KR20090115048A - 터치스크린 장착 표시장치 - Google Patents

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KR20090115048A
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Abstract

터치센서입력을 가진 표시장치에 제1 및 제2 전극어레이(18, 22)를 가진 터치센서구조(16,18,20,22)가 있다. 제1 전극어레이와 제2 전극어레이는 터치센서 영역의 상이한 분획들을 점유한다. 이러한 비대칭적 채움률에 의해 감도가 향상된다.
표시장치, 터치센서구조, 커패시턴스, 전극 어레이

Description

터치스크린 장착 표시장치{Display Device with Touch Screen}
본 발명은 터치스크린 장착 표시장치에 관한 것이다.
휴대전화기, PDA 또는 카메라처럼 LCD 표시장치가 있는 소비자 전자제품분야에서 터치스크린이 점차 보편화되고 있다. 터치스크린을 통한 사용자와 기기 간 대화로써 입력장치에 필요한 공간을 절약하고 기기의 주어진 크기에 표시장치 면적을 더 크게 할 수 있는 것이다.
그러한 스크린에서 "터치된" 위치를 확정하는 데 이용되는 가능한 물리효과 가운데 직교하는 전극열들 사이에 유도된 커패시턴스 변화 또는 접지된 스타일러스와 개개 전극들 간에 유도된 커패시턴스 변화를 감지하는 것이 기존 제조공정과 가장 잘 결합하면서도 최고의 분해능을 보장한다.
터치스크린 기능을 추가하려는 종래 방법은 표시장치 윗면에 필요한 전자적 구조를 라미네이팅하는 것이다. 조사중에 있는 방법 중 저렴할 것으로 예상되는 것은 가능한 많은 터치스크린 구조를 표시장치와 결합하려 하는 것이다. 이렇게 하면 표시장치 자체에 부가가치를 주는 장점도 있다. 어느 경우이든 신호를 최대화하여 정확한 터치된 위치 판단이 가능하게 하여야 한다.
신호의 최대화는 감지전극들의 채움률 (fill factor 즉, 전체면적에서 전극들이 점하는 비율)을 어떤 식으로 변화시킴으로써 가능해진다. 예를 들어, 다이아몬드형 패드를 와이어의 선형어레이에 부가할 수 있다. 최선의 채움형태에 관하여 다양한 제안이 있다.
표시장치상의 터치스크린에서 피할 수 없는 하나의 특징은 한 세트의 직교 전극들이 표시장치 자체의 전기접지면에 근접하게 된다는 사실이다. 이것은 감도를 떨어뜨리는 경향을 보이는데, 접지면이 디바이스 외부로 연장되는 전기력선들을 끌어당김으로써 이 전장선들이 스크린의 터치를 통한 영향을 받을 수 없게 만들어, 결과적으로 감도를 떨어뜨리게 된다.
본 발명은 이러한 문제와 관련되고, 한 세트의 감지전극 가까이에 간섭이 존재할 때 터치스크린의 감도를 증가시키는 목적을 갖는다. 이 간섭은 접지면 때문에 혹은 터치센서 배열 아래의 픽셀전극회로 때문일 수도 있다.
본 발명에 따라 터치센서입력을 갖는 표시장치가 제공되며, 이 표시장치는 표시장치 층 또는 구조; 및 이 표시장치 층의 상면에 있고, 제 1 전극 어레이와 제 2 전극 어레이를 포함하고, 이 제 1 어레이의 전극들이 이 제 2 어레이의 전극들에 비평행인 터치센서구조를 포함하되, 그 제 1 전극 어레이는 터치센서 영역의 제 1 분획을 점하고, 그 제 2 전극 어레이는 상기 터치센서 영역의 다른 제 2 분획을 점하는 표시장치이다.
본 발명은 터치센서 구조가 비대칭의 채움률의 교차전극들을 갖게 설계되는 표시장치를 제공한다. 바람직하게, 낮은 채움률을 표시장치 구조에서 먼 전극의 세트에 적용하고 높은 채움률을 표시장치 층에 인접한 전극의 세트에 적용한다. 이러한 구성이 감도향상을 가져온다는 인식에 본 발명이 기초하고 있으며, 감도향상은 이런 구조들 사이의 커패시턴스 모델링을 기초로 판단된다.
제 1 전극 어레이가 하측의 표시장치 층에 더욱 인접한 것으로 정의하면 제1 전극 어레이는 더 큰 분획을 가지도록 함이 바람직하다.
이 전극 어레이들의 각각은 터치센서 영역 내에서 전장을 따라 폭이 일정한 직선전극들을 포함하고, 한 어레이의 직선전극들은 다른 어레이의 직선전극들과는 다른 폭을 갖는다.
다른 배열에서, 이 전극 어레이들 각각이 직선전극들을 포함하고, 이 직선전극들을 따라 확장부들이 있으며, 이 확장부들 사이에 다른 어레이의 직선전극들 사이 피치에 해당하는 거리가 있고, 한 어레이의 이 확장부들이 다른 어레이의 확장부들과는 다른 크기를 갖는다. 이렇게 하여 2차원의 확장부 어레이가 직선전극과 서로 연결된다. 예를 들어, 이 확장부들은 다이아몬드 형태일 수 있다.
두 디자인은 결합될 수 있어서 한 어레이에는 직사각형의 직선전극들을 배치하고 다른 어레이에는 확장부들이 있는 선전극들을 배치할 수 있다.
2개의 전극 어레이는 동일 피치를 가질 수 있으나, 반드시 그런 것은 아니다.
제 1 분획은 제 2 분획보다 적어도 0.1만큼 더 큰데. 이 제 1 분획이 제 2 분획보다 적어도 0.2 또는 심지어 0.3 만큼 더 클 수 있다. 표시장치 구조에 최근접인 어레이에서 분획이 크면 클수록 표시장치 구조에서 전자기신호로부터의 차폐도가 더 크게 제공된다.
터치센서구조가 제 1 전극 어레이와 제 2 전극 어레이 사이의 유리기판과, 이 유리기판에서 표시장치 구조의 반대편에 있는 상기 제 2 전극 어레이 상의 흠집방지코팅을 포함한다. 이렇게 하여 표시장치의 사용자 터치입력 (손가락 이나 스타일러스)에 가장 근접한 표시장치 상부를 형성한다. 이 표시장치 구조와 터치센서구 조 사이에 컬러필터 어레이가 마련될 수 있고, 표시장치 구조는 액정표시장치를 포함할 수 있다.
이 표시장치 구조는 터치센서구조 아래에 상부 공통전극면을 포함할 수 있고, 본 발명은 이 접지면의 존재에 의한 영향을 덜 받는 터치센서구조를 제공한다.
본 발명은 2개의 전극 어레이가 터치센서 영역의 상이한 분획(fraction)들을 점하게 된 터치센서구조의 전극배열을 제공한다. 이를 이르는 용어가 "비대칭" 전극디자인으로서, 여기서 상이한 전극 어레이가 상이한 채움률을 갖는다. 이하, 첨부도면을 참조로 한 본 발명의 실시예에서 개선된 감도의 장점을 상세히 설명한다.
도 1은 커패시턴스 터치센서입력이 있고 본 발명을 적용할 수 있는 표시장치의 공지된 층상 구조의 일례를 보여준다.
표시장치의 일부를 개략적으로 부호 10으로 나타내었는데, 이것은 최소한 표시장치 층을 포함한다. 표시장치 패널의 상세디자인이 본 발명에서 핵심적인 부분은 아니므로 상세히 설명하지 않는다. 통상적으로, 표시장치 구조는 두 기판 사이에 게재된 한 층의 액정재료를 포함하는 액정표시장치이다. 능동 매트릭스형 표시 장치에서 기판은 능동하판과 수동상판을 포함한다. 수동상판은 예를 들어 공통전극을 보유한다. 공통전극(12)은 컬러필터유리(14) 상에 있는 금속층 형태의 공통접지면이다. 공통전극(12) 아래에 전체적으로 부호 10으로 나타내고 능동유리판에 얹혀져 있는 액정층이 있다.
IPS (In Plane Switching) 기술과 같은 일부 표시장치 기술에서는 모든 전기층을 능동하판 상에 두고 있다. 여기에도 본 발명은 적용되는데, 능동하판에서의 변하는 전위로부터 여전히 터치센서를 차폐해야 하기 때문이다.
컬러필터층(14) 위에 평탄화 (planarising) 유전층(16)과 터치센서용 Y-감지전극들(18)의 조합이 있다.
층(12, 14, 16, 18)은 실제에 있어서 유리상판(20)에 침착되어있다. 따라서, 유리상판(20)은 터치센서장치의 지지구조로서는 물론 표시장치의 능동상판으로도 기능한다.
X감지전극들(22)은 기판(20)에서 Y감지전극들(18)의 반대편에 마련되고, 편광층 및 흠집방지층(24)은 최상면에 마련된다. 사용자의 터치대화를 제공하는 스타일러스나 손가락은 흠집방지층(24)의 표면을 접촉하며 부호 26으로 나타내었다.
따라서, 도 1은 표시장치 상면에 터치센서구조가 있는 표시장치 구조를 보여준다. 알 수 있듯이 표시장치 구조의 일부 구성부들은 터치센서와 통합되어 있는데, 유리기판(20), 상면 편광층(24) 및 컬러필터층(14)이 그러할 수 있다. 따라서, 표시장치 구조는 별도로 특징지어지는 표시장치 부품이나 터치센서 부품이 없다. 그러나, 일반적 표시장치 기능 (즉, 빛의 변조와 발생)은 일반적 터치센서기능 보다 아래 있게 되고, 그에 따라 상세한 설명과 특허청구범위를 이해하여야 한다.
도 1은 단지 하나의 가능성 있는 통합구조를 나타낸다. 통합수준을 진전시킨다면 X감지전극들을 표시장치 내부로 (즉, 기판 사이로) 옮기는 것이 되겠다. 그러나 이는 XY 커패시턴스에 대한 스타일러스의 영향을 감소시킬 것이다. 도 1은 터치 센서를 표시장치에 통합시키는 1단계 수준을 나타내지만 본 발명은 터치센서기능이 더욱 높은 수준에서 표시장치 기능과 통합된 디자인에도 동등하게 적용된다.
도 2는 터치센서장치용 전극의 제 1 공지 배열을 나타내는 도면으로, 직선전극(30a, 30b)의 형태로 되고, 직선전극(30a, 30b)을 따라 확장부(32a, 32b)가 있다. 확장부들(32a, 32b) 사이의 간격은 다른 어레이의 직선전극들 사이의 피치와 대응하므로 일정한 어레이가 정의된다. 도 2는 대칭(X 및 Y센서가 같은 패턴) 다이아몬드형 와이어패턴을 나타낸다.
도 3은 도 2의 디자인을 본 발명에 따라 개선한 전극의 배열을 나타낸다. 한 어레이(특히 표시장치 층에 더 가까운 어레이)의 확장부(32a)는 다른 어레이의 확장부(32b)와 다른 크기를 가진다.
도 4는 터치센서장치용 전극의 제 2 공지 배열을 나타내는 도면으로 직선전극(40a, 40b)의 형태를 보여준다. 도 4는 대칭(X 및 Y센서가 같은 패턴) 막대패턴을 보인다.
도 5는 도 4의 디자인을 본 발명에 따라 개선한 전극의 배열을 나타낸다. 막대들(40a)이 더 넓게 되어 있다(여기서도 표시장치 층에 더 가까이 어레이를 형성).
층 구조와 함께 다양한 전극패턴을 분석(커패시턴스 시뮬레이터를 이용함)하였으며 스타일러스가 있을 때 또는 없을 때에 결과적인 감도를 계산하였다. 도 6 및 7에 그 결과를 요약하였다.
도 6에서는 터치입력이 없을 때 상이한 전극디자인이 상이한 커패시턴스값을 나타내는 방식을 보여준다. 나타낸 커패시턴스는 X전극과 Y전극 사이의 값이다. 그래프 60은 (도 2의) 대칭다이아몬드 패턴에 대한 것이다. 그래프 62는 (도 3의) 비대칭다이아몬드 패턴에 대한 것이다. 그래프 64는 (도 5의) 비대칭 막대패턴에 대한 것이다.
대칭디자인(그래프 60)에 대해서, 채움 분획 (X축)은 양 어레이의 다이아몬드 크기를 나타낸다. 비대칭디자인에서 한 어레이는 일정한 채움률(0.015, 그래프가 수렴하는 곳으로서 최소 폭의 가는 막대에 해당하고 아직 다이아몬드 형태는 정의 안 됨)을 갖지만, 다른 어레이의 채움률은 변화한다. 도시된 것과 같이, 비대칭이란 커패시턴스가 예상만큼 가파르게 상승하지 않음을 의미한다.
도 7은 터치입력이 존재할 때 상이한 전극디자인이 다양한 커패시턴스값을 발생시키는 방식을 보여주기 위한 것으로, 스타일러스가 존재할 때의 커패시턴스 변화를 백분율로 나타낸다.
도면은 스타일러스 (또는 손가락)가 인가되었을 때의 커패시턴스 변화를 최근접 전극교차점과 인접 교차점 양자에 대하여 나타낸다. 그래프 70은 (도 2의) 대칭 다이아몬드패턴에 대한 것이고 그래프 72는 인접교차점에 대한 것이다. 그래프 74는 (도 3의) 비대칭 다이아몬드패턴에 대한 것이고 그래프 76은 인접교차점에 대한 것이다. 그래프 78은 (도 5의) 대칭 막대패턴에 대한 것이고 그래프 80은 인접교차점에 대한 것이다.
도 6과 7의 데이터를 계산했을 때 다이아몬드 대각선과 막대 폭이 변화되었다. 대칭의 경우에 다이아몬드 크기는 상기한 바와 같이 X 및 Y전극에서 동일한 반 면, 비대칭의 경우 하측 Y전극은 변하였으나 상측 X전극은 최소 폭의 가는 막대 그대로였다.
도 6과 7의 데이터는 비교의 편의를 위하여 두 패턴의 채움률로 정규화되었다.
대칭다이아몬드 경우에서 볼 수 있듯이, 채움률이 증가하면 전극들 간의 커패시턴스는 증가하지만 스타일러스 존재시의 백분율 변화는 감소한다. 이러한 결과의 원인은 채움률이 증가함에 따라 전극들 사이에 더 많은 전기력선이 갇히게 되어 스타일러스의 존재로 인해 영향을 받는 전기력선이 줄어드는 사실에 기인한다.
비대칭 채움패턴을 이용하면 전극들 간의 커패시턴스가 덜 급격하게 증가하면서 백분율변화는 거의 일정하게 유지되는 동시에 채움률이 증가하므로 실제로 막대패턴이 다이아몬드에 비해서 우수함을 보일 수 있다. 따라서, 비대칭 채움률이 증가힘에 따라 감도가 향상된다.
커패시턴스감지 배열구조를 상세히 설명하지 않은 것은 기존의 종래 배열을 이용할 수 있기 때문이다. 커패시턴스감지 배열구조는 전극의 쌍들 사이의 커패시턴스를 감지하되 각 피감지 쌍의 한 전극은 각 전극어레이로부터의 것으로 하여 감지하거나 한 전극과 접지된 스타일러스 사이의 커패시턴스를 감지하기 위한 것이다.
본 발명은 위에 제시한 직선전극 및 다이아몬드형의 실시예 이외의 전극디자인들에도 적용 가능하다.
바람직한 실시예에서 상이한 어레이의 전극들이 서로 수직으로 되어 있으나 반드시 그러할 필요는 없고 다만 두 어레이가 교차하는 어레이패턴을 형성하면 된다. 기본적으로는 전극들이 평행만 아니면 된다.
다양한 변경은 이 기술분야 당업자에게 자명한 것이다.
본 발명이 일례로서 바람직한 실시예로써 설명되었다고 할지라도, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않는 것으로 해석되어야만 한다. 반대로, 이 기술분야의 당업자에게 자명한 다양한 변경 및 유사한 배열을 모두 포함하려는 의도를 갖는다. 따라서, 그러한 변경과 유사한 배열 모두를 포함하기 위해 청구항의 범위를 아주 광범위하게 해석해야만 할 것이다.
도 1은 터치센서입력이 있는 표시장치의 공지된 구조로서 본 발명을 적용할 수 있는 구조의 일례,
도 2는 터치센서장치용 전극의 제 1 공지 배열을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 터치센서장치용 전극의 제 1 배열을 나타내는 도면,
도 4는 터치센서장치용 전극의 제 2 공지 배열을 나타내는 도면,
도 5는 본 발명에 따른 터치센서장치용 전극의 제 2 배열을 나타내는 도면,
도 6은 터치입력이 없을 때 상이한 전극디자인이 상이한 커패시턴스값을 나타내는 방식을 보여주는 그래프,
도 7은 터치입력이 존재할 때 상이한 전극디자인이 다양한 커패시턴스값을 발생시키는 방식을 보여주는 그래프이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10: 표시장치 12: 공통전극
14: 컬러필터유리 16: 평탄화 유전층
18: Y감지전극 20: 유리상판
22: X감지전극 24: 편광층 및 흠집방지층
26: 스타일러스 또는 손가락 30a,30b: 직선전극
32a,32b: 확장부 40a,40b: 직선전극

Claims (14)

  1. 터치센서입력을 갖는 표시장치로서,
    표시장치 층(10); 및
    상기 표시장치 층의 상면에 있고, 제 1 전극 어레이(18)와 제 2 전극 어레이(22)를 포함하고, 상기 제 1 어레이의 전극들이 상기 제 2 어레이의 전극들에 비평행인 터치센서구조(16, 18, 20, 22)를 포함하되, 상기 제 1 전극 어레이(18)는 터치센서 영역의 제 1 분획을 점하고, 상기 제 2 전극 어레이(22)는 상기 터치센서 영역의 다른 제 2 분획을 점하는 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 어레이(18)가 상기 하측의 표시장치 층에 더 가까이 있고 더 큰 분획을 가지는 표시장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 전극 어레이들(18, 22)의 각각이 터치센서 영역 내에서 전장을 따라 폭이 곧은 직선전극들(40a,40b)을 포함하고, 한 어레이의 직선전극들(40a)은 다른 어레이의 직선전극들과는 다른 폭을 갖는 표시장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전극 어레이들 각각이 직선전극들(30a, 30b)을 포함하고, 상기 직선전극들을 따라 확장부들(32a,32b)이 있으며, 상기 확장부들(32a,32b) 사이에 다른 어레이의 직선전극들(30a,30b) 사이 피치에 해당하는 거리가 있고, 한 어레이의 상기 확장부들이 다른 어레이의 상기 확장부들과는 다른 크기를 갖는 표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 확장부들(32a,32b)이 다이아몬드 형태인 표시장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2개의 전극 어레이가 동일 피치를 갖는 표시장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 분획이 상기 제 2 분획보다 적어도 0.1만큼 더 큰 표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 분획이 상기 제 2 분획보다 적어도 0.2만큼 더 큰 표시장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 분획이 상기 제 2 분획보다 적어도 0.3만큼 더 큰 표시장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터치센서구조가 상기 제 1 전극 어레이(18)와 상기 제 2 전극 어레이(22) 사이의 유리기판(20)과, 상기 유리기판(20)에서 상기 표시장치 층(10)의 반대편에 있는 상기 제 2 전극 어레이(22) 상의 흠집방지코팅(24)을 포함하는 표시장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표시장치 층(10)과 상기 터치센서구조(16, 18, 20, 22) 사이에 컬러필터 어레이(14)를 더 포함하는 표시장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표시장치 층(10)이 액정층을 포함하는 표시장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 표시장치 층(10)과 상기 터치센서구조(16, 18, 20, 22) 사이에 상부 공통전극면(12)을 포함하는 표시장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 어레이의 상기 전극들이 모두 평행이고, 상기 제 2 전극 어레이의 상기 전극들이 모두 평행이고, 상기 제 1 전극 어레이의 상기 전극들이 상 기 제 2 전극 어레이의 상기 전극들과 직각인 표시장치.
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