KR101770521B1 - 정전용량 인셀 터치 패널 및 이에 있어서 리드아웃 방법 - Google Patents

정전용량 인셀 터치 패널 및 이에 있어서 리드아웃 방법 Download PDF

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Abstract

한 열에 배열된 서브 픽셀들, 픽셀들 또는 픽셀 어레이들로 구성된 터치/지문인식 전극들이 하나의 센싱 라인을 공유하는 터치 패널이 개시된다. 상기 터치 패널은 m×n 서브 픽셀들 및 상기 서브 픽셀들을 구동시키는 드라이버를 포함한다. 여기서, 한 열에 배열된 서브 픽셀들의 터치/지문인식 전극들이 하나의 센싱 라인을 공유한다. 또한, 이와 같은 터치 패널 구조 및 리드아웃 방법을 통해 터치 지점 검출과 지문 인식을 선택적으로 구동할 수 있다.

Description

정전용량 인셀 터치 패널 및 이에 있어서 리드아웃 방법{CAPACITIVE IN-CELL TOUCH PANEL STRUCTURES AND THEIR READOUT METHODS}
본 발명은 한 열에 배열된 터치/지문인식 전극들이 하나의 센싱 라인을 공유하는 터치 패널에 관한 것이다. 본 발명의 터치 패널 구조 및 리드아웃 방법을 통해 터치 지점 검출과 지문 인식을 선택적으로 구동할 수 있다.
터치 패널, 예를 들어 액정 표시 소자에 사용되는 터치 패널은 터치 지점을 검출하기 위하여 사용된다.
도 1은 종래의 터치 패널을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 터치 패널은 터치 전극들에 각기 센싱 라인들이 연결된다. 따라서, 상기 터치 패널의 구조가 복잡해지고 제조 비용이 고가이다.
KR 10-2016-0061163 A
본 발명은 한 열에 배열된 터치/지문인식 전극들이 하나의 센싱 라인을 공유하는 터치 패널을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명은 터치 지점 검출과 지문 인식을 선택적으로 구동할 수 있는 터치 패널의 구조 및 이에 있어서 리드아웃 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널은 m×n 서브 픽셀들, m 및 n은 각기 양의 정수임; 및 상기 서브 픽셀들을 구동시키는 드라이버를 포함한다. 여기서, 한 열에 배열된 서브 픽셀들의 터치/지문인식 전극들이 하나의 센싱 라인을 공유한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널은 각기 복수의 서브 픽셀들을 가지는 픽셀들; 및 상기 픽셀들을 구동시키는 드라이버를 포함한다. 여기서, 한 열에 배열된 픽셀들의 터치/지문인식 전극들은 하나의 센싱 라인을 공유한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 패널은 각기 픽셀들을 가지는 픽셀 어레이들; 및 상기 픽셀들을 구동시키는 드라이버를 포함한다. 여기서, 상기 픽셀들은 각기 적어도 하나의 서브 픽셀을 가지며, 한 열에 배열된 픽셀 어레이들의 터치/지문인식 전극들은 하나의 센싱 라인을 공유한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 패널은 m×n 서브 픽셀들, m 및 n은 각기 양의 정수임; 및 상기 서브 픽셀들을 구동시키는 드라이버를 포함한다. 여기서, 상기 서브 픽셀들 중 적어도 하나는 디스플레이 트랜지스터, 액정, 저장 캐패시터 및 스위칭 트랜지스터를 가지고, 상기 스위칭 트랜지스터의 일단은 터치/지문인식 전극 노드에 연결되며, 상기 스위칭 트랜지스터의 타단은 스캔 라인에 연결되고, 상기 디스플레이 트랜지스터는 게이트 드라이버 및 데이터 드라이버에 연결된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 패널은 복수의 터치 센서들; 및 상기 터치 센서들을 구동시키는 드라이버를 포함한다. 여기서, 상기 터치 센서들 중 적어도 하나는 복수의 서브 픽셀로 터치 전극을 구성하며, 한 열에 배열된 터치 전극들이 하나의 센싱 라인을 공유한다.
본 발명에 따른 터치 패널은 한 열에 배열된 터치/지문인식 전극들이 하나의 센싱 라인을 공유하며, 따라서 터치 패널의 구조가 간단하고 제조 비용이 감소할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 터치 패널의 구조와 리드아웃 방법은 터치 지점 검출과 지문 인식을 선택적으로 구동할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 터치 패널을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널을 도시한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널에서 터치 인식 방법을 도시한 회로도이다.
도 4는 도 3의 터치 인식 방법에 사용되는 신호들을 도시한 타이밍다이어그램이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널에서 지문 인식 방법을 도시한 회로도이다.
도 6은 도 5의 지문 인식 방법에 사용되는 신호들을 도시한 타이밍다이어그램이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널에서 지문 인식 방법에서 사용되는 신호들을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 IPS 모드를 사용하는 도 2의 터치 패널의 레이아웃을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 FFS 모드를 사용하는 도 2의 터치 패널의 레이아웃을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 VA 모드를 사용하는 도 2의 터치 패널의 레이아웃을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널을 도시한 회로도이다.
도 12은 본 발명의 일 실시예에 따른 IPS 모드를 사용하는 도 11의 터치 패널의 레이아웃을 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 FFS 모드를 사용하는 도 11의 터치 패널의 레이아웃을 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 VA 모드를 사용하는 도 11의 터치 패널의 레이아웃을 도시한 도면이다.
도 15은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 IPS 모드를 사용하는 터치 패널의 레이아웃을 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 FFS 모드를 사용하는 터치 패널의 레이아웃을 도시한 도면이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 VA 모드를 사용하는 터치 패널의 레이아웃을 도시한 도면이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널을 사용하는 컴퓨팅 장치를 도시한 도면이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 18의 동작을 도시한 순서도이다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 패널의 구조를 도시한 도면이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 20의 터치 패널에서 터치 인식 방법을 도시한 회로도이다.
도 22는 도 21의 터치 인식 방법에 사용되는 신호들을 도시한 타이밍다이어그램이다.
도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 컴퓨팅 장치를 도시한 도면이다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 23의 터치 패널에서의 터치 인식 과정을 도시한 순서도이다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 발명은 터치 패널에 관한 것으로서, 한 열에 배열된 서브 픽셀들, 픽셀들 또는 픽셀 어레이들로 구성된 터치/지문인식 전극들이 하나의 센싱 라인을 공유할 수 있다. 여기서, 상기 터치 패널은 터치 지점 검출 및 지문 인식을 모두 수행하는 패널일 수도 있고, 터치 지점 검출만을 수행할 수 있는 패널일 수도 있다.
터치 지점 검출 및 지문 인식을 모두 수행하는 터치 패널은 예를 들어 3×3 서브 픽셀들과 같이 작은 수의 서브 픽셀들로 하나의 터치/지문인식 전극을 구성하는 반면에, 지문 인식 기능 없이 터치 지점 검출만을 수행하는 터치 패널은 예를 들어 100×100 서브 픽셀들과 같이 많은 수의 서브 픽셀들로 하나의 터치 전극을 구성할 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널을 도시한 회로도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널에서 터치 인식 방법을 도시한 회로도이며, 도 4는 도 3의 터치 인식 방법에 사용되는 신호들을 도시한 타이밍다이어그램이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널에서 지문 인식 방법을 도시한 회로도이고, 도 6은 도 5의 지문 인식 방법에 사용되는 신호들을 도시한 타이밍다이어그램이며, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널에서 지문 인식 방법에서 사용되는 신호들을 도시한 도면이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 IPS 모드를 사용하는 도 2의 터치 패널의 레이아웃을 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 FFS 모드를 사용하는 도 2의 터치 패널의 레이아웃을 도시한 도면이며, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 VA 모드를 사용하는 도 2의 터치 패널의 레이아웃을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 터치 패널은 예를 들어 액정 표시 패널일 수 있으며, 터치 지점 검출 및 지문 인식이 모두 가능할 수 있다.
상기 터치 패널은 터치 전극(200), 데이터 드라이버(Data driver, 202), 게이트 드라이버(Gate driver, 204), 리드 아웃 회로(ROIC, 206) 및 터치 검출 프로세서(207)를 포함할 수 있다. 한편, 데이터 드라이버(202) 및 게이트 드라이버(204)는 하나의 디스플레이 드라이버 내에 포함될 수 있다.
터치 전극(200)은 적어도 하나의 픽셀(208)을 포함하며, 픽셀(208)는 도 2의 점선 박스에 도시된 바와 같이 지문 인식이 가능한 3개의 서브 픽셀들(210)을 포함할 수 있다. 한편, 픽셀(208)은 3개의 서브 픽셀들이 아닌 4개의 서브 픽셀들을 포함할 수도 있다.
지문 인식 관점에서 살펴보면, 하나의 서브 픽셀(210)로 구성된 지문 인식 전극은 지문 인식 가능하다는 점에서 지문 인식 센서로 언급될 수도 있고, 복수의 서브 픽셀들(210)로 구성된 지문 인식 전극, 즉, 하나의 픽셀(208)로 구성된 지문 인식 전극이 지문 인식 센서로 언급될 수도 있으며, 복수의 픽셀들(208)을 포함하는 픽셀 어레이로 구성된 지문 인식 전극이 지문 인식 센서로 언급될 수도 있다.
이하, 본 실시예에서는, 설명의 편의를 위하여 하나의 서브 픽셀(210)로 구성된 지문 인식 전극을 지문 인식 센서라고 가정하겠다.
이 경우, 터치 센서는 m(양수임)×n(양수임) 지문 인식 센서들을 포함하게 된다. 여기서, m은 열 방향에서의 서브 픽셀의 수를 의미하고, n은 가로 방향에서의 서브 픽셀의 수를 나타낸다. 한편, 전체 서브 픽셀의 수는 MxN이라 가정하겠다.
서브 픽셀(210)은 도 2의 원형 점선에 보여지는 바와 같이 액정(Liquid Crystal, LC), 저장 캐패시터(Storage capacitor, C), 디스플레이 TFT(Thin Film Transistor, 212) 및 스위칭 TFT(214)를 포함한다.
액정(Liquid Crystal, LC), 저장 캐패시터(C) 및 디스플레이 TFT(Thin Film Transistor, 212)의 구조는 종래의 액정 디스플레이 패널(Liquid Crystal Display Panel)에서의 구조와 동일하므로, 이하 자세한 설명은 생략한다. 디스플레이 TFT(212)의 게이트는 게이트 라인에 연결되고, 드레인/소스는 데이터 라인에 연결된다.
일 실시예에 따르면, 서브 픽셀(210)은 종래의 서브 픽셀에 비하여 스위칭 TFT(214)를 더 포함한다.
스위칭 TFT(214)의 게이트는 해당 스캔 라인에 연결되고, 드레인/소스는 액정(LC)과 저장 캐패시터(C) 사이의 노드에 연결되며, 소스/드레인은 센싱 라인(Sensing line)에 연결된다. 여기서, 상기 스캔 라인은 종래의 터치 패널에 존재하지 않았던 라인으로서, 센싱 라인과 직교하게 배열된다. 결과적으로, 리드 아웃 회로(206)는 스캔 라인들을 통하여 터치/지문인식 전극들을 구동하기 위한 신호들을 터치/지문인식 전극들로 인가할 수 있고, 터치/지문인식 전극들의 셀프 캐패시턴스(self capacitance) 또는 상호 캐패시턴스(mutual capacitance)를 센싱 라인을 통하여 감지할 수 있다.
터치 패널 전체에서 살펴보면, 본 실시예의 터치 패널은 종래의 터치 패널보다 스위칭 TFT들(214) 및 스위칭 TFT들(214)에 연결되어 신호를 인가하는 스캔 라인들을 더 포함한다.
이러한 구조의 터치 패널에서, 한 열에 배치된 터치/지문인식 전극들은 도 2에 도시된 바와 같이 하나의 센싱 라인을 공유할 수 있다. 종래의 터치 패널에서는 각 터치 전극들이 각기 다른 센싱 라인들에 연결된다. 또한, 이와 같은 터치 패널의 구조에서는 터치 지점 검출과 지문 인식을 선택적으로 구동할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 센싱 라인들은 센싱 스위치들을 통하여 전하 증폭기들(리드 아웃 회로 내의 맨 하단의 회로)에 연결된다. 상기 센싱 스위치들은 종래 기술에는 존재하지 않았던 스위치이다.
리드 아웃 회로(206)는 스캔 라인들을 통하여 서브 픽셀들(210)로 신호들을 인가하고, 센싱 라인들을 통하여 해당 터치 센서(구체적으로는, 터치/지문인식 전극)의 셀프 캐패시턴스 또는 상호 캐패시턴스를 감지한다. 여기서, 상기 신호는 구형파, 정현파, 톱니파, 직사각형 파 등 다양한 신호일 수 있다.
터치 검출 프로세서(207)는 리드 아웃 회로(206)에 연결되며, 리드 아웃 회로(206)에 의해 감지된 캐패시턴스를 통하여 터치 지점을 검출하거나 지문 정보를 획득한다.
정리하면, 본 실시예의 터치 패널은 한 열에 배열된 서브 픽셀들의 터치/지문인식 전극들이 하나의 센싱 라인을 공유한다. 이러한 센싱 라인의 공유를 위하여, 터치 패널은 스위칭 TFT(214), 스캔 라인 및 센싱 스위치를 추가적으로 포함할 수 있다.
이렇게 한 열에 배열된 서브 픽셀들(210)이 하나의 센싱 라인을 공유하는 구조는 IPS(In-Plane Switching) 모드의 터치 패널, FFS(Fringe-Field Switching) 모드의 터치 패널 및 VA(Vertical Alignment) 모드의 터치 패널에 각기 적용될 수 있다. 각 모드에 따른 터치 패널의 레이아웃은 도 8 내지 도 10에서 보여진다.
일 실시예에 따르면, 스캔 라인, 센싱 라인 및 스위칭 TFT(214)는 블랙 매트릭스(Black Matrix, BM) 영역에 배치될 수 있다.
터치/지문인식 전극들은 TN(Twisted Nematic) 모드 및 VA 모드와 같은 수직 전계 구동 방식 또는 IPS 모드 및 FFS 모드와 같은 수평 전계 구동 방식을 이용할 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 6 을 통해 터치 지점 검출과 지문 인식을 선택적으로 수행하는 과정에 대해 살펴보겠다.
우선, 도 3 및 도 4를 참조하여 도 2의 터치 패널에서의 터치 지점 검출 과정을 살펴보겠다. 도 3 및 도 4에서, SCAN_D는 게이트 라인의 신호를 의미하고, SCAN_F는 스캔 라인의 신호를 나타내며, DATA는 데이터 라인의 신호를 의미한다. 또한, Tdisplay는 디스플레이 TFT를 의미하고, Ttouch는 스위칭 TFT를 나타내며, SS는 센싱 스위치를 의미한다.
우선, display phase에서, 리드 아웃 회로(206)는 센싱 라인들을 통하여 공통 전극에 VCOM 전압을 인가한다.
이어서, Touch/fingerprint phase에서, 리드 아웃 회로(206)는 모든 스캔 라인들을 통하여 서브 픽셀들(210)로 신호들을 인가한다.
계속하여, 리드 아웃 회로(206)는 스캔 라인들과 전하 증폭기들 사이의 센싱 스위치들을 동시에 턴-온(turn on)시킨다.
이러한 상태에서, 리드 아웃 회로(206)는 상기 센싱 라인들을 통하여 터치 전극들의 셀프 캐패시턴스 또는 상호 캐패시턴스를 감지하며, 터치 검출 프로세서(207)는 상기 감지된 캐패시턴스를 통하여 터치 지점을 검출한다.
이하, 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 터치 패널에서의 지문 인식 과정을 살펴보겠다. 도 5 및 도 6에서, SCAN_D는 게이트 라인의 신호를 의미하고, SCAN_F는 스캔 라인의 신호를 나타내며, DATA는 데이터 라인의 신호를 의미한다. 또한, Tdisplay는 디스플레이 TFT를 의미하고, Ttouch는 스위칭 TFT를 나타내며, SS는 센싱 스위치를 의미한다.
우선, display phase에서, 리드 아웃 회로(206)는 센싱 라인들을 통하여 공통 전극에 VCOM 전압을 인가한다.
이어서, Touch/fingerprint phase에서, 리드 아웃 회로(206)의 여기 회로(302)는 도 6에 도시된 바와 같이 스캔 라인들 중 하나로 신호를 인가하며, 다른 스캔 라인들에는 신호를 인가하지 않는다.
이 때, 상기 스캔 라인에 인가된 신호의 하이 로직 구간 동안 센싱 라인들과 전하 증폭기들 사이의 센싱 스위치들(SS)이 순차적으로 연결된다. 즉, 센싱 라인들이 순차적으로 활성화된다.
리드 아웃 회로(206)의 센싱 회로(300)는 상기 센싱 라인들과 연결된 지문 인식 전극들의 셀프 캐패시턴스 또는 상호 캐패시턴스를 감지한다.
위의 과정은 순차적으로 신호가 인가되는 스캔 라인별로 반복적으로 수행될 수 있다. 구체적인 스캔 라인별 동작은 도 6에서 보여진다.
결과적으로, 스캔 라인별로 해당 지문 인식 센서들이 순차적으로 동작한다. 이 경우, 리드 아웃 회로(206)의 센싱 회로(300)는 상기 지문 인식 전극들의 셀프 캐패시턴스 또는 상호 캐패시턴스를 감지하고, 터치 검출 프로세서(207)는 상기 감지된 셀프 캐패시턴스 또는 상호 캐패시턴스를 통하여 지문 정보를 획득할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문 인식 과정을 살펴보겠다.
우선, 도 7에 도시된 바와 같이 모든 스캔 라인들에 상호 직교한 신호들을 동시에 인가한다.
이어서, 센싱 라인들과 전하 증폭기들 사이의 센싱 스위치들(SS)이 동시에 연결된다.
결과적으로, 리드 아웃 회로(206)는 신호가 인가되는 스캔 라인들에 연결된 서브 픽셀에서 지문 인식 전극들의 셀프 캐패시턴스 또는 상호 캐패시턴스를 감지할 수 있으며, 터치 검출 프로세서(207)는 상기 감지된 셀프 캐패시턴스 또는 상호 캐패시턴스를 통하여 지문 정보를 획득할 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널을 도시한 회로도이고, 도 12은 본 발명의 일 실시예에 따른 IPS 모드를 사용하는 도 11의 터치 패널의 레이아웃을 도시한 도면이고, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 FFS 모드를 사용하는 도 11의 터치 패널의 레이아웃을 도시한 도면이며, 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 VA 모드를 사용하는 도 11의 터치 패널의 레이아웃을 도시한 도면이다. 도 15은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 IPS 모드를 사용하는 터치 패널의 레이아웃을 도시한 도면이고, 도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 FFS 모드를 사용하는 터치 패널의 레이아웃을 도시한 도면이며, 도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 VA 모드를 사용하는 터치 패널의 레이아웃을 도시한 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예의 터치 패널은 터치 전극들(1100), 데이터 드라이버(1102), 게이트 드라이버(1104), 리드 아웃 회로(1106) 및 터치 검출 프로세서(미도시)를 포함할 수 있다.
픽셀(1108) 및 관련 센싱 라인의 구조를 제외한 나머지 구성요소들은 도 2의 구성요소들과 동일하므로, 이하 동일한 구성요소들에 대한 설명은 생략한다.
픽셀(1108)은 3개의 서브 픽셀들(1110)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 픽셀(1108)의 서브 픽셀들(1110) 중 하나의 서브 픽셀만이 스위칭 TFT를 포함할 수 있다. 도 11의 픽셀(1108)을 참조하면, 맨 오른쪽에 있는 서브 픽셀만이 스위칭 TFT를 포함한다. 물론, 픽셀(1108)의 서브 픽셀들(1110) 중 하나의 서브 픽셀만이 스위칭 TFT를 포함하는 한 스위칭 TFT를 포함하는 서브 픽셀은 다른 서브 픽셀일 수도 있다.
또한, 도 11에서는 하나의 픽셀(1108)의 서브 픽셀들(1110) 중 하나의 서브 픽셀만이 스위칭 TFT를 포함하였지만, 2개의 서브 픽셀들이 각기 스위칭 TFT를 포함할 수도 있다. 즉, 하나의 픽셀(1108)의 서브 픽셀들(1110)이 모두 스위칭 TFT를 포함하지 않는 한, 스위칭 TFT를 포함하는 서브 픽셀의 수는 다양하게 변형될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 한 열에 배열된 픽셀들(1108)의 터치/지문인식 전극들이 하나의 센싱 라인을 공유할 수 있다. 물론, 픽셀들(1108) 중 동일한 열에 있는 서브 픽셀들의 터치/지문인식 전극들이 하나의 센싱 라인을 공유할 것이다.
동일한 열에 배열된 터치/지문인식 전극들이 하나의 센싱 라인을 공유하는 구조는 IPS 모드의 터치 패널, FFS 모드의 터치 패널 및 VA 모드의 터치 패널에 각기 적용될 수 있다. 이러한 터치 패널의 레이아웃은 도 12 내지 도 14에서 보여진다.
도 12 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 스캔 라인, 센싱 라인 및 스위칭 TFT는 블랙 매트릭스(BM)영역에 배치될 수 있다.
터치/지문인식 전극들은 TN 모드와 VA 모드와 같은 수직 전계 구동 방식 또는 IPS 모드와 FFS 모드와 같은 수평 전계 구동 방식을 이용할 수 있다.
정리하면, 본 실시예의 터치 패널은 한 열에 배열된 픽셀들(1108)의 터치/지문인식 전극들이 하나의 센싱 라인을 공유하도록 구현될 수 있으며, 터치 지점 검출 및 지문 정보의 획득이 가능하다. 위에서 설명하지 않았지만, 상기 터치 패널의 동작은 도 2에서의 동작과 유사하다.
다른 실시예에 따르면, 서브 픽셀, 픽셀 단위가 아닌 픽셀 어레이 단위의 터치/지문인식 전극들이 센싱 라인을 공유할 수 있다. 즉, 동일한 열에 배열된 픽셀 어레이들의 터치/지문인식 전극들이 하나의 센싱 라인을 공유할 수 있다. 여기서, 상기 센싱 라인에 연결된 픽셀 어레이의 터치/지문인식 전극은 스위칭 TFT에 연결되고, 상기 스위칭 TFT는 스캔 라인에 연결된다.
동일한 열에 배열된 픽셀 어레이들의 터치/지문인식 전극들이 하나의 센싱 라인을 공유하는 구조는 IPS 모드의 터치 패널, FFS 모드의 터치 패널 및 VA 모드의 터치 패널에 각기 적용될 수 있다. 상기 터치 패널의 레이아웃은 도 15 내지 도 17에서 보여진다.
도 15 내지 도 17에 도시된 바와 같이, 스캔 라인, 센싱 라인 및 스위칭 TFT는 블랙 매트릭스(BM)영역에 배치될 수 있다.
터치/지문인식 전극들은 TN 모드와 VA 모드와 같은 수직 전계 구동 방식 또는 IPS 모드와 FFS 모드와 같은 수평 전계 구동 방식을 이용할 수 있다.
이하, 위의 터치 패널들을 포함하는 컴퓨팅 장치의 구조 및 동작을 첨부된 도면들을 참조하여 상술하겠다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널을 사용하는 컴퓨팅 장치를 도시한 도면이고, 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 18의 동작을 도시한 순서도이다.
도 18을 참조하면, 본 실시예의 컴퓨팅 장치는 도 2의 구성요소들 외에 어플리케이션 프로세서(Application processor, AP, 1800) 및 제어부(1802)를 더 포함할 수 있다.
어플리케이션 프로세서(1800)는 어플리케이션(인터넷 뱅킹, 모바일 결제, 전자문서 교환 등을 위한 프로그램)을 실행시키되, 상기 어플리케이션을 동작 모드로 동작시키기 전에 사용자를 인증할 필요가 있다. 따라서, 사용자 인증을 위하여 지문 인식 과정이 수행될 필요가 있으며, 어플리케이션 프로세서(1800)는 사용자 인증을 위하여 사용자의 지문 정보와 상기 획득된 지문 정보의 일치 여부를 확인할 수 있다. 물론, 상기 사용자의 지문 정보는 미리 저장되어 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 지문 인식 과정이 수행될 때 디스플레이 화면 상에 본인 인증 확인 창이 디스플레이될 수도 있다.
제어부(1802)는 상기 사용자의 지문 정보와 상기 획득된 지문 정보가 일치하면, 즉 사용자가 인증되면, 어플리케이션의 상태를 동작모드로 전환할 수 있다.
이하, 이러한 컴퓨팅 장치의 동작을 살펴보겠다.
도 19를 참조하면, 우선 사용자의 터치 입력이 감지되었는 지의 여부가 판단된다(S1900).
이어서, 사용자의 터치 입력이 감지된 경우, 리드 아웃 회로(206) 내의 센싱 회로(300)의 스위치(S1)가 오프(Off) 상태인 지의 여부가 판단된다(S1902).
스위치(S1)가 오프 상태이면, 즉 Touch phase이면, 어플리케이션 프로세서(AP, 1800)가 사용자 인증을 위한 어플리케이션을 실행하였는 지의 여부가 판단된다(S1904).
사용자 인증을 위한 어플리케이션이 실행되지 않은 경우, 리드 아웃 회로(206)는 m개의 스캔 라인들에 신호들을 동시에 인가한다(S1906).
이어서, 리드 아웃 회로(206)는 n개의 센싱 스위치들을 턴-온시킨다(S1908).
계속하여, 리드 아웃 회로(206)가 n개의 센싱 라인들을 통하여 예를 들어 터치 전극의 셀프 캐패시턴스 또는 상호 캐패시턴스를 감지한다(S1910).
이어서, 터치 검출 프로세서(207)가 상기 감지된 캐패시턴스를 통하여 터치 지점을 검출한다(S1912).
계속하여, 제어부(1802)는 상기 검출된 터치 지점을 입력으로 인식한다(S1914).
반면에, 사용자 인증을 위한 어플리케이션이 실행된 경우, 리드 아웃 회로(206)는 스캔 라인들에 신호들을 순차적으로 인가한다(S1916).
이어서, 리드 아웃 회로(206)는 상기 지문 인식을 위하여 센싱 스위치들을 순차적으로 턴-온시킨다(S1918).
계속하여, 리드 아웃 회로(206)는 센싱 라인들을 통하여 지문인식 전극들의 셀프 캐패시턴스 또는 상호 캐패시턴스를 감지한다(S1920).
이어서, 터치 검출 프로세서(207)는 상기 감지된 캐패시턴스를 통하여 지문 정보를 획득하고, 상기 획득된 지문 정보를 어플리케이션 프로세서(1800)로 전송한다(S1922).
계속하여, 어플리케이션 프로세서(1800)는 상기 획득된 지문 정보와 사용자의 정보가 일치하는 지의 여부를 판단한다(S1924).
상기 획득된 지문 정보와 상기 사용자의 정보가 일치하지 않으면, 디스플레이 화면 위에 접근 불가 메시지를 표시한다(S1926).
반면에, 상기 획득된 지문 정보와 상기 사용자의 정보가 일치하면, 제어부(1802)는 어플리케이션의 상태를 동작 모드로 전환시킨다(S1928).
위에서는 터치 지점 검출 및 지문 인식을 모두 수행할 수 있는 터치 패널에 대하여 설명하였으나, 이하에서는 지문 인식 기능없이 터치 지점 검출만을 수행할 수 있는 터치 패널의 구조 및 동작을 상술하겠다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 패널의 구조를 도시한 도면이고, 도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 20의 터치 패널에서 터치 인식 방법을 도시한 회로도이며, 도 22는 도 21의 터치 인식 방법에 사용되는 신호들을 도시한 타이밍다이어그램이다.
도 20 및 도 21을 참조하면, 본 실시예의 터치 패널은 복수의 터치 센서들(2010), 리드 아웃 회로(ROIC, 2002) 및 터치 검출 프로세서(2004)를 포함한다.
터치 센서(2010)는 원형 점선에서 보여지는 바와 같이 복수의 서브 픽셀들로 터치 전극을 구성한다.
일 실시예에 따르면, 동일한 열에 배열되는 터치 전극들이 하나의 센싱 라인을 공유한다.
각 터치 센서들(2010)은 상기 센싱 라인에 연결된 하나의 스위칭 TFT(2020)를 포함하며, 해당 스캔 라인이 스위칭 TFT(2020)의 게이트에 연결된다.
리드 아웃 회로(2002)는 센싱 회로(2110) 및 여기 회로(2112)를 포함한다. 한편, 리드 아웃 회로(2002)는 도 2에서와 달리 센싱 스위치를 포함하지 않을 수 있다.
여기 회로(2112)는 스캔 라인들을 통하여 신호들을 스위칭 TFT들(2020)로 인가한다.
센싱 회로(2110)는 상기 센싱 라인을 통하여 터치 전극(2010)의 셀프 캐패시턴스 또는 상호 캐패시턴스를 감지한다.
터치 검출 프로세서(2004)는 상기 감지된 캐패시턴스를 통하여 터치 지점을 검출한다.
이러한 터치 패널의 동작을 도 21 및 도 22를 참조하여 살펴보면, 리드 아웃 회로(2002)는 스캔 라인들에 순차적으로 신호들을 인가한다.
이어서, 리드 아웃 회로(2002)는 상기 신호가 인가되는 스캔 라인에 해당하는 터치 전극의 셀프 캐패시턴스 또는 상호 캐패시턴스를 순차적으로 감지한다.
계속하여, 터치 검출 프로세서(2004)는 상기 감지된 캐패시턴스를 통하여 터치 지점을 검출한다.
다른 실시예에 따르면, 리드 아웃 회로(2002)는 스캔 라인들에 직교한 신호들을 동시에 인가하고, 그런 후 모든 터치 전극들의 셀프 캐패시턴스 또는 상호 캐패시턴스를 동시에 감지한다.
이어서, 터치 검출 회로(2002)는 상기 감지된 캐패시턴스를 통하여 터치 지점을 검출한다.
정리하면, 본 실시예의 터치 패널에서 한 열에 배열된 터치 전극들이 하나의 센싱 라인을 공유한다.
이하, 이러한 컴퓨팅 장치의 터치 패널의 동작을 살펴보겠다.
도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 컴퓨팅 장치를 도시한 도면이고, 도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 23의 터치 패널에서의 터치 인식 과정을 도시한 순서도이다.
도 23 및 도 24를 참조하면, 리드 아웃 회로(2002) 내의 센싱 회로(2110)의 스위치(S1)가 오프 상태인 지의 여부가 판단된다(S2400). 즉, Touch phase인 지의 여부가 판단된다(S2400).
스위치(S1)가 오프 상태인 경우, 사용자의 터치 입력이 감지된다(S2402).
사용자의 터치 입력이 감지되는 경우, 리드 아웃 회로(2002)는 스캔 라인들에 신호들을 인가한다(S2404).
이어서, 리드 아웃 회로(2002)는 센싱 라인들을 통하여 터치 전극들의 셀프 캐패시턴스 또는 상호 캐패시턴스를 감지한다(S2406).
계속하여, 터치 검출 프로세서(2004)는 상기 감지된 캐패시턴스를 통하여 터치 지점을 검출한다(S2408).
이어서, 어플리케이션 프로세서(2300) 또는 제어부(2302)는 상기 검출된 터치 지점을 입력으로 인식한다(S2410).
한편, 전술된 실시예의 구성 요소는 프로세스적인 관점에서 용이하게 파악될 수 있다. 즉, 각각의 구성 요소는 각각의 프로세스로 파악될 수 있다. 또한 전술된 실시예의 프로세스는 장치의 구성 요소 관점에서 용이하게 파악될 수 있다.
또한 앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
200 : 터치 전극 202 : 데이터 드라이버
204 : 게이트 드라이버 206 : 리드 아웃 회로(ROIC)
207 : 터치 검출 프로세서 208 : 픽셀
210 : 서브 픽셀 212 : 디스플레이 TFT
214 : 스위칭 TFT

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  7. m×n 서브 픽셀들, m 및 n은 각기 양의 정수임;
    상기 서브 픽셀들을 구동시키는 드라이버;
    센싱 라인을 통하여 터치/지문인식 전극들의 셀프 캐패시턴스 또는 상호 캐패시턴스를 감지하는 리드 아웃 회로; 및
    상기 감지된 셀프 캐패시턴스 또는 상호 캐패시턴스를 통하여 터치 지점을 검출하거나 지문 정보를 획득하는 터치 검출 프로세서를 포함하되,
    한 열에 배열된 서브 픽셀들의 터치/지문인식 전극들이 하나의 센싱 라인을 공유하며, 상기 리드 아웃 회로는 해당 서브 픽셀에 연결된 스캔 라인을 통하여 상기 서브 픽셀로 신호를 인가하며 상기 스캔 라인과 전하 증폭기 사이의 연결을 스위칭하는 센싱 스위치를 더 포함하고,
    상기 터치/지문인식 전극들은 복수의 스캔 라인들을 통하여 상기 리드 아웃 회로에 연결되고 복수의 센싱 라인들이 상기 리드 아웃 회로로 연결되며,
    상기 지문 정보의 획득시, 상기 리드 아웃 회로는 특정 스캔 라인을 통하여 해당 터치/지문인식 전극들로 신호를 인가하고 상기 신호의 하이 로직 동안 상기 센싱 라인들과 해당 전하 증폭기들 사이의 센싱 스위치들을 순차적으로 온 시킨 후 상기 센싱 라인들을 통하여 상기 터치/지문인식 전극들의 셀프 캐패시턴스 또는 상호 캐패시턴스를 감지하며, 상기 터치 검출 프로세서는 상기 감지된 셀프 캐패시턴스 또는 상호 캐패시턴스를 통하여 상기 지문 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
  8. m×n 서브 픽셀들, m 및 n은 각기 양의 정수임;
    상기 서브 픽셀들을 구동시키는 드라이버;
    센싱 라인을 통하여 터치/지문인식 전극들의 셀프 캐패시턴스 또는 상호 캐패시턴스를 감지하는 리드 아웃 회로; 및
    상기 감지된 셀프 캐패시턴스 또는 상호 캐패시턴스를 통하여 터치 지점을 검출하거나 지문 정보를 획득하는 터치 검출 프로세서를 포함하되,
    한 열에 배열된 서브 픽셀들의 터치/지문인식 전극들이 하나의 센싱 라인을 공유하며, 상기 리드 아웃 회로는 해당 서브 픽셀에 연결된 스캔 라인을 통하여 상기 서브 픽셀로 신호를 인가하며 상기 스캔 라인과 전하 증폭기 사이의 연결을 스위칭하는 센싱 스위치를 더 포함하고,
    상기 터치/지문인식 전극들은 복수의 스캔 라인들을 통하여 상기 리드 아웃 회로에 연결되고 복수의 센싱 라인들이 상기 리드 아웃 회로로 연결되며,
    상기 지문 정보의 획득시, 상기 리드 아웃 회로는 상기 스캔 라인들에 직교한 신호들을 동시에 인가하고 상기 센싱 라인들과 해당 전하 증폭기들 사이의 센싱 스위치들을 동시에 온시킨 후 상기 센싱 라인들을 통하여 상기 터치/지문인식 전극들의 셀프 캐패시턴스 또는 상호 캐패시턴스를 감지하며, 상기 터치 검출 프로세서는 상기 감지된 셀프 캐패시턴스 또는 상호 캐패시턴스를 통하여 상기 지문 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
  9. m×n 서브 픽셀들, m 및 n은 각기 양의 정수임;
    상기 서브 픽셀들을 구동시키는 드라이버;
    센싱 라인을 통하여 터치/지문인식 전극들의 셀프 캐패시턴스 또는 상호 캐패시턴스를 감지하는 리드 아웃 회로;
    상기 감지된 셀프 캐패시턴스 또는 상호 캐패시턴스를 통하여 터치 지점을 검출하거나 지문 정보를 획득하는 터치 검출 프로세서;
    상기 터치 검출 프로세서에 연결된 어플리케이션 프로세서(Application processor, AP); 및
    상기 어플리케이션 프로세서에 연결된 제어부를 포함하되,
    한 열에 배열된 서브 픽셀들의 터치/지문인식 전극들이 하나의 센싱 라인을 공유하며, 상기 리드 아웃 회로는 해당 서브 픽셀에 연결된 스캔 라인을 통하여 상기 서브 픽셀로 신호를 인가하며 상기 스캔 라인과 전하 증폭기 사이의 연결을 스위칭하는 센싱 스위치를 더 포함하고,
    상기 어플리케이션 프로세서는 사용자 인증을 위하여 사용자의 지문 정보와 상기 획득된 지문 정보의 일치 여부를 확인하고, 상기 제어부는 상기 사용자의 지문 정보와 상기 획득된 지문 정보가 일치하는 경우 어플리케이션의 상태를 동작모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.

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