터치 입력장치(Touch input device)

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2012년03월13일
(11) 등록번호 10-1118520
(24) 등록일자 2012년02월14일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
G06F 3/041 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2009-0116585
(22) 출원일자 2009년11월30일
심사청구일자 2009년11월30일
(65) 공개번호 10-2011-0060098
(43) 공개일자 2011년06월08일
(56) 선행기술조사문헌
US20090128508 A1*
*는 심사관에 의하여 인용된 문헌
(73) 특허권자
이성호
경기도 화성시 반월동 860 신영통현대아파트 308
동 1201호
(72) 발명자
이성호
경기도 화성시 반월동 860 신영통현대아파트 308
동 1201호
(74) 대리인
김재흥
전체 청구항 수 : 총 4 항 심사관 : 이철수
(54) 발명의 명칭 터치 입력장치
(57) 요 약
본 발명은 표시장치(20)의 상부에 설치되며, 터치패널 상에 터치수단이 접촉 또는 접근되는 것을 검출하여 터치
가 발생한 지점에 대응하는 입력신호를 생성하는 터치 입력장치에 관한 것으로서, 상기 터치패널 상에서 터치입
력이 이루어지는 액티브영역을 복수개로 분할한 영역별로 형성되는 터치셀(50); 상기 터치패널 상에 종방향 또는
횡방향으로 배선되며, 상기 터치셀(50)에 위치검출신호를 송수신하는 복수의 신호선(15); 상기 신호선(15)에 위
치검출신호를 송수신하기 위한 드라이브IC(71); 상기 드라이브IC(71)에서 검출된 위치검출신호로부터 입력신호를
생성하는 신호처리부(73); 및 상기 표시장치(20)와 터치패널 사이에 설치되며 광을 확산시키는 확산시트(90);를
포함하여 구성되며, 상기 확산시트(90)가 표시장치(20)와 터치패널 사이에서 광을 확산시킴으로써, 상기 신호선
(15)과 표시장치(20)의 신호선(140)(또는 차광부재(340))간 광간섭에 의한 모아레 현상을 방지할 수 있는 효과를
갖는 것이다.
대 표 도 - 도12
등록특허 10-1118520
- 1 -
특허청구의 범위
청구항 1
표시장치(20)의 상부에 설치되며, 터치패널 상에 터치수단이 접촉 또는 접근되는 것을 검출하여 터치가 발생한
지점에 대응하는 입력신호를 생성하는 터치 입력장치에 있어서,
상기 터치패널 상에서 터치입력이 이루어지는 액티브영역을 복수개로 분할한 영역별로 형성되는 터치셀(50);
상기 터치패널 상에 종방향 또는 횡방향으로 배선되며, 상기 터치셀(50)에 위치검출신호를 송수신하는 복수의
신호선(15);
상기 신호선(15)에 위치검출신호를 송수신하기 위한 드라이브IC(71);
상기 드라이브IC(71)에서 검출된 위치검출신호로부터 입력신호를 생성하는 신호처리부(73); 및
상기 표시장치(20)와 터치패널 사이에 설치되어, 상기 신호선(15)과 표시 장치(20)의 차광 부재의 광간섭을 방
지하도록 광을 확산시키는 확산시트(90)를 포함하고,
상기 터치셀(50)은 단위 터치셀 별로 터치 입력을 인식함에 의해 멀티 터치 검출이 가능한 것인 터치 입력장치.
청구항 2
제 1항에 있어서,
상기 터치패널 상부에 확산시트(95)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 터치 입력장치.
청구항 3
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 복수의 신호선(15) 중 적어도 하나 이상의 신호선은 상기 표시장치(20)의 화면 표시를 위한 신호선(140)에
대해 사선 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 터치 입력장치.
청구항 4
제 3항에 있어서,
상기 복수의 신호선(15) 중 적어도 하나 이상의 신호선은 지그재그 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 터치
입력장치.
명 세 서
발명의 상세한 설명
기 술 분 야
본 발명은 터치 입력장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터치패널의 신호선과 표시장치의 신호선(또는 차광[0001]
부재)간 광학적 간섭에 의한 모아레 현상을 방지할 수 있는 터치 입력장치에 관한 것이다.
배 경 기 술
터치 입력장치는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic Light Emitting[0002]
Diode), AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode) 등과 같은 표시장치 위에 부가되거나 표시장치
내에 내장 설계되는 입력장치로서, 손가락이나 터치펜 등의 물체가 스크린에 접촉될 때 이를 입력신호로 인식하
는 장치이다. 터치 입력장치는 근래 휴대폰(mobile phone), PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable
Multimedia Player) 등과 같은 모바일 기기에 많이 장착되고 있으며, 그밖에도 네비게이션, 넷북, 노트북,
등록특허 10-1118520
- 2 -
DID(Digital Information Device), 터치입력 지원 운영체제를 사용하는 테스크탑 컴퓨터, IPTV(Internet
Protocol TV), 최첨단 전투기, 탱크, 장갑차 등 전 산업분야에 걸쳐 이용되고 있다.
종래 터치 입력장치는 터치입력을 검출하는 방식에 따라 다양한 유형이 개시되어 있으나, 제조공정이 간단하고[0003]
제조코스트가 저렴한 저항방식의 터치 입력장치가 가장 널리 이용되고 있다. 그러나 저항방식은 터치패널의 투
과율이 낮고, 신호의 누락이 많고, 정확한 터치지점의 인식이 어려운 문제점이 있다. 특히, 저항방식은 면저항
의 균일성이 요구되므로, 기판의 면적이 커질수록 면저항을 균일하게 유지하는 것이 곤란하다. 이에 따라 소형
터치스크린에서만 제한적으로 이용되고 있다. 그에 반해, 최근에는 풀 터치(full touch) 폰의 수요가 증가하고,
터치입력을 지원하는 운영체제가 출시되어 노트북이나 데스크탑 컴퓨터 등에서 터치스크린의 수요가 발생하고
있는 바와 같이, 터치스크린이 점차 대형화되고 있다.
대안으로서, 최근에는 정전용량식 및 광학식 터치 입력장치의 수요가 증가하고 있다. 정전용량식 터치 입력장치[0004]
는 신체의 손가락이 터치패널에 가볍게 접촉되는 소프트 터치를 검출하는 방식으로서, 패널의 투과율을 높게 가
져갈 수 있으며, 터치 감도가 좋아 신호의 누락이 적은 장점이 있다. 그러나, 정전기 등과 같은 노이즈에 의한
오작동이 야기되며, 미소 전류를 검출하기 위해 고가의 검출장치를 필요로 하며, 신호를 검출하기 위해 영점 조
정이 필요하다.
발명의 내용
해결 하고자하는 과제
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 액티브영역을 복수개로 분할하여 터치셀을[0005]
형성하고, 각 터치셀들을 독립적으로 동작시키기 위하여 패널 상에 복수의 신호선을 배치하는 특화된 셀 구조의
터치패널을 제공하는 동시에, 터치패널의 신호선과 표시장치의 신호선(또는 차광부재)간 광학적 간섭에 의해 모
아레 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있는 터치 입력장치를 제공함에 그 목적이 있다.
과제 해결수단
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 터치 입력장치는, 표시장치(20)의 상부에 설치되며, 터치패널 상에 터[0006]
치수단이 접촉 또는 접근되는 것을 검출하여 터치가 발생한 지점에 대응하는 입력신호를 생성하는 터치 입력장
치에 있어서, 상기 터치패널 상에서 터치입력이 이루어지는 액티브영역을 복수개로 분할한 영역별로 형성되는
터치셀(50); 상기 터치패널 상에 종방향 또는 횡방향으로 배선되며, 상기 터치셀(50)에 위치검출신호를 송수신
하는 복수의 신호선(15); 상기 신호선(15)에 위치검출신호를 송수신하기 위한 드라이브IC(71); 상기 드라이브
IC(71)에서 검출된 위치검출신호로부터 입력신호를 생성하는 신호처리부(73); 및 상기 표시장치(20)와 터치패널
사이에 설치되며 광을 확산시키는 확산시트(90);를 포함하여 구성된다.
일실시예에 따르면, 상기 터치패널 상부에 확산시트(95)가 더 설치된다.[0007]
일실시예에 따르면, 상기 복수의 신호선(15) 중 적어도 하나 이상의 신호선은 상기 표시장치(20)의 화면 표시를[0008]
위한 신호선(140)에 대해 사선 방향으로 배치된다.
일실시예에 따르면, 상기 복수의 신호선(15) 중 적어도 하나 이상의 신호선은 지그재그 형태로 배치된다.[0009]
효 과
본 발명의 터치 입력장치에 따르면, 표시장치와 터치패널 사이에 확산시트를 설치함으로써, 표시장치의 화면 표[0010]
시를 위한 신호선 또는 화소전극 사이에 형성되는 차광부재(예컨대, Black Matrix)와 터치패널 상에 종횡으로
배치된 신호선이 서로 광학적으로 간섭하는 것을 방지하며, 그에 따라 광간섭에 의한 모아레 현상을 방지할 수
등록특허 10-1118520
- 3 -
있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 터치패널의 상부에 확산시트를 추가로 설치함으로써, 모아레를 확실하게 억제할 수 있[0011]
는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 터치패널의 신호선을 표시장치의 신호선에 대해 사선방향으로 배치함으로써, 두 신호선이 겹쳐[0012]
져서 시인되는 것을 회피하고 모아레를 보다 확실하게 억제할 수 있는 효과가 있다.
발명의 실시를 위한 구체적인 내용
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.[0013]
우선, 본 발명은 LCD, PDP, OLED, AMOLED 등의 표시장치 상면에 부가하여 설치되는 터치 입력장치에 관한 것으[0014]
로서, 액티브영역을 분할하여 형성된 터치셀들이 매트릭스 형태로 배열되는 셀 방식의 터치 입력장치에 관한 것
이다. 본 발명은 각 터치셀들에 위치검출신호를 송수신하기 위하여, 터치패널에 종방향 또는 횡방향으로 복수의
신호선을 배치한다. 이와 같이, 터치패널에 복수의 신호선들을 배치하는 경우, 신호선들이 표시장치의 화면 표
시를 위한 신호선들(예컨대, LCD의 게이트라인 및 소스라인 등과 같은) 또는 화소전극 사이에 형성되는 차광부
재(예컨대, Black Matrix)와 광간섭을 일으켜 모아레를 발생시킬 수 있는데, 본 발명은 이러한 모아레 현상을
제거하는데 특징을 갖는다.
이하에서 여러 가지 실시예를 설명하는 과정에서, 각 실시예에는 터치패널 및 터치셀의 구성에 대하여 먼저 언[0015]
급한 후, 모아레 현상을 제거하는 실시예에 대하여 언급하기로 한다. 언급되는 실시예는 비록 몇가지 실시예들
이지만, 본 발명의 기술사상은 언급되는 실시예 뿐만 아니라 터치셀에 위치검출신호를 송수신하기 위해 터치패
널 상에 종횡으로 복수의 신호선들을 배치하는 구조의 터치 입력장치 모두에 적용할 수 있다는 것은 당업계에서
통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
이하의 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께나 영역을 확대하여 나타내었다. 그리고,[0016]
층, 영역, 기판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상면" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경
우 뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있
다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
본 명세서에서 터치패널 상에 설치되는 신호선과 표시장치의 신호선이 모두 "신호선"으로 언급되지만, 양자는[0017]
그 설치되는 대상이 명확하게 다를 뿐만 아니라, 터치패널 상에 설치되는 신호선은 터치입력 검출을 위한 신호
선이고 표시장치의 신호선은 화면 표시를 위한 신호선으로서 그 작용 역시 명확하게 다르다는 것이 자명하다.
명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하였다. 또한, 이하에서 설명되는 실시예[0018]
들에서 스위칭소자는 "TFT"로 대체되어 설명될 수 있으며, 스위칭소자와 TFT에 대하여는 동일한 도면부호를 사
용하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 압력식 터치 입력장치의 구성을 보여주는 분해사시도이다. 도시한 바와 같이 표시장치[0019]
(20)의 상면에 터치패널이 설치된다. 여기서, "표시장치"라 함은 표시패널(예컨대, 액정패널 등과 같은)과, 필
요한 경우 백라이트(액정패널과 같은 비발광패널에서 그러하듯이) 등을 포함한 장치를 의미한다.
도 1과 같은 압력식 터치 입력장치에서 터치패널은 상호 대향 배치되는 제1기판(40) 및 제2기판(60)으로 구성된[0020]
다. 제1기판(40) 또는 제2기판(60)의 에지부에는 드라이브IC(71)가 실장된다. 바람직하게는, 드라이브IC는 하부
에 위치한 제1기판(40)의 상면 에지부에 실장된다. 드라이브IC(71)는 위치검출신호를 송수신하기 위한 IC이며,
기판의 에지부에 COF(Chip On Film) 또는 COG(Chip On Glass) 형태로 실장된다. 도시된 예에서는 드라이브
IC(71)가 단일 IC로 구성되는 예를 도시하였으나, 이는 발신용 드라이브IC와 수신용 드라이브IC가 각각 별도로
구성될 수도 있다.
제1기판(40)과 제2기판(60)은 모두 투명한 글래스, 플라스틱 또는 필름 등으로 형성된다. 물론, 광투과성이 확[0021]
보된 다른 재질로 형성될 수도 있다. 바람직하게는, 제1기판(40)으로는 글래스기판이 이용되며, 글래스기판 상
에는 터치셀(50) 및 신호선(15)들이 배선된다. 그리고 제2기판(60)으로는 필름기판이 이용되며, 이 필름기판이
손가락이나 스타일러스 펜 등과 같은 터치수단의 접촉에 의해 굴곡되어 제1기판(40)과 접촉된다.
도 2는 압력식 터치셀의 회로구성을 예시한 것이다. 도 2에서 실선으로 표시된 부분은 제1기판(40) 상면에 설치[0022]
되는 구성들이며, 점선으로 표시된 부분은 제2기판(60)의 하면에 설치되는 구성들이다. 도시된 바와 같이, 제1
등록특허 10-1118520
- 4 -
기판(40) 상에는 실제 터치입력이 이루어지는 액티브영역(active area)을 복수개로 분할한 영역별로 터치셀(5
0)이 형성된다. 실질적으로 터치셀(50)은 매우 높은 해상도로 배치되겠지만, 도시된 실시예들에서는 본 발명의
이해를 돕기 위해 터치셀(50)이 3*3의 해상도로 배치된 구성을 가정하여 예시하였다.
각 단위 터치셀(50)은 도전패드(45)를 구비한다. 도시한 바와 같이, 도전패드(45)들은 이웃하는 터치셀(50)과[0023]
영역을 구획하도록 형성된다. 제2기판(60)의 하면에는 점선으로 도시한 바와 같이 도전층(62)이 형성된다. 도전
패드(45) 및 도전층(62)은 기판 상에 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ATO(Antimony Tin
Oxide), 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube) 등의 투명한 도전물질을 도포하여 형성된다. 도전층(62)은 제2기판
(60)의 하면 전체 영역에 걸쳐 형성될 수도 있겠으나, 바람직하게는 행이나 열 방향으로 구획 형성되거나, 도 2
에서와 같이 단위 터치셀(50)별로 구획하여 형성된다. 도 2에서와 같이 도전층(62)을 단위 터치셀(50)별로 구획
형성하면, 도전층(62)과 도전패드(45)가 통전될 때의 신호를 터치셀(50)별로 전기적으로 격리시킬 수 있다. 즉,
각 터치셀(50)들에 전달되는 신호만 분리해주면, 신호가 다른 터치셀(50)로 역류하는 것을 방지할 수 있고 멀티
터치입력을 인식할 수 있게 된다. 멀티 터치입력을 인식하는 예는 후술한다.
도시한 바와 같이, 도전층(62)과 도전패드(45) 각각에는 제1신호선(42)과 제2신호선(44)이 연결된다. 제1신호선[0024]
(42)과 제2신호선(44)은 위치검출신호를 송수신하는 신호선으로서, 드라이브IC(71)에 의해 제어된다. 도시된 예
에서 제1신호선(42)은 횡방향으로 배선되고, 제2신호선(44)은 종방향으로 배선되었지만, 각 신호선의 배선방향
은 도시된 예에 국한되지 않으며, 또한 반드시 상호 교차되어야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 제1신호선(42)과
제2신호선(44)은 사선 형태, 지그재그 형태로 배선될 수 있으며, 서로 평행하게 배선될 수도 있다.
신호선들은 일 실시예로, 알루미늄과 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열의 금속, 은과 은 합금 등 은 계열의[0025]
금속, 구리와 구리 합금 등 구리 계열의 금속, 몰리브덴과 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열의 금속, 크롬, 티타
늄, 탄탈륨 등으로 이루어지는 것이 바람직하다. 제1신호선(42)과 제2신호선(44), 그리고 본 실시예에서는 언급
되지 않았지만 후술되는 실시예에서 언급되는 다른 신호선들은 물리적 성질이 다른 두 개의 막, 즉 하부막(도시
하지 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 금속
으로 이루어진다. 이와는 달리 하부막은 ITO나 IZO 등과의 접촉 특성이 우수한 물질, 이를테면 몰리브덴(Mo),
몰리브덴합금, 크롬(Cr) 등으로 이루어진다.
신호선들은 바람직하게는 투명도전체로 형성되어, 관측자에 의해 시인되는 것을 회피한다. 신호선들이 투명도전[0026]
체로 형성되는 경우, 신호선의 저항을 감소시키기 위한 목적으로 부분적으로 금속계열의 신호선이 사용될 수 있
다. 또한, 신호선들의 교차 지점에는 신호선 상호간에 발생하는 상호 커패시턴스(mutual capacitance)를 줄이기
위해 금속계열의 신호선이 사용될 수 있다. 그리고, 이종의 레이어에 형성된 신호선들은 콘택홀(59, contact
hole)에 의해 다른 구성품들과 접속된다.
도 3은 본 발명의 터치입력 검출장치의 시스템 구성을 예시한 블록도이고, 도 4는 도 2와 같은 실시예에서 터치[0027]
입력을 인식하는 예를 보인 파형도이다. 도 3을 참조하면, 터치위치 검출부(70)는 각 터치셀(50)에 위치검출을
위한 신호들을 인가하고 터치셀(50)로부터 좌표값을 획득하여 입력신호를 생성하는 것으로서,
드라이브IC(71)와, 신호처리부(73)와, 타이밍 제어부(74), 메모리수단(75)을 포함하여 구성된다. 터치위치 검출
부(70)에서 검출된 신호는 CPU(80)로 전달된다. CPU는 표시장치(20)의 CPU 혹은 컴퓨터장치의 메인 CPU이거나,
터치 입력장치 자체의 CPU일 수 있다. 도시하지 않았지만, 시스템 구성에는 터치입력 검출을 위한 신호들의 하
이나 로우전압을 생성하기 위한 전원부가 더 포함된다.
타이밍 제어부(74)는 수십 ms 이하의 시분할 신호를 발생시키고, 신호처리부(73)는 드라이브IC(71)를 통해 제1[0028]
신호선(42) 각각에 시분할된 위치검출신호를 인가하며, 제2신호선(44)으로 입수되는 신호를 검출하여 터치입력
이 발생한 지점의 좌표값을 획득한다. 바람직하게는, 신호처리부(73)는 어느 하나의 제1신호선(42)에 위치검출
신호를 인가하는 순간에 다른 제1신호선(42)들을 하이 임피던스(Hi Impedance) 또는 플로팅(Floating) 상태로
유지한다. 제2신호선(44)의 종단에는 터치입력이 발생하지 않을 경우 입력신호를 그라운드 레벨로 설정하기 위
해, 그라운드와 연결된 저항이 설치될 수 있다.
메모리수단(75)은 획득된 좌표값을 일시 저장하기 위한 수단이다. 신호처리부(73)는 많은 신호들을 처리하는 과[0029]
정에서 "Busy" 상태에 있게 될 경우 일부 신호들을 놓칠 수 있다. 따라서, 신호처리부(73)가 입수된 신호들을
메모리수단(75)에 일시 저장하고, 전체 신호들을 1회 스캐닝한 후에 메모리수단(75)을 읽어 누락된 신호가 있는
지를 판단한다. 누락된 신호가 있으면 해당 신호를 정상 입력신호로 생성하고, 다음 스캐닝 이전에 메모리수단
(75)을 소거한다.
등록특허 10-1118520
- 5 -
도 4의 파형도를 참조하면, 위치검출신호의 펄스의 주기는 "T"이다. 만약, 도 2에서 우하단의 터치셀(50)에 터[0030]
치입력이 발생한다면, t3~t4 타임에 가장 우측의 제2신호선(44)을 통해 신호 S3가 입수될 것이다. 이때, 신호처
리부(73)는 해당 터치셀(50)의 좌표값 "D3, S3"에 대응하는 입력신호를 생성한다.
도 5는 압력식 터치셀의 다른 실시예를 보여준다. 도 5를 참조하면, 도 2의 실시예와 대비하여 터치셀(50)을 구[0031]
성하는 도전패드(45)가 쌍을 이루도록 형성되며, 신호선들은 모두 제1기판(40) 상에 배치된다. 도시된 바와 같
이, 터치셀(50)은 상호 소정 간격 이격 배치되는 한 쌍의 제1도전패드(46) 및 제2도전패드(48)로 구성된다. 각
터치셀(50)에서 제1도전패드(46)는 제1신호선(42)에 접속되며, 제2도전패드(48)는 제2신호선(44)에 접속된다.
이러한 실시예에서는 제2기판(60)의 하면에 형성된 도전층(62)에 별도의 신호를 인가할 필요가 없다. 도전층[0032]
(62)은 단지 한 쌍의 제1도전패드(46) 및 제2도전패드(48)를 통전시키는 통전체로서 역할하면 족하다. 따라서,
제2기판(60)의 구성이 매우 간소화된다. 또한, 도전층(62)을 터치셀(50)별로 구획하여 형성하면, 각 터치셀(5
0)에서의 신호를 전기적으로 차단시킬 수 있고, 패널의 투과율을 향상시킬 수 있다.
도 6은 압력식 터치셀의 또 다른 회로구성을 보인 것으로서, 스위칭소자를 이용하여 각 터치셀(50)에서의 신호[0033]
를 스위칭하는 예를 보인 것이다.
도 6을 참조하면, 제2도전패드(48)와 제2신호선(44) 사이에는 스위칭소자(35)가 연결된다. 스위칭소자(35)는 신[0034]
호가 역류하는 것을 방지하기 위한 것으로서, 다이오드의 항복전압을 이용하여 구성될 수 있다. 바람직하게는,
스위칭소자(35)는 2단자형 소자보다는 제어가 용이한 3단자형 소자이다.
3단자형의 스위칭소자(35)는 제어단자에 인가되는 신호에 따라 입출력단자의 도통을 제어하는 소자로서, 릴레이[0035]
(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 (Collecto
r)에서 에미터(Emitter)로 흐르는 소자이다. 또한 TFT는 LCD나 AMOLED등의 표시장치를 구성하는 화소부에 사용
되는 스위칭소자로서 제어단자인 게이트(Gate)단자, 입력단자인 드레인(Drain)단자 및 출력단자인 소스(Sourc
e)단자로 구성되며, 게이트단자로 소스단자에 인가된 전압보다 문턱전압 이상되는 전압을 가하면, 도통되면서
게이트단자에 인가된 전압의 크기에 종속되는 전류가 입력단자에서 출력단자로 흐르는 소자이다. 이하의 설명에
서는 스위칭소자(35)로서 LCD나 AMOLED에서 이미 신뢰성이 검증된 TFT가 이용된 것을 예시하여 설명하며, TFT에
대하여는 스위칭소자(35)와 동일한 도면부호를 부여한다.
도 7은 도 6의 실시예에서 단위 터치셀의 구성을 예시한 평면도이고, 도 8은 도 7에서 I-II 선을 따라 절개한[0036]
단면을 보인 단면 구성도이다. 도 7을 참조하면, 제1기판(40)의 상면에는 횡방향으로 제1신호선(42)과 게이트신
호선(38)이 배치되고, 종방향으로 제2신호선(44)이 배치된다. 도시한 바와 같이 제1신호선(42)과 게이트신호선
(38)을 나란하게 배치하면, 동일한 레이어를 이용하여 제1신호선(42)과 게이트신호선(38)을 배선할 수 있다.
제1도전패드(46)는 콘택홀(59)을 매개로 제1신호선(42)에 접속된다. 제2도전패드(48)와 제2신호선(44) 사이에[0037]
설치되는 TFT(35)는 다음과 같은 회로 구성을 갖는다. TFT(35)의 드레인전극(51)은 콘택홀(59)을 매개로 제2도
전패드(48)에 접속된다. TFT(35)의 소스전극(52)은 제2신호선(44)과 연결되며, 게이트전극(53)은 게이트신호선
(38)과 연결된다.
도 8의 단면 층 구조를 참조하면, TFT(35)의 게이트전극(53) 위에는 질화규소(SiNx) 등으로 이루어진 게이트 절[0038]
연막(66)이 있으며, 게이트 절연막(66) 위에는 게이트전극(53)과 중첩되며 드레인전극(51)과 소스전극(52) 사이
에 채널을 형성하기 위한 활성층(69)이 형성된다. 활성층(69)은 수소화 비정질 규소(Hydrogenated Amorphous
Silicon) 또는 다결정규소(Poly Crystalline Silicon) 등으로 형성된다. 활성층(69) 위에는 드레인전극(51)과
소스전극(52)의 오믹(Ohmic) 접촉을 위한 오믹접촉층(68)이 형성된다. 오믹접촉층(68)은 실리사이드(Silicide)
또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n 수소화 비정질 규소 등의 물질로 구성된다. 드레인전극(51)과 소
스전극(52) 위에는 보호막(67)이 형성되며, 보호막(67)의 상면에는 ITO, IZO, ATO, CNT 등과 같은 투명한 도전
물질로 형성된 제1도전패드(46) 및 제2도전패드(48)가 위치한다.
앞서 살펴본 바와 같이, 서로 다른 층에 위치한 신호선들을 연결하기 위해서, 또한, 한 쌍의 도전패드(46, 48)[0039]
를 다른 구성품들과 접속하기 위해 콘택홀(59)이 사용되며, 콘택홀(59)은 다각형 또는 원 모양 등 다양한 모양
으로 만들어 질 수 있다.
등록특허 10-1118520
- 6 -
또한, 도시되지는 않았으나, TFT(35)의 위에는 광(Light)을 차단하기 위한 광차폐층이 설치될 수 있다. 광차폐[0040]
층은 TFT(35)의 드레인전극(51)이나 소스전극(52)의 제조에 사용된 소스메탈, 게이트전극(53)의 제조에 사용된
게이트메탈, 또는, 불투과성 절연막 등으로 형성될 수 있다. 불투과성 절연막은 산화막이나 질화막 또는 절연성
폴리 실리콘막 등으로 형성된다. 광차폐층은 TFT(35)가 광(Light)에 반응하여 오작동하는 것을 방지한다.
그리고, 두 기판(40, 60)을 소정 간격 이격된 상태로 유지시키기 위해서, 도시한 바와 같이 두 기판(40, 60)의[0041]
사이에는 볼 스페이서(25a) 또는 패턴 스페이서(25b) 등과 같은 스페이서(25)가 설치된다.
도 6의 실시예에서는 신호처리부(73)가 각각의 게이트신호선(38)에 게이트신호 Gn을 순차적으로 인가하여 터치[0042]
입력 검출을 위한 터치셀(50)들만 선택적으로 활성화시키고, 다른 터치셀(50)들은 비활성화시킬 수 있다. 예컨
대, G1이 온 신호를 인가할 때 G2 및 G3는 오프 신호를 인가한다. G1에 의해 첫째 행의 터치셀(50)들이 활성화
된 상태에서, 좌상단의 터치셀(50)에 터치입력이 발생하면 S1 신호가 입수된다. 이때 제2신호선(44)들은 열 방
향으로 배치되어 있으므로, 신호가 다른 터치셀(50)로 역류하지 않는다. 따라서, 멀티 터치입력을 검출할 수 있
게 된다.
한편, 도 6을 참조한 실시예에서 TFT(35)의 연결관계를 언급하였지만, TFT(35)는 다른 방식으로 연결될 수도 있[0043]
다. 예컨대, 제2도전패드(48)에 게이트단자가 연결될 수도 있다. 다른 예로서, 제1신호선(42)과 제1도전패드
(46) 사이에 TFT(35)가 설치될 수도 있다.
도 9는 터치셀(50)의 다른 회로구성을 보여준다. 도 9를 참조하면, 제1신호선(42)과 제1도전패드(46) 사이에 제[0044]
1스위칭소자(35a)가 설치되고, 제2신호선(44)과 제2도전패드(48) 사이에 설치된 제2스위칭소자(35b)가
설치된다. 두 스위칭소자 역시 바람직하게는 TFT이다. 제2TFT(35b)의 회로 구성은 도 6과 동일하며, 제
1TFT(35a)의 회로구성은 도시된 바와 같이 게이트신호선(38)에 게이트단자가 접속되는 구성이다.
이러한 터치셀(50)의 구성에 따르면, 터치셀(50)을 구성하는 한 쌍의 도전패드(46, 48)가 신호선과 전기적으로[0045]
완전히 격리될 수 있다. 예컨대, 게이트신호가 차단되는 경우, 터치셀(50)에서 한 쌍의 도전패드(46, 48)가 도
전층(62)과 접촉되어도, 제1신호선(42)을 통해 위치검출신호가 제공되지 않으며 제2신호선(44)을 통해 위치검출
신호가 입수되지도 않는다. 따라서, 제2기판(60)의 하면에서 도전층(62)을 구획 형성하지 않아도 게이트신호에
동기하여 위치검출신호를 정확하게 인식할 수 있으며, 보다 안정적으로 멀티 터치를 인식할 수 있게 된다.
이와 같이 TFT를 이용하여 각 터치셀에서의 신호를 스위칭하는 것은 흡사 LCD(또는 Active Matrix LCD)나[0046]
AMOLED에서 화면 표시를 위해 TFT를 이용하여 화소를 구성한 방식과 흡사하다. 즉, 본 발명에서 언급되는 터치
셀(50)들은 Active Matrix 방식으로 터치입력을 검출한다. 그에 따르는 기술적 장점은 터치패널의 양산성, 신뢰
성 등이 양호하다는 것과, 신호의 역류를 방지하여 터치입력을 오인식하는 것을 막고 동시에 다수의 지점이 접
촉되는 멀티 터치입력을 인식할 수 있다는 것이다.
여기서, 본 발명과 같이 터치패널에 복수의 터치셀(50)을 구성하고, 각각의 터치셀(50)에 위치검출신호 송수신[0047]
을 위한 신호선(15)을 연결한 구조에서는, 도 10에 도시한 바와 같이 터치패널의 신호선(15)이 표시장치(20)의
신호선(140) 또는 차광부재(340)와 광간섭을 일으켜 모아레 현상을 일으킬 수 있다. 도 10을 참조하여 모아레
현상이 일어나는 원리에 대하여 간략하게 설명한다.
도 10에서와 같이 관측자가 터치패널을 관찰하는 경우, 관측자의 시야에는 터치패널과 표시장치(20)가 순차적으[0048]
로 시인된다. 이때, 표시장치(20)의 후방에서 방사된 광이 표시장치(20)의 차광부재(340)(예컨대, 화소들 사이
에 형성되는 Black Matrix)와 터치패널의 제1기판(40)에 설치된 신호선(15)에서 부분적으로 차단될 수 있다. 이
때, 어떤 영역에서는 광이 그대로 투과되어 보이지만, 다른 영역에서는 표시장치(20)의 차광부재(34) 또는 터치
패널의 신호선(15) 중 어느 하나에 의해 광이 차단되며, 또 다른 영역에서는 차광부재(34) 및 신호선(15)이 겹
쳐져 광을 차단시킨다. 이는 관측자에게 명암 패턴의 반복으로 시인된다.
모아레 간섭 현상은 주기성을 갖는 공간적 무늬가 겹쳐졌을 때 발생하는 간섭으로서, 관측자에게 쉽게[0049]
인지된다. 관측자에게 인지되는 모아레 간섭 현상에 의한 무늬를 통상 모아레 무늬 또는 모아레 현상이라 부른
다. 모아레 무늬는 표시품질을 저하시키는 원인으로 작용한다.
이러한 모아레 패턴은 화소의 크기, 관측자의 위치, 터치패널과 표시장치간 거리 등에 의해 크기나 모양이 달라[0050]
진다. 예를 들어, 표시장치에 있어서는 TFT기판 상에 형성된 신호선과 칼라필터기판에 형성된 BM(Black Matri
x)이 동일한 수직선상에 위치하지만, TFT기판과 칼라필터기판이 수 ㎛의 간격으로 이격되어 있어, 사실상 관측
자에게는 신호선과 BM이 항상 겹쳐져서 인지된다. 즉, 위에서와 같은 모아레가 발생하지 않는다.
등록특허 10-1118520
- 7 -
그렇지만, 표시장치(20)의 상면에 터치패널을 부가하여 설치하는 경우에 있어서는 표시장치(20)와 터치패널이[0051]
수백 ㎛ 내지 수 ㎜의 간격으로 이격된다. 그에 따라, 도 10에 도시한 바와 같이 표시장치(20)의 차광부재(34
0)와 터치패널의 신호선(15)이 동일한 수직선상에 위치하게 되면, 어떤 영역에서는 차광부재(340) 또는 신호선
(15) 중 어느 하나만 시인되며, 다른 영역에서는 차광부재(340)와 신호선(15)이 겹쳐져 인식되므로 모아레 무늬
가 나타나게 된다.
도 11 및 도 12는 본 발명에 따라 모아레 현상을 제거하는 실시예를 보여준다. 본 발명의 터치 입력장치는 도[0052]
11에서와 같이 터치패널과 표시장치(20)의 사이에 확산시트(90)가 설치된다. 확산시트(90)는 광을 확산(또는 분
산)시키는 시트로서, 표시장치(20)에서 방사되는 광의 경로를 분산시켜 모아레 간섭 현상을 억제한다.
일예로서, 확산시트(90)는 확산필름과 BEF(Brightness Enhancing Film)로 구성되며, 두 필름을 2겹 이상으로
겹쳐서 형성할 수도 있다.
도 12의 단면도를 참조하여, 표시장치(20)와 터치패널의 적층 구조에 대하여 보다 상세하게 설명한다. 도시된[0053]
표시장치(20)는 액정표시장치이다. 도시한 바와 같이, 표시장치(20)는 도시 안된 백라이트, 하부편광판(400),
하부기판(100), 액정층(200), 상부기판(300), 상부편광판(410)이 순차로 적층된 구조를 갖는다.
상,하부편광판(400, 410)은 각 화소의 TFT가 턴 온/오프되면서 액정의 배열이 변화될 때 백라이트 광의 투과 및[0054]
차단을 결정하여 칼라필터를 통한 다양한 색상 구현을 가능하게 한다.
하부기판(100)은 TFT기판 또는 어레이기판으로서, 절연기판(110) 상면에 박막소자(120)와, 화소전극(130)과, 화[0055]
소전극(130)에 영상신호를 공급하기 위한 신호선(140)이 설치된 구성을 갖는다. 박막소자(120)는 화소전극(13
0)을 스위칭하기 위한 TFT와, TFT에 접속된 커패시터를 포함한다. 신호선(140)은 통상의 LCD에서와 같이 TFT의
게이트에 온/오프 제어신호를 인가하는 게이트라인 및 영상신호 공급을 위한 소스라인이다.
상부기판(300)은 칼라필터기판으로서, 절연기판(350)의 하면에 차광부재(340)와 칼라필터(330)가 형성되고, 그[0056]
위에 덮개막(320) 및 공통전극(310)이 형성된 구성을 갖는다. 공통전극(310)은 액정의 동특성을 결정하는 Vcom
전압을 제공하는 전극이다. 칼라필터(330)는 각 화소에 대응하여 R, G, B 색상을 부여하며, 이 칼라필터(330)를
보호하기 위하여 덮개막(32)이 이용된다. 차광부재(340)는 각 화소 사이의 경계부가 시인되는 것을 차단하는 부
재로서, 검정 잉크 등이 도포되어 형성되는 블랙 매트릭스(Black Matrix)이다.
그리고, 도시한 바와 같이, 하부기판(100)과 상부기판(300)의 사이에는 액정이 봉입되어 액정층(200)을 형성한[0057]
다.
이와 같은 표시장치(20)의 상면에 본 발명의 터치패널이 설치되는 경우, 표시장치(20)와 터치패널 사이에는 도[0058]
시한 바와 같이 확산시트(90)가 개재된다. 확산시트(90)는 차광부재(340)의 상부에서 광을 확산시킴으로써, 차
광부재(340)와 터치패널의 신호선(15)이 상호 광간섭을 일으키지 않도록 한다.
나아가서, 도 12에서와 같이 터치패널의 상부에 확산시트(95)가 더 설치될 수 있다. 이와 같은 구조에서는, 표[0059]
시장치(20)와 터치패널 사이의 확산시트(90)가 차광부재(340)의 상부에서 광을 확산시키고, 터치패널 상부의 확
산시트(95)가 터치패널의 신호선(15) 상부에서 광을 확산시킴으로써, 모아레를 보다 확실하게 억제할 수 있다.
도 12의 실시예는 또한 모아레를 제거하기 위한 신호선의 배선구조를 보여주며, 도 13은 터치패널의 신호선(15)[0060]
배선에 의해 모아레를 회피하는 예를 보여준다. 비록 도 13에서는 본 발명의 이해를 돕기 위해 신호선(15)의 폭
을 과장되게 표시하였으나, 실제 신호선(15)은 수 ㎛ 내지 수십 ㎛의 폭을 갖는다. 또한, 터치패널의 신호선
(15)이 표시장치(20)의 차광부재(340)와 같은 피치로 배선된 것을 예시하였으나, 실제로는 표시장치(20)의 차광
부재(340)가 화소단위의 피치로 형성되어 있는데 반해 터치패널의 신호선(15)은 그보다는 넓은 피치로 배선될
것이다.
도시한 바와 같이, 터치패널의 신호선(15)은 표시장치(20)의 차광부재(340)와 서로 다른 수직선상에 배치된다.[0061]
이와 같이, 터치패널의 신호선(15)을 차광부재(340)와 수직선상으로 어긋나게 배치하면, 도 13에서와 같이 관측
자에 의해 터치패널이 신호선(15)과 차광부재(340)가 겹쳐져서 시인되는 것을 회피할 수 있다. 왜냐하면, 신호
선(15)과 차광부재(340)는 매우 좁은 폭으로 형성되기 때문이다.
따라서, 확산시트(90)를 설치하는 것에 추가로 터치패널의 신호선(15) 중 적어도 일부를 표시장치(20)의 차광부[0062]
재(340) 혹은 신호선(140)과 서로 다른 수직선상에 배치하는 것으로 모아레를 보다 확실하게 억제할 수 있다.
이상에서 압력식으로 터치셀(50)을 구성하는 터치 입력장치에서 모아레를 회피하는 예를 살펴보았다. 다음에서[0063]
는 용량식으로 터치셀(50)을 구성하는 터치 입력장치를 예시하고, 용량식 터치입력장치에서 모아레를 회피하는
등록특허 10-1118520
- 8 -
예를 설명한다.
용량식 터치 입력장치는 손가락과 같은 신체의 일부, 철제필기구, 소정 전기적신호를 발생시키는 전자펜, 또는[0064]
기타 이와 유사한 터치수단이 터치패드에 비접촉 방식으로 접근할 때(기판에 대해서는 접촉 상태일 수 있음),
터치수단과 터치패드 사이에 형성되는 가상의 커패시터에 축적된 전하를 다양한 방식으로 검출하여 터치신호를
획득한다.
일실시예로서, 터치수단과 터치패드 사이에서 형성되는 가상의 커패시터에 의해 스위칭소자를 온/오프시켜 터치[0065]
신호를 획득한다. 또한, 스위칭소자의 온/오프 제어신호를 별도로 인가하고, 터치수단과 도전패드 사이에 형성
되는 가상의 커패시터에 축적된 전하를 검출하여 터치신호를 획득할 수도 있다. 또한, 소정 전기적 신호를 방출
하는 전자펜이 도전패드에 접근할 때, 가상의 커패시터가 충전되거나 방전되는 것을 검출하여 터치신호를 획득
할 수도 있다. 이하에서는 터치패드의 전위를 이용하여 스위칭소자를 온/오프시키는 방식에 대하여 언급한다.
이하에서 설명되는 실시예에서도 스위칭소자는 바람직하게는 TFT이며, 동일한 도면부호를 사용한다.
도 14에 도시된 바와 같이, 용량식 터치 입력장치는 단일 기판으로 터치패널을 구성할 수 있다. 도 14를 참조하[0066]
면, 표시장치(20)는 앞서 언급한 표시장치와 동일하며, 이 표시장치(20)의 상면에는 단일 기판(30)의 터치패널
이 설치된다. 도시한 바와 같이, 기판(30)의 에지부에는 드라이브IC(71)가 실장되며, 드라이브IC(71) 및 터치입
력 검출을 위한 시스템 구성은 도 3의 블록도를 참조하여 설명한다.
먼저, 도 15를 참조하여 용량식으로 비접촉 터치입력을 검출하는 원리에 대하여 간략하게 설명한다. 도 15를 참[0067]
조하면, 터치패드(55)에 손가락(29, 또는 이와 유사한 도전성의 터치수단)이 접근했을 때 터치패드(55)와 손가
락(29)이 "d"의 간격으로 이격되며, "A"라는 대향면적을 갖는다고 가정하자. 그러면, 도 15의 우측 등가회로 및
수식에서 보여지듯이 손가락(29)과 터치패드(55) 사이에는 정전용량 "C"가 형성된다. 정전용량 "C"를 가지는 터
치패드(55)에 전압이나 전류의 신호를 공급하여 전하량 "Q"의 크기를 갖는 전하가 축적되면, V=Q/C라는 전압관
계식이 형성된다. 이때 신체는 대지에 대하여 가상으로 접지된다.
만약 손가락(29)이 터치패드(55)와 d의 간격으로 대향된 상태에서 터치패드(55)에 신호를 인가한다면, 터치패드[0068]
(55)와 손가락(29) 사이에 형성된 정전용량 C에는 전하가 충전된다. 이때, 도시한 바와 같이 터치패드(55)에는
TFT(35)의 게이트단자가 접속되어 있으므로, 터치패드(55)에 전하가 충전되는 시간 및 정전용량 C에 축적된 신
호가 방전되는 임의의 시간동안 TFT(35)가 턴 온 된다. 방전된 신호의 크기는 시간이 경과함에 따라 점차 작아
지며, 어느 정도 방전이 이루어지면 TFT(35)는 턴 오프 된다. 이하에서 설명되는 용량식 터치 입력장치의 실시
예는 이와 같이 터치수단과 터치패드(55) 사이의 정전용량에 의해 TFT(35)의 게이트단 전위가 변동되는 것을 이
용하여 비접촉 터치입력을 검출한다.
도 16은 용량식 터치셀의 일실시예를 보인 회로구성도이다. 이를 참조하면, 기판(30)의 상면 또는 하면에는 복[0069]
수의 터치셀(50)들이 매트릭스 형태로 배열된다. 또한, 기판(30)에는 복수의 제1신호선(42), 제2신호선(44) 및
보조신호선(37)이 배치된다. 제1신호선(42) 및 제2신호선(44)은 위치검출신호를 송수신하기 위한 라인이며, 보
조신호선(37)은 관측용 보조신호를 인가하기 위한 라인이다.
도 16에서와 같이, 단위 터치셀(50)에서 터치패드(55)들은 구획 형성되며, 터치패드(55)에 TFT(35)의 게이트단[0070]
자가 접속된다. 그리고, 터치패드(55)에 충전신호를 인가하기 위해서, 터치패드(55)는 제1신호선(42)과도 접속
된다. TFT(35)의 입력단자인 드레인단자는 보조선호선(37)에 접속되며, 출력단자인 소스단자는 제2신호선(44)에
접속된다.
드라이브IC(71)는 제1신호선(42)에 시분할된 위치검출신호를 인가한다. 위치검출신호가 인가될 때 터치셀(50)에[0071]
손가락(29)이 접근하면, 손가락(50)과 터치패드(55) 사이에 전하가 축적되면서 가상의 커패시터가 충전된다. 이
후, 해당 터치셀(50)에 위치검출신호의 인가가 종료되면, 터치패드(55)는 방전을 개시한다. 이때, 터치입력이
발생하지 않을 때에 비하여 방전 전류는 완만하게 하강한다. 따라서, TFT(35)의 턴 오프가 지연된다. 즉, 신호
처리부(73)는 제2신호선(44)으로 입수되는 신호가 지연된다면, 이를 검출하여 입력신호를 생성한다.
도 17은 용량식 터치셀의 다른 실시예를 보인 회로구성도이다. 도 17을 참조하면, 기판(30)의 일면에는 제1신호[0072]
선(42), 제2신호선(44), 게이트신호선(38) 및 보조신호선(37)이 배치된다. 각각의 터치셀(50)은 터치패드(55)
및 제1TFT(35a)와 제2TFT(35b)로 구성된다. 제1TFT(35a)의 게이트단자는 게이트신호선(38)에 연결되며, 입력단
자는 제1신호선(42)에 연결되고 출력단자는 터치패드(55)에 접속된다. 제2TFT(35b)의 게이트단자는 터치패드
(55)에 접속되며, 입력단자는 보조신호선(37)에 연결되고 출력단자는 제2신호선(44)에 연결된다.
본 실시예에서 터치입력 검출부(70)는 각각의 게이트신호선(38)에 순차적으로 스캔펄스를 인가하여 제1TFT(35[0073]
등록특허 10-1118520
- 9 -
a)들을 순차적으로 도통시킨다. 또는, 게이트신호 Gn(n=1,2,3)을 동시에 턴 온하여 신체와의 충전을 유도한 후
보조신호선(37)에 관측용 보조신호를 인가하여 터치입력이 발생한 위치를 검출할 수도 있다.
도 18은 도 17의 실시예에서 터치신호를 획득하는 예를 보인 파형도이다. 이를 참조하면, 터치입력 검출부(70)[0074]
는 각 게이트신호선(38)에 순차적으로 스캔펄스를 제공한다. 터치입력 검출부(70)에 의해 제공되는 게이트신호
Gn은 제1TFT(35a)의 게이트를 활성영역에 진입할 수 있도록 충분한 크기의 전압레벨을 갖는다. 예컨대, 게이트
신호 Gn은 제1신호선(42)을 통해 송신되는 위치검출신호 Dn에 비해 3V 이상 크게 설정되는 것이 좋다. 바람직한
실시예로는 Dn의 Hi 전압레벨은 13V이며, Gn의 Hi 전압레벨은 18V이다. 또한, 제1TFT(35a)를 안정적으로 턴 오
프시키기 위하여 게이트 OFF 전압은 -5~-7V로 설정된다.
게이트신호 Gn은 각 신호들 사이에 충분한 관측시간을 갖는다. 이는 신체의 손가락(29)과 터치패드(55)가 형성[0075]
하는 가상의 커패시터가 충분한 방전시간을 갖도록 하기 위함이다. 도시된 바와 같이, G1과 G2 사이에는 충분한
관측시간1의 휴지기가 주어진다. 제1신호선(42)을 통해 인가되는 위치검출신호 Dn은 어느 하나의 Gn이 Hi인 경
우 반드시 Hi를 유지하도록 제공되며, 바람직하게는 Gn이 휴지기를 가질 때 역시 약간의 휴지기를 갖는다.
터치입력 검출부(70)는 보조신호선(37)을 통해 관측 전압을 제공한다. 보조신호 Auxn은 Hi 레벨에서 Dn에 의해[0076]
터치패드(55)에 충전되는 전압인 13V에 비해 3V 이상 낮은 관측전압을 제공한다. 예를 들어, Auxn의 관측전압은
5V 정도로 족하다.
도 18을 참조하여 제2신호선(44)을 통해 입수되는 파형 및 이를 통해 터치신호를 획득하는 과정을 설명하면 다[0077]
음과 같다.
만약, 게이트신호 G1 및 G2가 인가되는 경우에서처럼, 게이트신호가 인가되고 그 후의 관측시간이 지났는데도[0078]
손가락(29)의 접근이 이루어지지 않는다면, 제2신호선(44)을 통해 입수되는 신호 Sn은 도시된 바와 같은 파형을
갖는다. 이는 신체의 접근이 이루어지지 않아 터치패드(55)에서 정전용량이 형성되지 않기 때문이다. 여기서,
Sn의 파형이 Hi 레벨로 상승하는 구간 및 Low 레벨로 하강하는 구간에서 곡선을 갖는 것은 제2신호선(44)의 배
선저항과 기생 정전용량이 존재하기 때문이다. 도시된 바와 같이, Gn의 관측시간에서 신호 Sn이 완전히 Low 레
벨로 하강하기까지의 시간을 "T1"이라 하자. 단 본 파형도에서 입력신호 Dn에 비해 출력신호 Sn에서 발생되는
시간지연은 무시하였다.
만약, 어느 시점에서 도 17에서의 우하단 터치셀(50)에 손가락(29)의 접근이 이루어진다면, 해당 터치셀(50)의[0079]
터치패드(55)와 손가락(29) 사이에서 정전용량이 형성될 것이다. 도 18의 파형도에서 보여지듯이 G3가 Hi 레벨
인 구간에서 터치가 발생하였다면, 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 커패시터에 충전된 전[0080]
압이 방전되면서 제2TFT(35b)의 게이트측 전압은 서서히 하강되며, 제2TFT(35b)를 통해 흐르는 전류의 출력파형
은 S3의 파형에서 보여지듯 고유의 출력특성을 보인다. 이때, Sn의 파형이 50% 이하로 저하되는데 걸리는 시간
을 "T2"라 하자.
도 18의 파형도를 참조하면, T1과 T2는 상당한 시간 차이를 보임을 알 수 있다. 터치입력 검출부(70)는 위와 같[0081]
이 Gn의 OFF 이후 관측시간에서 신호 Sn의 파형이 하강하는 데 걸리는 시간 또는 일정시점에서 하강된 전압이나
전류의 크기를 판독하여, 터치신호를 획득할 수 있다. 본 예시에서 터치신호는 게이트신호 G3의 OFF 이후 관측
시간에서 S3가 획득되었으므로, 획득된 터치신호는 "D3, S3"에 해당하는 좌표값이다.
도 16 및 17은 각 터치셀(50)들이 TFT에 의해 다른 터치셀(50)들과 전기적으로 차단될 수 있는 실시예로서, 이[0082]
에 따라 멀티 터치입력을 인식할 수 있다. 예를 들어, 터치위치 검출부(70)는 행 방향으로 Gn을 순차적으로 스
캐닝하며, 제2신호선(44)은 열 방향으로 각 터치셀(50)로부터 검출신호를 수신한다. Gn의 1회 스캐닝 타임은 대
략 수십 ㎲ 내지 수십 ms이다. 따라서, 동시에 수십개의 터치셀(50)들이 터치되는 경우에도, 행 방향으로 Gn이
스캐닝되고 열 방향으로 Sn이 입수되므로, 수십 ms 이내에 모든 터치지점들을 인식할 수 있다.
이상에서 설명한 용량식 터치 입력장치에서 모아레를 회피하는 방법은 앞서 압력식 터치 입력장치에서 모아레를[0083]
회피하는 방법과 실질적으로 동일하다. 도 19는 용량식 터치 입력장치에서 확산시트(90)가 설치된 예를 보여준
다. 도시된 바와 같이, 표시장치(20)와 터치패널의 기판(30) 사이에는 확산시트(90)가 설치된다. 도시하지 않았
지만, 용량식 터치 입력장치에서도 터치패널의 기판(30) 상면에 확산시트(90)가 더 설치될 수도 있다. 또한, 도
13에서와 같이 터치패널의 신호선(15) 중 적어도 일부는 표시장치(20)의 차광부재(340)와 다른 수직선상에 위치
등록특허 10-1118520
- 10 -
한다.
전술한 모아레 회피 구조는 압력식 및 용량식 터치 입력장치에 적용된 것을 예시하였지만, 본 발명의 기술사상[0084]
은 터치패널 상에 신호선이 배선된 구조라면 언급되지 않은 다른 터치 입력장치에도 적용될 수 있다. 또한, 압
력식 및 용량식 터 치 입력장치는 전술한 실시예와 다른 구조로 터치셀(50)을 구성할 수도 있다.
도 20은 서로 다른 터치셀(81, 82)이 복합적으로 구성된 복합식 터치 입력장치를 예시한 것이다. 단위 터치셀[0085]
(50)은 4개의 압력식 터치셀(81)과 하나의 용량식 터치셀(82)이 복합적으로 형성된 구성을 갖는다. 각각의 압력
식 터치셀(81)은 도 5에 도시된 실시예와 마찬가지로 한 쌍의 도전패드(46, 48)로 구성되며, 각 도전패드(46,
48)에는 압력식 제1신호선(83)과 압력식 제2신호선(84)이 연결된다. 각각의 용량식 터치셀(82)은 도 16에 도시
된 실시예와 마찬가지로 터치패드(55)와 TFT(35)로 구성되며, 터치패드(55)는 TFT(35)의 게이트단자에 접속되고
용량식 제1신호선(86)으로부터 충전신호를 인가받는다. TFT(35)의 입력단자는 관측용 보조신호를 인가하는 용량
식 제2신호선(87)에 접속되고, 출력단자는 터치패드(55)의 방전신호를 전송하기 위한 용량식 제3신호선(88)에
접속된다. 앞선 실시예들에서 각각의 동작에 대하여 설명하였으므로, 그에 대한 설명은 생략한다.
각각의 압력식 터치셀(81) 및 용량식 터치셀(82)은 전술한 다른 실시예들로 대체될 수 있으며, 언급되지 않은[0086]
회로 구성을 가질 수도 있다. 또한, 터치셀(50)의 구성은 하나의 압력식 터치셀(81)과 하나의 용량식 터치셀
(82)이 중복된 영역에 형성되도록 구성될 수도 있으며, 압력식 터치셀(81)과 용량식 터치셀(82)이 서로 다른 영
역에 형성될 수도 있다. 또한, 광학식이나 기타 다른 유형의 터치셀들이 복합적으로 구성될 수도 있다.
이와 같은 복합식 터치 입력장치는 다양한 터치수단의 다양한 터치 입력을 검출할 수 있으며, GUI(Graphic User[0087]
Interface) 상에서 터치로 아이콘을 클릭하는 등의 입력과, 터치로 문자를 기록하거나 이미지를 그리는 등의 필
기입력을 구분하여 검출하는 등에 매우 효과적이다.
여기서, 도 20의 복합식 터치 입력장치가 앞선 실시예들과 동일한 점은 터치패널 상에 신호선(15)들이 배선된다[0088]
는 점이다. 따라서, 도 20과 같은 복합식 터치 입력장치에서도 도 10 내지 도 13에서와 같은 방법으로 터치패널
의 신호선(15)과 표시장치(20)의 차광부재(340)간 광간섭에 의한 모아레를 방지할 수 있다.
도 21은 모아레를 회피하기 위한 또 다른 예를 보여준다. 여기서, 도 21의 실시예는 앞서 언급된 용량식 터치[0089]
입력장치와는 다른 구조의 용량식 터치셀(50)을 갖는다.
도 21을 참조하면, 각각의 터치셀(50)은 터치패드(55)와 TFT(35)로 구성된다. 그리고, 터치패널에는 복수의 제1[0090]
신호선(42)과 제2신호선(44)이 배선된다. 각 터치셀(50)의 TFT(35)는 게이트단자가 제1신호선(42)에 접속되고,
입출력단자는 각각 제2신호선(44)과 터치패드(55)에 접속된다. 제1신호선(42)은 TFT(35)의 게이트단자에 온/오
프 제어신호를 인가한다. 제2신호선(44)은 각 터치셀(50)에 위치검출신호를 송수신한다.
이러한 구조에서의 동작은 다음과 같이 이루어진다. 우선 드라이브IC(71)는 SWn을 순차로 인가하여 각 터치셀[0091]
(50)들을 활성화시킨다. 바람직하게는, 드라이브IC(71)는 온/오프 제어신호 SWn을 위치검출신호 입력구간과 출
력구간을 구분하여 인가한다. 위치검출신호 입력구간에서는 제2신호선(44)을 통해 위치검출신호가 인가되고 TFT
가 턴 온 되어, 터치패드(55)에 충전신호를 제공한다. 만약, 이때 소프트 터치입력이 발생하거나 발생중이라면,
터치패드(55)는 위치검출신호에 의해 소정 전하가 충전된다. 위치검출신호 입력구간 이후 짧은 휴지기를 갖고
나서 위치검출신호 출력구간에 해당하는 SWn이 인가된다. 위치검출신호 출력구간에서는 터치패드(55)에 충전된
전하기 제2신호선(44)을 통해 방전되고, 드라이브IC는 제2신호선(44)을 통해 수신되는 신호를 입수한다. 신호처
리부(73)는 입수되는 신호의 지연시간 혹은 전압이나 전류 레벨을 판독하여 입력신호를 생성한다.
여기서, 도 21에 도시된 바와 같이, 각 신호선(42, 44)은 은선으로 표시된 표시장치(20)의 화면 표시를 위한 신[0092]
호선(140)에 대해 사선 방향으로 배선된다. 바람직하게는 각 신호선(42, 44)은 표시장치(20)의 신호선(140)에
대해 교호로 어긋나는 지그재그 형태로 배선된다.
이와 같은 신호선의 배선구조에 따르면, 터치패널의 신호선(15)과 표시장치(20)의 신호선(140)이 겹쳐지는 영역[0093]
이 거의 발생하지 않는다. 따라서, 관찰자의 시야에는 터치패널의 신호선(15)과 표시장치(20)의 차광부재(340)
가 겹쳐져서 보이지 않으며, 이에 따라 모아레를 회피할 수 있다.
한편, 도 21과 같은 신호선(15)의 배선 구조는 비단 도 21의 실시예에 국한되는 것이 아니라, 전술한 다른 실시[0094]
예들에도 적용 가능하며, 터치패널에 신호선이 배선된 구조라면 언급되지 않은 다른 터치셀 회로에도 적용될 수
있다.
이상 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을[0095]
등록특허 10-1118520
- 11 -
벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이, 본 발명이 속하는 기술분야에서
통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도면의 간단한 설명
도 1은 압력식 터치 입력장치의 일예를 보인 분해사시도[0096]
도 2는 압력식 터치셀의 일실시예를 보인 회로구성도[0097]
도 3은 본 발명에 따른 터치 입력장치의 시스템 구성을 예시한 블록도[0098]
도 4는 터치입력을 인식하는 예를 보인 파형도[0099]
도 5는 압력식 터치셀의 다른 실시예를 보인 회로구성도[0100]
도 6은 압력식 터치셀의 또 다른 실시예를 보인 회로구성도[0101]
도 7은 도 6의 실시예에서 터치셀의 구조를 보인 평면도[0102]
도 8은 도 7에서 I-II 선을 따라 절단한 단면 구성을 보인 단면도[0103]
도 9는 압력식 터치셀의 또 다른 실시예를 보인 회로구성도[0104]
도 10은 모아레 현상의 예를 개념적으로 묘사한 도면[0105]
도 11은 본 발명에 따라 확산시트가 설치된 예를 보인 분해사시도[0106]
도 12는 액정표시장치에 본 발명이 적용된 예를 보인 단면도[0107]
도 13은 본 발명에 따라 모아레 현상이 해결된 예를 개념적으로 묘사한 도면[0108]
도 14는 용량식 터치 입력장치의 일예를 보인 분해사시도[0109]
도 15는 신체와 터치패드간에 정전용량이 형성되는 예를 보인 도면[0110]
도 16은 용량식 터치셀의 일실시예를 보인 회로구성도[0111]
도 17은 용량식 터치셀의 다른 실시예를 보인 회로구성도[0112]
도 18은 터치입력을 인식하는 예를 보인 파형도[0113]
도 19는 본 발명에 따라 확산시트가 설치된 예를 보인 분해사시도[0114]
도 20은 복합식 터치셀 구조를 예시한 회로구성도[0115]
도 21은 본 발명에 따른 신호선의 배선 예를 보인 회로구성도[0116]
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명> [0117]
10 : 박막소자 15 : 신호선[0118]
20 : 표시장치 25 : 스페이서[0119]
29 : 손가락 30 : 기판[0120]
35 : 스위칭소자 35a : 제1스위칭소자[0121]
35b : 제2스위칭소자 37 : 보조신호선[0122]
38 : 게이트신호선 40 : 제1기판[0123]
42 : 제1신호선 44 : 제2신호선[0124]
45 : 도전패드 46 : 제1도전패드[0125]
48 : 제2도전패드 50 : 터치셀[0126]
51 : 드레인전극 52 : 소스전극[0127]
53 : 게이트전극 55 : 터치패드[0128]
등록특허 10-1118520
- 12 -
59 : 콘택홀 60 : 제2기판[0129]
62 : 도전층 66 : 게이트 절연막[0130]
67 : 보호막 68 : 오믹접촉층[0131]
69 : 활성층 70 : 터치위치 검출부[0132]
71 : 드라이브IC 73 : 신호처리부[0133]
74 : 타이밍 제어부 75 : 메모리수단[0134]
80 : CPU 81 : 압력식 터치셀[0135]
82 : 용량식 터치셀 83 : 압력식 제1신호선[0136]
84 : 압력식 제2신호선 86 : 용량식 제1신호선[0137]
87 : 용량식 제2신호선 88 : 용량식 제3신호선[0138]
90 : 확산시트 95 : 확산시트[0139]
100 : 하부기판 110 : 절연기판[0140]
120 : 박막소자 130 : 화소전극[0141]
140 : 신호선 200 : 액정층[0142]
300 : 상부기판 310 : 공통전극[0143]
320 : 덮개막 330 : 칼라필터[0144]
340 : 차광부재 350 : 절연기판[0145]
400 : 하부편광판 410 : 상부편광판[0146]
도면
도면1
등록특허 10-1118520
- 13 -
도면2
도면3
등록특허 10-1118520
- 14 -
도면4
도면5
등록특허 10-1118520
- 15 -
도면6
등록특허 10-1118520
- 16 -
도면7
도면8
등록특허 10-1118520
- 17 -
도면9
도면10
등록특허 10-1118520
- 18 -
도면11
도면12
등록특허 10-1118520
- 19 -
도면13
도면14
등록특허 10-1118520
- 20 -
도면15
도면16
등록특허 10-1118520
- 21 -
도면17
등록특허 10-1118520
- 22 -
도면18
도면19
등록특허 10-1118520
- 23 -
도면20
도면21
등록특허 10-1118520
- 24 -