KR101085089B1

KR101085089B1 - 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단, 검출방법 및 터치스크린패널과, 그러한 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치

Info

Publication number: KR101085089B1
Application number: KR1020100086754A
Authority: KR
Inventors: 이성호
Original assignee: 이성호
Priority date: 2010-09-04
Filing date: 2010-09-04
Publication date: 2011-11-18

Abstract

본 발명은 터치신호를 보다 용이하고 안정적으로 획득하며, 노이즈나 기생정전용량에 의한 영향을 최소화할 수 있는 새로운 방식의 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단, 검출방법 및 터치스크린패널과, 그러한 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치를 제공한다.
본 발명에 따른 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단은, 신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력도구의 접근에 의해 터치정전용량(Ct)이 발생하는 것을 감지하는 정전식 터치 검출수단에 있어서, 상기 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성하며, 표시장치(200)의 공통전극(220)과의 사이에서 공통전극정전용량(Cvcom)을 형성하는 센서패턴(10); 상기 센서패턴(10)에 충전신호를 공급하는 충전 수단(12); 및 상기 센서패턴(10)에 연결되며, 상기 공통전극정전용량(Cvcom)에 상기 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 상기 센서패턴(10)에서의 레벨시프트를 검출하여 터치신호를 획득하는 레벨시프트 검출부(14);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 표시장치의 공통전극과 센서패턴 사이에서 형성되는 공통전극정전용량에 터치입력에 의한 터치정전용량이 부가될 때 전압변동분에 레벨시프트 현상이 발생하는 것을 감지하여 터치신호를 획득함으로써, 외부의 노이즈 대비 터치신호가 안정적으로 획득되며, 기생정전용량에 의한 영향을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.

Description

레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단, 검출방법 및 터치스크린패널과, 그러한 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치 {Capacitive type touch detecting means, method and touch screen panel using level shift, and display device embedding said the capacitive type touch screen panel}

본 발명은 신체의 손가락 또는 이와 유사한 도전특성을 갖는 터치입력도구의 정전식 터치입력을 검출하는 수단, 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 표시장치의 공통전극과 센서패턴 사이에서 형성되는 공통전극정전용량에 터치입력에 의한 터치정전용량이 부가될 때 전압변동에 레벨시프트 현상이 발생하는 것을 감지하여 터치신호를 획득하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단, 검출방법 및 터치스크린패널과, 그러한 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치에 관한 것이다.

일반적으로, 터치스크린패널(Touch Screen Panel)은 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic Light Emitting Diode), AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode) 등의 표시장치 위에 부착되는 것으로서, 손가락이나 펜 등의 물체가 터치될 때 해당 위치에 대응하는 신호를 발생시키는 입력장치의 하나이다. 터치스크린패널은 소형 휴대단말기, 산업용 단말기, DID(Digital Information Device) 등 매우 폭넓은 분야에서 이용되고 있다.

종래 터치스크린패널은 다양한 유형이 개시되어 있으나, 제조공정이 간단하고 제조코스트가 저렴한 저항방식의 터치스크린패널이 가장 널리 이용되고 있다. 그러나 저항방식의 터치스크린패널은 투과율이 낮고 압력을 인가해야 하므로 사용이 불편하고 멀티터치 및 제스처 인식이 곤란하고 검출오류가 발생하는 등의 문제점을 안고 있다.

이에 반해, 정전식 터치스크린패널은 투과율이 높고 소프트 터치를 인식할 수 있고 멀티터치 및 제스처 인식이 양호한 장점을 갖고 있어 점차 시장을 넓혀가고 있다.

도 1은 종래 정전식 터치스크린패널의 일예를 보여준다. 도 1을 참조하면, 플라스틱 또는 유리 등으로 제조된 투명기판(2)의 상하면에 투명도전막이 형성되며, 투명기판(2)의 네 모서리 각각에 전압인가용 금속전극(4)이 형성되어 있다. 상기 투명도전막은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 ATO(Antimony Tin Oxide) 등의 투명한 금속으로 형성된다. 그리고 상기 투명도전막의 네 모서리에 형성되는 금속전극(4)들은 은(Ag) 등의 저항률이 낮은 도전성 금속으로 프린팅하여 형성한다. 상기 금속전극(4)들의 주변에는 저항 네트워크가 형성된다. 상기 저항 네트워크는 상기 투명도전막의 표면 전체에 균등하게 컨트롤신호를 송출하기 위하여 선형성 패턴(Linearization Pattern)으로 형성된다. 그리고 금속전극(4)을 포함한 투명도전막의 상부에는 보호막이 코팅된다.

위와 같은 정전식 터치스크린패널은 상기 금속전극(4)에 고주파의 교류 전압을 인가하면 이는 투명기판(2)의 전면에 퍼지게 된다. 이때 손가락(8)이나 도전성 터치입력도구로 투명기판(2) 상면의 투명도전막을 가볍게 터치하면, 일정량의 전류가 체내로 흡수되면서 컨트롤러(6)에 내장된 전류센서에서 전류의 변화를 감지하고 4개의 금속전극(4) 각각에서의 전류량을 연산하여 터치 지점을 인식하게 된다.

그런데, 도 1과 같은 정전식 터치스크린패널은 미소 전류의 크기를 검출하는 방식으로서, 고가의 검출장치를 필요로 하므로 가격이 상승하며 복수개의 터치를 인식하는 멀티터치가 어려운 문제점이 있다.

이러한 문제점을 극복하기 위하여 근래에는 도 2와 같은 정전식 터치스크린패널이 주로 사용되고 있다. 도 2의 터치스크린패널은 횡방향의 선형센서패턴(5a) 및 종방향의 선형센서패턴(5b), 터치신호를 분석하는 터치드라이브IC(7)로 이루어져 있다. 이러한 터치스크린패널은 선형센서패턴(5)과 손가락(8) 사이에 형성되는 커패시턴스의 크기를 검출하는 방식으로서, 횡방향의 선형센서패턴(5a)과 종방향의 선형센서패턴(5b)을 스캔하여 신호를 검출하므로 복수개의 터치지점을 인식할 수 있다.

그런데, 위와 같은 터치스크린패널은 LCD와 같은 표시장치 위에 실장되어 사용될 때, 노이즈에 의해 신호 검출이 어려운 현상이 발생한다. 예컨대, LCD는 공통전극을 사용하며 경우에 따라 이 공통전극에 교류의 공통전압(Vcom)이 인가된다. 그리고 공통전극의 공통전압(Vcom)은 터치지점 검출시 노이즈로 작용한다.

도 3은 LCD 위에 종래 정전식 터치스크린패널이 설치된 실시태양을 보여준다. 표시장치(200)는 하측의 TFT기판(205)과 상측의 칼라필터(215) 사이에 액정이 봉입되어 액정층(210)을 형성하는 구조를 갖는다. 액정의 봉입을 위하여 TFT기판(205)과 칼라필터(215)는 그 외곽부에서 실런트(230)에 의해 접합된다. 도시하지 않았지만, 액정패널의 상하로는 편광판이 부착되며, 그밖에도 BLU(Back Light Unit)와, BEF(Brightness Enhancement Film) 등과 같은 광학시트들이 설치된다.

표시장치(200)의 상부에는 도시한 바와 같이 터치스크린패널이 설치된다. 터치스크린패널은 기판(1) 상면에 상기한 선형센서패턴(5)이 올려진 구조를 갖는다. 기판(1)의 위에는 선형센서패턴(5)을 보호하기 위한 보호패널(3)이 부착된다. 터치스크린패널은 DAT(Double Adhesive Tape) 등과 같은 접착부재(9)를 매개로 표시장치(200)의 에지부에 접착되며, 표시장치(200)와의 사이에서 에어갭(9a)을 형성한다.

이러한 구성에서 도 3에서와 같은 터치가 발생할 경우, 손가락(8)과 선형센서패턴(5) 사이에는 Ct와 같은 정전용량이 형성된다. 그런데, 도시한 바와 같이 선형센서패턴(5)과 표시장치(200)의 칼라필터(215) 하면에 형성된 공통전극(220) 사이에서도 Cvcom과 같은 정전용량이 형성되며, 선형센서패턴(5)에는 미지의 기생정전용량인 Cp도 작용하고 있다. 따라서, 도 4의 등가회로와 같은 회로가 구성된다.

여기서, 종래 터치스크린패널은 Ct의 변화량을 검출해서 터치를 인식하는데, Cvcom 및 Cp와 같은 백그라운드(Background) 성분은 Ct의 검출에 있어 노이즈로 작용한다. 예컨대 휴대기기용 중소형 LCD에서는 소비전류를 감소시키기 위하여 공통전극(220)의 공통전압(Vcom)이 도 5에서와 같이 하나 또는 복수의 게이트라인별로 교번하는 Line inversion 방식을 사용하므로, 이러한 교번 전계는 터치 검출시 상당한 노이즈로 작용한다.

통상적으로 위와 같은 노이즈를 제거하기 위하여, 도 3에서와 같이 터치스크린패널과 표시장치(200) 사이에 에어갭(9a)을 둔다. 또한, 도시하지 않았지만, 터치스크린패널의 기판(1) 하면에 ITO 등을 도포하여 차폐층을 형성하고 이 차폐층을 그라운드 신호와 접지시킨다.

하지만, 에어갭(9a)에 의해 제품의 두께가 증가하며 품질저하가 발생된다. 또한 차폐층을 구성하기 위한 별도의 공정을 필요로 하므로 제조단가의 상승이 유발된다. 특히 LCD 내에 터치스크린패널을 내장하는 경우 에어갭(9a)이나 차폐층의 형성이 불가능하므로 LCD 등의 표시장치에 터치스크린패널을 내장하여 제조하는 것이 불가능하였다.

본 발명은 상기와 같은 종래 정전식 터치스크린패널의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 표시장치의 공통전극에 교번의 공통전압이 형성되며, 공통전극과 센서패턴 사이에 형성되는 공통전극정전용량에 의해 공통전압의 변동에 대응하여 센서패턴의 전위가 변동되는 것을 이용하여, 공통전압의 변동에 의해 센서패턴에서 발생되는 전압변동에 대비하여 센서패턴과 터치입력도구 사이에 형성되는 터치정전용량이 부가될 때의 전압변동에서 전위차에 의한 레벨시프트가 발생하는 것을 검출하여 터치신호를 획득함으로써, 외부의 노이즈에 의한 영향, 기생정전용량에 의한 영향을 최소화하고 터치신호를 안정적으로 획득하는 동시에 LCD 등의 표시장치에 터치스크린패널을 내장하는 것이 용이한 새로운 방식의 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단, 검출방법 및 터치스크린패널과, 그러한 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단은, 신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력도구의 접근에 의해 터치정전용량(Ct)이 발생하는 것을 감지하는 정전식 터치 검출수단에 있어서, 상기 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성하며, 공통전압(Vcom)을 갖는 표시장치(200)의 공통전극(220)과의 사이에서 공통전극정전용량(Cvcom)을 형성하는 센서패턴(10); 상기 센서패턴(10)에 충전신호를 공급하여 상기 터치정전용량(Ct) 및 공통전극정전용량(Cvcom)에 전하를 축적하기 위한 충전 수단(12); 및 상기 센서패턴(10)에 연결되며, 터치 미발생시에 상기 공통전압(Vcom)에 의한 센서패턴(10)에서의 전압변동분에 대비하여 터치 발생시에 공통전극정전용량(Cvcom)에 상기 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 상기 공통전압(Vcom)에 의해 상기 센서패턴(10)에서의 전압변동분에 레벨시프트가 발생하는 것을 검출하여 터치신호를 획득하는 레벨시프트 검출부(14);를 포함하여 구성된다.

일실시예에 따르면, 상기 표시장치(200)의 공통전극(220)은 소정 주파수로 교번하는 공통전압 레벨을 갖는다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 공통전극(220)의 공통전압 레벨을 검출하는 공통전압 검출부(43)를 더 포함한다.

보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 공통전압 검출부(43)는 상기 공통전극정전용량(Cvcom)에 의한 센서패턴(10)에서의 전압변동을 검출하여 공통전압 레벨의 상승구간(rising time)과 하강구간(falling time)을 검출한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 표시장치(200)로부터 공통전극(220)의 공통전압 정보를 수신하는 공통전압 수신부(45)를 더 포함한다.

일실시예에 따르면, 상기 표시장치(200)의 공통전극(220)에 소정 주파수로 교번하는 공통전압 레벨을 인가하는 교번전압 인가부(37)를 더 포함한다.

삭제

바람직한 실시예에 따르면, 상기 터치 미발생시 공통전극정전용량(Cvcom)에 의한 센서패턴(10)에서의 전압변동은 다음의 <수식1>에 의해 결정되고, 상기 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 센서패턴(10)에서의 전압변동은 다음의 <수식2>에 의해 결정되며, 상기 레벨시프트는 <수식1>과 <수식2>의 차이에 의해 발생한다.

<수식1>

<수식2>

(여기서,

는 센서패턴에서의 전압변동분이며,

는 공통전극의 하이 레벨 전압이며,

는 공통전극의 로우 레벨 전압이며,

은 공통전극정전용량이며,

는 기생정전용량이며,

는 터치정전용량임.)

보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 레벨시프트 검출부(14)는 상기 공통전압 레벨의 상승구간(rising time) 및/또는 하강구간(falling time)에서 센서패턴(10)에서의 레벨시프트를 검출한다.

일실시예에 따르면, 상기 레벨시프트 검출부(14)는 레벨시프트의 크기에 대응하여 상기 센서패턴(10)에 대한 터치입력도구의 터치 점유율을 검출한다.

일실시예에 따르면, 상기 레벨시프트 검출부(14)는 상기 센서패턴(10)에 온/오프 제어단자가 접속되는 신호검출 스위칭소자(16)를 포함한다.

일실시예에 따르면, 상기 레벨시프트 검출부(14)는 상기 센서패턴(10)에서의 신호를 증폭하는 증폭기(18)를 포함한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 증폭기(18)는 상기 센서패턴(10)에서의 신호를 차동 증폭하는 차동증폭기(18a)이다.

보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 차동증폭기(18a)의 차동입력신호는 터치 미발생시 공통전극정전용량(Cvcom)에 의한 센서패턴(10)에서의 전압변동에 대응하는 신호이다.

바람직한 실시예에 따르면, 터치 미발생시 상기 증폭기(18)의 출력을 센서패턴(10)별로 저장하는 메모리부(28)를 더 포함하며, 상기 메모리부(28)를 참조하여 각 센서패턴(10)별로 터치 유무를 판단한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 차동증폭기(18a)의 차동입력신호는 상기 공통전압 레벨의 상승구간(rising time)에서의 신호와 하강구간(falling time)에서의 신호가 토글된다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출방법은, 신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력도구의 접근에 의해 터치정전용량(Ct)이 발생하는 것을 감지하는 정전식 터치 검출방법에 있어서, (a) 공통전압(Vcom)을 갖는 표시장치(200)의 공통전극(220)과의 사이에서 공통전극정전용량(Cvcom)을 형성하며, 상기 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성하는 센서패턴(10)에 충전신호를 공급하여 상기 터치정전용량(Ct) 및 공통전극정전용량(Cvcom)에 전하를 축적하는 단계; (b) 상기 센서패턴(10)에서의 전압변동을 검출하는 단계; (c) 터치 미발생시에 상기 공통전압(Vcom)에 의한 센서패턴(10)에서의 전압변동분에 대비하여 터치 발생시에 공통전극정전용량(Cvcom)에 상기 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 상기 공통전압(Vcom)에 의해 상기 센서패턴(10)에서의 전압변동분에 레벨시프트가 발생하는지 여부를 검출하여 터치신호를 획득하는 단계;를 포함한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 공통전극(220)의 공통전압 레벨을 검출하는 공통전압 검출단계를 더 포함한다.

보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 공통전압 검출단계는 상기 공통전극정전용량(Cvcom)에 의한 센서패턴(10)에서의 전압변동을 검출하여 공통전압 레벨의 상승구간(rising time)과 하강구간(falling time)을 검출한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 표시장치(200)로부터 공통전극(220)의 공통전압 정보를 수신하는 공통전압 수신단계를 더 포함한다.

일실시예에 따르면, 상기 표시장치(200)의 공통전극(220)에 소정 주파수로 교번하는 공통전압 레벨을 인가하는 교번전압 인가단계를 더 포함한다.

삭제

바람직한 실시예에 따르면, 상기 단계(c)에서 터치 미발생시 공통전극정전용량(Cvcom)에 의한 센서패턴(10)에서의 전압변동은 다음의 <수식1>에 의해 결정되고, 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 센서패턴(10)에서의 전압변동은 다음의 <수식2>에 의해 결정되며, 상기 레벨시프트는 <수식1>과 <수식2>의 차이에 의해 발생한다.

<수식1>

<수식2>

(여기서,

는 센서패턴에서의 전압변동분이며,

는 공통전극의 하이 레벨 전압이며,

는 공통전극의 로우 레벨 전압이며,

은 공통전극정전용량이며,

는 기생정전용량이며,

는 터치정전용량임.)

보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 단계(c)는 상기 공통전압 레벨의 상승구간(rising time) 및/또는 하강구간(falling time)에서 센서패턴(10)에서의 레벨시프트를 검출한다.

일실시예에 따르면, 상기 단계(c)에서 검출된 레벨시프트의 크기에 대응하여 상기 센서패턴(10)에 대한 터치입력도구의 터치 점유율을 검출하는 단계를 더 포함한다.

일실시예에 따르면, 상기 단계(c)에서 레벨시프트를 검출하는 것은 상기 센서패턴(10)에 온/오프 제어단자가 접속되는 신호검출 스위칭소자(16)를 이용한다.

일실시예에 따르면, 상기 단계(c)에서 레벨시프트를 검출하는 것은 상기 센서패턴(10)에서의 신호를 증폭하는 증폭기(18)를 이용한다.

바람직한 실시예에 따르면, 터치 미발생시 상기 증폭기(18)의 출력을 메모리부(28)에 센서패턴(10)별로 저장하는 단계와, 상기 메모리부(28)를 참조하여 각 센서패턴(10)별로 터치 유무를 판단하는 단계를 더 포함한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레벨시프트를 이용한 정전식 터치스크린패널은, 신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력도구의 접근에 의해 터치정전용량(Ct)이 발생하는 것을 감지하는 정전식 터치스크린패널에 있어서, 기판(50); 상기 기판(50)의 상면에 형성되며, 상기 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성하며, 공통전압(Vcom)을 갖는 표시장치(200)의 공통전극(220)과의 사이에서 공통전극정전용량(Cvcom)을 형성하는 센서패턴(10); 상기 센서패턴(10)에 충전신호를 공급하여 상기 터치정전용량(Ct) 및 공통전극정전용량(Cvcom)에 전하를 축적하기 위한 충전 수단(12); 상기 센서패턴(10)에 연결되며, 터치 미발생시에 상기 공통전압(Vcom)에 의한 센서패턴(10)에서의 전압변동분에 대비하여 터치 발생시에 공통전극정전용량(Cvcom)에 상기 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 상기 공통전압(Vcom)에 의해 상기 센서패턴(10)에서의 전압변동분에 레벨시프트가 발생하는 것을 검출하여 터치신호를 획득하는 레벨시프트 검출부(14); 및 상기 충전 수단(12)을 제어하여 센서패턴(10)에 충전신호를 공급하고, 상기 레벨시프트 검출부(14)의 출력으로부터 터치 좌표를 연산하는 드라이브IC(30);를 포함하여 구성된다.

삭제

<수식1>

<수식2>

(여기서,

는 센서패턴에서의 전압변동분이며,

는 공통전극의 하이 레벨 전압이며,

는 공통전극의 로우 레벨 전압이며,

은 공통전극정전용량이며,

는 기생정전용량이며,

는 터치정전용량임.)

일실시예에 따르면, 상기 센서패턴(10)은 상기 기판(50)의 액티브영역(90)에 도트 매트릭스 형태로 배열되며, 상기 충전 수단(12) 및 레벨시프트 검출부(14)는 각각의 센서패턴(10)마다 설치된다.

일실시예에 따르면, 상기 센서패턴(10)은 상기 기판(50)의 액티브영역(90)에 도트 매트릭스 형태로 배열되며, 센서패턴(10) 각각에서는 상기 기판(50)의 비가시영역(92)으로 신호선(22)이 인출되며, 상기 센서패턴(10)에 할당된 충전 수단(12) 및 레벨시프트 검출부(14)는 상기 비가시영역(92)에 설치된다.

일실시예에 따르면, 상기 센서패턴(10)은 상기 기판(50)의 액티브영역(90)에 도트 매트릭스 형태로 배열되며, 센서패턴(10) 각각에서는 상기 기판(50)의 비가시영역(92)으로 신호선(22)이 인출되며, 상기 센서패턴(10)에 할당된 충전 수단(12) 및 레벨시프트 검출부(14)는 상기 드라이브IC(30)에 집적 설치된다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 신호선(22)은 적어도 기판(50)의 액티브영역(90)에서는 투명신호선(22a)으로 배선된다.

보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 신호선(22)은 상기 기판(50)의 비가시영역(92)에서 상기 투명신호선(22a)과 접속부(59)를 매개로 접속되는 메탈신호선(22b)으로 배선된다.

일실시예에 따르면, 상기 센서패턴(10)은 상기 기판(50)의 액티브영역(90)에서 선형으로 배열되며, 적어도 둘 이상의 선형 센서패턴(10a, 10b)이 서로 교차하는 교차부(42)가 형성된다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 선형 센서패턴(10a, 10b)은 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성하기 위한 대향면적부(41a)와, 상기 대향면적부(41a)들을 연결하는 연결부(41b)로 구성된다.

보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 선형 센서패턴(10a, 10b) 각각에 할당된 충전 수단(12) 및 레벨시프트 검출부(14)가 상기 기판(50)의 비가시영역(92)에 설치된다.

보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 선형 센서패턴(10a, 10b) 각각에 할당된 충전 수단(12) 및 레벨시프트 검출부(14)가 상기 드라이브IC(30)에 집적 설치된다.

일실시예에 따르면, 상기 드라이브IC(30)는 상기 기판(50)의 일측에 COG(Chip On Glass) 또는 COF(Chip On Film) 형태로 실장된다.

일실시예에 따르면, 상기 기판(50)의 일측에는 복수개의 드라이브IC(30)가 실장되며, 그 중 하나는 외부로 터치신호를 전달하는 마스터 드라이브IC(30a)이고, 나머지는 상기 마스터 드라이브IC(30a)와 통신하는 슬레이브 드라이브IC(30b)이다.

일실시예에 따르면, 상기 기판(50)의 상면에는 보호패널(52)이 더 부착된다.

일실시예에 따르면, 상기 기판(50)은 표시장치(200) 내에 내장 설치되거나, 표시장치(200)를 구성하는 기판 중 어느 하나의 기판이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치는, 상술한 터치스크린패널 중 어느 하나를 내장하거나, 기본 구성의 기판 중 어느 하나의 기판이 상기한 기판(50)의 구성을 갖는다.

일실시예에 따르면, 상기 표시장치(200)는 액정표시장치이며, 상기한 기판(50)은 액정표시장치의 칼라필터(215)이다.

일실시예에 따르면, 화면 표시를 위한 드라이브IC(60)와 상기 터치스크린패널의 드라이브IC(30)가 단일의 IC로 통합된다.

본 발명의 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단, 검출방법 및 터치스크린패널과, 그러한 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치에 따르면, 표시장치의 공통전극이 소정 주파수로 교번하는 공통전압 레벨을 갖는 경우이거나, 그렇지 않으면 표시장치의 공통전극에 교번 공통전압 레벨을 인가하는 것으로서, 공통전극과 센서패턴 사이에 형성되는 공통전극정전용량의 충전상태를 제어하여 공통전압의 변동에 의해 센서패턴의 전압변동을 유도하고, 터치 발생시 공통전극정전용량에 터치정전용량이 부가되어 센서패턴에서의 전압변동에 레벨시프트가 발생하는 것을 검출하여 터치신호를 획득함으로써, 노이즈, 커플링 현상이나 기타 요인에 의해 생성되는 기생정전용량 등에 의한 영향이 최소화되고 신호의 오인식이 발생하지 않으며, 터치입력을 비교적 높은 전압레벨로 검출함으로써 터치입력도구의 단면이 작아도 신호의 포착이 용이하고 스타일러스 펜 입력이 가능하며, 레벨시프트의 크기에 따라 터치입력도구의 터치 점유율을 구함으로써 터치 해상도를 높이고 미세한 필기 및 드로잉이 가능하며, 액티브영역을 단일 레이어로 구성할 수 있어 제조공정이 간소화되고 수율이 양호한 효과가 있다.

도 1은 종래 정전식 터치스크린패널의 일예를 보인 사시도
도 2는 종래 정전식 터치스크린패널의 다른 예를 보인 평면구성도
도 3은 도 2의 터치스크린패널이 표시장치 위에 설치된 예를 보인 단면도
도 4는 도 3에서 터치정전용량을 검출하는 등가 회로도
도 5는 액정표시장치의 공통전압 파형을 예시한 파형도
도 6은 본 발명에 따른 터치 검출수단을 예시한 회로도
도 7은 본 발명에 따른 터치스크린패널의 설치예를 보인 단면도
도 8은 터치 검출수단의 일예를 보인 회로도
도 9는 도 8의 실시예에서 터치신호를 검출하는 과정을 보인 파형도
도 10은 TFT의 게이트전압 대비 출력전류의 특성을 보인 그래프
도 11a 및 11b는 터치 검출수단의 다른 예를 보인 회로도
도 12는 도 11의 실시예에서 터치신호를 검출하는 과정을 보인 파형도
도 13은 메모리부의 구성예를 보인 블록도
도 14는 터치스크린패널의 일실시예를 보인 구성도
도 15a 내지 15d는 신호처리부의 실시예를 보인 회로도
도 16은 터치스크린패널의 다른 실시예를 보인 구성도
도 17 내지 19는 센서패턴을 복수의 레이어로 구성하는 예를 순차적으로 보인 구성도
도 20은 터치스크린패널의 또 다른 실시예를 보인 구성도
도 21은 도 20의 실시예에서 커플링을 최소화하는 예를 보인 구성도
도 22는 도 20의 실시예에서 커플링을 최소화하는 다른 예를 보인 구성도
도 23은 복수의 드라이브IC가 설치된 예를 보인 평면도
도 24는 터치스크린패널의 또 다른 실시예를 보인 구성도
도 25는 터치스크린패널의 설치예를 보인 단면도
도 26은 LCD의 TFT기판 구성을 예시한 평면도
도 27은 본 발명에 따른 터치스크린패널을 내장한 표시장치의 단면도
도 28은 도 26의 실시예를 분해 도시한 사시도

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

우선, 본 발명은 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단, 검출방법 및 터치스크린패널과, 그러한 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치에 관한 것으로서, 종래의 정전식 터치 검출수단이 손가락 등의 접촉에 의한 커패시턴스의 변화를 검출하는 방식인 것과 달리, 표시장치의 공통전극이 소정 주파수로 교번하는 공통전압 레벨을 가질 때 공통전극과 센서패턴의 상호관계에 의해 발생하는 전압변동을 검출하는 방식이다. 본 발명에 따른 터치 검출 시스템은 터치 미발생시 공통전극과 센서패턴 상호간의 공통전극정전용량에 의한 전압변동분과, 터치 발생에 의해 공통전극정전용량에 터치정전용량이 부가될 때의 전압변동분을 비교하고, 두 전압변동분 상호간의 크기 차이인 레벨시프트를 검출함으로써, 외부의 노이즈나 기생정전용량 등에 의한 영향이 최소화 되며, 보다 안정적으로 터치신호를 획득할 수 있다.

본 발명에서 언급되는 표시장치는 LCD, PDP, OLED, AMOLED 중 어느 하나이거나, 기타 화상을 표시하는 모든 수단을 의미한다. 위에 나열한 표시장치 중 LCD는 액정의 구동을 위해 공통전압(Vcom)을 필요로 한다. 일예로서, 휴대기기용 중소형 LCD에서는 소비전류를 감소시키기 위하여 공통전극의 공통전압이 하나 또는 복수의 게이트라인별로 교번하는 Line inversion 방식을 사용한다. 다른 예로서, 대형 LCD는 공통전극의 공통전압이 일정한 DC 레벨을 갖는다. 또 다른 예로서, 어떤 표시장치는 외부의 ESD를 차단하기 위해 패널 전체에 공통으로 작용하는 차폐전극을 형성하고 이를 그라운드 신호와 접지시킨다.

본 발명에서는 위와 같이 공통전압(Vcom)이 인가되는 전극 이외에, 표시장치 내에서 공통으로 역할하는 모든 전극들을 "공통전극"이라 칭하기로 한다. 그리고, 중소형 LCD에서와 같이 공통전극이 소정 주파수로 교번하는 공통전압 레벨을 갖는 경우를 제외하고, 공통전극이 일정 DC 레벨을 갖거나 그라운드 신호와 접지되는 등의 경우에는 별도의 수단으로 공통전극에 소정 주파수의 교번전압을 인가한다. 이와 같이 표시장치의 공통전극에 별도로 인가되는 교번전압 역시 "공통전압"이라 칭하기로 한다.

본 발명은 손가락이나 이와 유사한 전기적 특성을 갖는 터치입력도구의 비접촉 터치입력을 검출한다. 여기서 "비접촉 터치입력"이라 함은 손가락 등의 터치입력도구가 기판에 의해 센서패턴과 소정 거리 이격된 상태에서 터치입력을 하는 것을 의미한다. 터치입력도구가 기판의 외면에 대하여는 접촉될 수 있다. 하지만 이 경우에도 터치입력도구와 센서패턴은 비접촉 상태를 유지한다. 따라서, 센서패턴에 대한 손가락의 터치 행위는 "접근"이라는 용어로 표현될 수 있다. 한편, 기판의 외면에 대하여는 손가락이 접촉된 상태일 수 있으므로, 기판에 대한 손가락의 터치 행위는 "접촉"이라는 용어로 표현될 수 있다. 본 명세서에서 "접근"과 "접촉"은 위와 같은 의미로 통용된다.

또한, 이하에서 설명되는 "~부"와 같은 구성들은 어떤 역할들을 수행하는 구성요소이며, 소프트웨어 또는 FPGA(Field-Programmable Gate Array)나 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 구성요소를 의미한다. 그렇지만, "~부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. 예컨대, "~부"는 어드레싱할 수 있는 저장매체에 구성될 수도 있고, 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 일예로서, "~부"는 어떤 프로세스들, 함수들, 속성들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 펌웨어, 마이크로코드, 데이터베이스, 변수들을 포함할 수 있다. 또한, "~부"는 더 큰 구성요소 또는 "~부"에 포함되거나, 더 작은 구성요소들 및 "~부"들을 포함할 수 있다. 또한, "~부"는 자체적으로 독자적인 CPU를 가질 수도 있다.

이하의 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께나 영역을 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하였다. 층, 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 6은 본 발명에 따른 터치 검출수단을 예시한 회로도이고, 도 7은 본 발명에 따른 터치스크린패널의 기본적인 구성을 보인 단면도이다. 이를 참조하면, 본 발명의 터치 검출수단은 기본적으로 센서패턴(10)과, 충전 수단(12)과, 레벨시프트 검출부(14)로 구성된다.

센서패턴(10)은 터치입력 검출을 위해 패터닝 된 전극으로서, 신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성한다. 도 7에 도시한 바와 같이 센서패턴(10)은 터치스크린패널을 구성하는 기판(50)의 상면에 형성된다. 도시하지 않았지만, 센서패턴(10)은 기판(50)의 하면에 형성될 수도 있다.

센서패턴(10)은 표시장치의 위에 터치스크린패널이 올려지는 경우에 투명도전체로 형성된다. 예컨대, 센서패턴(10)은 ITO(Indium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), CNT(Carbon Nano Tube), IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 투명 물질 또는 이와 유사한 도전특성을 갖는 투명 물질로 형성된다. 만약, 표시장치의 위가 아닌 터치 키보드, 터치패드 등의 터치스크린패널에서는 센서패턴(10)은 메탈(metal) 등으로 형성될 수도 있다.

센서패턴(10)은 다양한 형태로 패터닝 될 수 있다. 예컨대, 기판(50)의 액티브영역에서 고립된 섬(island)들이 매트릭스 형태로 배열되는 도트 매트릭스 형태이거나, 선형의 패턴들이 기판(50)을 종횡하도록 배열될 수 있다. 센서패턴(10)의 형태에 대하여는 후술되는 실시예에서 설명하기로 한다.

도 7에 도시된 바와 같이 표시장치(200)는 공통전극(220)을 갖는다. 표시장치(200)는 앞서 언급한 다양한 형태의 표시장치일 수 있으며, 공통전극(220)은 LCD의 Vcom 전극이거나, 기타 다른 유형의 전극일 수 있다. 도 7의 실시예는 표시장치들 중 LCD를 예시하였다.

도 7에 도시된 표시장치(200)는 하측의 TFT기판(205)과 상측의 칼라필터(215) 사이에 액정이 봉입되어 액정층(210)을 형성하는 구조를 갖는다. 액정의 봉입을 위하여 TFT기판(205)과 칼라필터(215)는 그 외곽부에서 실런트(230)에 의해 접합된다. 도시하지 않았지만, 액정패널의 상하로는 편광판이 부착되며, 그밖에도 BLU(Back Light Unit)와, BEF(Brightness Enhancement Film) 등과 같은 광학시트들이 설치된다.

표시장치(200)의 상부에는 도시한 바와 같이 터치스크린패널의 기판(50)이 설치된다. 도 7의 예시에서 기판(50)은 그 외곽부에서 DAT(Double Adhesive Tape) 등과 같은 접착부재(57)를 매개로 표시장치(200)의 상부에 부착된다. 그리고 기판(50)과 표시장치(200) 사이에는 에어갭(58)이 형성된다.

표시장치(200)의 공통전극(220)에는 도 7에서와 같이 소정 주파수로 교번하는 공통전압 레벨이 인가된다. 예컨대, 중소형 LCD는 공통전극(220)의 공통전압이 도 5에서와 같이 교번한다. 다른 예로서, 공통전극(220)의 공통전압이 일정하게 유지되거나, 공통전극(220)이 그라운드 신호와 접지되는 경우에는 공통전극(220)에 별도의 교번전압을 인가한다. 공통전극(220)에 교번전압을 인가하는 예에 대하여는 후술되는 실시예에서 상세히 설명하기로 한다.

도시한 바와 같이, 센서패턴(10)과 표시장치(200)의 공통전극(220) 사이에는 공통전극정전용량(Cvcom)이 형성된다. 만약 센서패턴(10)에 어떤 충전신호를 인가하면 충전된 전압에 의해 공통전극정전용량(Cvcom)은 소정의 전압 레벨을 갖게 된다. 이때, 공통전극정전용량(Cvcom)의 일단은 공통전극(220)과 접지되어 있으므로, 공통전극(220)에 인가되는 교번 전계에 의해 공통전극정전용량(Cvcom)의 타단인 센서패턴(10)에서의 전위는 변동할 것이다. 즉, 센서패턴(10)의 전위는 공통전극정전용량(Cvcom)에 의해 전압변동 한다.

한편, 상술한 Ct 및 Cvcom 등은 커패시터의 이름 및 크기를 동시에 표현하는 기호로서, 예컨대 "Ct"는 Ct라는 이름을 가진 커패시터를 의미하는 동시에 Ct라는 크기의 커패시턴스를 의미한다.

충전 수단(12)은 센서패턴(10)에 충전신호를 필요한 시점에 선택적으로 공급하는 수단이다. 충전 수단(12)은 온/오프 제어단자에 공급되는 제어신호에 따라 스위칭동작을 수행하는 3단자형의 스위칭소자이거나, 제어신호에 따라 신호를 공급하는 OP-AMP 등의 선형소자이다. 예컨대, 충전 수단(12)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. 릴레이는 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 AMOLED 등의 화소부에 사용되는 스위칭소자로서, 제어단자인 게이트(Gate)단자, 입출력단자인 드레인(Drain)단자 및 소스(Source)단자로 구성되며, 게이트단자로 소스단자에 인가된 전압보다 문턱전압 이상 되는 전압을 가하면, 도통되면서 게이트단자에 인가된 전압의 크기에 종속되는 전류가 입력단자에서 출력단자로 흐르는 소자이다. 또는, 충전 수단(12)으로는 Enable과 Disable 단자를 가진 OP-AMP나 플립플롭(Flip-Flop) 등 다양한 소자들이 사용될 수 있다.

도 6의 회로도를 참조하면, 충전 수단(12)의 출력단자에는 센서패턴(10)에 작용하는 Ct와 Cvcom이 연결된다. 따라서 충전 수단(12)을 턴 온 시킨 상태에서 입력단자에 임의의 전압이나 전류 등의 충전신호를 인가하면 Ct와 Cvcom이 충전된다. 이때, 도시하지 않은 기생정전용량(Cp;Parastic Capacitance) 역시 충전될 것이다. 이후 만약 충전 수단(12)을 턴 오프 시키면, Ct 및 Cvcom 등에 충전된 신호를 별도로 방전시키지 않는 한 충전된 신호는 고립된다. 충전된 신호를 안정적으로 고립시키기 위해서, 도 6에서와 같이 레벨시프트 검출부(14)의 입력단은 하이 임피던스(Hi-impedance 또는 Hi-z)를 갖는다. 만약 Ct 및 Cvcom에 충전된 신호를 방전시키면서 터치입력을 관찰하거나, 다른 수단으로 충전 신호를 고립시키거나, 방전 개시 시점에서 신속하게 신호를 관찰한다면, 레벨시프트 검출부(14)의 입력단이 반드시 Hi-z이어야 하는 것은 아니다.

레벨시프트 검출부(14)는 센서패턴(10)에서의 신호 레벨이 시프트 되는지 여부를 검출한다. 바람직하게는, 레벨시프트 검출부(14)는 터치 미발생시(즉, Ct가 형성되지 않을 때의) 센서패턴(10)에서의 전압변동에 대비하여, 터치 발생시(즉, Cvcom에 Ct가 병렬로 부가될 때의) 센서패턴(10)에서의 전압변동에 레벨시프트가 발생하는지를 검출하여 터치신호를 획득한다. 레벨시프트 검출부(14)는 다양한 소자 또는 회로구성을 가질 수 있다. 후술되는 실시예에서는 레벨시프트 검출부(14)로서 스위칭소자 및 증폭기가 사용되는 예를 설명하겠으나, 레벨시프트 검출부(14)의 구성은 그러한 실시예에 국한되지 않는다.

도 7을 참조하면, 손가락(25)과 센서패턴(10) 사이에는 터치정전용량(Ct)이 형성되며, 센서패턴(10)과 공통전극(220) 사이에는 공통전극정전용량(Cvcom)이 형성된다. 도 7에서 은선으로 표시된 것은 센서패턴(10)을 보호하기 위한 평탄층(24)이며, 만약 기판(50)의 상면에 강화 글래스 등과 같은 보호패널이 부착되면 위와 같은 평탄층(24)은 제거될 수 있다.

터치 미발생시 Cvcom에 의한 센서패턴(10)에서의 전압변동은 다음의 <수식1>에 의해 결정된다.

<수식1>

터치 발생시 Cvcom에 Ct가 병렬로 부가되므로, 센서패턴(10)에서의 전압변동은 다음의 <수식2>에 의해 결정된다.

<수식2>

위 <수식1> 및 <수식2>에서,

는 센서패턴(10)에서의 전압변동분이며,

는 공통전극(220)의 하이 레벨 전압이며,

는 공통전극(220)의 로우 레벨 전압이며,

은 공통전극정전용량이며,

는 기생정전용량이며,

는 터치정전용량이다.

레벨시프트 검출부(14)는 위와 같은 <수식1>과 <수식2>를 이용하여 센서패턴(10)에서의 레벨시프트를 검출하며, 이에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

위 수식들에서 VcomH 및 VcomL는 쉽게 설정할 수 있는 값이다. 그리고 Cvcom은 다음의 <수식3>으로부터 얻을 수 있다.

<수식3>

<수식3>에서

은 센서패턴(10)과 공통전극(220) 사이에 존재하는 매질의 유전율이다. 예컨대, 글래스의 경우 비유전율이 3~5이므로, 여기에 진공의 유전율을 곱한 값으로부터 기판(50)의 유전율을 얻을 수 있다. 또한 이와 같은 방식으로 다른 매질의 유전율도 얻을 수 있다. 은 센서패턴(10)과 공통전극(220)의 대형면적이므로 쉽게 구할 수 있다. 도 7의 예에서와 같이 공통전극(220)이 칼라필터(215)의 하면 전체에 걸쳐 형성된 경우, 대향면적

은 센서패턴(10)의 면적에 의해 결정된다. 또한,

은 센서패턴(10)과 공통전극(220)간 거리이므로, 매질의 두께에 해당된다.

여기서, 도 7을 참조하면, 센서패턴(10)과 공통전극(220) 사이에는 복수의 매질이 존재한다. 도시된 예에서는 기판(50), 에어갭(58) 및 칼라필터(215)가 존재한다. 실제로는 여기에 편광판, BEF 등이 더 존재한다. 도시한 바와 같이 복수의 매질이 존재할 때, Cvcom은 유전체 각각의 대향면에서 발생하는 커패시터들이 직렬 연결된 것과 같으므로, 이로부터 Cvcom을 구할 수 있다.

살펴 본 바와 같이 Cvcom은 쉽게 구할 수 있는 값인 동시에, 설정할 수 있는 값이다.

Ct는 다음의 <수식4>로부터 얻을 수 있다.

<수식4>

<수식4>에서

은 센서패턴(10)과 손가락(25) 사이의 매질로부터 얻을 수 있다. 만약, 도 7에서 기판(50)의 상면에 강화 글래스를 부착한다면, 강화 글래스의 비유전율에 진공의 유전율을 곱한 값으로부터 유전율

을 얻을 수 있다.

는 센서패턴(10)과 손가락(25)의 대향면적에 해당한다. 만약 손가락(25)이 어떤 센서패턴(10)을 모두 덮고 있다면

는 센서패턴(10)의 면적에 해당한다. 만약 손가락(25)이 센서패턴(10)의 일부를 덮고 있다면

는 센서패턴(10)의 면적에서 손가락(25)과 대향하지 않은 면적만큼 줄어들 것이다. 또한,

는 센서패턴(10)과 손가락(25)간 거리이므로, 기판(50) 상면에 올려진 강화 글래스 또는 평탄층(24) 등의 두께에 해당할 것이다.

살펴 본 바와 같이 Ct 역시 쉽게 구할 수 있는 값인 동시에, 기판(50) 상부에 올려지는 보호패널 또는 평탄층(24) 등을 이용하여 쉽게 설정할 수 있는 값이다. 특히, <수식4>에 의하면 Ct는 손가락(25)과 센서패턴(10)의 대향면적에 비례하므로, 이로부터 센서패턴(10)에 대한 손가락(25)의 터치 점유율을 연산할 수 있다.

레벨시프트 검출부(14)는 위와 같은 <수식1>에 의한 전압변동에 대비하여 <수식2>에 의한 전압변동에 레벨시프트가 발생했는지 여부를 검출한다. 레벨시프트 검출부(14)는 센서패턴(10)에서의 신호를 증폭하는 증폭기, ADC(Analogue to Digital Converter), VFC(Voltage to Frequency Converter), 플립플롭(Flip-Flop), 래치(Latch), 버퍼(Buffer), TR(Transistor), TFT(Thin Film Transistor), 비교기 등으로 구성되거나 이러한 구성요소들의 조합으로 구성될 수 있다.

도 8은 레벨시프트 검출부(14)가 신호검출 스위칭소자(16)를 포함한 구성을 예시하고 있다. 신호검출 스위칭소자(16)는 일예로서 TFT이다. 도 8을 참조하면, 신호검출 스위칭소자(16)의 온/오프 제어단자는 센서패턴(10)에 연결된다. 따라서 센서패턴(10)에서의 전위에 의해 신호검출 스위칭소자(16)의 입출력단자를 통해 흐르는 전류(i)가 제어된다. 도시한 바와 같이 센서패턴(10)과 신호검출 스위칭소자(16)의 온/오프 제어단자의 접속점을 "P1"이라고 하면, P1에서의 전위 V_P1은 <수식1> 및 <수식2>에서와 같이 Cvcom 및 Ct에 의해 영향을 받는다.

도시한 바와 같이 공통전극정전용량(Cvcom)의 일단은 공통전극(220)에 의해 전위가 일정 높낮이를 갖도록 교번된다. 따라서 Cvcom이 충전된 상태에서 V_P1의 전위는 공통전극(220)의 교번 전압에 동기되어 변동된다. 이후, 충전전압의 공급과 공통전압의 교번이 연속되면서 V_P1은 <수식1>과 같은 전압변동을 갖게 된다. 만약 터치 입력이 발생한다면, Cvcom에 Ct가 병렬로 부가된다. 그리고 전압변동은 감소하는 쪽으로 레벨시프트 된다.

도 9는 도 8의 실시예에서 터치신호를 검출하는 과정을 보인 파형도이다. 이를 참조하여 레벨시프트를 이용하여 터치신호를 검출하는 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 충전 수단(12)을 턴 온 하여 충전신호 Vb를 공급함으로써 Cvcom을 충전시킨다. 그리고 충전 수단(12)을 턴 오프 한다면, 신호검출 스위칭소자(16)의 게이트 입력단은 항상 Hi-z 상태이므로 Cvcom에 저장된 전하는 고립상태를 유지한다. 이에 따라 센서패턴(10)의 전위 역시 유지된다. 본 예시에서 충전 수단(12)의 On 전압은 15V이고, Off 전압은 -8V이다. 게이트에 인가되는 On/Off 전압을 충분한 차이로 설정하면 보다 안정적인 On/Off 특성을 얻을 수 있다.

충전신호 Vb는 일예로 5V로 인가되며, 게이트신호 Vg에 동기되어 게이트 Off시에는 0V로 주어지거나, 게이트에 인가되는 전압이 충분한 턴 오프 상태를 유지하도록 게이트 전압에 비해 5V 이상의 전위차를 유지한다. 표시장치(200)의 공통전극(220)의 공통전압은 Hi 레벨에서 4V, Low 레벨에서 -1V로 주어진다고 가정해보자 . 도시한 바와 같이, 충전동작이 먼저 수행된 이후에 공통전압의 상승구간(rising time) 및 하강구간(falling time)에서 검출동작이 수행된다. 하지만, 이러한 충전동작과 검출동작이 반드시 순차적으로 이루어져야 하는 것은 아니다.

예를 들어, 충전 수단(12)의 게이트 Off 구간을 짧게 하여 Cvcom이 항상 충전된 상태를 유지하게 하거나, 기타 방전경로를 완전하게 차단하는 것으로 Cvcom이 충전 상태를 유지하도록 할 수 있다. 이와 같이 검출동작 이전에 반드시 충전동작이 수행될 필요가 없을 것이다. 그리고 이러한 동작에 의해 소비전류가 절감될 수 있다.

또한, 공통전압의 상승구간에서만 검출동작을 수행하거나 하강구간에서만 검출동작을 수행할 수 있다. 아니면, 공통전압의 몇 주기마다 검출동작을 수행할 수도 있을 것이다.

도 9의 예에서, 충전1이 수행되면 P1의 전위 V_P1은 점차 완만한 곡선을 그리면서 상승하다가 5V가 된다. 도 9의 파형도에서는 충전특성과, 방전특성 및 노이즈에 의한 영향 등은 무시하였다. 이후 Vg를 턴 오프 시켜도 공통전극정전용량(Cvcom)에 저장된 전하가 고립 상태를 유지하므로 V_P1의 전위는 5V로 유지된다.

충전1 이후에 공통전압의 하강구간에서 검출1 동작이 수행된다. 바람직하게는, 공통전압의 하강기 직후 또는 소정 시간이 경과한 후에 검출1 동작이 수행된다. 이때에는 도 9의 하단에 도시한 바와 같이 터치가 발생하기 전이므로, <수식1>과 같은 전압변동이 발생한다. 만약 Cvcom에 비해 Cp가 무시할 수 있을 정도로 작은 값이라고 가정하면, 공통전압의 하강구간이므로 <수식1>에서

의 값은 "-{4-(-1)}*1"이므로 -5V이다. 따라서 P1의 전위 V_P1은 5V에서 0V로 변동한다. 그리고 신호검출 스위칭소자(16)의 입출력단자에 흐르는 전류는 도 9의 파형도에서와 같이 P1의 전위에 연동되어 하강한다.

만약, 신호검출 스위칭소자(16)로서 TFT가 사용된다면, 게이트전압의 변동에 대비 높은 전류 변동값을 얻을 수 있다. 도 10은 TFT의 게이트전압 대비 출력전류의 특성을 보인 그래프이다. 이를 참조하면, 게이트단 전압이 5V일 때와 0V일 때 대략 1,000배의 출력전류 차이를 보인다. 따라서 매우 쉽게 P1의 전압변동을 읽을 수 있다. 또한, 신호검출 스위칭소자(16)의 입력단에 병렬로 또는 출력단에 비교기를 부가하고, 비교기의 기준신호로서 터치 미발생시 P1에서의 전압레벨에 대응하는 신호를 인가한다면, 터치 발생시 P1에서의 레벨시프트를 좀 더 용이하게 검출할 수도 있을 것이다.

만약 터치가 발생하지 않은 상태에서, 위와는 반대로 공통전압의 상승구간에서 검출 동작이 수행되었다면,

의 값은 "{4-(-1)}*1"이므로 5V이고, P1의 전위 V_P1은 5V에서 10V로 변동할 것이다.

도 9를 참조하면, 검출1의 동작이 수행된 이후에 다시 충전2 동작이 수행된다. 그리고 앞서 설명한 바와 같이 P1의 전위는 다시 5V로 상승한다. 도 9는 충전2의 동작이 수행된 이후 터치입력이 발생한 상태를 예시한다.

터치입력이 발생한 이후, 공통전압의 상승구간에서 검출2 동작이 수행된다. 이때, 터치입력이 발생하였으므로 손가락(25)과 센서패턴(10) 사이에서 형성되는 Ct가 작용하게 된다. 앞서 설명한 바와 같이, Ct는 다양한 조건으로 설계 가능하다. 도 7의 예에서는 Cvcom과 Ct가 동일한 대향면적을 갖는다. 그러나 센서패턴(10)과 공통전극(220) 사이에는 복수의 유전체가 존재하는 반면, 센서패턴(10)과 손가락(25) 사이에는 단일의 유전체만 존재하고 간격도 상대적으로 작다. 따라서 도 7의 실시예에서는 Cvcom에 비해 Ct가 크다. 일예로서, Ct가 Cvcom의 2배라고 가정해보자. 공통전압의 상승구간이므로 <수식2>에 의한 P1에서의 전압변동

의 값은 "{4-(-1)}*1/3"이므로 대략 1.67V이다. 따라서 P1의 전위 V_P1은 5V에서 6.67V로 변동한다. 그리고 신호검출 스위칭소자(16)의 입출력단자에 흐르는 전류는 도 9의 파형도에서와 같이 P1의 전위에 연동되어 상승한다.

이때 도 9에서와 같이 터치입력 발생시에는 터치 미발생시에 비해 전압 레벨이 10V에서 6.67V로 시프트 된 것을 알 수 있다. 따라서 이와 같은 레벨시프트를 검출하여 터치신호를 획득할 수 있다.

검출2의 동작 이후에 다시 충전3 동작이 수행되고, 검출3은 공통전압의 하강구간에서 레벨시프트를 검출한다. 이 경우 터치가 발생하지 않았다면 V_P1은 0V로 하강하며, 터치가 발생하면 V_P1은 3.33V로 하강한다. 즉, 터치입력 발생시 공통전압의 상승구간에서는 V_P1에서의 신호가 아래쪽으로 레벨시프트 되며, 공통전압의 하강구간에서는 위쪽으로 레벨시프트 된다.

한편, 손가락(25)이 센서패턴(10)을 부분적으로 덮고 있는 상태라면, <수식4>에서 손가락(25)과 센서패턴(10)간 대향면적

가 작아지므로, Ct 역시 작아진다. 따라서 도 9의 파형도에서 레벨시프트 되는 크기 역시 작아질 것이다. 즉, 레벨시프트의 크기를 검출하면 센서패턴(10)에 대한 손가락(25)의 터치 점유율을 연산할 수 있다. 이러한 기능은 센서패턴(10)의 크기 및 해상도가 제한적임에도 불구하고, 터치 해상도를 증가시킬 수 있게 한다. 또한, 터치좌표의 미세한 변동을 감지하고, 손가락이나 기타 터치입력도구를 이용하여 고해상도의 그림을 그리는 것을 가능하게 한다.

도 11a 및 11b는 터치 검출수단의 다른 예를 보인 회로도로서, 레벨시프트 검출부(14)의 다른 예를 보여준다. 도 11a를 참조하면, 레벨시프트 검출부(14)는 센서패턴(10)에 입력단이 접속된 증폭기(18)를 포함한다. 증폭기(18) 역시 입력단이 Hi-z이므로 P1에서의 신호를 안정적으로 고립시킬 수 있다.

도 11a의 실시예에서 P1의 전위가 Cvcom 및 Ct에 의해 전압변동 되는 것은 도 8의 실시예와 동일하다. 다만, 레벨시프트를 검출하는 수단으로 증폭기(18)가 사용된다. 증폭기(18)는 센서패턴(10)에서의 신호를 증폭한다. 이에 따라 터치 발생에 의한 레벨시프트의 크기가 증폭되어 출력되므로, 안정적으로 터치신호를 획득할 수 있다.

도 11b의 실시예는 증폭기(18)로서 차동증폭기(18a)가 사용된 예를 보여준다. 차동증폭기(18a)는 반전 또는 비반전 차동입력전압 Vdif에 따라 센서패턴(10)에서의 신호를 차동 증폭한다. 그리고 Vdif는 외부에서 조절 가능하다. Vdif는 충전 수단(12)을 통해 인가되는 충전신호에 대응하는 신호일 수 있다. 바람직하게는, Vdif는 터치 미발생시 P1에서의 전압레벨에 대응하는 신호이다. 일실시예로서, 도 9의 실시예에서 Vdif는 공통전압이 하이인 구간에서는 10V이며, 로우인 구간에서는 0V일 수 있다.

이와 같이 Vdif가 터치 미발생시 P1에서의 전압레벨에 대응한다면, 차동증폭기(18a)는 터치 발생시의 레벨시프트 값만을 증폭하여 출력할 것이다. 따라서 좀 더 깨끗하고 안정적인 터치신호를 획득할 수 있다.

Vdif를 결정하기 위하여 터치 미발생시 P1에서의 전압레벨을 추출할 필요가 있다. 또한, 바람직하게는 공통전압 레벨의 상승구간 및 하강구간 각각에서 터치신호를 획득하기 위해서는, Vdif 역시 공통전압 레벨의 상승구간 및 하강구간 각각에서 터치 미발생시 P1의 전압레벨을 별도로 추출해야 한다. Vdif는 터치스크린패널을 제조하는 단계에서 확정되어 입력될 수 있다. 또한, 초기 Power on 시에, 또는, 주기적으로 터치 미발생시 P1의 전압레벨을 검출할 수 있다.

도 12는 도 11b의 실시예에서 터치신호를 검출하는 과정을 보인 파형도이다. 이를 참조하여 레벨시프트 검출부(14)로서 차동증폭기(18a)가 사용될 때 신호 검출 예를 설명한다.

도 11a에서 충전 수단(12)의 게이트 전압 Vg의 On 전압은 3V이고, Off 전압은 0V이다. 충전신호 Vb는 5V로 인가된다. 공통전극(220)의 공통전압은 Hi 레벨에서 3V, Low 레벨에서 0V로 주어진다고 가정해보자. 공통전압의 높낮이 차이는 클수록 좋겠지만, 본 실시예는 차동증폭기(18a)를 이용하므로, 공통전압의 높낮이 차이가 작아도 레벨시프트를 쉽게 검출할 수 있다. 도 12의 실시예에서도 충전동작 이후에 검출동작이 수행된다. 또한, Ct는 Cvcom의 2배로 가정하였으며, Cp는 무시할 수 있는 값으로 가정하였다. 도 12의 실시예를 설명함에 있어 도 9에서 설명된 부분과 동일한 부분에 대하여는 자세한 언급을 생략한다.

충전1이 수행되면 P1의 전위 V_P1은 충전전압인 5V로 유지된다. 도 12에서는 충전1 이후에 Vcom의 상승구간에서 검출1 동작이 수행된다. 검출1 동작은 Vcom의 상승기 직후, 또는 소정 시간 경과 후 발생한다. 터치 미발생 상태이므로, <수식1>에서

의 값은 "(3-0)*1", 즉 3V이다. 따라서 V_P1은 8V로 상승한다. 터치 미발생 상태이므로, Vdif 역시 8V로 주어진다. 터치 미발생시에 V_P1의 전압레벨과 Vdif는 이상적으로 동일하므로 차동증폭기(18a)의 출력 Vt는 거의 발생하지 않는다. 만약 노이즈 등에 의한 영향이 있더라도, Vt는 매우 미약한 신호로 출력된다.

도 12에서와 같이 만약 충전2의 동작이 수행되기 직전에(또는 충전2의 동작이 수행되는 중에) 터치입력이 발생하였고, 이때의 터치입력은 손가락(25)이 하나의 센서패턴(10) 전체 영역(whole area)을 덮은 상태라고 가정해보자.

충전2의 동작이 수행되면 P1의 전압레벨은 다시 충전전압인 5V로 하강한다. 그리고 검출2에서는 터치입력이 발생한 상태이며 Vcom의 하강구간이므로, V_P1이 <수식2>에 따라 "-(3-0)*1/3"만큼 변동한다. 즉, 검출2에서 V_P1은 4V이며, 터치 미발생시에 비해 2V의 레벨시프트가 발생한 것을 알 수 있다. 이때, 차동증폭기(18a)의 Vdif는 터치 미발생시의 V_P1의 값에 대응하므로 <수식1>에 따라 "-(3-0)*1"만큼 변동하여 2V의 값을 갖는다. 따라서 차동증폭기(18a)의 출력 Vt는 두 입력인 V_P1과 Vdif의 차이인 2V를 증폭하여 출력한다. 실질적으로 2V의 레벨시프트 전압 값은 낮은 증폭률에서도 충분히 쉽게 인식할 수 있는 값이다. 나아가서 노이즈나 기생정전용량(Cp)의 값이 크게 작용하여도, 차동증폭기(18a)의 증폭률을 적절하게 선택하여 터치 입력시 높은 Vt 값을 얻을 수 있다.

검출2 이후 다시 충전3이 진행되며, V_P1은 5V로 복귀한다. 그리고 검출3에서는 Vcom의 상승구간에서 터치입력이 발생하였으므로, V_P1이 <수식2>에 따라 "(3-0)*1/3"만큼 변동한다. 즉, V_P1은 6V이며, 터치 미발생시에 비해 -2V의 레벨시프트가 발행하였다. 따라서 검출2에서와 같이 6V의 V_P1를 8V의 Vdif를 기준으로 차동 증폭하여 Vt를 얻고, 이로부터 터치신호를 획득한다.

도 12에서와 같이 만약 충전4의 동작이 수행되기 직전에(또는 충전4의 동작이 수행되는 중에) 손가락(25)이 이동하였고, 해당 센서패턴(10)에 대한 터치 점유율이 1/2로 줄었다고 가정해보자.

충전4의 동작이 수행되면 V_P1은 다시 5V로 복귀한다. 그리고 검출4에서 터치 입력을 검출한다. 이때, 손가락(25)은 센서패턴(10)의 1/2 영역만큼을 점유하고 있으므로, <수식4>에서 대향면적

가 1/2만큼 줄어든다. 따라서, Ct는 Cvcom과 동일한 값을 갖게 된다. 이를 <수식2>에 대입하면, 검출4에서

는 "-(3-0)*1/2"이다. 따라서 도시한 바와 같이 V_P1은 3.5V를 갖는다. 이는 터치 미발생시의 2V에 비해 1.5V의 레벨시프트가 발생한 것을 의미하며, 차동증폭기는 1.5를 차동 증폭한다.

정리하면, 터치 미발생시에는 이상적으로 V_P1과 Vdif가 동일하다. 따라서, Vt는 노이즈에 해당되는 미약한 신호만이 출력된다. 어떤 센서패턴(10)에 대해 100%의 점유율로 터치가 발생하면, V_P1이 2V 또는 -2V만큼 레벨시프트 된다. 또한 어떤 센서패턴(10)에 대해 50%의 점유율로 터치가 발생하면, V_P1이 1.5V 또는 -1.5V만큼 레벨시프트 된다. 즉, 차동증폭기(18a)의 출력으로부터 레벨시프트를 검출하여 터치신호를 획득할 수 있음은 물론, 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전특성을 갖는 터치입력도구의 터치 점유율을 매우 쉽게 연산할 수 있다.

한편, 도 12에서는 충전신호 Vb가 충전 수단(12)의 온 구간에서 5V로 인가되는 것을 예시하였다. 그런데 충전신호 Vb는 단일의 전압레벨이 아닌 두가지 전압레벨로 제공될 수도 있다. 예를 들어, 공통전압(Vcom)의 하강구간 전에는 Vb가 8V로 공급되고, Vcom의 상승구간 전에는 Vb가 2V로 공급된다. 이와 같이 Vcom의 상승구간 및 하강구간에 따라 Vb를 달리하면, 터치 미발생시 V_P1을 Vcom의 상승구간 및 하강구간에 무관하게 일정한 전압으로 유지시킬 수 있으므로 드라이브IC의 제조내압을 낮게 유지하는데 도움이 된다. Vcom의 하강구간에서는 8V의 충전전압에 비해 -3V 변동하면 5V이고, Vcom의 상승구간에서도 2V의 충전전압에 비해 3V 변동하면 5V이다.

위와 같이 충전전압을 설정하면 V_P1에서의 전압변동 폭을 줄일 수 있으며, 검출 범위(range) 역시 줄어든다. 터치 미발생시에는 V_P1이 5V이고, 터치 발생시에는 5V를 기준으로 상하로 2V씩 레벨시프트 된다.

앞선 설명에서는 <수식1> 및 <수식2>에서 Cp를 Cvcom에 비해 무시할 수 있는 작은 값으로 가정하였다. 실제로 기판(50)의 상면에 센서패턴(10)을 형성하고, 센서패턴(10)과 공통전극(220)간 거리를 작게 형성할수록 외부의 노이즈 및 기생정전용량(Cp)은 상대적으로 매우 작은 값이 된다. 하지만, 어떤 환경에서는 기생정전용량(Cp)이 크게 작용할 수 있다. 예를 들어, Cvcom과 Cp가 모두 1pF이고 Ct가 2pF이라면, 공통전압(Vcom)의 높낮이 차가 3V일 경우 터치 미발생시

는 "3*1/2"이며, 터치 발생시

는 "3*1/4"이다. 이 경우라면, 앞선 예시에서 터치 발생에 따라 2V의 레벨시프트가 발생하던 것과 달리, 0.75V의 레벨시프트가 발생할 것이다. 750mV는 차동증폭기(18a)를 통해 매우 쉽게 검출할 수 있는 값이며, Cp의 비율이 더욱 높아져 레벨시프트의 크기가 수십 mV로 작아져도 쉽게 인식할 수 있는 값이다.

한편, Cp는 센서패턴(10)마다 다를 수 있다. 예컨대, 센서패턴(10)의 위치, 배선 길이, 기타 외부인자 등을 모든 센서패턴(10)마다 균일하게 설계하는 것은 매우 곤란하다. 또한, Cvcom 역시 센서패턴(10)마다 다를 수 있다. 레벨시프트의 크기가 크다면, 이와 같은 편차가 무시할 수 있지만, 레벨시프트의 크기가 작을수록 센서패턴(10)마다의 편차는 무시할 수 없는 값이 된다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 드라이브IC(30)에는 도 13에 도시한 바와 같이 각각의 센서패턴(10)별로 터치가 발생하지 않았을 때의 차동증폭기(18a)의 출력신호를 저장하는 메모리부(28)가 더 포함될 수 있다. 메모리부(28)에 저장되는 차동증폭기(18a)의 출력신호는 각 센서패턴(10)이 갖는 고유의 Cp를 근거로 한 값으로서, 센서패턴(10)마다 다를 수 있다.

예컨대, 전원이 인가된 이후 즉시 센서패턴(10)들을 스캐닝 한다면, 터치가 발생하지 않은 상태에서 차동증폭기(18a)의 출력을 얻을 수 있다. 만약, 센서패턴(10)별로 차동증폭기(18a)의 출력 편차가 크다면 이를 무시하고 다시 터치 미발생시의 차동증폭기(18a) 출력을 추출할 수 있을 것이다. 또는, 공장 출하 단계에서 터치 미발생 상태에서의 차동증폭기(18a) 출력을 센서패턴(10)별로 메모리부(28)에 저장할 수도 있을 것이다. 이러한 메모리부(28)는 추가로 설치되어 터치가 발생했을 때의 값도 저장할 수 있을 것이다. 그리고 드라이브IC(30)는 동일한 셀의 값을 비교하여 사전에 설정된 기준치 이상 변동이 발생했을 때 터치가 발생했다고 판단할 수 있을 것이다.

도 13을 참조하면, 센서패턴(10)이 도트 매트릭스 형태로 배열되고 m*n의 분해능을 가질 때, 메모리부(28)는 m개의 행과 n개의 열을 갖는 테이블로 구성된다. 예를 들어, M1-1 주소에는 좌상단의 센서패턴(10)에 할당된 터치 미발생시 차동증폭기(18a)의 출력이 저장된다. 그리고, 메모리부(28)에 저장된 신호는 좌상단의 센서패턴(10)에서의 터치 여부를 검출할 때 참조된다.

메모리부(28)의 각 주소들에 저장된 값은 주기적으로 보정될 수 있다. 주기적인 보정은 위와 같이 장치에 전원을 인가할 때, 또는, 휴면 상태에서 실시될 수 있다. 이와 같이, 센서패턴(10)별로 터치 미발생시(또는 터치 미발생시과 발생시를 각각 별도로 하여) 차동증폭기(18a)의 출력을 메모리부(28)에 저장하고, 주기적으로 보정하고, 터치신호 검출시 메모리부(28)를 참조한다면, 센서패턴(10)별로 고유의 Cp를 갖는 경우에도 터치신호를 안정적으로 획득할 수 있다.

도 14 내지 24는 본 발명에 따른 터치스크린패널의 실시예들을 보여준다. 먼저, 도 14는 도 8과 같은 터치 검출수단을 적용한 실시예로서, 센서패턴(10)이 도트 매트릭스 형태로 배열된 예를 보인 것이다.

도 14를 참조하면, 센서패턴(10)은 도트 매트릭스 형태로 배열되며, 각각의 센서패턴(10)에는 충전 수단(12) 및 신호검출 스위칭소자(16)가 설치된다. 센서패턴(10), 충전 수단(12) 및 신호검출 스위칭소자(16)는 단위 셀을 형성한다. 이와 같은 단위 셀은 글래스, 필름, 또는 기타 광투과성의 재료로 구성된 기판(50) 상에 매트릭스 형태로 배열된다.

도 14와 같은 구성은 흡사 LCD의 TFT 기판의 구성과 유사하다. 또한, 충전 수단(12) 및 신호검출 스위칭소자(16)로서 TFT를 사용한다면, LCD 제조공정 중 TFT 기판 제조공정을 거의 그대로 이용하여 기판(50)을 제조할 수 있다. 이는 대량생산의 용이성, 안정된 품질, 저비용 제조 등을 가능하게 한다.

도 14의 하단에는 드라이브IC(30)의 구성이 도시되어 있다. 드라이브IC(30)는 신호송수신부(31)와, 타이밍 제어부(33)와, 신호처리부(35)와, 메모리부(28)로 구성되며, 그 밖에 공통전압 검출부(43), 공통전압 수신부(45), 교번전압 인가부(37) 중 어느 하나를 더 구비할 수 있다. 또는, 드라이브IC(30)는 도 14에 도시된 바와 같이 공통전압 검출부(43), 공통전압 수신부(45), 교번전압 인가부(37)를 모두 구비하고, 셀렉터(47)에 의해 공통전압 검출부(43), 공통전압 수신부(45) 또는 교번전압 인가부(37) 중 어느 하나를 선택하도록 구성될 수도 있다.

드라이브IC(30)에서 획득한 검출신호는 CPU(40)로 전달된다. CPU(40)는 표시장치의 CPU 혹은 컴퓨터장치의 메인 CPU이거나, 터치스크린패널 자체의 CPU일 수 있다. 예컨대, 8bit 혹은 16bit 등의 마이크로프로세서를 내장(embedded)하여 터치신호를 처리할 수 있다. 도시하지 않았지만, 시스템 구성에는 터치입력 검출을 위한 신호들의 하이나 로우전압을 생성하기 위한 전원부가 더 포함된다.

드라이브IC(30)에 내장된 마이크로프로세서는 터치입력된 좌표들을 연산하여 줌(zoom), 회전(rotation), 이동(move) 등의 제스처를 인식하고, 기준 좌표(또는 중심점 좌표)와 제스처 등의 데이터를 메인 CPU로 전달할 수 있다. 또한, 터치입력의 면적을 연산하여 주밍 신호를 생성하거나, 터치입력의 강도를 산출하거나, 복수의 GUI 객체가 동시에 터치된 경우 사용자가 원하는(예를 들어, 면적이 많이 검출된) GUI 객체만을 유효한 입력으로 인식하는 등 다양한 형태로 데이터를 가공하여 내보낼 수도 있다.

타이밍 제어부(33)는 수십 ms 이하의 시분할 신호를 발생시키며, 신호처리부(35)는 신호송수신부(71)를 통해 각각의 센서패턴(10)에 신호를 송수신한다. 신호송수신부(31)는 충전 수단(12)의 온/오프 제어신호 Vgn과, 충전신호 Vbn을 공급한다. 또한, 신호검출 스위칭소자(16)의 입출력단자로부터 터치검출신호를 송수신한다. 온/오프 제어신호 Vgn은 타이밍 제어부(33)에 의해 시분할 되어 각 라인(line)별로 스캐닝 공급된다. 터치검출신호 Sn은 Vbn이 공급되어 각 센서패턴(10)에서 충전동작이 수행된 후에 공통전압(Vcom)의 상승구간(rising time) 또는 하강구간(falling time)에서 신호송수신부(31)로 입수된다. 앞서 살펴본 바와 같이, Sn은 Vcom의 상승구간 및 하강구간 각각에서 발생될 수도 있다.

메모리부(28)는 도 13을 참조하여 언급한 바와 같이, 각 센서패턴(10)에서의 터치 미발생시 신호를 보정하기 위해서, 또는, 터치 발생시의 신호를 저장하기 위한 것으로서, 각각의 센서패턴(10)별로 고유의 절대주소를 갖는다. 그리고, 각각의 절대주소에는 센서패턴(10)들을 보정하기 위한 기준값들이(또는 이러한 기준값과 터치시 검출된 값이) 저장된다.

이와 같이, 메모리부(28)는 하나만을 구비하여 획득된 좌표값을 일시 저장하거나 터치 미발생시의 기준값을 저장할 수 있다. 또는 복수의 메모리수단으로 구성되어 터치 미발생시의 기준값과 터치 발생시의 검출값을 각각 별도로 저장할 수도 있다.

도시된 실시예는 센서패턴(10)이 3*3의 해상도인 경우를 예시하였으나, 실제로는 더욱 높은 해상도를 갖기 때문에, 많은 신호들을 처리하는 과정에서 신호가 손실될 수 있다. 예를 들어, 신호처리부(35)가 "Busy" 상태일 경우, 터치 검출신호를 인식하지 못하여 신호를 놓칠 수 있다. 메모리부(28)는 이와 같은 신호의 손실을 방지한다.

신호처리부(35)는 터치신호를 검출하며, 이를 메모리부(28)에 일시 저장한다. 그리고 액티브영역(90) 전체를 스캐닝한 후에 메모리부(28)를 참조하여 누락된 신호가 있는지를 판단한다. 만약 신호처리 과정에서는 누락되었지만 메모리부(28)에는 저장되어 있는 터치 좌표가 있다면, 신호처리부(35)는 해당 터치 좌표를 정상 입력으로 처리하고 다음 스캐닝 이전에 메모리부(28)를 소거한다.

도 15a 내지 15d는 신호처리부(35)에서 터치신호를 획득하는 실시예들을 보여준다. 본 예시에서 레벨시프트 검출부(14)는 신호검출 스위칭소자(16)가 적용된 것을 예시하였다. 도 15a를 참조하면, 신호검출 스위칭소자(16)의 출력단자인 소스단자에 저항(Rn)이 연결되어 있다. 그리고 신호처리부(35)는 신호검출 스위칭소자(16)의 소스단자에서 저항(Rn)에 흐르는 전류를 읽거나, 저항(Rn)과 전류를 전압으로 환산하여 읽어서 터치신호를 획득한다. 획득된 터치신호는 CPU(40)로 전달된다.

도 15b를 참조하면, 신호처리부(35)는 신호검출 스위칭소자(16)의 드레인단자에 전류가 흐를 때 신호검출 스위칭소자(16)의 온 저항인 Rds(on)에 의해 형성된 전압을 검출한다. 도 15a 및 15b에서 신호처리부(35)는 ADC, VFC 등의 전압검출소자를 포함하거나 홀센서 등의 전류검출소자를 포함할 수 있다. 또한, 도시하지 않았지만 신호처리부(35)는 신호검출 스위칭소자(16)의 소스단자나 드레인단자에서 전압 또는 전류를 검출하는 등으로 구성될 수도 있다.

한편, 도 14에서와 같은 실시예에서는 각각의 단위 셀에 신호검출 스위칭소자(16)가 설치되어 있으므로, 신호검출 스위칭소자(16)의 소스단자 또는 드레인단자에서 드라이브IC(30)까지 배선이 길어진다. 그리고 이와 같은 원거리 배선은 배선저항을 증가시키고, 배선들이 교차하는 지점에서 배선들간 오버랩(Overlap)으로 인한 커플링 커패시터를 증가시킨다. 이러한 저항과 커플링 커패시턴스는 충방전 특성을 저하시키므로 신호를 지연시키는 원인으로 작용한다.

도 15c 및 15d는 저항과 커플링 커패시턴스에 의한 신호 지연을 해결하는 수단으로서, 신호처리부(35)가 프리차지(Precharge) 회로를 포함한 예를 보여준다. 도 15c를 참조하면, 신호검출 스위칭소자(16)의 드레인단자에 연결된 배선에는 앰프(Amp)나 스위치가 접속되며, 이들을 통해 프리차지 전압이 드레인단자측으로 전달된다. 예컨대, 드레인단자에서 검출되는 터치와 비터치시의 전압의 중심점이 2V라고 한다면 프리차지 전압은 2V가 된다. 그리고 터치신호 검출 전에 드레인단자가 2V로 프리차지 되므로 위와 같은 신호 지연이 발생하지 않고 고속 동작을 하게 된다. 도 15c에서 앰프와 스위치가 병렬 연결된 것처럼 도시하였으나 이들은 개별적으로 하나씩 설치된다. 도 15d는 신호검출 스위칭소자(16)의 소스단자에 프리차지 회로가 설치된 예를 보인 것으로서, 동작방법은 도 15c에 대한 설명과 동일하다.

신호처리부(35)는 도 9 또는 도 12와 같은 파형을 관측하기 위하여 모든 신호를 가급적 공통전극(220)의 공통전압 변화에 싱크할(synchronize) 필요가 있다. 물론 공통전압의 변화에 반드시 싱크하지 않아도 충전 전압에 대비한 검출신호의 높낮이를 상대적으로 계산하고, 연속으로 수차례 검출신호를 읽는 등으로 터치신호를 획득할 수도 있다. 하지만, 바람직하게는 신호처리부(35)는 충전신호 및 검출신호 등을 공통전극(220)의 공통전압 변화에 싱크하는 것이 신호 처리가 안정적이다.

신호처리부(35)는 표시장치(200)의 공통전극(220)의 공통전압 정보를 검출하거나, 표시장치(200)로부터 공통전압 정보를 수신하거나, 공통전극(220)에 강제로 교번하는 공통전압을 인가할 수 있다. 어느 경우라도, 신호처리부(35)는 공통전극(220)에서 교번하는 공통전압의 시작점, 크기, 상승구간 및 하강구간을 추출하고, 그에 대응하여 신호들을 처리할 수 있다.

이를 위해 드라이브IC(30)는 공통전압 검출부(43), 공통전압 수신부(45) 또는 교번전압 인가부(37) 중 적어도 어느 하나를 구비한다. 또는 도 14에 도시된 바와 같이 세가지 구성을 모두 구비하고, 셀렉터(47)에 의해 어느 하나를 선택해 사용할 수도 있다.

공통전압 수신부(45)는 표시장치(200)로부터 공통전극(220)의 공통전압 정보를 직접 수신한다. 이 경우 공통전압의 시작점, 크기, 상승구간 및 하강구간 등의 정보는 매우 쉽게 얻을 수 있으며, 신호처리부(35)가 공통전압의 상승구간 및 하강구간에 연동하여 신호를 처리하는 것이 용이하다. 다만, 표시장치(200)에서 공통전압 정보를 송신해야 한다는 부담이 발생한다.

한편, 표시장치(200)들 중 공통전극(220)이 일정 DC 레벨을 갖거나 그라운드 신호와 접지되는 경우, 교번전압 인가부(37)가 공통전극(220)에 강제로 교번전압을 인가할 수 있다. 교번전압 인가부(37)는 타이밍 제어부(33)의 시분할 신호에 따라 공통전극(220)에 소정 주파수로 교번하는 전압레벨을 인가한다. 공통전극(220)에 인가되는 교번전압의 주파수는 레지스터를 조정하는 등으로 조정 가능하다. 이 경우에도 신호처리부(35)는 공통전압의 상승구간 및 하강구간에 연동하여 신호를 처리하는 것이 용이하다. 다만, 표시장치(200)측으로 발진신호를 보내야 하는 부담이 발생한다.

그러나 공통전압 검출부(43)는 자동으로 공통전압 정보를 검출함으로써, 표시장치와 공통전압과 관련된 정보를 주고받을 필요가 없다. 공통전압 검출부(43)는 충전 수단(12)에서 충전신호의 공급을 차단하고 센서패턴(10)을 전기적으로 고립시킨 상태에서 공통전압의 교번에 따라 P1의 전위가 교번되는 것을 검출하는 방식으로 구성된다. 공통전압 검출부(43)는 다양한 회로 구성을 가질 수 있으며, 상세한 실시예는 후술하기로 한다.

도 14의 실시예는 단위 셀에 충전 수단(12)과 신호검출 스위칭소자(16)가 설치된 상태의 실시예이다. 그런데 충전 수단(12)과 신호검출 스위칭소자(16)가 TFT로 구성되는 경우, TFT는 주로 메탈레이어를 이용하기 때문에 광을 반사하여 시인될 우려가 있다. 만약, 투명 박막으로 TFT를 구성하거나, 노트북의 터치패드 등과 같이 시인성을 고려할 필요가 없는 경우라면 문제가 되지 않겠지만, 표시장치의 위에 터치스크린패널이 올라가는 경우라면 위와 같은 시인성이 문제가 된다.

도 16은 도 14에 도시된 실시예에서 발생될 수 있는 시인성 문제를 제거하는 예를 보여준다. 도시된 바와 같이 기판(50)의 액티브영역(90)에는 센서패턴(10)만 도트 매트릭스 형태로 배열된다. 그리고 각각의 센서패턴(10)에서는 신호선(22)이 인출된다. 신호선(22)은 적어도 액티브영역(90)에서는 투명신호선(22a)으로 배선된다. 비가시영역(92)에는 충전 수단(12)과 신호검출 스위칭소자(16)가 집적 설치된다. 따라서 충전 수단(12) 및 신호검출 스위칭소자(16)가 검정 잉크 등에 의해 은폐된다. 이러한 실시예에서 충전 수단(12)과 신호검출 스위칭소자(16)는 센서패턴(10)과 떨어진 위치에 설치되지만, 회로적 구성은 도 14의 실시예와 동일하다.

바람직하게는, 충전 수단(12)과 신호검출 스위칭소자(16)는 기판(50)의 양측 에지부에 분할하여 형성된다. 이와 같은 배선구조는 투명신호선(22a)의 최장 배선길이를 짧게 하여 투명신호선(22a)에서의 배선저항을 낮출 수 있으며, 센서패턴(10) 사이로 투명신호선(22a)이 배선되는 수를 줄일 수 있다. 한편, 도 16의 실시예와 달리 투명신호선(22a)은 종방향으로도 배선될 수 있으며, 충전 수단(12) 및 신호검출 스위칭소자(16)는 기판(50)의 상,하측 에지부에 분산 형성될 수도 있다.

도 16의 실시예에서 비가시영역(92)은 시인되지 않는 영역이므로, 신호선(22)을 메탈신호선(22b)으로 배선할 수 있다. 이때 투명신호선(22a)과 메탈신호선(22b)은 다른 레이어에 형성되어 있으므로, 컨택홀(Contact hole) 등과 같은 공정을 거쳐 형성되는 접속부(59)를 매개로 상호 접속된다.

투명신호선(22a)은 ITO, CNT(Carbon Nano Tube), ATO(Antimony Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 또는 이와 유사한 도전특성을 갖는 투명도전체로 형성된다. 가능한 투명신호선(22a)의 배선저항을 줄이기 위하여 투명신호선(22a)의 두께 및 폭을 적절하게 선택할 수 있다. 예컨대, 투명신호선(22a)은 50~200Å의 두께를 가지며, 10~100㎛의 폭으로 형성된다.

메탈신호선(22b)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.

도 16의 실시예는 충전 수단(12) 및 방전 스위칭소자(16)로서 TFT를 이용하는 경우에도, 블랙 잉크 영역이므로 TFT들의 상면에 광차단층 등을 형성할 필요가 없고, 액티브영역 내부의 회로패턴이 간소해지므로 포토마스크의 매수를 줄일 수 있어 제조공정을 간소화할 수 있다. 그러나 센서패턴(10)들 사이로 지나가는 투명신호선(22a)의 배선 수가 증가하게 되므로, 투명신호선(22a)의 간격을 유지하는 조건이 까다로워지고 물리적인 터치 해상도에 제약이 따를 수 있다. 다음에 언급되는 실시예는 위와 같은 제약들을 해결하는 실시예이다.

도 17 내지 19는 액티브영역(90)에서 센서패턴(10) 및 투명신호선(22a)을 복수의 레이어에 형성하는 예를 보여준다. 이와 같이 복수의 레이어에 센서패턴(10)을 형성하면, 물리적인 터치 해상도를 증가시킬 수 있고 센서패턴(10) 사이를 지나가는 투명신호선(22a)의 배선 규칙에 자유도가 증가된다. 한편, 도 17 내지 19의 실시예는 비록 복수의 레이어에 센서패턴(10)을 형성하지만 액티브영역(90) 내에서 신호선(22)이 교차하는 지점이 발생하지 않는다. 따라서 교차부에 의한 커플링 커패시턴스 등이 발생하지 않으며, 교차부의 절연을 위한 공정적 이슈(issue)가 없다.

도 17 내지 19를 참조하여, 복수의 레이어를 이용하여 센서패턴(10)을 형성하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

기판(50)의 액티브영역(90)에 도 17에 도시한 바와 같이 센서패턴(10) 및 투명신호선(22a)을 형성한다. 기판(50) 상에 ITO 등의 투명한 도전물질을 스퍼터링 또는 코팅 등의 공정으로 도포하여 도전층을 형성하고, 이를 포토마스크 공정으로 노광하거나 에칭 처리하여 도 17에서와 같은 패턴을 형성한다.

다음으로, 도 18에 도시한 바와 같이 비가시영역(92)에 충전 수단(12) 및 신호검출 스위칭소자(16)를 집적 설치한다. 이때, 스위칭소자로서 TFT가 사용된다면, 게이트메탈 또는 소스메탈을 형성하는 과정에서 비가시영역(92)에서의 배선을 메탈신호선(22b)으로 형성한다.

다음으로, 액티브영역(90)을 커버하도록 보호막을 형성한 후, 보호막 위에 도 19에서 점선으로 도시한 바와 같은 센서패턴(10) 및 투명신호선(22a)을 형성한다. 그리고 비가시영역(92)에서 투명신호선(22a)과 메탈신호선(22b)을 컨택홀 등의 공정으로 접속한다. 마지막으로, 공정 중 또는 운반 중에 최상층 센서패턴(10)을 보호하기 위하여 추가의 보호막이 더 형성될 수 있다.

이와 같이, 센서패턴(10) 및 투명신호선(22a)을 다중 레이어로 구성하면, 센서패턴(10)을 조밀한 간격으로 배치할 수 있음은 물론, 아래층의 투명신호선(22a)들 사이사이에 위층의 투명신호선(22a)들을 배치할 수 있다. 따라서 센서패턴(10) 사이의 신호선 배선 수를 증가시킬 수 있으며, 동일한 레이어에서는 투명신호선(65)의 배선규칙을 보다 자유롭게 할 수 있다. 궁극적으로는 도 16과 같은 실시예(또는 후술하는 도 20과 같은 실시예)를 적용함에도 물리적인 터치 해상도를 증가시킬 수 있다

도 20은 터치스크린패널의 또 다른 실시예를 보여준다. 도 20의 실시예는 도 11b와 같은 터치 검출수단을 적용한 실시예이며, 센서패턴(10)이 도트 매트릭스 형태로 배열된 예를 보인 것이다.

도 20을 참조하면, 기판(50)의 액티브영역(90)에는 센서패턴(10)과 신호선(22)이 형성된다. 신호선(22)은 액티브영역(90)에서 메탈로 배선될 수도 있겠으나, 바람직하게는 액티브영역(90)에서 투명신호선(22a)으로 배선된다. 신호선(22)이 액티브영역(90)에서 투명신호선(22a)으로 배선되고, 비가시영역(92)에서 투명신호선(22a)과 접속부(59)를 매개로 접속되는 메탈신호선(22b)으로 배선되는 것은 도 16의 실시예와 동일하다. 다만, 도 20에서는 충전 수단(12) 및 레벨시프트 검출부(14)가 드라이브IC(30) 내에 설치된다.

레벨시프트 검출부(14)는 드라이브IC(30) 내에 설치되는 스위칭소자일 수 있다. 그러나 도시된 바와 같이 레벨시프트 검출부(14)로서 차동증폭기(18a)를 이용하면, 터치신호를 증폭하여 처리하므로 신호의 포착이 용이하다. 차동증폭기(18a)를 이용한 터치 검출수단에 대하여는 도 11b를 참조하여 설명한 바 있으므로 자세한 설명을 생략하기로 한다.

도 20을 참조하면, 차동증폭기(18a)의 출력단에는 비교기(19)가 더 연결된다. 이 비교기(19)는 표시장치(200)의 교번 공통전압을 자동으로 검출하는데 이용된다. 충전 수단(12)을 턴 오프시킨 상태에서, 차동증폭기(18a)의 입력단이 Hi-z이므로 센서패턴(10)은 전기적으로 고립되어 플로팅 상태가 된다. 이때 표시장치(200)의 공통전극(220)에서 전압 레벨이 변동한다면, 이에 따라 센서패턴(10)에서의 전위가 변동된다. 즉, P1의 전위는 공통전압의 교번에 동기하여 교번된다. 이러한 교번 전압레벨은 충전전압을 기준으로 높거나 낮게 형성된다. 만약 P1의 전압을 비교기(19)에 직접 접속하여 비교전압인 5V(도 12의 파형도에서 충전전압과 같은)와 비교하면 공통전압의 높낮이를 판독할 수 있다.

만약, 터치입력이 발생한 경우라면 P1의 전압변동 폭이 작아질 것이며, 도시한 바와 같이 P1의 전압 레벨을 차동증폭기(18a)로 증폭한 후에 비교기(19)에서 적절한 Vref와 비교하여 공통전압의 높낮이를 판독할 수 있다. 이와 같이 간단한 회로구성으로 공통전압 검출부(43)를 구성할 수 있다.

도 20의 실시예에서, 센서패턴(10)은 각각 별도의 신호선(22)으로 인출된다. 따라서, 드라이브IC(30)는 센서패턴(10)을 행이나 열별로 스캐닝할 필요가 없다. 드라이브IC(30)는 단위 셀마다 충전신호를 스캐닝 공급할 수 있다. 대체하여 무리지어 있는 몇 개의 단위 셀 군집마다 충전신호를 스캐닝 공급할 수 있다. 또한, 서로 멀리 떨어진 단위 셀들 그룹화하여 충전신호를 스캐닝 공급할 수 있다. 이와 같은 스캐닝 기법은 인식 가능한 터치 포인트 수에 제한 없는 멀티터치를 가능하게 한다.

그런데 도 20의 실시예에서는 센서패턴(10)에서 레벨시프트 검출부(14)까지 거리가 상당히 떨어져 있음을 알 수 있다. 이러한 경우에서는 <수식1> 및 <수식2>에서의 Cp가 앞선 실시예보다 크게 작용한다. Cp는 신호선(22)과 표시장치의 전극간에 작용하는 정전용량, 신호선(22) 상호간에 작용하는 정전용량, FPC(96, Flexible Printed Circuit) 및 드라이브IC(30)의 본딩개소에서 작용하는 정전용량, 기타 기생정전용량 등을 포함한다. 앞서 살펴본 바와 같이 Cp가 클수록 터치 미발생시에 대비한 터치 발생시 레벨시프트의 크기는 작아진다. 따라서 Cp를 작게 설계할 필요성이 발생한다.

한편, 도 16 및 20의 실시예는 모두 센서패턴(10)의 유닛 셀마다 충전 수단(12)과 레벨시프트 검출부(14)가 각각 별도로 구성된 것을 예시하였으나, 이는 단지 일실시예이며, 복수의 센서패턴(10)들이 그룹으로 묶여 먹스(Mux)를 통해 충전 수단(12) 및 레벨시프트 검출부(14)와 연결될 수도 있다. 그리고 그룹 내 센서패턴(10)들로부터의 신호를 먹싱(Muxing)하여 각각의 센서패턴(10)에서의 신호를 개별적으로 처리할 수 있을 것이다.

도 21은 도 20의 실시예에서 커플링을 최소화하여 Cp를 줄이는 예를 보여준다. 도 21을 참조하면, 센서패턴(10) 및 신호선(22)들의 사이에는 점선으로 도시한 바와 같은 실드라인(62, shield line)이 형성된다. 모든 실드라인(62)은 공통으로 접속되어 접지단에 연결된다. 이와 같은 실드라인(62)은 커플링 커패시턴스와 같은 기생정전용량을 줄여준다. 또한, ESD(Electrostatic Discharge)에 의해 신호선(22)이 단선되거나 표시장치측에 영향을 미치는 등의 문제도 해결할 수 있다.

도 22는 도 20의 실시예에서 커플링을 최소화하는 다른 예를 보여준다. 도 22를 참조하면, 좌측으로 인출된 신호선(22)이 8개 도시되어 있다. 각 신호선(22)을 좌측으로부터 1~8로 넘버링 하였다.

1번 신호선을 통해 충전신호를 인가하고 레벨시프트를 검출하는 구간에서는 2번 신호선을 플로팅시키고, 3번 신호선은 접지시킨다. 다음에 2번 신호선으로 레벨시프트를 검출하는 구간에서는 1번과 3번 신호선을 플로팅시키고, 4번 신호선은 접지시킨다. 다음에 도 22에 도시된 바와 같이 3번 신호선으로 레벨시프트를 검출하는 구간에서는 2번과 4번 신호선을 플로팅시키고, 1번과 5번 신호선은 접지시킨다. 각 라인들을 위와 같이 스캐닝할 수 있으며, 5개의 신호선들을 그룹화하여 동시에 위와 같은 스캐닝을 시프트하면서 진행할 수도 있다. 이와 같이 검출구간의 신호선 양옆의 신호선들을 플로팅시키고, 플로팅 된 신호선의 측방 신호선은 접지시키는 다이내믹 실드(Dynamic Shield)를 시킨다면, 신호선간의 커플링 현상을 보다 완벽하게 차단할 수 있다.

도 20의 실시예에서도 도 16의 실시예에서와 마찬가지로 투명신호선(22a)의 배선으로 인해 물리적인 터치 해상도에 제약이 따를 수 있다. 도 20의 실시예도 도 17 내지 19의 실시예에서와 같은 방법으로 터치 해상도의 제약을 어느 정도 해소할 수 있다. 또한, 다른 방법으로도 터치 해상도를 높일 수 있다.

도 23은 도 16 또는 20의 실시예에서 터치 해상도를 높이는 다른 방법을 보여준다. 도 23을 참조하면, 기판(50) 상에는 복수의 드라이브IC(30)가 실장될 수 있다. 바람직하게는, 복수의 드라이브IC(30)가 실장될 때는 도시한 바와 같이 드라이브IC(30)가 글래스 기판(50) 상에 COG 형태로 실장된다. 드라이브IC(30)는 외부로 터치신호를 전달하기 위한 마스터 드라이브IC(30a)와, 이 마스터 드라이버IC(30a)와 기판(50) 상에서 통신채널(94)로 연결된 슬레이브 드라이브IC(30b)로 구성된다.

마스터 드라이브IC(30a)에는 외부로 신호를 주고받기 위한 FPC(96a)가 연결된다. 슬레이브 드라이브IC(30b)는 통신채널(94)을 통해 마스터 드라이브IC(30a)와 통신하므로 별도의 FPC가 연결될 필요가 없다. 하지만, 전원을 구분하기 위하여 도시한 바와 같이 슬레이브 드라이브IC(30b)에 전원 전달용 FPC(96b)가 연결될 수 있다.

마스터 드라이브IC(30a)는 자체적으로 검출한 신호와 슬레이브 드라이브IC(30b)에서 검출한 신호간 충돌을 방지하기 위하여, 양자간 우선순위를 부여하거나 스캐닝 순서를 부여하거나 독립된 메모리 공간을 가지는 등으로 터치 신호들을 처리한다.

도 24는 터치스크린패널의 또 다른 실시예를 보인 구성도이다. 앞선 터치스크린패널의 실시예는 센서패턴(10)이 도트 매트릭스 형태로 배열된 것에 비해, 도 24의 실시예는 센서패턴(10)이 선형으로 배열된 것을 예시한 것이다. 도 24를 참조하면, 기판(50)의 액티브영역(90)에는 x축 선형 센서패턴(10a)과 y축 선형 센서패턴(10b)이 교차 배열된다. 각 선형 센서패턴(10a, 10b)은 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성하기 위한 대향면적부(41a)와, 대향면적부(41a)들을 연결하기 위한 연결부(41b)로 구성된다. 그리고 x축 선형 센서패턴(10a)과 y축 선형 센서패턴(10b)은 연결부(41b)에서 상호 교차되어 교차부(42)를 형성한다.

교차부(42)는 서로 다른 축의 선형 센서패턴(10a, 10b)을 상호 절연하도록 구성된다. 예컨대, x축 선형 센서패턴(10a)의 연결부(41b)을 먼저 형성하고, 그 위에 절연층을 형성한 후 y축 선형센서패턴(10b)의 연결부(41b)가 절연층 위로 지나가는 브리지 형태로 구성된다.

이와 같이 센서패턴을 선형으로 배열하면 Cvcom이 커지며, 상대적으로 Ct는 작아진다. 하지만, 도 24에서와 같이 차동증폭기(18a)를 이용하여 레벨시프트를 검출하면 Ct에 의한 레벨시프트를 쉽게 포착할 수 있다.

도 24의 실시예가 갖는 큰 장점은 기판(50)의 비가시영역(92)에 배선되는 신호선(22)의 수를 크게 줄일 수 있다는 점이다. 만약 센서패턴(10)의 크기를 작게 가져간다면, 기판(50)의 에지부에 배선되는 신호선(22)의 수를 크게 하지 않아도 앞선 실시예들에 비해 물리적 터치 해상도를 높일 수 있다.

도 25는 터치스크린패널의 설치예를 보인 단면도이다. 도 25의 실시예는 도 7의 실시예와 달리 터치스크린패널이 표시장치(200)와 에어갭을 형성하지 않고 자외선 경화수지(98)나 OCA(Optically Clear Adhesive), 실리콘 테이프 등으로 표시장치(200) 위에 직접 부착된다. 그리고, 기판(50)의 상면에는 강화 글래스나 아크릴 등과 같은 보호패널(52)이 부착된다. 보호패널(52)은 터치입력에 의해 기기의 내구성이 저하되는 것을 방지한다. 또한 보호패널(52)은 회사의 로고나 아이콘 등이 인쇄되는 윈도우를 겸할 수 있다.

도 25와 같은 구조에서는 도 7의 실시예에서와 달리 에어갭이 존재하지 않으므로 Cvcom이 더욱 커진다. <수식1>에서 살펴본 바와 같이, Cvcom이 크다면 상대적으로 노이즈나 기생정전용량(Cp)의 영향은 작아진다. 따라서 도 7의 실시예보다 더욱 안정적으로 터치신호를 획득할 수 있다.

한편, 도 26은 LCD의 TFT기판 구성을 예시한 것으로서, 횡전계 모드의 TFT기판 구성을 보여준다. 이러한 횡전계 모드의 LCD는 앞서 언급한 실시예와 달리 공통전극(220)이 패널의 일부 면적에만 형성되어 있다. 도 26을 참조하여 횡전계 모드의 LCD에 대하여 간략하게 설명하면 다음과 같다.

도 26에 도시된 바와 같이 TFT기판의 상면에는 게이트라인(242) 및 데이터라인(244)이 종횡으로 배치되고, 게이트라인(242) 및 데이터라인(244)에 의해 구획된 영역은 화소를 형성한다. 화소 내에는 화상신호를 스위칭하는 TFT(250)가 설치된다. TFT(250)의 게이트전극(251)은 게이트라인(242)에 접속되어 주사신호를 인가받고, 소스전극(253)과 드레인전극(255)은 각각 데이터라인(244)과 화소전극라인(248)에 접속된다. 그리고 TFT(250)의 반도체층(257)이 화상신호를 액정층에 인가하기 위해 소스전극(253)과 드레인전극(255) 사이에 채널을 형성한다. 화소 내에는 도시한 바와 같이 화소전극라인(248)과 평행하게 공통전극라인(246)이 형성된다.

이와 같은 구성을 갖는 LCD는 TFT(250)가 작동하여 화소전극라인(248)에 화상신호를 인가하면, 공통전극라인(246)과 화소전극라인(248) 사이에 실질적으로 평행한 횡전계가 발생하고 액정분자는 평면상에서 움직이게 된다.

그런데 도시한 바와 같이 공통전극라인(246)이 부분적인 영역에만 형성되어 있다. 따라서 센서패턴(10)과 공통전극라인(246) 사이에 형성되는 Cvcom이 앞선 예시에서보다 작게 형성된다. Cvcom은 센서패턴(10)과 공통전극라인(246)의 대향면적에 비례하므로, 센서패턴(10)이 도 26에 도시된 화소 전체를 커버하여도 공통전극라인(246)이 형성된 면적만큼의 대향면적이 발생한다. 만약, 도 25와 같은 실시예에서 표시장치(200)의 공통전극(220)이 도 26과 같이 형성된다면, Ct에 대비한 Cvcom의 크기는 매우 작아질 것이다. 따라서 터치 유무에 따른 레벨시프트의 크기는 더 커진다.

다만, 도 26과 같은 실시예에서는 게이트라인(242), 데이터라인(244), 화소전극라인(248) 등에 의한 기생정전용량(Cp)이 Cvcom과 근사하거나 더 큰 값을 가질 수 있으며, 이는 터치신호 검출에 노이즈 성분으로 작용할 수 있다. 따라서 도 26과 같은 실시예에서는, 드라이브IC(30)에서 LCD의 게이트라인(242) 및 데이터라인(244)에 신호 변화가 없을 때의 타이밍을 감안하여 터치를 검출하는 것이 바람직하다.

도 27 및 28은 터치스크린패널을 내장한 표시장치의 단면도 및 분해 사시도이다. 이를 참조하여 본 발명에 따른 터치스크린패널 및 그러한 터치스크린패널을 내장한 표시장치에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 27에 도시한 바와 같이, 표시장치(200)의 칼라필터(215)는 본 발명에 따른 터치스크린패널로 대체될 수 있다. 통상의 LCD에서와 같이 칼라필터(215)의 하면에는 공통전극(220)이 형성된다. 다른 예로서, 도 26과 같은 예에서는 TFT기판(205)의 상면에 공통전극(220)이 형성된다. 도 26 또는 도 27과 같은 예에서, 칼라필터(215)의 상면에는 도시한 바와 같이 센서패턴(10)이 형성된다.

이와 같은 구성에서는 센서패턴(10)과 공통전극(220) 사이에 단지 칼라필터(215)만이 매질로서 존재한다. 따라서 Cvcom이 커지고, Ct는 상대적으로 작아진다. Cvcom이 커지는 것은 <수식1>에서 보여지듯이 Cp의 영향을 최소화 할 수 있다는 것을 의미한다. 따라서 도 11b에서와 같은 차동증폭기(18a)를 이용하여 레벨시프트를 검출한다면, 보다 안정적으로 터치신호를 검출할 수 있다.

도시된 예에서 TFT기판(205)에는 LCD의 화면표시를 위한 드라이브IC(60)가 COG 형태로 실장된다. 칼라필터(215)에는 터치신호 제어를 위한 드라이브IC(30)가 COG 형태로 실장된다. 각각의 드라이브IC(30, 60)에서는 FPC(96, 97)가 인출된다. 한편, 도 28과 같은 실시예에서는 터치 드라이브IC(30) 및 LCD 드라이브IC(60)가 단일의 IC로 통합될 수도 있다. 그리고 TFT기판(205)과 칼라필터(215)는 FPC로 연결되어 신호를 송수신할 수도 있다.

한편, 도시하지 않았지만 터치스크린패널은 칼라필터(215)와 도시 안한 편광판 사이에 내장 설치될 수도 있다. 이와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

10 : 센서패턴 10a : x축 선형 센서패턴
10b : y축 선형 센서패턴 12 : 충전 수단
14 : 레벨시프트 검출부 16 : 신호검출 스위칭소자
18 : 증폭기 18a : 차동증폭기
19 : 비교기 20 : 공통전극
22 : 신호선 22a : 투명신호선
22b : 메탈신호선 24 : 평탄층
25 : 손가락 28 : 메모리부
30 : 드라이브IC 30a : 마스터 드라이브IC
30b : 슬레이브 드라이브IC 31 : 신호송수신부
33 : 타이밍 제어부 35 : 신호처리부
37 : 교번전압 인가부 40 : CPU
41a : 대향면적부 41b : 연결부
42 : 교차부 43 : 공통전압 검출부
45 : 공통전압 수신부 47 : 셀렉터
50 : 기판 52 : 보호패널
57 : 접착부재 58 : 에어갭
59 : 접속부 60 : 드라이브IC
62 : 실드라인 90 : 액티브영역
92 : 비가시영역 94 : 통신채널
96 : FPC 97 : FPC
98 : 자외선 경화수지 200 : 표시장치
205 : TFT기판 210 : 액정층
215 : 칼라필터 220 : 공통전극
230 : 실런트 242 : 게이트라인
244 : 데이터라인 246 : 공통전극라인
248 : 화소전극라인 250 : TFT
251 : 게이트전극 253 : 소스전극
255 : 드레인전극 257 : 반도체층

Claims

신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력도구의 접근에 의해 터치정전용량(Ct)이 발생하는 것을 감지하는 정전식 터치 검출수단에 있어서,
상기 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성하며, 공통전압(Vcom)을 갖는 표시장치(200)의 공통전극(220)과의 사이에서 공통전극정전용량(Cvcom)을 형성하는 센서패턴(10);
상기 센서패턴(10)에 충전신호를 공급하여 상기 터치정전용량(Ct) 및 공통전극정전용량(Cvcom)에 전하를 축적하기 위한 충전 수단(12); 및
상기 센서패턴(10)에 연결되며, 터치 미발생시에 상기 공통전압(Vcom)에 의한 센서패턴(10)에서의 전압변동분에 대비하여 터치 발생시에 공통전극정전용량(Cvcom)에 상기 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 상기 공통전압(Vcom)에 의해 상기 센서패턴(10)에서의 전압변동분에 레벨시프트가 발생하는 것을 검출하여 터치신호를 획득하는 레벨시프트 검출부(14);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단.
제 1항에 있어서,
상기 표시장치(200)의 공통전극(220)은 소정 주파수로 교번하는 공통전압 레벨을 갖는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단.
제 2항에 있어서,
상기 공통전극(220)의 공통전압 레벨을 검출하는 공통전압 검출부(43)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단.
제 3항에 있어서,
상기 공통전압 검출부(43)는 상기 공통전극정전용량(Cvcom)에 의한 센서패턴(10)에서의 전압변동을 검출하여 공통전압 레벨의 상승구간(rising time)과 하강구간(falling time)을 검출하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단.
제 2항에 있어서,
상기 표시장치(200)로부터 공통전극(220)의 공통전압 정보를 수신하는 공통전압 수신부(45)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단.
제 1항에 있어서,
상기 표시장치(200)의 공통전극(220)에 소정 주파수로 교번하는 공통전압 레벨을 인가하는 교번전압 인가부(37)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 터치 미발생시 공통전극정전용량(Cvcom)에 의한 센서패턴(10)에서의 전압변동은 다음의 <수식1>에 의해 결정되고, 상기 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 센서패턴(10)에서의 전압변동은 다음의 <수식2>에 의해 결정되며, 상기 레벨시프트는 <수식1>과 <수식2>의 차이에 의해 발생하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단.
<수식1>

<수식2>

여기서,
는 센서패턴에서의 전압변동분이며,
는 공통전극의 하이 레벨 전압이며,
는 공통전극의 로우 레벨 전압이며,
은 공통전극정전용량이며,
는 기생정전용량이며,
는 터치정전용량임.
제 8항에 있어서,
상기 레벨시프트 검출부(14)는 상기 공통전압 레벨의 상승구간(rising time) 및/또는 하강구간(falling time)에서 센서패턴(10)에서의 레벨시프트를 검출하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단.
제 2항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레벨시프트 검출부(14)는 레벨시프트의 크기에 대응하여 상기 센서패턴(10)에 대한 터치입력도구의 터치 점유율을 검출하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단.
제 2항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레벨시프트 검출부(14)는 상기 센서패턴(10)에 온/오프 제어단자가 접속되는 신호검출 스위칭소자(16)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단.
제 2항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레벨시프트 검출부(14)는 상기 센서패턴(10)에서의 신호를 증폭하는 증폭기(18)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단.
제 12항에 있어서,
상기 증폭기(18)는 상기 센서패턴(10)에서의 신호를 차동 증폭하는 차동증폭기(18a)인 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단.
제 13항에 있어서,
상기 차동증폭기(18a)의 차동입력신호는 터치 미발생시 공통전극정전용량(Cvcom)에 의한 센서패턴(10)에서의 전압변동에 대응하는 신호인 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단.
제 12항에 있어서,
터치 미발생시 상기 증폭기(18)의 출력을 센서패턴(10)별로 저장하는 메모리부(28)를 더 포함하며, 상기 메모리부(28)를 참조하여 각 센서패턴(10)별로 터치 유무를 판단하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단.
제 14항에 있어서,
상기 차동증폭기(18a)의 차동입력신호는 상기 공통전압 레벨의 상승구간(rising time)에서의 신호와 하강구간(falling time)에서의 신호가 토글되는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단.
신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력도구의 접근에 의해 터치정전용량(Ct)이 발생하는 것을 감지하는 정전식 터치 검출방법에 있어서,
(a) 공통전압(Vcom)을 갖는 표시장치(200)의 공통전극(220)과의 사이에서 공통전극정전용량(Cvcom)을 형성하며, 상기 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성하는 센서패턴(10)에 충전신호를 공급하여 상기 터치정전용량(Ct) 및 공통전극정전용량(Cvcom)에 전하를 축적하는 단계;
(b) 상기 센서패턴(10)에서의 전압변동을 검출하는 단계;
(c) 터치 미발생시에 상기 공통전압(Vcom)에 의한 센서패턴(10)에서의 전압변동분에 대비하여 터치 발생시에 공통전극정전용량(Cvcom)에 상기 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 상기 공통전압(Vcom)에 의해 상기 센서패턴(10)에서의 전압변동분에 레벨시프트가 발생하는지 여부를 검출하여 터치신호를 획득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출방법.
제 17항에 있어서,
상기 표시장치(200)의 공통전극(220)은 소정 주파수로 교번하는 공통전압 레벨을 갖는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출방법.
제 18항에 있어서,
상기 공통전극(220)의 공통전압 레벨을 검출하는 공통전압 검출단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출방법.
제 19항에 있어서,
상기 공통전압 검출단계는 상기 공통전극정전용량(Cvcom)에 의한 센서패턴(10)에서의 전압변동을 검출하여 공통전압 레벨의 상승구간(rising time)과 하강구간(falling time)을 검출하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출방법.
제 18항에 있어서,
상기 표시장치(200)로부터 공통전극(220)의 공통전압 정보를 수신하는 공통전압 수신단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출방법.
제 17항에 있어서,
상기 표시장치(200)의 공통전극(220)에 소정 주파수로 교번하는 공통전압 레벨을 인가하는 교번전압 인가단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출방법.
삭제
제 17항에 있어서,
상기 단계(c)에서 터치 미발생시 공통전극정전용량(Cvcom)에 의한 센서패턴(10)에서의 전압변동은 다음의 <수식1>에 의해 결정되고, 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 센서패턴(10)에서의 전압변동은 다음의 <수식2>에 의해 결정되며, 상기 레벨시프트는 <수식1>과 <수식2>의 차이에 의해 발생하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출방법.
<수식1>

<수식2>

여기서,
는 센서패턴에서의 전압변동분이며,
는 공통전극의 하이 레벨 전압이며,
는 공통전극의 로우 레벨 전압이며,
은 공통전극정전용량이며,
는 기생정전용량이며,
는 터치정전용량임.
제 24항에 있어서,
상기 단계(c)는 상기 공통전압 레벨의 상승구간(rising time) 및/또는 하강구간(falling time)에서 센서패턴(10)에서의 레벨시프트를 검출하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출방법.
제 24항에 있어서,
상기 단계(c)에서 검출된 레벨시프트의 크기에 대응하여 상기 센서패턴(10)에 대한 터치입력도구의 터치 점유율을 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출방법.
제 18항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단계(c)에서 레벨시프트를 검출하는 것은 상기 센서패턴(10)에 온/오프 제어단자가 접속되는 신호검출 스위칭소자(16)를 이용하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출방법.
제 18항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단계(c)에서 레벨시프트를 검출하는 것은 상기 센서패턴(10)에서의 신호를 증폭하는 증폭기(18)를 이용하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출방법.
제 28항에 있어서,
상기 증폭기(18)는 상기 센서패턴(10)에서의 신호를 차동 증폭하는 차동증폭기(18a)인 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출방법.
제 29항에 있어서,
상기 차동증폭기(18a)의 차동입력신호는 터치 미발생시 공통전극정전용량(Cvcom)에 의한 센서패턴(10)에서의 전압변동에 대응하는 신호인 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출방법.
제 28항에 있어서,
터치 미발생시 상기 증폭기(18)의 출력을 메모리부(28)에 센서패턴(10)별로 저장하는 단계와, 상기 메모리부(28)를 참조하여 각 센서패턴(10)별로 터치 유무를 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출방법.
제 30항에 있어서,
상기 차동증폭기(18a)의 차동입력신호는 상기 공통전압 레벨의 상승구간(rising time)에서의 신호와 하강구간(falling time)에서의 신호가 토글되는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출방법.
신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력도구의 접근에 의해 터치정전용량(Ct)이 발생하는 것을 감지하는 정전식 터치스크린패널에 있어서,
기판(50);
상기 기판(50)의 상면에 형성되며, 상기 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성하며, 공통전압(Vcom)을 갖는 표시장치(200)의 공통전극(220)과의 사이에서 공통전극정전용량(Cvcom)을 형성하는 센서패턴(10);
상기 센서패턴(10)에 충전신호를 공급하여 상기 터치정전용량(Ct) 및 공통전극정전용량(Cvcom)에 전하를 축적하기 위한 충전 수단(12);
상기 센서패턴(10)에 연결되며, 터치 미발생시에 상기 공통전압(Vcom)에 의한 센서패턴(10)에서의 전압변동분에 대비하여 터치 발생시에 공통전극정전용량(Cvcom)에 상기 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 상기 공통전압(Vcom)에 의해 상기 센서패턴(10)에서의 전압변동분에 레벨시프트가 발생하는 것을 검출하여 터치신호를 획득하는 레벨시프트 검출부(14); 및
상기 충전 수단(12)을 제어하여 센서패턴(10)에 충전신호를 공급하고, 상기 레벨시프트 검출부(14)의 출력으로부터 터치 좌표를 연산하는 드라이브IC(30);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치스크린패널.
제 33항에 있어서,
상기 표시장치(200)의 공통전극(220)은 소정 주파수로 교번하는 공통전압 레벨을 갖는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치스크린패널.
제 34항에 있어서,
상기 공통전극(220)의 공통전압 레벨을 검출하는 공통전압 검출부(43)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치스크린패널.
제 35항에 있어서,
상기 공통전압 검출부(43)는 상기 공통전극정전용량(Cvcom)에 의한 센서패턴(10)에서의 전압변동을 검출하여 공통전압 레벨의 상승구간(rising time)과 하강구간(falling time)을 검출하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치스크린패널.
제 34항에 있어서,
상기 표시장치(200)로부터 공통전극(220)의 공통전압 정보를 수신하는 공통전압 수신부(45)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치스크린패널.
제 33항에 있어서,
상기 표시장치(200)의 공통전극(220)에 소정 주파수로 교번하는 공통전압 레벨을 인가하는 교번전압 인가부(37)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치스크린패널.
삭제
제 33항에 있어서,
상기 터치 미발생시 공통전극정전용량(Cvcom)에 의한 센서패턴(10)에서의 전압변동은 다음의 <수식1>에 의해 결정되고, 상기 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 센서패턴(10)에서의 전압변동은 다음의 <수식2>에 의해 결정되며, 상기 레벨시프트는 <수식1>과 <수식2>의 차이에 의해 발생하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치스크린패널.
<수식1>

<수식2>

여기서,
는 센서패턴에서의 전압변동분이며,
는 공통전극의 하이 레벨 전압이며,
는 공통전극의 로우 레벨 전압이며,
은 공통전극정전용량이며,
는 기생정전용량이며,
는 터치정전용량임.
제 40항에 있어서,
상기 레벨시프트 검출부(14)는 상기 공통전압 레벨의 상승구간(rising time) 및/또는 하강구간(falling time)에서 센서패턴(10)에서의 레벨시프트를 검출하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치스크린패널.
제 40항에 있어서,
상기 레벨시프트 검출부(14)는 레벨시프트의 크기에 대응하여 상기 센서패턴(10)에 대한 터치입력도구의 터치 점유율을 검출하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치스크린패널.
제 34항 내지 제 38항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레벨시프트 검출부(14)는 상기 센서패턴(10)에 온/오프 제어단자가 접속되는 신호검출 스위칭소자(16)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치스크린패널.
제 34항 내지 제 38항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레벨시프트 검출부(14)는 상기 센서패턴(10)에서의 신호를 증폭하는 증폭기(18)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치스크린패널.
제 44항에 있어서,
상기 증폭기(18)는 상기 센서패턴(10)에서의 신호를 차동 증폭하는 차동증폭기(18a)인 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치스크린패널.
제 45항에 있어서,
상기 차동증폭기(18a)의 차동입력신호는 터치 미발생시 공통전극정전용량(Cvcom)에 의한 센서패턴(10)에서의 전압변동에 대응하는 신호인 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치스크린패널.
제 44항에 있어서,
터치 미발생시 상기 증폭기(18)의 출력을 센서패턴(10)별로 저장하는 메모리부(28)를 더 포함하며, 상기 메모리부(28)를 참조하여 각 센서패턴(10)별로 터치 유무를 판단하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치스크린패널.
제 46항에 있어서,
상기 차동증폭기(18a)의 차동입력신호는 상기 공통전압 레벨의 상승구간(rising time)에서의 신호와 하강구간(falling time)에서의 신호가 토글되는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치스크린패널.
제 33항에 있어서,
상기 센서패턴(10)은 상기 기판(50)의 액티브영역(90)에 도트 매트릭스 형태로 배열되며, 상기 충전 수단(12) 및 레벨시프트 검출부(14)는 각각의 센서패턴(10)마다 설치되는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치스크린패널.
제 33항에 있어서,
상기 센서패턴(10)은 상기 기판(50)의 액티브영역(90)에 도트 매트릭스 형태로 배열되며, 센서패턴(10) 각각에서는 상기 기판(50)의 비가시영역(92)으로 신호선(22)이 인출되며, 상기 센서패턴(10)에 할당된 충전 수단(12) 및 레벨시프트 검출부(14)는 상기 비가시영역(92)에 설치되는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치스크린패널.
제 33항에 있어서,
상기 센서패턴(10)은 상기 기판(50)의 액티브영역(90)에 도트 매트릭스 형태로 배열되며, 센서패턴(10) 각각에서는 상기 기판(50)의 비가시영역(92)으로 신호선(22)이 인출되며, 상기 센서패턴(10)에 할당된 충전 수단(12) 및 레벨시프트 검출부(14)는 상기 드라이브IC(30)에 집적 설치되는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치스크린패널.
제 50항 또는 제 51항에 있어서,
상기 신호선(22)은 적어도 기판(50)의 액티브영역(90)에서는 투명신호선(22a)으로 배선되는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치스크린패널.
제 52항에 있어서,
상기 신호선(22)은 상기 기판(50)의 비가시영역(92)에서 상기 투명신호선(22a)과 접속부(59)를 매개로 접속되는 메탈신호선(22b)으로 배선되는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치스크린패널.
제 33항에 있어서,
상기 센서패턴(10)은 상기 기판(50)의 액티브영역(90)에서 선형으로 배열되며, 적어도 둘 이상의 선형 센서패턴(10a, 10b)이 서로 교차하는 교차부(42)가 형성되는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치스크린패널.
제 54항에 있어서,
상기 선형 센서패턴(10a, 10b)은 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성하기 위한 대향면적부(41a)와, 상기 대향면적부(41a)들을 연결하는 연결부(41b)로 구성되는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치스크린패널.
제 54항 또는 제 55항에 있어서,
상기 선형 센서패턴(10a, 10b) 각각에 할당된 충전 수단(12) 및 레벨시프트 검출부(14)가 상기 기판(50)의 비가시영역(92)에 설치되는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치스크린패널.
제 54항 또는 제 55항에 있어서,
상기 선형 센서패턴(10a, 10b) 각각에 할당된 충전 수단(12) 및 레벨시프트 검출부(14)가 상기 드라이브IC(30)에 집적 설치되는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치스크린패널.
제 33항에 있어서,
상기 드라이브IC(30)는 상기 기판(50)의 일측에 COG(Chip On Glass) 또는 COF(Chip On Film) 형태로 실장되는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치스크린패널.
제 33항에 있어서,
상기 기판(50)의 일측에는 복수개의 드라이브IC(30)가 실장되며, 그 중 하나는 외부로 터치신호를 전달하는 마스터 드라이브IC(30a)이고, 나머지는 상기 마스터 드라이브IC(30a)와 통신하는 슬레이브 드라이브IC(30b)인 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치스크린패널.
제 33항에 있어서,
상기 기판(50)의 상면에는 보호패널(52)이 더 부착되는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치스크린패널.
제 33항에 있어서,
상기 기판(50)은 표시장치(200) 내에 내장 설치되거나, 표시장치(200)를 구성하는 기판 중 어느 하나의 기판인 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치스크린패널.
제 33항 내지 제 38항, 제 40항 내지 제 42항, 제 49항 내지 제 51항, 제 54항, 제 55항, 제 58항 내지 제 60항 중 어느 한 항의 터치스크린패널을 내장하거나, 기본 구성의 기판 중 어느 하나의 기판이 상기한 기판(50)의 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치.
제 62항에 있어서,
상기 표시장치(200)는 액정표시장치이며, 상기한 기판(50)은 액정표시장치의 칼라필터(215)인 것을 특징으로 하는 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치.
제 62항에 있어서,
화면 표시를 위한 드라이브IC(60)와 상기 터치스크린패널의 드라이브IC(30)가 단일의 IC로 통합된 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치.