KR102376977B1

KR102376977B1 - 터치 패널

Info

Publication number: KR102376977B1
Application number: KR1020150004343A
Authority: KR
Inventors: 한인영; 김연태; 노영수; 정환희
Original assignee: 삼성디스플레이 주식회사
Priority date: 2015-01-12
Filing date: 2015-01-12
Publication date: 2022-03-21
Also published as: US9733776B2; KR20160087046A; US20160202792A1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널은, 기판; 상기 기판 위에 위치하며, 메시 패턴으로 형성된 복수의 제1 터치 전극 및 복수의 제2 터치 전극; 이웃하는 제1 터치 전극을 연결하며, 메시 패턴으로 형성된 복수의 제1 연결부; 및 이웃하는 제2 터치 전극을 연결하는 복수의 제2 연결부;를 포함한다. 상기 제2 연결부는 이웃하는 제2 터치 전극에 각각 중첩하는 제1 및 제2 접촉부 및 상기 제1 및 제2 접촉부를 연결하는 다리부를 포함하고, 상기 다리부의 폭이 상기 메시 패턴의 개구부의 폭보다 좁다.

Description

터치 패널{TOUCH PANEL}

본 발명은 터치 센서를 포함하는 터치 패널, 그리고 터치 패널을 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.

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

이러한 표시 장치는 표시 패널에 의한 영상을 표시하는 기능 이외에 사용자와의 상호 작용이 가능한 터치 감지 기능을 포함할 수 있다. 터치 감지 기능은 사용자가 화면 위에 손가락이나 터치 펜(touch pen) 등을 터치하면 표시 장치가 화면에 가한 압력, 전하, 빛 등의 변화를 감지함으로써 물체가 화면에 터치되었는지 여부 및 그 터치 위치 등의 터치 정보를 알아내는 것이다. 표시 장치는 이러한 터치 정보에 기초하여 영상 신호를 입력받을 수 있다.

터치 감지 기능은 터치 전극(touch electrodes)을 포함하는 정전 용량 방식의 터치 센서에 의해 구현될 수 있다. 정전 용량 방식의 터치 센서에서 터치 전극은 축전기를 형성하고, 터치 시 발생하는 축전기의 정전 용량(capacitance)의 변화를 감지한다. 터치 정보는 이러한 정정 용량의 변화에 기초하여 생성될 수 있다.

터치 전극이 평면상 교호로 배치되어 있는 경우, 터치 전극이나 터치 전극을 연결하는 연결부가 중첩할 수 있고, 그러한 중첩 면적이 클수록 기생 정전 용량이 증가하여 터치 감도가 저하될 수 있다.

한편, 터치 센서가 형성되어 있는 패널을 터치 패널(또는, 터치 센서 패널, 터치 스크린 패널 등으로도 불림)이라고 한다. 터치 센서 기능이 있는 표시 패널도 터치 패널이라고 부른다.

본 발명의 목적은 기생 정전 용량을 줄여서 신호 감도 성능이 우수한 터치 센서를 포함하는 터치 패널, 그리고 그러한 터치 패널을 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널은, 기판; 상기 기판 위에 위치하며, 메시 패턴으로 형성된 복수의 제1 터치 전극 및 복수의 제2 터치 전극; 이웃하는 제1 터치 전극을 연결하며, 메시 패턴으로 형성된 복수의 제1 연결부; 및 이웃하는 제2 터치 전극을 연결하는 복수의 제2 연결부;를 포함한다. 상기 제2 연결부는 이웃하는 제2 터치 전극에 각각 중첩하는 제1 및 제2 접촉부 및 상기 제1 및 제2 접촉부를 연결하는 다리부를 포함하고, 상기 다리부의 폭이 상기 메시 패턴의 개구부의 폭보다 좁다.

상기 메시 패턴은, 제1 방향으로 연장되어 있는 복수의 제1 도전선(conductive line); 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되어 있으며, 이웃하는 제1 도전선 사이에 연결되어 있는 복수의 제2 도전선;을 포함할 수 있고, 상기 다리부는 제1 방향으로 연장되어 있을 수 있다.

상기 다리부는 상기 제1 도전선과 평면상 중첩하지 않을 수 있다.

상기 메시 패턴의 개구부의 폭은 이웃하는 제1 도전선의 거리일 수 있다.

상기 제1 방향은 터치 패널의 세로 방향으로부터 기울어져 있는 방향일 수 있다.

상기 제2 연결부는 상기 다리부를 복수 개 포함할 수 있다.

상기 메시 패턴은 금속 물질로 형성되어 있을 수 있다.

상기 제2 연결부는 투명한 도전성 산화물로 형성되어 있을 수 있다.

상기 제1 및 제2 접촉부는 평면상 절곡되어 있을 수 있다.

상기 제1 및 제2 접촉부는 평면상 W 형상을 가질 수 있다.

상기 복수의 제1 및 제2 터치 전극 및 상기 복수의 제1 연결부는 동일한 층에 위치할 수 있다.

상기 제2 연결부는 절연층을 사이에 두고 상기 2 터치 전극과 다른 층에 위치할 수 있고, 상기 제2 터치 전극은 상기 절연층에 형성된 접촉 구멍을 통해 상기 접촉부에 연결되어 있을 수 있다.

상기 제2 연결부는 상기 제1 연결부와 평면상 중첩할 수 있다.

상기 접촉 구멍은 평면상 W 형상을 가질 수 있다.

상기 접촉부의 폭이 상기 다리부의 폭보다 클 수 있다.

상기 터치 패널은 이웃하는 제1 터치 전극과 제2 터치 전극 사이에 위치하며, 메시 패턴으로 형성된 더미 전극을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의할 경우, 터치 패널의 기생 정전 용량 특히, 터치 전극의 연결부와 메시 패턴 사이에 발생하는 기생 정전 용량이 줄어들 수 있고, 이에 따라 터치 패널 전체의 신호 대 잡음비가 증가하여 구동 마진을 확보하기가 용이하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1에서 A 부분의 확대도이다.
도 3은 도 2에서 III-III을 따라 취한 단면도이다.
도 4는 도 2에서 IV-IV을 따라 취한 단면도이다.
도 5는 도 2에서 V-V을 따라 취한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 터치 패널의 단면도로서, 도 2의 III-III 선을 따라 취한 단면에 대응한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서에 인가되는 신호를 예시한 파형도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서 및 터치 신호 처리부의 회로도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널을 포함하는 표시 장치의 배치도이다.

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

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 또한, 인접하는 구성요소 간의 간격, 각 구성요소의 폭 등이 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 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. 명세서에서 특별한 언급이 없으면, "중첩"은 평면도에서 볼 때 중첩을 의미한다.

본 발명의 실시예에 따른 터치 센서를 포함하는 터치 패널, 그리고 표시 장치에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1 내지 도 6을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널을 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 2는 도 1에서 A 부분의 확대도이다. 도 3은 도 2에서 III-III을 따라 취한 단면도이고, 도 4는 도 2에서 IV-IV을 따라 취한 단면도이고, 도 5는 도 2에서 V-V을 따라 취한 단면도이다. 도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 터치 패널의 단면도로서, 도 2의 III-III 선을 따라 취한 단면에 대응한다.

도 1에는 터치 패널(10)의 전체적인 모습이 도시된다. 도 1은 터치 패널(10)의 구성요소들의 예시적인 배치와 연결 관계를 개략적으로 나타내기 위한 것이지, 실제 형상이나 연결 구조, 각 구성요소의 비율, 간격 등을 그대로 반영하는 것은 아니며, 일부 구성요소는 도시되어 있지 않을 수 있다.

터치 패널(10)은 기판(200) 및 기판 위에 형성되어 있는 복수의 터치 전극(410, 420)을 포함한다. 이들 터치 전극(410, 420)은 유기 발광 표시 장치, 액정 표시 장치 등의 영상을 표시하는 화소를 포함하는 표시 패널의 외면(outer surface)에 형성될 수 있고 (on-cell type), 표시 패널 내부에 형성될 수도 있다 (in-cell type). 또한, 터치 전극(410, 420)은 유리, 플라스틱 등의 투명한 절연체로 이루어진 별도의 기판에 형성되어 표시 패널 위에 부착되어 있을 수 있다 (add-on type).

복수의 터치 전극(410, 420)은 터치를 감지하는 터치 센서를 형성한다. 여기서 터치는 물체가 터치 패널에 접촉(contact)하는 경우(접촉 터치)뿐만 아니라, 근접하거나 접근한 상태에서 움직이는(hovering) 경우(비접촉 터치)를 포함할 수 있다.

터치 전극(410, 420)은 서로 중첩하지 않도록 교호적으로 배치되어 있는 복수의 제1 터치 전극(410) 및 복수의 제2 터치 전극(420)을 포함한다. 복수의 제1 터치 전극(410)은 행 방향(x축 방향) 및 열 방향(y축 방향)을 따라 각각 복수 개 배치될 수 있고, 복수의 제2 터치 전극(420)도 행 방향 및 열 방향을 따라 각각 복수 개 배치될 수 있다. 이들 터치 전극(410, 420)은 전체적으로 대략 사각형일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 원형이나 타원형, 또는 육각형 등의 다각형일 수 있다. 또한, 감도 향상을 위해 돌출부를 가지는 등 다양한 형태를 가질 수 있다. 터치 전극(410, 420)이 대략 사각형이더라도, 터치 패널(10)의 가장자리에 배치되어 있는 터치 전극은 대략 삼각형일 수 있다.

동일한 행 또는 열에 배열된 복수의 제1 터치 전극(410)의 적어도 일부는 터 서로 연결되어 있을 수도 있고 분리되어 있을 수도 있다. 마찬가지로, 동일한 행 또는 열에 배열된 복수의 제2 터치 전극(420)의 적어도 일부는 서로 연결되어 있을 수도 있고 분리되어 있을 수도 있다. 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 동일한 행에 배치된 복수의 제1 터치 전극(410)이 서로 연결되어 있는 경우, 동일한 열에 배치된 복수의 제2 터치 전극(420)이 서로 연결되어 있을 수 있다. 이때, 각 행에 위치하는 복수의 제1 터치 전극(410)은 제1 연결부(connector)(411)에 의해 서로 연결되어 전극행을 형성할 수 있고, 각 열에 위치하는 복수의 제2 터치 전극(420)은 제2 연결부(421)를 통해 서로 연결되어 전극열을 형성할 수 있다. 실시예에 따라서 제1 터치 전극(410)이 열 방향으로 연결되어 있고, 제2 터치 전극(420)이 행 방향으로 연결되어 있을 수 있다.

제1 터치 전극(410)과 제2 터치 전극(420)은 물리적으로, 전기적으로 분리되어 있다. 제1 터치 전극(410)과 제2 터치 전극(420) 사이에는 간격이 존재하고, 그러한 간격에 제1 터치 전극(410)과 제2 터치 전극(420) 사이에는 더미 전극(430)이 형성되어 있다. 더미 전극(430)은 제1 및 제2 터치 전극(410, 420)이 형성되어 있는 영역과 그 사이의 간격이 반사율 등의 차이로 인해 다르게 시인되는 것을 막기 위해 형성될 수 있다. 더미 전극(430)은 플로팅 상태일 수 있다. 실시예에 따라서 더미 전극(430)은 생략될 수도 있다.

도 2 내지 도 5를 참고하면, 제1 터치 전극(410), 제2 터치 전극(420) 및 더미 전극(430)은 복수의 도전선(conductive line)(43, 44)이 교차하여 이루어진 메시 패턴(mesh pattern)으로 형성되어 있다. 메시 패턴을 형성하는 도전선(43, 44)은 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 알루미늄(Ti), 티타늄/알루미늄/티타늄(Ti/Al/Ti), 몰리브덴/알루미늄/몰리브덴(Mo/Al/Mo) 등의 금속으로 형성될 수 있다.

메시 패턴의 터치 전극은 같은 크기의 투명 전극(예컨대, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZ0) 등)보다 전극(금속 선)이 차지하는 면적이 작기 때문에, 터치 전극과 표시 패널의 전극 간에 발생하는 기생 정전 용량이 줄어들 수 있다. 또한, 금속 메시의 경우 투명 전극에 비해 연성이 크기 때문에 플렉서블 표시 장치에 보다 유리할 수 있다.

메시 패턴은 제1 방향으로 연장되어 있는 복수의 제1 도전선(43), 그리고 이웃하는 제1 도전선(43) 사이에 제2 방향으로 연장되어 있는 제2 도전선(44)에 의해 형성되어 있다. 제1 방향과 제2 방향은 대략 직교할 수 있다. 이웃하는 제1 도전선(43) 사이의 간격은 동일할 수 있고, 다를 수도 있다. 이웃하는 제2 도전선(44) 사이의 간격은 동일할 수 있고, 다를 수도 있다. 이웃하는 제1 도전선(43) 사이의 간격과 이웃하는 제2 도전선(44) 사이의 간격은 동일할 수도 있고, 다를 수도 있다.

이웃하는 제1 도전선(43)과 이웃하는 제2 도전선(44)은 사각형 같은 다각형을 형성할 수 있고, 메시 패턴은 그러한 다각형에 의해 한정되는 개구부(45)를 포함한다. 따라서 개구부(45)는 메시 패턴에서 도전선(43, 44)이 형성되지 않은 부분이다. 이웃하는 제1 도전선(43)의 간격과 이웃하는 제2 도전선(44)의 간격에 해당하는 개구부(45)의 한 변의 길이는 예컨대 수 십 마이크로미터 내지 수 백 마이크로미터일 수 있으며, 예컨대 약 100 마이크로미터 X 약 100 마이크로미터의 크기를 가질 수 있다.

제1 도전선(43)은 제1 방향으로 터치 패널(10)에 걸쳐 연속적으로 연장되어 있을 수 있다. 반면, 제2 도전선(44)은 제2 방향으로 터치 패널(10)에 걸쳐 비연속적으로 연장되어 있을 수 있다. 여기서 연속적으로 연장되어 있다는 것은 하나의 직선과 완전히 중첩하게 연장되어 있음을 의미할 수 있고, 비연속적으로 연장되어 있다는 것은 하나의 직선과 부분적으로 중첩하게 연장되어 있음을 의미할 수 있다. 다만, 연속적으로 연장되어 있더라도 제1 도전선(43)은 제1 터치 전극(410), 제2 터치 전극(420) 및 더미 전극(430) 간의 전기적 분리를 위해 국부적으로 단절되어 있을 수 있으며, 제2 도전선(44) 또한 국부적으로 단절되어 있을 수 있다. 실시예에 따라서, 제1 도전선(43)이 비연속적으로 연장되고 제2 도전선(44)이 연속적으로 연장되어 있을 수 있다.

이와 같이 메시 패턴을 형성할 경우, 제1 도전선(43)과 제2 도전선(44)의 교차점(intersecting point, IP) 주변에는 3개의 선이 존재한다. 이 경우, 메시 패턴 아래에 위치할 수 있는 화소를 교차점 부근에서 3개의 선에 의해 가릴 수 있다. 반면, 메시 패턴을 격자 모양으로 형성할 경우 (도시되지 않음), 제1 도전선(43)과 제2 도전선(44)의 교차점(IP) 주변에는 4개의 선이 존재하게 하게 된다. 이 경우 화소를 교차점 부근에서 4개의 선에 의해 가릴 수 있다. 따라서 제1 및 제2 도전선(43, 44) 중 어느 하나를 비연속적으로 형성할 경우, 메시 패턴을 격자 모양으로 형성하는 경우에 비해 교차점 부근에서 휘도 저하를 줄일 수 있게 된다. 하지만, 실시예에 따라서, 제1 및 제2 도전선(44)이 모두 연속적으로 연장되어, 격자 모양의 메시 패턴을 형성할 수도 있다.

제1 도전선(43)이 연장되어 있는 방향인 제1 방향은 터치 패널(10)의 세로 방향인 행 방향(x축 방향)이나 가로 방향인 열 방향(y축 방향)과 다를 수 있다. 이로 인해, 제1 방향은 메시 패턴 아래에 위치할 수 있는, 행렬 형태로 배열되어 있는 화소의 배열 방향과 다를 수 있으며, 화소의 열 방향으로부터 소정 각도로 기울어진 방향일 수 있다. 이와 같이 메시 패턴의 방향을 화소의 배열 방향과 다르게 할 경우, 화소에서 나오는 광의 산란이나 회절에 의해 발생하는 모아레(moire) 또는 메시 패턴의 시인을 방지하거나 줄일 수 있다. 실시예에 따라서, 제1 도전선(43)은 열 방향으로 연장되게 형성될 수도 있다.

터치 패널(10)의 적층에 대해 살펴보면, 메시 패턴으로 형성된 제1 터치 전극(410), 제2 터치 전극(420) 및 더미 전극(430)은 기판(200) 위에 형성된 절연층(440) 위에 위치한다. 이때, 제1 터치 전극(410), 제2 터치 전극(420) 및 더미 전극(430)은 메시 패턴의 국부적 단절에 의해 서로 분리되어 있다. 이웃하는 제1 터치 전극(410)을 연결하는 제1 연결부(411) 또한 절연층(440) 위에 위치하다. 제1 연결부(411)는 제1 터치 전극(410)과 마찬가지로 메시 패턴으로 형성될 수 있고, 제1 터치 전극(410)과 일체화되어 있을 수 있다. 제1 연결부(411)는 메시 패턴의 국부적 단절에 의해 제1 터치 전극(410)과 분리되어 있다. 제1 터치 전극(410), 제2 터치 전극(420), 더미 전극(430) 및 제1 연결부는 예컨대 금속층 같은 하나의 도전층을 형성한 후 패터닝하여 동시에 형성될 수 있다.

절연층(440) 아래에는 제2 연결부(421)가 위치하고, 이웃하는 제2 터치 전극은 절연층(440)에 형성된 접촉 구멍(445)을 통해 제2 연결부(421)에 연결되어 서로 전기적으로 연결되어 있다. 제1 연결부(411)와 제2 연결부(421)는 서로 교차하고 있을지라도, 절연층(440)에 의해 서로 물질적으로, 전기적으로 분리되어 있다.

한편, 실시예에 따라서, 예컨대 도 5를 참고하면, 기판(200) 위에 제1 및 제2 터치 전극(410, 420)과 함께 제1 연결부(411)가 위치하고, 그 위로 절연층(440) 및 제2 연결부(421)가 순차적으로 위치하고, 제2 연결부(421)의 접촉부(421a)가 절연층(440)에 형성된 접촉 구멍(445)을 통해 제2 터치 전극(420)에 접촉되어 있을 수 있다.

제2 연결부(421)는 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO) 같은 투명한 도전성 산화물(TCO)로 형성될 수 있다. 하지만 제2 연결부(421)의 재료가 도전성 산화물(TCO)로 한정되는 것은 아니며, 예컨대, 은 나노 와이어(AgNW), 메탈 메시, 탄소 나노 튜브(CNT) 등의 도전성 물질로 만들어질 수도 있다. 절연층(440)은 규소 질화물(SiNx), 규소 산화물(SiOx) 등의 무기 산화물로 형성될 수 있다.

제2 연결부(421)는 제1 및 제2 접촉부(421a, 421b) 및 이들을 서로 연결하는 다리부(421c)를 포함한다. 다리부(421c)에 의해 제1 및 제2 접촉부(421a, 421b)에 의해 연결되므로, 제1 및 제2 접촉부(421a, 421b)에 각각 접촉하고 있는 이웃하는 제2 터치 전극(420)은 전기적으로 연결되어 있다.

제1 및 제2 접촉부(421a, 421b)는 이웃하는 제2 터치 전극(420)의 마주보는 가장자리에 각각 중첩한다. 도 2 및 도 3을 참고하면, 제1 및 제2 접촉부(421a, 421b) 위에 위치하는 절연층(440)에는 제1 및 제2 접촉부(421a, 421b)의 일부를 노출시키는 접촉 구멍(445)이 형성되어 있고, 이러한 접촉 구멍(445)을 통해 이웃하는 제2 터치 전극(420)은 제1 및 제2 접촉부(421a, 421b)에 연결되어 있다. 제1 및 제2 접촉부(421a, 421b)는 제2 터치 전극(420)과의 접촉 영역 확보를 위해 길게 형성되어 있을 수 있고, 절곡되어 있을 수 있으며, 예컨대 W형일 수 있다. 제1 및 제2 접촉부(421a, 421b)는 절곡되어 있는 경우, 직선으로 형성되는 경우에 비해 시인되지 않거나 덜 시인될 수 있다. 절연층(440)에 형성된 접촉 구멍(445)은 전체적으로 제1 및 제2 접촉부(421a, 421b)의 형상에 따라 형성될 수 있으며, 예컨대 W형일 수 있다.

제1 및 제2 접촉부(421a, 421b)를 연결하는 다리부(421c)는 절연층(440)을 사이에 두고 제1 연결부(411)과 중첩한다. 다리부(421c)가 제1 연결부(411)과 중첩하기 때문에, 다리부(421c)와 제1 연결부(411)에 의해 축전기가 형성되며, 이러한 축전기는 터치 센서의 기본 정전 용량(base capacitance)를 증가시켜 터치 감도를 떨어뜨리는 기생 정전 용량을 가진다.

본 발명에 있어서, 다리부(421c)는 이러한 기생 정전 용량이 최소화될 수 있도록 형성되고 배치되어 있다. 정전 용량은 중첩하는 전극의 면적에 비례하므로, 제1 및 제2 접촉부(421a, 421b)를 연결하는 다리부(421c)의 폭을 좁게 설계하면 제1 연결부(411)와 중첩하는 면적을 줄일 수 있다. 또한, 제1 연결부(411)는 메시 패턴으로 형성되어 있으므로, 다리부(421c)는 메시 패턴의 개구부(45)와 중첩하는 면적이 넓을수록 메시 패턴의 도전선(43, 44)과 중첩하는 면적이 줄어들어 기생 정전 용량이 줄어든다. 이를 위해, 다리부(421c)는 메시 패턴의 개구부(45) 및 제2 도전선(44)과 중첩하지만, 제1 도전선(43)과는 중첩하지 않게 형성되어 있다. 구체적으로, 다리부(421c)의 폭이 개구부(45)의 폭보다 클 경우 제1 도전선(43)과 중첩하므로, 다리부(421c)의 폭은 개구부(45)의 폭보다 좁게 형성될 수 있다. 다리부 (421c)가 메시 패턴의 제1 도전선(43)이 연장되어 있는 방향인 제1 방향과 다른 방향으로 연장되면 제1 도전선(43)과 중첩할 수 있으므로, 제1 방향 또는 제1 방향과 거의 같은 방향으로 연장될 수 있다.

위와 같이, 다리부(421c)를 형성하면, 제1 및 제2 접촉부(421a, 421b)를 연결하는데 있어서, 메시 패턴의 도전선(43, 44)과 중첩하는 면적을 최소화할 수 있고, 따라서 기생 정전 용량을 최소화할 수 있다. 기생 정전 용량을 줄이면 터치 감도가 증가하므로 구동 마진을 확보할 수 있으며, 예컨대, 구동 신호의 최대 주파수를 높여 높은 리포트 레이트(report rate)를 확보할 수 있다.

다리부(421c)는 예컨대 도 2에 도시된 것처럼, 서로 평행하게 복수 개 형성될 수 있다. 이 때 각각의 다리부(421c)는 메시 패턴의 개구부(45) 및 제2 도전선(44)과 중첩하고, 제1 도전선(43)과는 중첩하지 않는다. 다리부(421c)가 복수 개 형성되면 다리부(421c)의 저항을 낮출 수 있고, 또한 어느 하나가 정전기 등에 의해 단선되어도 다른 것에 의해 제1 및 제2 접촉부(421a, 421b)를 연결할 수 있다.

다리부(421c)는 제1 및 제2 접촉부(421a, 421b)와 일체로 형성되어 있을 수 있다. 실시예에 따라서, 다리부(421c)는 제1 및 제2 접촉부(421a, 421b)와 다른 물질로 형성될 수 있으며, 예컨대, 제1 및 제2 접촉부(421a, 421b)는 투명 도전성 산화물(TCO)로 형성되고 다리부(421c)는 금속으로 형성될 수도 있다.

이상에서는 제1 및 제2 터치 전극(410, 420)과 제1 연결부(411)가 메시 패턴으로 동일한 층으로 형성되고, 제2 연결부(421)는 절연층을 사이에 두고 다른 층에 형성되는 실시예에 대해서 설명하였다. 하지만, 제1 및 제2 터치 전극(410, 420)과 제2 연결부(421)가 메시 패턴으로 동일한 층으로 형성되고, 제1 연결부(411)가 절연층을 사이에 두고 다른 층에 형성될 수도 있다. 실시예에 따라서, 제1 터치 전극(410)과 제2 터치 전극(420)이 서로 다른 층에 위치할 수도 있다. 이 경우, 제1 연결부(411)는 제1 터치 전극(410) 동일한 층에 일체로 형성되고, 제2 연결부(4210는 제2 터치 전극(420)과 동일한 층에 일체로 형성될 수 있다. 이 밖에도 제1 터치 전극(410)과 제2 터치 전극(420)이 절연되게 터치 전극 간의 연결을 위한 다양한 변형 예가 존재할 수 있다.

다시 도 1을 참고하면, 각각의 전극행의 일단에는 제1 터치 신호선(41)이 연결되어 있고, 각각의 전극열의 일단에는 상부 제2 터치 신호선(42)이 연결되어 있다. 실시예에 따라서, 전극열 및/또는 전극행의 양단에 터치 신호선(41, 42)이 연결되어 있을 수 있다. 이들 터치 신호선(41, 42)을 통해 각각의 터치 전극(410, 420)은 터치 센서 제어부(도시되지 않음)과 구동 신호 및 출력 신호를 전송할 수 있다.

제1 및 제2 터치 신호선(41, 42)은 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 몰리브덴/알루미늄/몰리브덴(Mo/Al/Mo) 등의 금속 물질로 이루어질 수 있다. 제1 및 제2 터치 신호선(41, 42)은 메시 패턴과 동일한 물질로 형성될 수 있다.

이웃하는 제1 터치 전극(410)과 제2 터치 전극(420)은 터치 센서로서 기능하는 상호 감지 축전기(mutual sensing capacitor)를 형성한다. 상호 감지 축전기는 제1 터치 전극(410)과 제2 터치 전극(420) 중 하나를 통해 구동 신호를 입력 받고 외부 물체의 접촉에 의한 전하량 변화를 출력 신호로서 나머지 터치 전극을 통해 출력할 수 있다. 예컨대, 제1 터치 전극(410)은 입력 전극(Tx)이고 제2 터치 전극(420)은 출력 전극(Rx)일 수 있으며, 그 반대일 수도 있다. 제1 및 제2 터치 신호선(41, 42) 중 하나는 구동 신호를 터치 센서 제어부로부터 제1 터치 전극(410) 또는 제2 터치 전극(420)으로 전송하고, 다른 하나는 출력 신호를 제2 터치 전극(420) 또는 제1 터치 전극(410)으로부터 터치 센서 제어부로 전송한다.

도시된 것과 달리, 복수의 제1 터치 전극(410)이 서로 분리되고 복수의 제2 터치 전극(420)도 서로 분리되어 독립적인 터치 전극을 형성하고 각자의 터치 신호선(도시되지 않음)을 통해 터치 센서 제어부와 연결될 수도 있다. 이 경우 각 터치 전극은 터치 센서로서 자기 감지 축전기(self-sensing capacitor)를 형성할 수 있다. 자기 감지 축전기는 구동 신호를 입력 받아 소정 전하량으로 충전될 수 있고, 외부 물체의 접촉이 있으면 충전 전하량에 변화가 생겨 입력된 구동 신호와 다른 출력 신호를 출력할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서에 인가되는 신호를 예시한 파형도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서 및 터치 신호 처리부의 회로도이다.

도 7과 도 1을 교차 참고하면, 제1 터치 전극(410)은 입력 전극(Tx)일 수 있고 제2 터치 전극(420)은 출력 전극(Rx)일 수 있고, 실시예에 따라서는 그 반대일 수 있다.

입력 전극(Tx)에는 구동 신호가 입력된다. 구동 신호는 다양한 파형 및 전압 레벨을 가질 수 있고, 예컨대 주기적으로 출력되는 펄스를 포함할 있고, 적어도 두 개의 서로 다른 전압 레벨을 포함할 수도 있다. 출력 전극(Rx)에는 직류 전압이 인가될 수 있다. 예컨대 입력 전극(Tx)에는 약 0 V와 약 3 V로 스윙하는(swing) 구형파가 인가될 수 있고, 출력 전극(Rx)에는 약 1.5 V의 직류 전압이 인가될 수 있다. 출력 전극(Rx)에 직류 전압이 인가될지라도, 스윙하는 구동 신호와 커플링에 의해 전압이 변동한다. 입력 전극(Tx)과 출력 전극(Rx) 사이에는 전위 차로 인한 전기장과 정전 용량이 형성되는데, 손가락, 터치펜 등의 접촉에 의해 정전 용량이 변하면 출력 전극(Rx)의 전압 변동의 폭이 변하므로, 이러한 변화에 기초하여 터치를 감지할 수 있다.

터치 센서의 감도는 기본 정전 용량에 대해 터치 시 정전 용량의 변화량에 클수록 증가할 수 있다. 입력 전극(Tx) 또는 이의 연결부와 출력 전극(Rx) 또는 이의 연결부 간에 발생하는 기생 정전 용량은 기본 정전 용량을 증가시켜 터치 센서의 감도를 저하시키므로, 기생 정전 용량을 줄이는 것이 감도 향상에 유리하다.

도 8을 참고하여, 회로 관점에서 터치 센서의 동작을 설명한다. 예컨대 도 1에 도시된 하나의 제1 터치 전극(410)과 하나의 제2 터치 전극(420)의 조합일 수 있는 하나의 터치 센서 유닛(TSU)는 제1 터치 전극(410)일 수 있는 입력선(IL)과 제2 터치 전극(420)일 수 있는 출력선(OL)에 의해 이루어지는 감지 축전기(sensing capacitor)(Cm)를 포함한다. 감지 축전기(Cm)는 입력선(IL)과 출력선(OL)의 중첩에 의해 이루어지는 중첩 감지 축전기(overlap sensing capacitor), 또는 입력선(IL)과 출력선(OL)이 중첩하지 않으면서 서로 이웃하여 이루어지는 프린지 감지 축전기(fringe sensing capacitor)를 포함할 수 있다.

터치 센서 유닛(TSU)은 입력선(IL)이 전달하는 구동 신호를 입력받아 외부 물체의 접촉에 의한 감지 축전기(Cm)의 전하량 변화를 출력 신호로서 출력할 수 있다. 구체적으로, 터치 센서 유닛(TSU)에 구동 신호가 입력되면 감지 축전기(Cm)는 소정의 전하량으로 충전되고, 외부 물체의 접촉이 있으면 감지 축전기(Cm)에 충전된 전하량이 변하여 그에 따른 신호가 출력선(OL)으로 출력된다. 터치 패널에 물체가 접촉한 경우와 접촉하지 않은 경우의 출력 신호의 차이는 감지 축전기(Cm)의 전하의 변화량에 대략 비례할 수 있다.

터치 센서의 신호 처리부(710)는 출력선(OL)로부터 출력 신호를 입력받아 처리하여, 터치 여부 및 터치 위치 등의 터치 정보를 생성할 수 있다. 이를 위해, 신호 처리부(710)는 출력선(OL)과 연결되어 있는 복수의 증폭기(AP)를 포함할 수 있다. 증폭기(AP)는 반전 단자(-)와 출력 단자 사이에 연결되어 있는 축전기(Cv)를 포함할 수 있다. 증폭기(AP)의 비반전 단자(+)는 접지 전압 등의 일정 전압과 연결되어 있고, 증폭기(AP)의 반전 단자(-)는 출력선(OL)에 연결되어 있다. 증폭기(AP)는 전류 적분기로서 출력선(OL)으로부터의 출력 신호를 소정 시간(예를 들어 한 프레임) 동안 적분하여 감지 신호(Vout)를 생성할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널을 포함하는 표시 장치의 배치도이다.

도 9를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널을 포함하는 표시 장치는 표시 패널(300), 이에 연결된 게이트 구동부(400)와 데이터 구동부(500), 그리고 게이트 구동부(400)와 데이터 구동부(500)를 제어하는 표시 제어부(600)를 포함한다. 표시 장치는 또한 터치 패널(10) 및 이를 제어하는 터치 센서 제어부(700)를 포함한다. 터치 전극이 형성되어 있는 터치 패널(10)은 표시 패널(300)의 외면에 부착되어 있을 수 있지만, 터치 전극이 표시 패널(300)의 외면이나 내부에 직접 형성되어, 표시 패널(300)이 터치 패널(10)이 될 수도 있다.

표시 패널(300)은 복수의 게이트선(G1-Gn) 및 복수의 데이터선(D1-Dm), 그리고 이에 연결되어 있으며 대략 행렬의 형태로 배열된 복수의 화소(PX)를 포함한다. 터치 패널(10)은 복수의 터치 신호선(T1-Tp) 및 이에 연결되어 있으며 대략 행렬 형태로 배열된 복수의 터치 센서 유닛(TSU)을 포함한다. 터치 센서 유닛(TSU)는 전술한 제1 및 제2 터치 전극(410, 420)에 의해 형성된다.

게이트선(G1-Gn)은 대략 가로 방향으로 연장되어 있으며, 각 화소(PX)에 연결되어 있는 박막 트랜지스터(TFT) 같은 스위칭 소자를 턴 온 시키는 게이트 온 전압과 턴 오프 시키는 게이트 오프 전압을 포함하는 게이트 신호를 전달한다. 데이터선(D1-Dm)은 대략 세로 방향으로 연장되어 있으며, 데이터 전압을 전달한다. 게이트 온 전압에 따라 스위칭 소자가 턴 온 되면, 데이터선에 인가되는 데이터 전압이 화소에 인가된다.

화소(PX)는 영상을 표시하는 최소 단위로서, 하나의 화소가 기본색(primary color) 중 하나를 고유하게 표시하거나, 복수 개의 화소가 시간에 따라 번갈아 기본색을 표시함으로써, 이들 기본색의 공간적 또는 시간적 합으로 원하는 색상을 표시할 수 있다. 화소(PX)는 전체적으로 사각형일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 각각의 화소(PX)에는 공통 전압과 데이터 전압이 인가된다.

터치 신호선(T1-SLp)은 터치 센서 유닛(TSU)에 연결되어 구동 신호와 출력 신호를 전달한다. 터치 신호선(T1-SLp)의 일부는 터치 센서 유닛(TSU)에 구동 신호를 전달하는 입력선이고, 일부는 터치 센서 유닛(TSU)로부터 출력 신호를 전달하는 출력선일 수 있다.

터치 센서 유닛(TSU)은 상호 정전 용량 방식으로 터치에 따른 출력 신호를 생성할 수 있다. 터치 센서 유닛(TSU)은 터치 신호선(T1-Tp)으로부터 구동 신호를 수신하고 손가락, 펜 등의 외부 물체의 터치에 의한 정전 용량 변화에 기초한 출력 신호를 터치 신호선(T1-Tp)를 통해 출력할 수 있다. 터치 센서 유닛(TSU)은 자기 정전 용량 방식으로 동작할 수도 있다.

표시 제어부(600)는 외부의 그래픽 처리부(도시되지 않음)로부터 입력 영상 신호(R, G, B) 및 이의 제어 신호(CONT) 즉, 수평 동기 신호(Hsync), 수직 동기 신호(Vsync), 클록 신호(CLK), 데이터 인에이블 신호(DE) 등을 수신할 수 있다. 표시 제어부(600)는 영상 신호(R, G, B)와 제어 신호(CONT)를 기초로 영상 신호(R, G, B)를 표시 패널(300)의 동작 조건에 적합하게 처리한 후, 영상 데이터(DAT), 게이트 제어 신호(CONT1), 데이터 제어 신호(CONT2) 및 클록 신호를 생성하여 출력한다. 표시 제어부(600)는 또한 터치 센서 제어부(700)에 동기 신호(Sync)를 출력할 수 있고, 터치 센서 제어부(700)로부터 터치 정보를 수신할 수 있다.

게이트 제어 신호(CONT1)는 게이트 신호의 시작을 지시하는 수직 개시 신호(start pulse vertical signal, STV)와 게이트 온 전압의 생성의 기준이 되는 클록 신호(clock pulse vertical signal, CPV)를 포함한다. 수직 시작 신호(STV)의 출력 주기는 1 프레임(또는 리프레시 레이트(refresh rate))과 일치한다. 게이트 제어 신호(CONT1)는 또한 게이트 온 전압의 지속 시간을 한정하는 출력 인에이블 신호(output enable signal)(OE)를 더 포함할 수 있다.

데이터 제어 신호(CONT2)는 한 행의 화소에 대한 영상 데이터(DAT)의 전송 시작을 지시하는 수평 시작 신호(start pulse horizontal signal)(STH)와 데이터선(D1-Dm)에 해당 데이터 전압을 인가하라는 로드 신호(TP) 등을 포함한다. 표시 패널(300)이 액정 표시 패널인 경우 데이터 제어 신호(CONT2)는 공통 전압에 대한 데이터 전압의 극성을 반전시키는 반전 신호(RVS)를 더 포함할 수 있다.

게이트 구동부(400)는 게이트 제어 신호(CONT1)에 따라서 게이트 온 전압과 게이트 오프 전압인 게이트 신호를 게이트선(G1-Gn)에 인가한다.

데이터 구동부(500)는 표시 제어부(600)로부터 데이터 제어 신호(CONT2) 및 영상 데이터(DAT)를 수신하고, 계조 전압 생성부(도시되지 않음)에서 생성된 계조 전압을 이용하여 영상 데이터(DAT)를 데이터 전압으로 변환하고 이를 데이터선(D1-Dm)에 인가한다.

터치 센서 제어부(700)는 터치 센서 유닛(TSU)에 입력 신호를 전송하고 터치 센서 유닛(TSU)으로부터 출력 신호를 수신하여 터치 정보를 생성한다. 터치 센서 제어부(700)는 터치 센서 유닛(TSU)으로부터의 출력 신호를 처리하는 신호 처리부(710)를 포함할 수 있다.

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

10: 터치 패널 200: 기판
300: 표시 패널 41: 제1 터치 신호선
410: 제1 터치 전극 411: 제1 연결부
42: 제2 터치 신호선 420: 제2 터치 전극
421: 제2 연결부 421a: 제1 접촉부
421b: 제2 다리부 421c: 다리부
43: 제1 도전선 430: 더미 전극
44: 제2 도전선 440: 절연층
445: 접촉 구멍 45: 개구부
600: 표시 제어부 700: 터치 센서 제어부
IL: 입력선 IP: 교차점
OL: 출력선 PX: 화소
RX: 출력 전극 TSU: 터치 센서 유닛
TX: 입력 전극

Claims

기판;
상기 기판 위에 위치하며, 메시 패턴으로 형성된 복수의 제1 터치 전극 및 복수의 제2 터치 전극;
이웃하는 제1 터치 전극을 연결하며, 메시 패턴으로 형성된 복수의 제1 연결부; 및
이웃하는 제2 터치 전극을 연결하는 복수의 제2 연결부;
를 포함하며,
상기 제2 연결부는 이웃하는 제2 터치 전극에 각각 중첩하는 제1 및 제2 접촉부 및 상기 제1 및 제2 접촉부를 연결하는 다리부를 포함하고,
상기 다리부의 폭이 상기 메시 패턴의 개구부의 폭보다 좁은 터치 패널.
제1항에서,
상기 메시 패턴은,
제1 방향으로 연장되어 있는 복수의 제1 도전선(conductive line); 및
상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되어 있으며, 이웃하는 제1 도전선 사이에 연결되어 있는 복수의 제2 도전선;
을 포함하며,
상기 다리부는 제1 방향으로 연장되어 있는 터치 패널.
제2항에서,
상기 다리부는 상기 제1 도전선과 평면상 중첩하지 않는 터치 패널.
제2항에서,
상기 메시 패턴의 개구부의 폭은 이웃하는 제1 도전선의 거리인 터치 패널.
제2항에서,
상기 제1 방향은 터치 패널의 세로 방향으로부터 기울어져 있는 방향인 터치 패널.
제1항에서,
상기 제2 연결부는 상기 다리부를 복수 개 포함하는 터치 패널
제1항에서,
상기 메시 패턴은 금속 물질로 형성되어 있는 터치 패널.
제1항에서,
상기 제2 연결부는 투명한 도전성 산화물로 형성되어 있는 터치 패널.
제1항에서,
상기 제1 및 제2 접촉부는 평면상 절곡되어 있는 터치 패널.
제9항에서,
상기 제1 및 제2 접촉부는 평면상 W 형상을 가진 터치 패널.
제1항에서,
상기 복수의 제1 및 제2 터치 전극 및 상기 복수의 제1 연결부는 동일한 층에 위치하는 터치 패널.
제11항에서,
상기 제2 연결부는 절연층을 사이에 두고 상기 2 터치 전극과 다른 층에 위치하고,
상기 제2 터치 전극은 상기 절연층에 형성된 접촉 구멍을 통해 상기 접촉부에 연결되어 있는 터치 패널.
제12항에서,
상기 제2 연결부는 상기 제1 연결부와 평면상 중첩하는 터치 패널.
제12항에서,
상기 접촉 구멍은 평면상 W 형상을 가진 터치 패널.
제1항에서,
상기 제1 및 제2 접촉부 각각의 폭이 상기 다리부의 폭보다 큰 터치 패널.
제1항에서,
이웃하는 제1 터치 전극과 제2 터치 전극 사이에 위치하며, 메시 패턴으로 형성된 더미 전극을 더 포함하는 터치 패널.