KR20140023232A - 인셀 터치 패널 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 간단한 구조 및 저비용과 같은 장점들을 갖는 인셀 터치 패널을 개시한다. 인셀 터치 패널은 서로 대향하게 배열된 제1 기판과 제2 기판을 포함하고, 제1 기판 상에는 수평 배열된 복수의 게이트 라인이 형성되며; 인셀 터치 패널은 수평 배열된 복수의 터치 구동 라인; 수직 배열된 복수의 터치 감지 라인; 및 복수의 터치 스캐닝 TFT를 더 포함하고, 각각의 터치 스캐닝 TFT는 하나의 게이트 라인에 접속된 게이트, 터치 구동 회로에 접속된 소스, 및 하나의 터치 구동 라인에 접속된 드레인을 갖고, 하나의 게이트 라인은 하나의 터치 스캐닝 TFT의 게이트에만 접속되며; 게이트 라인들의 개수 ≥ 터치 스캐닝 TFT들의 개수 ≥ 터치 구동 라인들의 개수이다.

Description

인셀 터치 패널{IN-CELL TOUCH PANEL}
본 발명은 터치 디스플레이의 기술분야, 특히 인셀 터치 패널에 관한 것이다.
입력 매체로서의 터치 패널은 디스플레이 스크린과 더불어 터치 디스플레이 스크린을 형성하며, 터치 디스플레이 스크린은 디스플레이 분야에서 점차 우위를 점하고 있다.
현재, 널리 사용되는 터치 패널은 디스플레이 스크린 외부에 부착되는 애드온(Add-on) 터치 패널 및 디스플레이 스크린 내에 내장되는 인셀 터치 패널을 포함한다. 애드온 터치 패널의 경우, 디스플레이 스크린과 터치 패널을 개별적으로 제조한 후에 이들을 함께 결합하여 터치 및 디스플레이 기능들을 갖는 터치 디스플레이 스크린을 형성한다.
평판 디스플레이의 광학 및 전기적 특성들에 대한 요구 및 더 얇은 평판 디스플레이에 대한 고객들의 수요에 따라, 기술 공정 및 디스플레이 효과를 변화시키지 않고 고성능 및 저비용을 갖는 초박형 터치 디스플레이 스크린을 설계하는 것은 각 대규모 제조자들이 추구하는 주요한 목표가 되었다. 그러나, 기존의 애드온 터치 패널은 복잡한 구조, 높은 제조 비용, 낮은 광 투과율 및 더 두꺼운 모듈 등과 같은 단점들을 갖는다.
본 발명의 일 실시예는 간단한 구조 및 저비용과 같은 장점들을 갖는 인셀 터치 패널을 개시한다.
본 발명의 실시예에서 제공되는 인셀 터치 패널은 서로 대향하게 배열된 제1 기판과 제2 기판을 포함하고, 제1 기판 상에는 수평 배열된 복수의 게이트 라인이 형성되며; 인셀 터치 패널은, 수평 배열된 복수의 터치 구동 라인; 수직 배열된 복수의 터치 감지 라인; 및 복수의 터치 스캐닝 박막 트랜지스터(TFT)를 더 포함하고, 각각의 터치 스캐닝 TFT는 하나의 게이트 라인에 접속된 게이트, 터치 구동 회로에 접속된 소스, 및 하나의 터치 구동 라인에 접속된 드레인을 갖고, 하나의 게이트 라인은 하나의 터치 스캐닝 TFT의 게이트에만 접속되며; 게이트 라인들의 개수 ≥ 터치 스캐닝 TFT들의 개수 ≥ 터치 구동 라인들의 개수이다.
본 발명의 실시예에서, 인셀 터치 패널은 수평 방향으로 배열된 복수의 게이트 라인, 수평으로 설정된 복수의 터치 구동 라인, 및 수직으로 설정된 복수의 터치 감지 라인을 포함하고; 인셀 터치 패널은 게이트 라인들에 일대일로 각각 대응하는 복수의 터치 스캐닝 박막 트랜지스터(TFT)를 더 포함하고; 각 터치 스캐닝 TFT의 게이트는 터치 스캐닝 TFT에 대응하는 게이트 라인에 접속되고, 그 소스는 터치 구동 회로에 접속되며, 그 드레인은 하나의 터치 구동 라인에 접속된다. 화상을 디스플레이하기 위한 구동 신호가 터치 스캐닝 TFT에 접속된 게이트 라인에 인가될 때, 터치 스캐닝 TFT가 턴온되고; 이어서 터치 구동 신호가 터치 스캐닝 TFT에 인가되어, 터치 스캐닝 TFT의 드레인에 접속된 터치 구동 라인이 구동된다. 본 발명의 실시예들의 기술적 해법에서, 터치 구동 라인의 스캐닝 시간을 제어하는 데 게이트 라인들의 스캐닝 시간이 사용되며, 따라서 하나의 터치 구동 라인의 스캐닝 시간은 하나 이상의 게이트 라인들의 스캐닝 시간에 관련되고; 한편 터치 구동 라인들은 특정 터치 구동 회로에 의해 개별적으로 제어되므로, 터치 구동 라인들에 대한 고주파 스캐닝이 달성될 수 있다. 인셀 터치 패널의 터치 기능은 터치 구동 신호가 인가되는 터치 구동 라인 및 터치 감지 라인에 의해 형성되는 전계에 의해 달성된다. 따라서, 간단한 구조 및 저비용을 갖는 인셀 터치 패널이 구현될 수 있다.
아래의 설명에서는 첨부 도면들과 연계하여 본 발명의 특징들 및 장점들을 더 명확하게 할 것이다. 모든 도면들에서 동일한 요소는 동일한 참조 번호로 표시한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에서 제공되는 인셀 터치 패널 내의 터치 포인트를 측위(positioning)하기 위한 검출 장치의 등가 회로 모델을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 제공되는 인셀 터치 패널의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 제공되는 인셀 터치 패널의 개략적인 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 제공되는 인셀 터치 패널 내의 투사 전계를 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 제공되는 인셀 터치 패널에서 화상을 디스플레이하고 터치 검출이 수행될 때의 신호들의 타이밍 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에서 제공되는 인셀 터치 패널 내의 터치 감지 라인들의 배열의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에서 제공되는 인셀 터치 패널 내의 터치 감지 라인들의 다른 배열의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에서 제공되는 인셀 터치 패널 내의 동일 층 상에 데이터 라인들 및 터치 감지 라인들이 배열되는 구조를 나타내는 개략도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에서 제공되는 인셀 터치 패널 내의 터치 구동 라인들의 특정 구조를 나타내는 개략도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에서 제공되는 인셀 터치 패널 내에 픽셀들 및 터치 감지 라인들이 서로 대향하게 배열되는 구조를 나타내는 개략도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에서 제공되는 다른 인셀 터치 패널의 개략적인 평면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에서 제공되는 터치 감지 라인들의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 13은 본 발명의 실시예들에서 제공되는 터치 감지 라인들의 다른 구조를 나타내는 개략도이다.
이하, 본 발명의 목적, 기술적 해법 및 장점을 더 명확하게 하기 위해, 첨부 도면들과 연계하여 본 발명의 실시예들을 더 상세히 설명할 것이다.
본 발명의 일 실시예는 간단한 구조 및 저비용과 같은 장점들을 갖는 인셀 터치 패널을 제공한다.
용량성 터치 패널은 표면 용량성 터치 패널 및 투사 용량성 터치 패널을 포함한다. 본 발명의 실시예에서 제공되는 터치 패널은 투사 용량성 터치 패널이다.
투사 용량성 터치 패널의 동작 원리는 다음과 같다. 터치 패널이 터치될 때, 터치 패널의 전극들에 의해 방출되는 정전기장의 크기가 변하고, 정전기장의 변화량을 검출하는 검출 장치에 의해 터치 포인트가 측위된다. 구체적으로, 인셀 터치 패널 내의 터치 패널의 전극들은 복수의 터치 구동 라인 및 복수의 터치 감지 라인을 포함하는데, 터치 구동 라인에는 고주파 전압이 인가되고, 터치 감지 라인에는 일정한 전압이 인가되어, 터치 구동 라인과 터치 감지 라인 사이에는 투사 전계가 형성된다. 측위되는 터치 포인트의 위치는 터치 포인트에서의 투사 전계의 변화를 검출함으로써 결정될 수 있다.
터치 포인트를 측위하기 위한 검출 장치가 터치 포인트를 검출하는 프로세스 동안, 터치 구동 라인들이 한 라인씩 스캐닝되며; 각각의 터치 구동 라인이 스캐닝될 때, 모든 터치 감지 라인들 상의 신호들이 판독되고; 터치 구동 라인들을 한 라인씩 스캐닝함으로써 터치 구동 라인들과 터치 감지 라인들의 모든 교차 포인트들이 스캐닝되어, 스캐닝 프로세스 동안 터치 포인트의 위치가 검출될 수 있다. 이 같은 터치 포인트를 측위하기 위한 검출 모드는 복수의 포인트의 좌표들을 명확히 결정할 수 있으며, 따라서 다중 터치가 실현될 수 있다. 검출 장치의 등가 회로 모델이 도 1에 도시되어 있으며, 이는 신호 소스(101), 터치 구동 라인(103)의 저항, 구동 라인과 감지 라인 사이의 상호 용량(102), 터치 구동 라인과 공통 전극 층 사이의 기생 용량(104), 터치 감지 라인과 공통 전극 층 사이의 기생 용량(104), 터치 감지 라인의 저항(105) 및 검출 회로(106)를 포함한다. 손가락이 터치 패널을 터치할 때, 전류의 일부가 손가락으로 흐르며, 이는 터치 구동 라인과 터치 감지 라인 사이의 상호 용량의 변화와 등가이고, 이로써 검출 단자에서 약한 전류 변화가 검출된다.
본 발명의 실시예들에서 제공되는 인셀 터치 패널에서는, 터치 구동 라인들 및 터치 감지 라인들이 디스플레이 스크린 내에 배열되며, 각각의 터치 구동 라인은 하나 이상의 터치 스캐닝 박막 트랜지스터(TFT)를 통해 하나 이상의 게이트 라인에 접속되고, 하나의 터치 스캐닝 TFT는 하나의 게이트 라인에 대응하고, 하나의 터치 구동 라인은 복수의 터치 스캐닝 TFT에 대응할 수 있다. 따라서, 하나의 터치 구동 라인에 대응하는 게이트 라인들이 턴온될 때, 터치 구동 IC가 터치 구동 라인을 충전시키는데, 즉 터치 구동 신호를 입력한다. 터치 구동 신호가 인가되는 터치 구동 라인 및 일정한 전압이 인가되는 터치 감지 라인에 의해 터치 기능이 실현된다.
구체적으로, 게이트 라인들에 일대일로 대응하는 복수의 터치 스캐닝 TFT가 액정 디스플레이 패널 내의 어레이 기판의 주변 영역(비표시 영역)에 배열될 수 있으며, 각각의 터치 스캐닝 TFT는 터치 스캐닝 TFT에 대응하는 게이트 라인에 접속된 게이트, 터치 구동 회로에 접속된 소스, 및 터치 구동 라인에 접속된 드레인을 갖는다. 터치 스캐닝 TFT를 턴온시키거나 턴오프시킴으로써 터치 스캐닝 TFT에 접속된 터치 구동 라인에 터치 구동 신호가 인가되거나 그로부터 제거된다. 터치 스캐닝 TFT의 턴온 또는 턴오프는 화상을 디스플레이하기 위해 게이트 라인에 의한 TFT들의 턴온 또는 턴오프와 동기화된다.
터치 구동 신호(터치 구동 클럭 신호)를 인가하기 위한 터치 구동 회로는 화상을 디스플레이하기 위한 디스플레이 구동 회로에 독립적이며, 터치 구동 클럭 신호의 주파수 및 크기는 실제 요구조건들에 따라 설정될 수 있다. 인셀 터치 패널은 간단한 구조, 더 얇은 두께, 기술적으로 간단한 제조 공정 및 저비용과 같은 장점들을 갖는다.
이하에서 본 발명의 실시예들에서 제공되는 기술적 해법을 총괄적으로 소개한다.
본 발명의 실시예에서 제공되는 인셀 터치 패널은 서로 대향하게 배열된 제1 기판과 제2 기판을 포함하고, 제1 기판 상에는 수평 배열된 복수의 게이트 라인이 형성되며; 인셀 터치 패널은, 수평 배열된 복수의 터치 구동 라인; 수직 배열된 복수의 터치 감지 라인; 및 복수의 터치 스캐닝 TFT를 더 포함하고, 각각의 터치 스캐닝 TFT는 하나의 게이트 라인에 접속된 게이트, 터치 구동 회로에 접속된 소스, 및 하나의 터치 구동 라인에 접속된 드레인을 가지며, 게이트 라인은 하나의 터치 스캐닝 TFT의 게이트에만 접속되는데; 여기에서, 게이트 라인들의 개수 ≥ 터치 스캐닝 TFT들의 개수 ≥ 터치 구동 라인들의 개수이다.
일례에서, 각각의 터치 구동 라인은 하나 이상의 터치 스캐닝 TFT의 드레인을 통해 하나 이상의 터치 스캐닝 TFT에 접속된다.
일례에서, 하나의 터치 구동 라인에 접속된 복수의 터치 스캐닝 TFT에 대응하는 게이트 라인들은 서로 인접한다.
일례에서, 인셀 터치 패널은 제1 기판 상에 수직 배열된 복수의 데이터 라인을 더 포함하고; 복수의 터치 구동 라인은 제1 기판 상에 배치되고, 데이터 라인들과 동일한 층 상에 배열되며; 복수의 터치 구동 라인의 각각은 인접하는 2개의 데이터 라인 사이에 복수의 구동 세그먼트를 포함하고; 동일한 데이터 라인의 양측에 배치된 구동 세그먼트들은 스루-홀 바이패스(through hole bypass)에 의해 서로 접속되며, 복수의 터치 감지 라인은 제2 기판 상에 배치된다.
일례에서, 터치 스캐닝 TFT들은 제1 기판의 비표시 영역, 즉 주변 영역에 배열된다.
일례에서, 인셀 터치 패널은 수직 배열된 복수의 터치 구동 전극 유닛을 더 포함하고, 복수의 터치 구동 전극 유닛의 각각은 하나 이상의 터치 구동 전극을 포함하고, 터치 구동 전극 유닛들의 각각은 하나의 터치 구동 라인에 전기적으로 접속되며, 터치 구동 전극 유닛은 픽셀 유닛들의 인접하는 2개의 열 사이에 배열된다.
일례에서, 인접하는 터치 감지 라인들 사이의 갭은 제1 기판 상의 터치 구동 전극 유닛에 대향하고, 터치 감지 라인들의 각각은 픽셀 유닛들의 하나 이상의 열에 대향한다.
일례에서, 복수의 터치 구동 전극 유닛의 각각에서, 복수의 인접하는 터치 구동 전극이 게이트 라인 또는 데이터 라인과 동일한 폭을 갖는 금속 와이어(wire)를 통해 서로 전기적으로 접속된다.
일례에서, 각 터치 구동 전극 유닛의 길이는 10㎛~150㎛일 수 있다.
일례에서, 각 터치 구동 전극 유닛의 폭은 어레이 기판 상의 서브픽셀 유닛의 폭과 동일하다.
일례에서, 각 터치 구동 전극은 수직적으로 서로 인접하는 2개의 서브픽셀 유닛에 대응하는 게이트 라인들 사이에 배치된다.
일례에서, 각 터치 스캐닝 TFT의 소스에 접속된 터치 구동 회로 및 화상을 디스플레이하도록 게이트 라인들을 구동하기 위한 구동 회로는 집적된 칩 IC 내에 배열된다.
이어서, 본 발명의 실시예들에서 제공되는 기술적 해법들을 첨부 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 제공되는 인셀 터치 패널은 서로 대향하게 배열된 제1 기판(1)과 제2 기판(2)을 포함하고, 제1 기판(1) 상에는 수평 배열된 복수의 게이트 라인(3)이 형성된다. 인셀 터치 패널은 수평 배열된 복수의 터치 구동 라인(4), 수직 배열된 복수의 터치 감지 라인(5), 및 복수의 터치 스캐닝 TFT(6)를 더 포함하는데, 각 터치 스캐닝 TFT(6)는 하나의 게이트 라인(3)에 접속된 게이트, 터치 구동 회로(도 2에 도시되지 않음)에 접속된 소스, 및 하나의 터치 구동 라인(4)에 접속된 드레인을 갖고, 게이트 라인(3)은 하나의 터치 스캐닝 TFT(6)의 게이트에만 접속되며, 여기에서 게이트 라인들의 개수 ≥ 터치 스캐닝 TFT들의 개수 ≥ 터치 구동 라인들의 개수이다.
예를 들어, m개의 게이트 라인, n개의 터치 스캐닝 TFT(6) 및 l개의 터치 구동 라인이 배열될 수 있으며, m, n 및 l은 양의 정수들이다. 다음과 같은 여러 예가 존재한다.
m=n 및 n=l일 때, 각 게이트 라인이 하나의 터치 스캐닝 TFT에 접속되고, 각 터치 구동 라인이 하나의 스캐닝 TFT에 접속되는데, 즉 게이트 라인, 터치 스캐닝 TFT 및 터치 구동 라인이 서로 일대일로 대응한다.
m=n 및 n>l일 때, 각 게이트 라인은 하나의 터치 스캐닝 TFT에 접속되고, 각 터치 구동 라인은 복수의 터치 스캐닝 TFT에 접속되는데, 즉 하나의 터치 구동 라인이 복수의 터치 스캐닝 TFT에 대응하고, 복수의 터치 스캐닝 TFT의 각각은 하나의 게이트 라인에 각각 대응한다.
m>n 및 n>l일 때, 하나의 터치 스캐닝 TFT는 하나의 게이트 라인에 접속되고, 각각의 터치 구동 라인은 복수의 터치 스캐닝 TFT에 접속되는데, 즉 일부 게이트 라인들은 터치 스캐닝 TFT에 접속되지 않는다.
터치 스캐닝 TFT들에 접속되지 않은 게이트 라인들은 화상을 디스플레이하는 데에만 사용되며, 터치 스캐닝 TFT들에 접속된 게이트 라인들은 화상의 디스플레이 및 터치 기능의 둘 다를 실현하는 데 사용된다.
여기서, 터치 스캐닝 TFT(6)의 게이트는 게이트 라인(3)에 직접 접속된 독립적 구조로서 설정될 수 있고, 터치 스캐닝 TFT(6)는 또한 게이트 라인(3)의 상부에 직접 제조될 수 있으며, 게이트 라인(3)은 터치 스캐닝 TFT(6)의 게이트로서 직접 이용될 수도 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 액정 디스플레이(LCD)에 내장된 터치 패널을 일례로써 가져오면, 제1 기판(1)과 제2 기판(2) 사이에 액정(12)이 채워지고, 게이트 라인(3)과 터치 구동 라인(4)은 격리 층(15)을 통해 격리된다.
도 3은 도 2에 도시된 인셀 터치 패널의 평면도이다.
도 3에 도시된 제1 기판(1) 상에는, 수평 배열된 복수의 게이트 라인(3), 게이트 라인들(3)과 평행하게 배열된 복수의 터치 구동 라인(4), 복수의 게이트 라인(3)에 각각 접속된 복수의 TFT(6), 모든 TFT들(6)에 접속된 터치 구동 IC, 및 복수의 터치 구동 라인(4)에 대해 수직으로 배열된 제1 기판(1) 또는 제2 기판(2) 상의 복수의 터치 감지 라인(5)이 포함된다. 실제 제조된 터치 패널에서, 복수의 터치 감지 라인(5)은 소정의 폭을 갖는 도전성 막대일 수 있다.
터치 스캐닝 TFT(6)는 제1 기판(1)의 주변 영역에 배치되며(주변 영역은 디스플레이 패널 상의 비표시 영역을 지칭함), TFT(6)는 게이트 라인에 접속되므로, TFT(6)는 통상적으로 게이트 라인의 인출 위치에 가까운 제1 기판(1) 상에 배열된다.
이하에서 터치 기능을 달성하기 위한 도 2 및 3에 도시된 인셀 터치 패널의 원리를 간단히 소개한다.
구체적 구현에서, 터치 감지 라인(5)에 일정한 전압이 인가되고, 터치 구동 라인(4)에 접속된 터치 구동 회로를 통해 터치 구동 라인(4)에 터치 구동 신호가 인가되며, 터치 구동 신호는 고주파 신호이다. 터치 구동 라인(4)과 터치 감지 라인(5) 사이에 전기장이 형성되고, 전기장은 투사 전기장으로서 지칭되며, 터치 포인트가 측위되는 영역의 투사 전기장의 변화를 검출함으로써 터치 포인트가 측위된다.
터치 구동 회로는 터치 구동 IC 내에 배열된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 터치 구동 라인(4)과 터치 감지 라인(5) 사이에 전기장이 형성되고, 화살표를 가진 곡선은 전기장 라인의 방향을 가리킨다. 도 4로부터, 인접하는 터치 감지 라인들(5) 사이에 갭이 존재하고, 따라서 터치 구동 라인(4)과 터치 감지 라인(5) 사이의 전기장이 터치 감지 전극 층을 통과하여 제2 기판(2)의 외측에 도달할 수 있으며, 따라서 제2 전극(2)의 외측에 발생하는 터치 행위를 더 잘 감지할 수 있다는 것을 알 수 있다.
터치 패널이 동작할 때, 터치 감지 라인들(5) 각각 상에는 일정한 전압이 항상 존재하며, 각각의 터치 구동 라인(4) 상의 터치 구동 신호는 펄스 신호로서 입력된다. 터치 구동 라인(4)에 접속된 터치 스캐닝 TFT(6)가 턴온될 때, 터치 구동 회로에 의해 터치 구동 라인(4)에 터치 구동 신호가 인가된다. 터치 스캐닝 TFT(6)의 턴온 및 턴오프는 터치 스캐닝 TFT(6)에 접속된 게이트 라인에 의해 제어되며, 화상의 디스플레이를 제어하기 위한 칩 IC가 게이트 라인(3)을 스캐닝할 때, 즉 게이트 라인(3)에 디스플레이 구동 전압을 인가할 때, 게이트 라인(3)에 접속된 (터치 스캐닝 TFT(6)를 포함하는) 모든 TFT들이 턴온된다.
화상을 디스플레이할 때, 각 게이트 라인들을 스캐닝하는 속도가 매우 빠르며, 따라서 게이트 라인은 단위 시간 내에 매우 빈번하게 턴온되고, 따라서 터치 스캐닝 TFT(6)가 매우 빈번하게 턴온되며, 따라서 터치 기능을 달성하기 위한 터치패널의 요구조건들을 충족할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른, 화상의 디스플레이 및 터치 기능을 달성할 때의 신호들의 타이밍 순서도이다.
터치 디스플레이 기능을 달성하기 위한 본 발명에서 제공되는 터치 패널의 원리를 도 2 내지 5를 참조하여 상세히 설명한다.
화상을 디스플레이하기 위해 게이트 라인이 스캐닝될 때, 일 회의 스캐닝 사이클(또는 하나의 스캐닝 펄스) 내에서, 하나 이상의 CLK 펄스 신호가 도 4의 터치 구동 IC에 의해 게이트 라인에 접속된 터치 구동 라인(4)에 입력될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, CLK 신호는 터치 구동 IC에 의해 제공되는 터치 구동 신호이다. 도 5는 터치 구동 IC가 소정의 시간 간격으로 터치 구동 라인(4)에 2개의 CLK 신호 펄스를 입력하는 것을 보여준다. 더욱이, 도 5에 도시된 바와 같이, 게이트 라인 n, 게이트 라인 n+1, 게이트 라인 n+2 및 게이트 라인 n+3은 협동하여 제1 터치 구동 라인에 입력되는 터치 구동 신호를 제어하고, 게이트 라인 m, 게이트 라인 m+1, 게이트 라인 m+2 및 게이트 라인 m+3은 협동하여 제2 터치 구동 라인에 입력되는 터치 구동 신호를 제어한다.
통상 게이트 라인을 스캐닝하기 위한 스캐닝 사이클 내에서, 소정의 시간 간격으로 2개의 CLK 신호 펄스를 터치 구동 라인(4)에 입력하여 더 양호한 터치 검출 효과를 달성할 수 있고, 하나의 스캐닝 사이클 내에서 더 많은 CLK 신호 펄스가 입력될수록 터치 구동 라인의 스캐닝 주파수는 더 높으며, 따라서 터치 검출 효과는 더 양호한 반면, 이에 따라 터치 구동 IC에 대한 요구조건들이 증가하고, 따라서 전체 인셀 터치 패널의 제조 비용이 증가한다는 점에 유의해야 한다.
터치 스캐닝 TFT(6)의 턴온은 화상을 디스플레이하기 위해 터치 스캐닝 TFT(6)에 접속된 게이트 라인 상의 다른 TFT들의 통상의 동작들에 영향을 미치지 않는다.
본 발명의 실시예들에서, 이것은 종래 기술에서 게이트 라인에 접속된 터치 스캐닝 TFT(6)를 턴온하기 위해 게이트 라인이 스캐닝될 때, 게이트 라인에 인가되는 턴온 전압을 이용하는 반면, 터치 구동 신호는 터치 스캐닝 TFT(6)에 접속된 터치 구동 라인에 입력되며, 따라서 터치 구동 신호가 인가되는 터치 구동 라인 및 일정한 전압이 인가되는 터치 감지 라인에 의해 터치 기능이 달성된다.
터치 구동 라인(4)은 제1 기판(1) 상에 배열되며, 터치 감지 라인(5)은 제1 기판(1) 또는 제2 기판(2) 상에 배열될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 액정 디스플레이의 분야뿐만 아니라 전기 발광 유기 발광 다이오드(OLED)의 분야와 같은 다른 디스플레이들의 분야에도 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예들이 액정 디스플레이의 분야에 적용될 때, 터치 구동 라인들(4)은 (제1 기판(1)에 대응하는) 어레이 기판 상에 배열되고, 터치 감지 라인들은 (제2 기판(2)에 대응하는) 컬러 필름 기판 상에 배열될 수 있다. 구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 터치 감지 라인들은 제2 기판(2)의 액정과 접촉하는 일측 상에 배열될 수 있는데, 특히 터치 감지 라인들은 투명 전극들과 함께 동일 층 상에, 즉 RGB 수지 층(8)의 상부에 배열될 수 있다. 일례에서, 제2 기판(2) 상의 투명 전극은 (TN 타입의 LCD의 경우에) ITO 공통 전극 또는 (IPS 타입 또는 FFS 타입의 LCD의 경우에) 정전기 차폐를 위한 ITO 차폐 전극일 수 있다. 대안으로서, 도 7에 도시된 바와 같이, 터치 감지 라인들은 RGB 수지 층(8)과 제2 기판(2) 사이에 배열될 수도 있다.
본 발명의 실시예들이 OLED 디스플레이의 분야에 적용될 때, 터치 구동 라인들(4) 및 터치 감지 라인들(5)은 인셀 터치 패널의 제1 기판 또는 제2 기판 상의 상이한 층들 상에 배열될 수 있다.
터치 패널을 위한 게이트 라인들의 개수는 터치 정밀도에 대한 요구치 및 터치 패널의 크기에 따라 설정될 수 있다. 터치 정밀도에 대한 요구치가 비교적 더 높고 및/또는 터치 패널의 크기가 더 클 때, 어레이 기판 상에 터치 기능을 달성하기 위한 게이트 라인이 더 많이 배열될 수 있고, 터치 정밀도에 대한 요구치가 비교적 더 낮고 및/또는 터치 패널의 크기가 더 작을 때, 어레이 기판 상에 터치 기능을 달성하기 위한 게이트 라인이 더 적게 배열될 수 있다. 제1 기판(1) 상의 모든 게이트 라인들 또는 게이트 라인들의 일부를 제어함으로써 터치 구동 라인들에 터치 구동 신호들이 인가된다. 터치 스캐닝 TFT(6)에 접속된 모든 게이트 라인들은 터치 스캐닝 TFT(6)를 턴온 또는 턴오프되도록 제어할 수 있으며, 터치 구동 신호들이 터치 구동 라인들에 인가되는 동안의 시간, 즉 각 터치 구동 라인의 스캐닝 시간을 더 제어할 수 있다.
일례에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서 제공되는 바와 같은 인셀 터치 패널은, 제1 기판(1) 상에 수직 배열된 복수의 데이터 라인(14), 제1 기판(1) 상에 수평 배열된 복수의 터치 구동 라인(4) - 터치 구동 라인들(4)은 도 6에 도시된 바와 같이 제1 기판(1) 상의 데이터 라인들(14)과 동일한 층 상에 배열될 수 있으며, 또한 별개의 층 상에 배열될 수 있음 - , 제2 기판(2) 상의 투명 전극들과 동일한 층 상에 배열된 복수의 터치 감지 라인(5)을 더 포함한다.
여기서, 터치 구동 라인들(4)은 제1 기판(1) 상의 데이터 라인들(14)과 동일한 층 상에 배열될 수 있으며, 따라서 터치 구동 라인들(4) 및 데이터 라인들(14)은 동일 프로세스에서 제조될 수 있고, 이는 공정 흐름을 줄이고 공정 절차를 간소화한다. 한편, 데이터 라인들(14)과 터치 구동 라인들(4) 사이에 단락이 형성되거나 신호들 사이에 크로스토크(crosstalk)가 발생하는 문제를 방지하기 위해, 제조 프로세스에서 데이터 라인들(14) 및 터치 구동 라인들(4)을 서로 격리시켜야 한다.
터치 구동 라인들(4)은 개별 층으로서 배열될 수 있고, 격리 층을 통해 데이터 라인들(14)로부터 격리되며, 이는 터치 구동 라인들(4)과 데이터 라인들(14) 사이에 형성되는 단락 또는 크로스토크의 문제를 완전히 방지할 수 있으며, 데이터 라인들(14)이 배치되는 필름 층의 상부에 터치 구동 라인들(14)이 배치되는 필름 층이 배열될 수 있다.
터치 구동 라인들(4)이 제1 기판(1) 상의 데이터 라인들(14)과 동일한 층 상에 배열될 때, 데이터 라인들에서 형성되는 크로스토크의 문제를 방지하기 위해, 도 8에 도시된 바와 같은 일례에서, 각 터치 구동 라인(4)은 복수의 터치 구동 라인 세그먼트(segment)를 포함하는데, 이들 각각은 인접하는 2개의 데이터 라인(14) 사이에 위치하고, 동일한 데이터 라인(14)의 양측에 위치하는 터치 구동 세그먼트들은 스루-홀 바이패스에 의해 접속될 수 있다.
구체적으로, 다음과 같이 스루-홀 바이패스에 의해 접속이 이루어질 수 있다. 동일한 데이터 라인(14)의 양측의 터치 구동 세그먼트들은 게이트 금속 층 상에 위치하거나 인듐 주석 산화물(ITO)의 픽셀 전극 층 상에 위치하는 접속 전극들을 통해 접속될 수 있고, 접속 전극들은 각각 스루-홀에 의해 동일한 데이터 라인의 양측의 터치 구동 라인 세그먼트들에 접속된다.
하나의 게이트 라인 상의 터치 스캐닝 TFT가 터치 구동 라인에 입력될 터치 구동 신호를 제어할 수 있거나, 복수의 게이트 라인 상의 터치 스캐닝 TFT들이 동일 터치 구동 라인에 입력될 터치 구동 신호를 제어할 수 있다. 즉, 각 터치 구동 라인이 하나의 터치 스캐닝 TFT의 드레인에 접속되거나, 각 터치 구동 라인이 복수의 터치 스캐닝 TFT들의 드레인에 접속된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 인셀 터치 패널의 하나의 터치 구동 라인(4)이 4개의 터치 스캐닝 TFT(6)에 접속되고, 터치 구동 라인(4)에 접속된 터치 스캐닝 TFT들(6)이 순차적으로 턴온될 때, 터치 구동 라인(4)에 접속된 터치 스캐닝 TFT들(6)은 동일한 터치 구동 라인(4)에 순차적으로 터치 구동 신호를 입력한다.
복수의 게이트 라인 상의 터치 스캐닝 TFT들에 의해 동일 터치 구동 라인에 대한 터치 구동 신호의 입력을 제어하는 것은 단위 시간에서의 터치 구동 라인에 충전 횟수, 즉 터치 구동 신호의 입력 횟수를 증가시킬 수 있으며, 단위 시간에 터치 구동 라인을 충전하는 횟수가 많을수록 터치 감지의 효과는 더 양호하며, 따라서 터치 정밀도가 더 높다.
도 2에 도시된 바와 같이, 터치 구동 라인은 폭이 좁다. 통상의 터치 기능을 실현하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 터치 기능을 실현하기 위한 터치 구동 라인이 구조적으로 최적화된다.
특히, 도 9를 참조하면, 본 발명에서 제공되는 인셀 터치 패널은 수직 방향으로 배열된 복수의 터치 구동 전극 유닛(41)을 더 포함하며, 각 터치 구동 전극 유닛(41)은 하나 이상의 터치 구동 전극(411)을 포함하고, 각 터치 구동 전극 유닛(41)은 하나의 터치 구동 라인(4)에 전기적으로 접속되며, 각 터치 구동 전극 유닛(41)은 픽셀 유닛들의 인접하는 2개의 열 사이에 배열되는데, 즉 터치 구동 전극 유닛(41)은 공간적으로 제2 기판 상의 인접하는 2개의 터치 감지 라인(5) 사이의 갭(gap)에 대향한다.
일례에서, 도 10에 도시된 바와 같이, 인접하는 2개의 터치 감지 라인(5) 사이의 갭은 제1 기판(1) 상의 터치 구동 전극 유닛(41)에 대향하는데, 즉 인접하는 2개의 터치 감지 라인(5) 사이의 갭은 제1 기판(1) 상의 픽셀 유닛들(13)의 인접하는 2개의 열 사이의 갭에 대향하고, 하나의 터치 감지 라인(5)은 (도 10에 도시된 바와 같이) 픽셀 유닛들(13)의 하나의 열에 대향하거나, 픽셀 유닛들의 복수의 열에 대향하며(도 10에 도시되지 않음), 각 픽셀 유닛은 적어도 3개의 서브픽셀 RGB를 포함한다.
일례에서, 복수의 이웃하는 터치 구동 전극 유닛(41)이 터치 구동 라인(4)을 통해 서로 전기적으로 접속된다.
일례에서, 각 터치 구동 전극 유닛(41)의 길이는 10㎛~150㎛이고, 이것은 요구되는 터치 패널의 크기 및 개구율에 의존한다. 터치 패널이 더 큰 크기를 갖는 경우, 각 터치 구동 전극 유닛(41)의 길이를 더 길게 설정될 수 있으며, 그렇지 않은 경우에는 더 짧게 설정될 수 있다.
일례에서, 각 터치 구동 전극 유닛(41)의 폭은 어레이 기판 상의 하나의 서브픽셀 유닛의 폭과 동일하지만, 하나의 서브픽셀 유닛의 폭으로 한정되는 것이 아니며, 실제 요구 조건들에 따라 설정될 수 있다. 개구율에 대한 요구치가 더 낮은 경우, 터치 구동 전극 유닛(41)의 폭을 더 넓게 설정될 수 있으며, 이와 달리 개궁율에 대한 요구치가 더 큰 경우, 폭을 더 좁게 설정될 수 있다.
일례에서, 각 터치 구동 전극(411)은 인접하는 2개의 서브픽셀 유닛에 대응하는 게이트 라인들 사이에 수직 방향으로 배치된다(도 9에 도시되지 않음). 각 터치 구동 전극(411)의 길이는 하나의 서브픽셀 유닛의 길이와 동일하거나, 하나의 서브픽셀 유닛의 길이보다 짧을 수 있다.
바람직하게는, 각 터치 구동 전극 유닛(41)을 구성하는 인접하는 터치 구동 전극들(411) 사이의 접속 부분의 폭은 터치 구동 전극(411) 자체의 폭보다 좁고; 바람직하게는 수직 방향으로 인접하는 터치 구동 전극들(411)은 데이터 라인 또는 게이트 라인의 폭과 동일하거나 근접한 폭을 갖는 금속 와이어에 의해 접속될 수 있음으로써, 게이트 라인과 오버랩되는 터치 구동 전극 유닛(41)의 영역을 줄일 수 있고, 통상의 화상을 디스플레이하기 위한 게이트 라인에 영향을 주지 않고 게이트 라인과의 상호 용량을 줄일 수 있다.
일례에서, 제1 기판의 상이한 영역들에 위치한 터치 구동 전극들은 크기가 동일하며, 터치 구동 전극 유닛들이 동일하다. 즉, 각 터치 구동 전극 유닛은 동일 폭 및 동일 길이를 가지며, 각 터치 구동 전극 유닛은 동일한 수의 터치 구동 전극을 포함한다.
일례에서, 동일 터치 구동 라인(4)에 접속된 터치 구동 전극 유닛(41)은 (도 9에 도시된 바와 같이) 동일 행에 속하는 인접하는 2개의 픽셀 유닛마다 사이에 배열될 수 있거나, 동일 행에 속하는 인접하는 픽셀 유닛들의 일부 사이에 배열될 수 있다.
터치 감지의 효과에서 더 높은 정밀도를 달성하기 위하여, 바람직하게는 터치 구동 전극 유닛(41)은 동일 행에 속하는 인접하는 2개의 픽셀 유닛마다 사이에 배열된다. 일례에서, 제조 공정의 어려움을 줄이고, 통상의 터치 정밀도에 대한 요구치를 충족시키기 위하여, 터치 구동 전극 유닛(41)은 실제 요구 조건들에 따라 동일 행에 속하는 인접하는 픽셀 유닛들의 일부 사이에 배열되며, 인접하는 2개의 터치 구동 전극 유닛(41) 사이의 거리(L)는 실제 요구 조건들 및 실제 인셀 터치 패널의 크기에 따라 설계될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 수직 방향으로 서로 인접하는 터치 구동 전극 유닛들(41) 사이의 거리는 하나의 픽셀 유닛의 길이와 동일하거나, 둘 이상의 픽셀 유닛의 길이들의 합일 수 있다.
일례에서, 수직 방향으로 서로 인접하는 2개의 터치 구동 전극 유닛(41) 사이의 거리는 요구 조건들에 따라 배열될 수 있는데, 즉 수직 방향으로 하나 이상의 픽셀 유닛의 길이들의 합이거나, 동일 열에서 인접하는 픽셀 유닛들 사이의 거리와 동일할 수 있다.
도 11은 터치 구동 라인(4) 상에 배열된 복수의 터치 구동 전극 유닛(41)을 갖는 인셀 터치 패널의 개략적인 평면도의 일부이다. 전체적으로 볼 때, 구조적으로 최적화된 터치 구동 라인들은 수평 방향으로 배열된 소정의 폭을 갖는 도전성 막대들이며, 이는 터치 구동 라인들에 대한 터치 가능 영역을 증가시키고, 터치 패널의 감도를 향상시킨다.
이하에서 본 발명의 일 실시예에서 제공되는 바와 같이 터치 감지 라인들(5)이 배열되는 모드를 설명한다.
본 발명에서 제공되는 터치 감지 라인들은 투명한 도전성 막대들이며, 특히 인듐 주석 산화물(ITO)으로 제조될 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 터치 감지 라인들(5)은 소정의 폭을 갖고 동일한 간격으로 배열된 복수의 도전성 막대이다.
각 터치 감지 라인(5)이 위치한 영역은 어레이 기판 상에 동일 열에 속하는 픽셀 유닛들이 배치되는 영역에 대응하는데, 즉 어레이 기판 상의 각 터치 감지 라인(5)의 투영 영역은 터치 감지 라인 아래에 동일 열에 속하는 픽셀 유닛들에 의해 덮힌 영역과 오버랩된다.
일례에서, 도 13을 참조하면, 이웃하는 터치 감지 라인들(5)의 일부는 와이어(9)를 통해 접속되어 터치 감지 라인들의 신호 수신을 향상시키는데, 예를 들어 2개 또는 3개의 이웃하는 도전성 막대가 와이어(9)를 통해 서로 접속된다. 따라서, 와이어(9)를 통해 접속된 복수의 독립적인 터치 감지 라인(5)이 더 넓은 터치 감지 라인을 구성한다.
도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 터치 감지 라인의 폭은 하나의 픽셀 유닛의 폭과 동일할 수 있으며, 복수의 픽셀 유닛의 폭들의 합과 동일할 수도 있는데, 즉 터치 감지 라인(5)은 픽셀 유닛들의 하나의 열만을 또는 순차적으로 서로 인접하는 픽셀 유닛들의 복수의 열을 덮는다. 터치 감지 라인(5)이 순차적으로 서로 인접하는 픽셀 유닛들의 복수의 열을 덮는 경우, 터치 감지 라인의 신호 수신이 향상된다.
일례에서, 각 터치 스캐닝 TFT(6)의 소스에 접속된 터치 구동 회로 및 화상을 디스플레이하도록 게이트 라인을 구동하기 위한 구동 회로는 집적된 칩 IC 내에 배열될 수 있다. 터치 구동 라인에 제공되는 CLK 신호는 화상을 디스플레이하기 위한 구동 신호에 독립적이다.
요컨대, 본 발명의 실시예들에서, 인셀 터치 패널은 수평 배열된 복수의 게이트 라인, 수평 배열된 복수의 터치 구동 라인, 및 수직 배열된 복수의 터치 감지 라인을 포함하고, 인셀 터치 패널은 게이트 라인들에 일대일로 각각 대응하는 복수의 터치 감지 박막 트랜지스터(TFT)를 더 포함하며, 각 터치 스캐닝 TFT의 게이트는 터치 스캐닝 TFT에 대응하는 게이트 라인에 접속되고, 소스는 터치 구동 회로에 접속되며, 드레인은 하나의 터치 구동 라인에 접속된다. 화상을 디스플레이하기 위한 구동 신호가 터치 스캐닝 TFT에 접속된 게이트 라인에 인가될 때, 터치 스캐닝 TFT가 턴온되고, 이어서 터치 구동 신호가 터치 스캐닝 TFT에 인가되며, 터치 스캐닝 TFT의 드레인에 접속된 터치 구동 라인이 구동된다. 인셀 터치 패널의 터치 기능은 터치 구동 신호가 인가되는 터치 구동 라인 및 터치 감지 라인에 의해 형성되는 전기장에 의해 달성된다. 따라서, 간단한 구조 및 저비용을 갖는 인셀 터치 패널을 구현할 수 있다.
자명하게, 당업자들은 본 발명의 범위 및 사상으로부터 벗어나지 않고 본 발명의 실시예들에 대해 다양한 변경들 및 변형들을 행할 수 있다. 따라서, 이러한 변경들 및 변형들이 본 발명의 청구항들 및 이들의 균등물들의 범위에 속하는 경우, 이러한 변경들 및 변형들은 본 발명에 포함되어야 한다.

Claims (12)

  1. 인셀 터치 패널(In-cell touch panel)로서,
    서로 대향하게 배열된 제1 기판과 제2 기판을 포함하고, 상기 제1 기판 상에는 수평 배열된 복수의 게이트 라인이 형성되며;
    상기 인셀 터치 패널은
    수평 배열된 복수의 터치 구동 라인;
    수직 배열된 복수의 터치 감지 라인; 및
    복수의 터치 스캐닝 박막 트랜지스터(TFT)
    를 더 포함하고,
    각 터치 스캐닝 TFT는 하나의 게이트 라인에 접속된 게이트, 터치 구동 회로에 접속된 소스, 및 하나의 터치 구동 라인에 접속된 드레인을 갖고, 상기 하나의 게이트 라인은 상기 하나의 터치 스캐닝 TFT의 게이트에만 접속되며;
    상기 게이트 라인들의 개수 ≥ 상기 터치 스캐닝 TFT들의 개수 ≥ 상기 터치 구동 라인들의 개수인, 인셀 터치 패널.
  2. 제1항에 있어서,
    각 터치 구동 라인은 하나 이상의 터치 스캐닝 TFT의 드레인을 통해 상기 하나 이상의 터치 스캐닝 TFT에 접속되는, 인셀 터치 패널.
  3. 제1항에 있어서,
    하나의 터치 구동 라인에 접속된 복수의 터치 스캐닝 TFT에 대응하는 상기 게이트 라인들이 서로 인접하는, 인셀 터치 패널.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 인셀 터치 패널은 상기 제1 기판 상에 수직 배열된 복수의 데이터 라인을 더 포함하고,
    상기 복수의 터치 구동 라인은 상기 제1 기판 상에 위치하고, 상기 데이터 라인들과 동일한 층 상에 배열되며, 상기 복수의 터치 구동 라인 각각은 복수의 구동 세그먼트(segment)를 포함하는데, 상기 복수의 구동 세그먼트 각각은 2개의 인접하는 데이터 라인 사이에 배치되고, 동일 데이터 라인의 양측에 위치한 상기 구동 세그먼트들은 스루-홀 바이패스(through hole bypass)에 의해 서로 접속되며,
    상기 복수의 터치 감지 라인이 상기 제2 기판 상에 배치되는, 인셀 터치 패널.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 터치 스캐닝 TFT들은 상기 제1 기판의 비표시 영역(non-display area) 내에 배열되는, 인셀 터치 패널.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 인셀 터치 패널은 수직 배열된 복수의 터치 구동 전극 유닛을 더 포함하고,
    상기 복수의 터치 구동 전극 유닛 각각은 하나 이상의 터치 구동 전극을 포함하고, 상기 각 터치 구동 전극 유닛은 상기 터치 구동 라인들 중 하나에 전기적으로 접속되고, 상기 터치 구동 전극 유닛은 픽셀 유닛들의 인접하는 2개의 열 사이에 배열되는, 인셀 터치 패널.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 인접하는 터치 감지 라인들 사이의 갭은 상기 제1 기판 상의 상기 터치 구동 전극 유닛에 대향하고, 상기 각 터치 감지 라인들은 픽셀 유닛들의 하나 이상의 열에 대향하는, 인셀 터치 패널.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 각각의 터치 구동 전극 유닛들에서, 복수의 이웃하는 터치 구동 전극들이 상기 게이트 라인 또는 상기 데이터 라인과 동일한 폭을 갖는 금속 와이어를 통해 서로 전기적으로 접속되는, 인셀 터치 패널.
  9. 제6항에 있어서,
    각각의 터치 구동 전극 유닛의 길이는 10㎛~150㎛인, 인셀 터치 패널.
  10. 제6항에 있어서,
    각각의 터치 구동 전극 유닛의 폭은 어레이 기판 상의 서브픽셀 유닛의 폭과 동일한, 인셀 터치 패널.
  11. 제6항에 있어서,
    각각의 터치 구동 전극 유닛은 수직적으로 서로 인접하는 2개의 서브픽셀 유닛에 대응하는 상기 게이트 라인들 사이에 배치되는, 인셀 터치 패널.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 각 터치 스캐닝 TFT의 소스에 접속된 상기 터치 구동 회로 및 화상을 디스플레이하도록 상기 게이트 라인들을 구동하기 위한 구동 회로는 집적된 칩 IC 내에 배열된, 인셀 터치 패널.
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