 개구부(427)가 형성되어 있다. 즉, 제2 터치 전극(421, 422)은 평면상 내부에 전극이 형성되어 있지 않은 빈 공간을 포함한다. 개구부(427)는 전술한 제1 터치 전극층(410)의 제1 터치 전극(411)의 부전극(411a)과 중첩하는 위치에 형성되어 있다. 예컨대, 도 7에 도시된 것처럼, 평면상 제2 터치 전극(421, 422)은 개구부(427) 내에 제1 터치 전극(411)의 부전극(411a)이 위치하도록 형성될 수 있다. 이에 의해 제2 터치 전극(421, 422)의 구동 시 제1 터치 전극(411)과 커플링을 방지하거나 최소화할 수 있고, 그 결과 터치 센서의 특성 열화를 방지할 수 있다.

제1 터치 전극층(410)에 있는 부전극(411a)의 개수는 제2 터치 전극층(420)에 있는 제2 터치 전극(421, 422)의 개수와 동일할 수 있고, 부전극(411a)은 제2 터치 전극(421, 422)의 개구부(427)와 1:1 관계로 대응할 수 있다. 개구부(427)는 부전극(411a)과 실질적으로 동일한 평면 형상을 가질 수 있다 (예컨대, 부전극이 마름모형인 경우 개구부도 마름모형임). 이와 같이 부전극(411a)과 개구부(427)를 구성하는 것이 터치 영역(TA)의 전면적인(overall) 공간 이용 효율 측면에서 유리하고, 터치 영역(TA)의 모든 지점에서 터치를 감지할 수 있다.

이제, 자가 축전기 방식 및 상호 축전기 방식에 의한 터치 감지의 원리 및 방법에 대하여 도 3 내지 도 7과 도 10을 참조하여 좀더 상세하게 설명한다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서 및 터치 제어부의 회로도이다.

전술한 바와 같이, 제1 터치 전극층(410)의 터치 센서는 각각의 제1 터치 전극(411)에 의한 자가 축전기 방식으로 터치를 감지할 수 있고, 제2 터치 전극층(420)의 터치 센서는 이웃하는 제2 터치 전극(421, 422)에 의한 상호 축전기 방식으로 터치를 감지할 수 있다. 이들 터치 전극층(410, 420)에 있는 터치 전극(411, 421, 422)은 터치 신호선(415, 425, 426)을 통해 터치 제어부(30)로 연결되며, 터치 신호선(415, 425)을 통해 감지 입력 신호(Tx)를 터치 제어부(30)로부터 인가받고 터치 신호선(415, 426)을 통해 감지 출력 신호(Rx)를 터치 제어부(30)로 송신한다. 제1 터치 전극(411)의 경우, 제1 터치 신호선(415)을 통해 감지 입력 신호(Tx)를 입력받을 수 있고 감지 출력 신호(Rx)를 출력할 수 있다. 제2 터치 전극(421, 422)의 경우, 제1 전극(421)은 제2 터치 신호선(425)을 통해 감지 입력 신호(Tx)를 입력받을 수 있고 제2 전극(422)은 제3 터치 신호선(426)을 통해 감지 출력 신호(Rx)를 출력할 수 있다.

먼저 상호 축전기 방식에 대해 설명하면, 제1 전극(421)에 인가되는 감지 입력 신호(Tx)는 다양한 파형 및 전압 레벨을 가질 수 있고, 예컨대 주기적으로 출력되는 펄스를 포함할 있고, 적어도 두 개의 서로 다른 전압 레벨을 포함할 수도 있다. 제2 전극(422)에는 직류 전압이 인가될 수 있다. 예컨대, 감지 입력 신호(Tx)는 약 0 V와 약 3 V 로 스윙하는(swing) 구형파일 수 있고, 직류 전압은 약 1.5 V일 수 있다. 제2 전극(422)에 직류 전압이 인가될지라도, 스윙하는 감지 입력 신호(Tx)와 커플링에 의해 제2 전극(422)의 전압이 변동하고 감지 출력 신호(Rx)로서 출력된다. 제1 전극(421)과 제2 전극(422)는 상호 축전기(Cm)를 형성하므로, 손가락, 펜 등의 터치가 있으면 제1 전극(421)과 제2 전극(422) 간의 전위차에 의해 상호 축전기(Cm)에 충전되어 있던 전하량이 변한다. 그 결과 감지 출력 신호(Rx)의 전압 변동의 폭이 변하게 된다. 터치 제어부(30)는 이러한 변화가 있는 감지 출력 신호(Rx)를 입력받아 처리하여, 터치 여부 및 터치 위치 등의 터치 정보를 생성한다. 터치 제어부(30)는 터치 신호선(415, 426)과 연결되어 있는 복수의 증폭기(amplifier)(AP)를 포함할 수 있다. 증폭기(AP)는 반전 단자(-)와 출력 단자 사이에 연결되어 있는 축전기(Cv)를 포함할 수 있다. 증폭기(AP)의 비반전 단자(+)는 접지 전압 등의 일정 전압과 연결되어 있고, 증폭기(AP)의 반전 단자(-)는 감지 출력 신호선(PLj)에 연결되어 있다. 증폭기(AP)는 전류 적분기로서 감지 출력 신호(Rx) 소정 시간(예를 들어 한 프레임) 동안 적분하여 터치 정보 신호(Vout)를 생성할 수 있다.

자가 축전기 방식의 경우, 상호 축전기 방식과 유사하지만, 제1 터치 전극(411)이 이웃하는 제1 터치 전극과 형성될 수 있는 축전기가 아닌 예컨대 화소의 공통 전극과 형성될 수 있는 자기 축전기(Cs)를 이용한다. 따라서 실질적으로 수평 방향으로 형성되는 상호 축전기(Cm)와 달리 자기 축전기(Cs)는 실질적으로 수직 방향으로 형성된다. 또한, 제1 터치 전극(411)은 감지 입력 신호(Tx)를 인가받고 감지 출력 신호(Rx)를 출력한다. 감지 입력 신호(Tx)는 예컨대 주기적으로 출력되는 펄스파일 수 있다. 제1 터치 전극(411)에 감지 입력 신호(Tx)가 인가되면, 자기 축전기(Cs)에 전하가 충전되고 제1 터치 전극(411)은 감지 출력 신호(Rx)를 출력한다. 터치가 없으면, 자기 축전기(Cs)에 충전되어 있는 전하량이 변하지 않으므로, 제1 터치 전극(411)은 감지 입력 신호(Tx)와 동일한 감지 출력 신호(Rx)를 출력하지만, 터치가 있으면, 전하량이 변하여 감지 출력 신호(Rx)가 변하게 된다. 터치 제어부(30)는 전술한 바와 같이 이러한 변화를 처리하여 터치 정보 신호(Vout)를 생성한다.

본 발명의 실시예에 따른 터치 패널은 자가 축전기 방식에 의한 터치 감지와 상호 축전기 방식에 의한 터치 감지가 모두 수행되도록 구동될 수 있다. 예컨대, 매 프레임마다 제1 기간 동안에는 제1 터치 전극층(410)의 제1 터치 전극(411)이 자가 축전기 방식으로 구동되고 제2 기간 동안에는 제2 터치 전극층(420)의 터치 전극(421, 422)이 상호 축전기 방식으로 구동될 수 있다. 이를 위해, 터치 제어부(30)는 제1 기간 동안에는 제1 터치 전극층(410)에 감지 입력 신호(Tx)를 송신하고 감지 출력 신호(Rx)를 수신하고, 제2 기간 동안에는 제2 터치 전극층(420)에 감지 입력 신호(Tx)를 송신하고 감지 출력 신호(Rx)를 수신할 수 있다. 이와 동시에, 터치 제어부(30)는 제1 기간 동안 제1 터치 전극층(410)으로부터 수신된 감지 출력 신호(Rx)를 제2 기간 동안 처리하여 제1 터치 정보 신호(예컨대, 비접촉 터치에 관한 터치 정보 신호)를 생성하고, 제2 기간 동안 제2 터치 전극층(420)으로부터 수신된 감지 출력 신호(Rx)를 제1 기간 동안 처리하여 제2 터치 정보 신호(예컨대, 접촉 터치에 관한 터치 정보 신호)를 생성할 수 있다. 즉, 터치 제어부(30)는 하나의 프레임에서 제1 전극층을 구동하는 동안 제2 터치 정보 신호를 생성하고 제2 전극층을 구동하는 동안 제1 터치 정보 신호를 생성하도록 동작할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널에서 화소에 대해 설명한다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널에서 한 화소의 등가 회로도이다.

터치 패널의 표시층(200)은 복수의 스위칭 및 구동 박막 트랜지스터(Qs, Qd), 복수의 유지 축전기(Cst) 및 복수의 발광 소자(LD)를 포함한다. 즉, 표시층(200)은 복수의 화소를 포함한다. 각각의 화소는 복수의 신호선(121, 171, 172)과 연결되어 있으며 대략 행렬(matrix)의 형태로 배열되어 있다.

신호선은 게이트 신호를 전달하는 복수의 게이트선(121), 데이터 신호를 전달하는 복수의 데이터선(171) 및 구동 전압(VDD)을 전달하는 복수의 구동 전압선(172)을 포함한다. 게이트선(121)은 대략 행 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하고, 데이터선(171) 및 구동 전압선(172)은 대략 열 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하다. 게이트 신호 및 데이터 신호는 표시 제어부를 통하여 인가받을 수 있다.

각 화소(PX)는 스위칭 박막 트랜지스터(Qs), 구동 박막 트랜지스터(Qd), 유지 축전기(Cst) 및 발광 소자(LD)를 포함한다.

스위칭 박막 트랜지스터(Qs)는 제어 단자, 입력 단자 및 출력 단자를 가진다. 제어 단자는 게이트선(121)에 연결되어 있고, 입력 단자는 데이터선(171)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 구동 박막 트랜지스터(Qd)에 연결되어 있다. 스위칭 박막 트랜지스터(Qs)는 게이트선(121)에 인가되는 게이트 신호에 응답하여 데이터선(171)에 인가되는 데이터 신호를 구동 박막 트랜지스터(Qd)에 전달한다.

구동 박막 트랜지스터(Qd) 또한 제어 단자, 입력 단자 및 출력 단자를 가지는데, 제어 단자는 스위칭 박막 트랜지스터(Qs)에 연결되어 있고, 입력 단자는 구동 전압선(172)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 발광 소자(LD)에 연결되어 있다. 구동 박막 트랜지스터(Qd)는 제어 단자와 출력 단자 사이에 걸리는 전압에 따라 그 크기가 달라지는 출력 전류(Id)를 흘린다.

유지 축전기(Cst)는 구동 박막 트랜지스터(Qd)의 제어 단자와 입력 단자 사이에 연결되어 있다. 유지 축전기(Cst)는 구동 박막 트랜지스터(Qd)의 제어 단자에 인가되는 데이터 신호를 충전하고 스위칭 박막 트랜지스터(Qs)가 턴오프된 뒤에도 이를 유지한다.

유기 발광 다이오드일 수 있는 발광 소자(LD)는 구동 박막 트랜지스터(Qd)의 출력 단자에 연결되어 있는 애노드(anode), 공통 전압(VSS)에 연결되어 있는 캐소드(cathode)를 가진다. 발광 소자(LD)는 구동 박막 트랜지스터(Qd)의 출력 전류(Id)에 따라 세기를 달리하여 발광함으로써 영상을 표시한다.

스위칭 박막 트랜지스터(Qs) 및 구동 박막 트랜지스터(Qd)는 n-채널 전계 효과 트랜지스터(FET) 또는 p-채널 전계 효과 트랜지스터일 수 있다. 스위칭 및 구동 박막 트랜지스터(Qs, Qd), 유지 축전기(Cst) 및 발광 소자(LD)의 연결 관계는 바뀔 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 통상의 기술자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

10: 터치 패널 100: 하부 기판
20: 표시 제어부 200: 표시층
30: 터치 제어부 300: 상부 기판
400: 터치 전극층 410: 제1 터치 전극층
411: 제1 터치 전극 411a: 부전극
411b: 연결부 415: 제1 터치 신호선
420: 제2 터치 전극층 421, 422: 제2 터치 전극
421: 제1 전극 422: 제2 전극
423: 제1 연결부 424: 제2 연결부
425: 제2 터치 신호선 426: 제3 터치 신호선
427: 개구부 430: 절연층
Cm: 상호 축전기 Cs: 자가 축전기
DA: 표시 영역 PA: 주변 영역
TA: 터치 영역 Rx: 감지 입력 신호
Tx: 감지 출력 신호

Claims

기판;
상기 기판 위에 위치하는 제1 터치 전극층 및 제2 터치 전극층; 및
상기 제1 터치 전극층과 상기 제2 터치 전극층 사이에 위치하는 절연층
을 포함하며,
상기 제1 터치 전극층은 서로 독립적으로 신호를 인가받을 수 있는 복수의 제1 터치 전극을 포함하고, 각각의 제1 터치 전극은 소정 간격으로 배치된 복수의 부전극(sub-electrode) 및 상기 부전극을 서로 연결하는 복수의 연결부를 포함하고,
상기 제2 터치 전극층은 복수의 제2 터치 전극을 포함하고, 제2 터치 전극은 제1 방향으로 서로 연결되어 있는 제1 전극 및 제2 방향으로 서로 연결되어 있는 제2 전극을 포함하는 터치 패널.
삭제
제1항에서,
상기 제1 방향은 행 방향이고, 상기 제1 방향으로 연결되어 있는 제1 전극은 전극행을 이루고,
상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 실질적으로 수직인 열 방향이고, 상기 제2 방향으로 연결되어 있는 제2 전극은 전극열을 이루며,
상기 제2 터치 전극층은 서로 절연되게 교차하는 복수의 상기 전극행 및 복수의 상기 전극열을 포함하는 터치 패널.
제3항에서,
상기 제2 터치 전극은 전극이 형성되어 있지 않은 개구부를 포함하는 터치 패널.
제4항에서,
상기 제1 터치 전극의 부전극과 상기 제2 터치 전극의 개구부가 중첩하는 터치 패널.
제5항에서,
상기 개구부의 면적이 상기 부전극의 면적보다 큰 터치 패널.
제5항에서,
상기 제1 터치 전극의 부전극과 상기 제2 터치 전극은 1:1 관계로 대응하는 터치 패널.
제7항에서,
상기 제1 터치 전극층의 제1 터치 전극마다 터치 신호선이 연결되어 있는 터치 패널.
제8항에서,
상기 각각의 제1 터치 전극에 연결되어 있는 각각의 터치 신호선은 감지 입력 신호 및 감지 출력 신호를 전송하는 터치 패널.
제8항에서,
상기 제2 터치 전극층의 전극행마다 그리고 전극열마다 터치 신호선이 연결되어 있는 터치 패널.
제10항에서,
상기 전극행에 연결되어 있는 터치 신호선은 감지 입력 신호를 전송하고 상기 전극열에 연결되어 있는 터치 신호선은 감지 출력 신호를 전송하는 터치 패널.
제1항에서,
상기 부전극은 실질적으로 직사각형 또는 직각 삼각형이고, 부전극 간의 간격이 실질적으로 동일한 터치 패널.
제12항에서,
상기 연결부는 제1 터치 전극과 동일한 층에 위치하고 상기 제1 터치 전극과 동일한 물질로 형성되어 있는 터치 패널.
삭제
제1항에서,
상기 제1 방향으로 서로 연결되어 있는 제1 전극은 상기 제1 전극과 동일한 층에 위치하는 제1 연결부에 의해 연결되어 있고, 상기 제2 방향으로 서로 연결되어 있는 제2 전극은 상기 제1 연결부와 절연되게 위치하는 제2 연결부에 의해 서로 연결되어 있는 터치 패널.
제15항에서,
상기 제2 연결부는 상기 제1 터치 전극과 동일한 층에 위치하며 상기 제1 전극과 동일한 물질로 형성되어 있는 터치 패널.
제16항에서,
상기 제2 연결부는 상기 절연층에 형성된 접촉 구멍을 통해 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되어 있는 터치 패널.
제1항에서,
상기 터치 패널은 하부 기판, 상부 기판 및 이들 사이에 위치하는 표시층을 포함하고, 상기 제1 터치 전극층 및 상기 제2 터치 전극층이 위에 위치하는 기판은 상기 상부 기판인 터치 패널.