터치 기능이 적용된 STN LCD 모듈은 일반적으로 드라이버 PCB, STN LCD, 저항막 방식 터치패널(RTP) 또는 정전용량 방식 터치패널(CTP)을 결합한 3-in-1 구조를 사용합니다(그림 1). 이 외에도 드라이버 PCB, STN LCD, 멤브레인 스위치(Membrane Switch)를 결합한 구조가 적용될 수 있습니다(그림 2).

[그림 1]

[그림 2]

WINSTAR는 드라이버 PCB와 STN LCD를 결합한 2-in-1 구조를 개발했습니다. LCD의 표시 영역(VA) 내에 터치 키를 배치하여 터치 감도를 향상시킨 설계로, 그림 3과 같습니다.

[그림 3]

제품 특징

1. 지원 LCD 타입: TN, STN, FSTN, VATN
2. 동작 전압: 2.2V~5.5V
3. 각 핀에서 1:1 직접 출력이 가능하며, Active High 또는 Active Low 동작을 선택할 수 있습니다.
4. 저비용의 간단한 구조.
5. 다양한 터치 ADC IC 지원.
6. 대기 모드에서 낮은 소비전력.
7. 외부 커패시터를 연결하여 터치 감도 조정 가능.
8. 애플리케이션 요구사항에 따라 싱글 터치 또는 멀티 터치용 IC 선택 가능.
9. 대기 모드와 동작 모드 자동 전환.
10. 자동 보정(Auto-Calibration) 기능을 통해 IC가 기준값을 자동으로 설정.
11. PCB + 핀 연결 구조를 적용하여 대형 STN LCD 모듈에도 대응 가능.

그림 4는 이러한 설계 방식을 적용한 정전용량 방식 터치 키가 탑재된 ICON 타입 STN LCD 모듈의 예입니다. LCD 표시 영역 상단에는 ICON 패턴이 배치되며, 컨트롤러 또는 드라이버 IC를 통해 각 ICON의 표시를 제어합니다.

LCD 표시 영역 하단에는 실크스크린 인쇄 방식으로 구현된 5개의 컬러 ICON 패턴이 있으며, 각 ICON에는 정전용량 방식 터치 키가 적용되어 있습니다. 그림 5와 같이 유리 위의 투명 전도막 ITO를 직사각형 형태로 형성하여 터치 감지용 센서 패드로 사용합니다. 센서 패드 위에는 고정 패턴과 컬러 실크스크린이 인쇄된 편광판을 배치합니다(그림 6). 합착 공정에서는 편광판의 인쇄 패턴과 직사각형 ITO 센서 패드의 위치를 정확하게 정렬해야 합니다. Positive Mode LCD의 경우 하부 편광판에 실크스크린 인쇄를 적용하고, Negative Mode LCD의 경우 상부 편광판에 적용합니다. 인쇄 후에는 반복적인 터치로 인해 인쇄 부분이 벗겨지는 것을 방지하기 위해 편광판 위에 투명 보호 필름을 부착합니다.

드라이버 PCB와 STN LCD는 핀 방식으로 연결하며, 터치 센서 패드에는 ICON 타입의 정전용량 방식 터치 설계를 적용합니다. 이러한 구조는 소형 모듈에만 제한되지 않으며, 보다 큰 크기의 STN LCD 모듈에도 적용할 수 있습니다. 단, 대형 모듈에 적용할 경우 터치 센서 패드와 ICON 표시 영역이 서로 겹치지 않도록 위치를 엇갈리게 배치해야 합니다.

[그림 4]

[그림 5]	[그림 6]

ICON 터치 STN LCD 설계 요구사항

1. 터치 키 크기

터치 키는 다양한 형태로 설계할 수 있지만, 사용 편의성을 고려하여 일반적으로 직사각형 형태를 적용합니다. 터치 감도는 ITO 센서 패드의 크기와 두께에 영향을 받으며, 센서 패드의 면적이 클수록 일반적으로 감도가 높아집니다. 다만, ITO 센서 패드의 크기가 손가락 끝보다 커지면 면적을 더 확대하더라도 감도 향상 효과는 제한적입니다. ITO 센서 패드의 권장 크기는 약 8~15 mm이며, 감지 불량을 줄이기 위해 8 x 8 mm 이상으로 설계하는 것이 좋습니다.

2. 터치 키 간격

여러 개의 터치 키를 적용하는 경우 센서 패드 간의 상호 간섭을 최소화하기 위해 충분한 간격을 확보해야 합니다. 그림 7과 같이 최소 2 mm 이상의 간격을 확보하는 것을 권장합니다.

[그림 7]

3. 터치 키 레이아웃 및 배선 설계

배선 저항과 터치 드라이버 IC의 적절한 매칭은 터치 감도 확보에 매우 중요합니다. 배선 저항이 낮을수록 터치 감도를 보다 유연하게 조정할 수 있습니다. 반대로 배선 저항이 높아지면 감도 조정 범위가 제한되어 필요한 터치 감도를 확보하지 못할 수 있습니다. 그림 8과 같이 ITO의 저항(Rito)은 도전성 배선의 저항보다 훨씬 높습니다.

옴의 법칙에 따라 배선이 짧거나 폭이 넓을수록 저항은 낮아집니다. 그러나 배선 폭이 지나치게 넓으면 터치 오동작이 발생할 수 있으며, 감도 조정이 더욱 어려워질 수 있습니다. 따라서 이러한 영향을 최소화할 수 있도록 배선 길이는 가능한 한 짧게 설계하는 것이 좋습니다. 배선 폭을 좁게 설계할 경우에는 해당 저항값이 터치 신호 전송에 필요한 조건을 충족하는지 확인해야 합니다.

[그림 8]

터치 신호 배선 설계 시 안정적이고 균일한 감지 신호를 확보하기 위해 각 배선의 길이와 저항값을 동일하거나 최대한 유사하게 설계하는 것이 좋습니다. ITO 센서 패드는 LCD 표시 영역 외부에 배치하고, 인터페이스와 가까운 핀 인출부에 최대한 가깝게 배치하는 것이 이상적입니다. 그림 9는 권장 배선 레이아웃의 예이며, 그림 10과 같은 레이아웃은 터치 신호가 불안정해질 수 있으므로 가능한 한 피하는 것이 좋습니다.

[그림 9]

[그림 10]

터치 기능이 적용된 소형 STN LCD의 경우, 예를 들어 4.6인치 미만의 ICON 타입 또는 3.5인치 미만의 그래픽 타입 디스플레이에는 보다 효율적인 통합 설계를 적용할 수 있습니다. WINSTAR는 디스플레이와 터치 기능을 하나의 드라이버 IC에 통합하고, COG(Chip-on-Glass) 기술을 이용해 해당 IC를 STN LCD 패널에 직접 본딩하는 솔루션을 제공합니다. 그림 11~13은 COG STN LCD의 설계 예입니다. 각 그림에서 파란색 영역은 실크스크린 인쇄가 적용된 표시 영역, 녹색 영역은 실크스크린 인쇄가 적용된 터치 키, 빨간색 영역은 ICON 표시와 터치 키 기능이 결합된 영역을 나타냅니다.

이 고집적 설계는 ADC 터치 기능과 디스플레이 기능을 하나의 COG IC에 통합하여 별도의 드라이버 PCB, 터치패널, 디스플레이 IC 및 터치 IC가 필요하지 않습니다. 또한 COG 구조를 통해 신호 배선에서 드라이버 IC까지의 거리를 단축할 수 있어 터치 성능과 디스플레이 성능 향상에도 도움이 됩니다.

WINSTAR는 자체 COG 생산라인을 운영하고 있으며, 고객의 맞춤형 디스플레이 요구사항에 대응할 수 있는 신속하고 고품질의 OEM/ODM 서비스를 제공합니다. 수직 통합 생산 체계와 OEM/ODM 서비스를 기반으로 제품 개발 기간 단축, 비용 절감, 제품 가치 향상 및 시장 경쟁력 강화를 지원합니다.

[그림 11 COG STN-LCD]

[그림 12]

[그림 13]