KR101546169B1 - 용량성 인셀 터치 스크린 패널 및 디스플레이 장치 - Google Patents

용량성 인셀 터치 스크린 패널 및 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, TFT 어레이 기판의 적어도 하나의 게이트 라인으로 구현되는 터치 스캔 라인; 및 터치 스캔 라인과 접속하여 터치 스캔 라인에 터치 스캔 신호들을 로딩하도록 채용된 터치 구동 회로를 포함하는 용량성 인셀 터치 스크린 패널 및 디스플레이 장치를 개시한다. 종래의 GOA가 작은 사이즈의 터치 스크린 패널의 터치 스캔 라인들에 터치 스캔 신호들을 제공하도록 사용되는 것에 비해, 별도의 터치 구동 회로가 터치 스캔 라인 역할을 하는 게이트 라인에 터치 스캔 신호들을 제공하도록 사용하여, 신호 지연 문제를 회피할 수 있다.

Description

용량성 인셀 터치 스크린 패널 및 디스플레이 장치{CAPACITIVE IN-CELL TOUCH-SCREEN PANEL AND DISPLAY DEVICE}
본 발명은 용량성 인셀 터치 스크린 패널 및 디스플레이 장치에 관한 것이다.
디스플레이 기술들의 급속한 발전과 함께, 터치 스크린 패널들이 점차 인간의 생활에 보편 적용되고 있다. 현재, 터치 스크린 패널들은 이들의 작동 원리에 따라 저항 방식(resistive type), 용량성 방식(capacitive type), 적외선 방식(infrared type), 및 표면 탄성파 방식(surface acoustic wave type)으로 분류될 수 있다. 이들 중에, 용량성방식 터치 스크린 패널들이 고유의 터치 원리, 및 고감도, 긴 수명, 및 높은 광투과율 등의 이점 덕분에 산업 현장에서 가장 선호 및 추구되는 제품들이 되었다.
최근, 용량성터치 스크린 패널을 더 얇게 만들기 위해, 일종의 용량성 인셀 터치 스크린 패널(capacitive in-cell touch-screen panel)들이 나타났는데, 여기서 터치 전극들은 컬러 필터 기판 내부에 제조되고, 예를 들어, 기존의 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT) 어레이 기판 상에 터치 기능을 달성하도록 터치 스캔 라인 및 터치 감지 라인을 직접 부가하며, 즉, 서로 상이한 레벨로 교차(비-동일평면 상호 교차)되는 2층의 스트립형 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxides, ITO) 전극들을 구비하는데, 이들 2층의 ITO 전극들이 터치 스크린 패널의 터치 스캔 라인들 및 터치 감지 라인들로서 각각 이용되며, 한편 유도 커패시터(inductive capacitor)가 2개의 ITO 전극 사이의 비-동일평면 상호교차 지점에 형성된다.
또한, 예를 들어, 터치 스크린 패널의 터치 정밀도가 통상적으로 밀리미터 단위인 반면에 TFT 어레이 기판의 디스플레이 정밀도는 통상적으로 마이크로미터 단위이기 때문에, 요구되는 터치 스크린용 터치 스캔 라인 및 터치 감지 라인이 TFT 어레이 기판의 디스플레이 기능에 요구되는 구동 라인(데이터 라인 및 게이트 라인)보다 그 양이 훨씬 적다. 더욱이 TFT 어레이 기판에서, 각각의 TFT에 대응하는 데이터 라인 및 게이트 라인이 비-동일평면 방식으로 교차하는데, 즉 이들 2개의 라인은 상호 절연되는 반면 수직 방향의 이들의 투영(projection)이 서로 교차함으로써, TFT 어레이 기판에서의 구동 라인(데이터 라인 및 게이트 라인)의 부분이 터치 스크린 패널의 터치 라인(터치 스캔 라인 및 터치 감지 라인)으로서 이용될 수 있으며, 데이터 라인 및 게이트 라인의 비-동일평면 교차 지점들에 유도 커패시터들이 형성되어, 용량성터치 스크린 패널의 기능을 달성할 수 있다.
전술한 2개의 타입의 용량성 인셀 터치 스크린 패널들의 작동 프로세스는 터치 스캔 라인 역할을 하는 ITO 전극이 터치 스캔 신호들을 로딩하는 경우, 유도 커패시터를 통해 터치 감지 라인에 의해 획득된 커플링 전압 신호들이 검출되고, 이 프로세스 중에, 인체가 터치 스크린 패널을 접촉하는 경우, 인체 전기장은 유도 커패시터 역할을 할 것이며, 이는 유도 커패시터의 커패시턴스 값의 변화를 초래하고, 터치 감지 라인에 의해 획득된 커플링 전압 신호들의 변화를 야기하며, 전압 신호들의 변화에 따라, 터치 지점의 위치가 판단될 수 있다.
고해상도를 갖는 터치 스크린 패널은 패널 주변 회로의 영역들을 감소시키도록 게이트 구동 회로들을 집적하는 원-칩(one-chip) 기술을 사용하여 제조될 필요가 있고, 이로써 게이트 라인이 터치 스캔 라인으로서 사용되고 있는 경우, 터치 스캔 신호들 또한 대응하는 집적된 게이트 구동 회로에 의해 구비되어야 한다. (어레이 기판 행 구동 회로(array substrate row-driver circuit)인) GOA(Gate Driver on Array)와 같은 집적된 게이트 구동 회로에 대해, 게이트 구동 신호들을 게이트 라인들에 제공하는 경우, 통상적으로 하나의 GOA 회로가 하나의 게이트 구동 신호를 출력하는데 적어도 하나의 시프트 레지스터 회로(shift register circuit)를 필요로 함으로써, N개의 게이트 라인들에 대해 N개의 시프트 레지스터 회로들을 필요로 하고, 따라서 외부 클럭 신호들이 N개의 시프트 레지스터 회로들에 동시에 진입할 필요가 있기 때문에 신호 지연 문제가 발생할 것이며, 반면 터치 감지 라인들이 터치 스캔 신호들에 대한 더 엄격한 실시간 요건들을 가지므로, 종래의 집적된 게이트 구동 회로(예를 들어, GOA)가 터치 스캔 라인에 터치 스캔 신호들을 제공하는데 직접 이용되면, 신호 지연 문제가 일어날 것이며, 이는 터치 동작이 적절히 식별될 수 없는 문제점을 초래할 것이다.
본 발명의 실시예들은 터치 스캔 신호들을 터치 스캔 라인으로 출력할 때 종래의 GOA에 관련된 신호 지연 문제를 해결할 수 있는 용량성 인셀 터치 스크린 패널 및 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, TFT 어레이 기판의 적어도 하나의 게이트 라인에 의해 구현되는 터치 스캔 라인; 및 터치 스캔 라인에 접속하고 터치 스캔 신호를 터치 스캔 라인에 로딩하도록 채용된 터치 구동 회로를 포함하는 용량성 인셀 터치 스크린 패널을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 본 발명의 일 실시예에 따른 용량성 인셀 터치 스크린 패널을 포함하는 디스플레이 장치를 더 제공한다.
본 발명의 실시예들의 기술적 해결 방안을 더 명확히 예시하기 위해, 실시예들의 도면이 하기에 간단히 설명될 것이다. 설명되는 도면들은 단지 본 발명의 일부 실시예와 관련되어 있을 뿐, 본 발명을 한정하는 것이 아님은 자명하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용량성 인셀 터치 스크린 패널의 구조적 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 GOA 회로의 구조적 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용량성 인셀 터치 스크린 패널의 구동 타이밍 차트이다.
본 발명의 실시예들의 목적, 기술적 상세사항, 및 이점들을 명백히 하기 위해, 실시예들의 기술적 해결 방안들이 본 발명의 실시예들에 관련된 도면과 연계하여 명확하게 완전히 이해될 수 있는 방식으로 설명될 것이다. 설명된 실시예들은 본 발명의 실시예의 단지 일부일 뿐 전체가 아님은 자명하다. 여기에 설명된 실시예에 기반하여, 당업자는 별다른 창의적 작업 없이 본 발명의 보호 범위 내에 있어야 하는 다른 실시예(들)를 획득할 수 있다. 달리 정의되지 않는다면, 여기에 사용되는 기술적 또는 과학적 용어들은 본 발명이 속한 기술 분야의 당업자에 의해 이해되는 바와 같은 통상의 의미로 해석되어야 한다. 본 발명의 특허 출원의 명세서 및 청구항에 사용된 “제1(first)”, “제2(second)” 등의 용어는 임의의 순서, 양, 또는 중요도를 나타내는 것이 아니라 상이한 필수 부분들을 구별하는데 사용된다. 유사하게, “하나의(a, an)”, “그 하나(the)”등은 양의 제한을 나타내는 것이 아니라 참조된 항목의 적어도 하나의 존재를 나타낸다.
도면에서, 이들 영역의 형상 및 치수뿐만 아니라 다양한 박막 층들의 두께는 어레이 기판 또는 컬러 필터 기판을 일정한 비율로 반영하지 않으며, 대신에 단지 여기에서의 기술적 설명의 개략적 예시의 목적으로만 의도된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예는 용량성 인셀 터치 스크린 패널(capacitive in-cell touch-screen panel)을 제공하는데, TFT 어레이 기판의 적어도 하나의 게이트 라인은 터치 스캔 라인으로서 선출되고(도 1에서, GN은 터치 스캔 라인으로서 선출된 게이트 라인을 나타냄), 터치 스크린 패널은 터치 스캔 라인과 접속하고 터치 스캔 라인에 터치 스캔 신호들을 로딩하도록 채용된 터치 구동 회로를 더 포함한다. 도 1의 상부에 위치한 회로 블록에 의해 도시된 바와 같이, 터치 구동 회로는 Clock 라인 및 GN 라인 모두와 접속한다.
터치 스크린 패널의 터치 정밀도가 통상 밀리미터 단위인 반면, TFT 어레이 기판의 디스플레이 정밀도는 통상 마이크로미터 단위이기 때문에, 터치 스크린이 필요로 하는 터치 스캔 라인들은 TFT 어레이 기판의 디스플레이를 위해 요구되는 구동 라인들(데이터 라인들 및 게이트 라인들)에 비해 그 양이 훨씬 적으며, 그 결과 선출된 터치 스캔 라인들은 게이트 라인들보다 그 양이 훨씬 적다. 따라서, 터치 스캔 라인으로서 역할을 하는 게이트 라인이 터치 기능을 구현하도록 요구되는 경우, 터치 스캔 신호들을 그 게이트 라인에 로딩하도록 별도의 터치 구동 회로를 채용함으로써, 신호 지연을 회피할 수 있다.
예를 들어, 구체적 예시에서, TFT 어레이 기판의 데이터 라인들을 구동하는데 사용되는 IC 칩 내에 독립적인 터치 구동 회로를 집적할 수 있는데, 즉 TFT 어레이 기판의 소스 구동 회로 내에 터치 구동 회로가 있음으로써, 회로 배선을 절약할 수 있다. 상이한 예시에서, 터치 구동 회로가 TFT 어레이 기판과 독립적으로 구비될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 용량성 인셀 터치 스크린 패널은 예를 들어, 터치 스위치들을 더 포함할 수 있는데, 각각의 터치 스캔 라인과 터치 구동 회로 사이에 각 터치 스위치를 구비하고, 터치 스캔 라인이 터치 스캔 신호들을 전송하는 경우 터치 구동 회로와 터치 스캔 라인 사이의 접속이 스위치 온(switch on)되고, 터치 스캔 라인이 게이트 구동 신호들을 전송하는 경우 터치 스캔 라인과 터치 구동 회로 사이의 접속이 스위치 오프(switch off)되도록 사용한다.
예를 들어, 각 터치 스위치는 터치 구동 회로 내에 구비되거나, 터치 구동 회로 및 터치 스캔 라인의 접속 부위에 구비될 수 있다.
구체적 예시에서, 터치 스위치들의 개수는 구비된 터치 감지 라인의 개수에 상응하여야 한다. 터치 스위치들이 터치 구동 회로와 터치 스캔 라인들의 접속 부위에 구비되는 경우, 하나의 터치 스위치는 하나의 TFT로서 구현될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 용량성 인셀 터치 스크린 패널은, 터치 스캔 라인들과 접속하는 집적된 게이트 구동 회로들(도 1에서 스캔 라인 GN의 좌측에 위치한 회로 블록으로 각각 도시됨); 및 각 터치 스캔 라인과 집적된 게이트 구동 회로 사이에 각각 구비된 구동 스위치들(도 1에 미도시)을 더 포함할 수 있으며, 집적된 게이트 구동 회로는 터치 스캔 라인에 게이트 구동 신호들을 로딩하도록 채용되며, 터치 스캔 라인이 터치 스캔 신호들을 전송하는 경우, 집적된 게이트 구동 회로와 터치 스캔 라인 사이의 접속이 스위치 오프되고, 터치 스캔 라인이 게이트 구동 신호들을 전송하는 경우, 터치 스캔 라인과 집적된 게이트 구동 회로 사이의 접속이 스위치 온되도록 구동 스위치를 사용한다.
상이한 예시들에 따르면, 각각의 구동 스위치는 집적된 게이트 구동 회로 내에 구비되거나, 터치 스캔 라인과 집적된 게이트 구동 회로의 접속 부위에 구비될 수 있다.
구체적 예시에서, 구동 스위치들의 개수는 구비된 터치 스캔 라인들의 개수에 상응하여야 하고, 터치 스캔 라인들과 집적된 게이트 구동 회로의 접속 부위에 구동 스위치들을 구비하는 경우, 하나의 구동 스위치가 하나의 TFT로 구현될 수 있다.
일례에서, 예를 들어, 게이트 구동 회로는 (어레이 기판 행 구동 회로인) GOA(Gate Driver on Array)로서 구현될 수 있다.
본 발명의 일례에서, 게이트 구동 회로 각각이 GOA로서 구현되는 경우, 각각의 구동 스위치가 GOA의 풀업 노드(Pull up) 및 풀다운 노드(Pull down)와 각각 접속한다. 도 2는 구동 스위치가 부가된 후에 GOA 회로의 개략도를 예시한다. 원래의 GOA 회로는 점선 블록 내의 회로에 의해 도시된 바와 같다. 구동 스위치는 2개의 TFT(T1 및 T2)를 포함하는데, T1 및 T2의 소스들은 GOA의 공통 접지 VSS 단자와 각각 접속하고, T1 및 T2의 드레인들은 GOA의 풀업 노드(Pull up) 및 풀다운 노드(Pull down)와 각각 접속하며, T1 및 T2의 게이트들이 서로 접속한다.
구동 스위치가 부가된 후, GOA는 스위칭 기능을 갖는데, 다시 말해 GOA가 게이트 라인과 접속 해제되는 것이 요구되는 경우, ENtouch를 인가하여 T1 및 T2가 방전하도록 제어함으로써, GOA 출력 단자(Output)에서의 전압이 풀다운되고, GOA 회로 출력 신호는 로우 레벨로 유지되어, GOA가 신호를 출력하는 것을 중단시키는 목적을 달성한다.
현재 행 게이트 라인과 접속한 GOA의 출력 단자가 다음 행 게이트 라인과 접속한 GOA의 입력 단자와 접속하고 입력 단자에 신호들을 입력하도록 채용되기 때문에, 이 방식에서, 터치 스캔 라인으로 역할하는 현재 행 게이트 라인이 터치 구동 회로와 접속하는 경우, 현재 행과 접속한 GOA는 다음 행 게이트 라인으로의 신호 입력을 중단할 것이다. 따라서, 접속된 터치 스캔 라인에 신호들을 입력하는 것뿐 아니라, 터치 스캔 신호들을 터치 스캔 라인에 로딩하는 경우 터치 스캔 라인(현재 행 게이트 라인)에 후속하는 다음 행 게이트 라인과 접속한 GOA의 입력 단자(Input)에 신호들을 입력하도록 터치 구동 회로를 채용하여, 다음 행 게이트 라인의 정상 작동을 보장한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 용량성 인셀 터치 스크린 패널은 일례와 함께 구체적으로 설명될 것이다. 예를 들어, N번째 행 게이트가 터치 스캔 라인으로서 선출되고, 이와 접속한 GOA 회로의 도면은 도 2에 도시된 바와 같다. 터치 스크린 패널의 구동 신호 파형은 도 3에 도시되는데, CLK 및 CLKB는 GOA 구동 클럭 신호들이고, 터치 스캔 라인 GN이 터치 스캔 신호들을 전송하는 경우, 구동 클럭 신호들이 하이 레벨 또는 로우 레벨로 남겨져 신호 잡음을 감소시킨다.
(N-1)번째 행 게이트 라인 GN -1이 게이트 구동 신호들의 전송을 완료한 후, 터치 스캔 라인 GN과 접속한 GOA는 ENtouch를 인가하여 T1 및 T2가 방전하도록 제어할 것이고, 이로써 로우 레벨이 GOA로부터 터치 스캔 라인 GN으로 출력되며, 다시 말해 GOA는 전기 신호들을 터치 스캔 라인에 출력하는 것을 중단한다. 이 시점에, 터치 구동 회로는 터치 스캔 라인 GN과 접속하고 터치 스캔 신호들을 터치 스캔 라인 GN에 입력한다.
예를 들어, 하나의 프레임의 스캔 주기 동안, 터치 스캔 신호들이 리셋 스테이지(도 3에서 "RST"로 표시됨), 터치 스캔 스테이지(도 3에 "Touch"로 표시됨), 및 디스플레이 스캔 스테이지(도 3에 "Display"로 표시됨)의 3개의 스테이지로 분할될 수 있는데; 리셋 스테이지의 작용은 (N-1)번째 행 게이트 라인을 리셋하고 N번째 행 터치 스캔 라인의 픽셀 전압을 방전하여 오류 방전을 방지하고 픽셀 전압들이 터치 스캔 신호에 영향을 미치는 것을 방지하며; 터치 스캔 스테이지는 N번째 행 터치 스캔 라인에 터치 스캔 신호들을 로딩하고, 터치 감지 라인으로서 선출된 대응 데이터 라인이 터치 스캔 신호들의 전압 신호들, 다시 말하면, 형성된 유도 커패시터를 통해 획득되며 터치 스캔 신호들과 커플링된 전압 신호들을 수신하는 스테이지이며; 디스플레이 스캔 스테이지는 터치 스캔 스테이지가 완료된 후, N번째 행 터치 스캔 라인이 픽셀 충전을 거치는 반면, 대응 터치 감지 라인이 정상 데이터 구동 신호들을 전송하여 터치 감지 동작을 달성하는 스테이지이다.
동일한 발명적 아이디어에 기반하여, 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 일 실시예에 따른 용량성 인셀 터치 스크린 패널을 포함하는 디스플레이 장치를 더 포함한다.
본 발명의 실시예들은 용량성 인셀 터치 스크린 패널 및 디스플레이 장치를 제공하는데, TFT 어레이 기판의 적어도 하나의 게이트 라인이 터치 스캔 라인으로서 선출되고, 터치 스크린 패널 및 디스플레이 장치는 터치 스캔 라인과 접속하고 터치 스캔 신호들을 터치 스캔 라인에 로딩하도록 채용된 터치 구동 회로를 더 포함한다. 종래의 GOA를 사용하여 터치 스캔 신호들을 작은 사이즈의 터치 스크린 패널의 터치 스캔 라인들에 제공하는 종래 기술에 비해, 본 발명에 개시된 기술은 별도의 터치 구동 회로를 사용하여 터치 스캔 신호들을 터치 스캔 라인 역할을 하는 게이트 라인에 제공한다. 터치 스캔 라인들이 게이트 라인들보다 그 양이 더 적고, 터치 구동 회로들에 의해 제공되도록 요구되는 터치 스캔 신호들이 게이트 구동 회로들에 의해 제공되는 신호들보다 그 양이 훨씬 더 적기 때문에, 본 발명에 개시된 기술은 신호 지연 문제를 회피할 수 있다.
본 발명의 전술한 단순한 예시들은 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것이 아니고, 대신 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에 의해 정의되어야 한다.

Claims (11)

  1. 용량성 인셀 터치 스크린 패널(capacitive in-cell touch-screen panel)로서,
    TFT 어레이 기판의 적어도 하나의 게이트 라인으로 구현된 터치 스캔 라인;
    상기 터치 스캔 라인과 접속하고 상기 터치 스캔 라인에 터치 스캔 신호들을 로딩하도록 채용된 터치 구동 회로; 및
    상기 터치 스캔 라인과 상기 터치 구동 회로 사이에 구비되고, 상기 터치 스캔 라인이 터치 스캔 신호들을 전송하는 경우, 상기 터치 구동 회로와 상기 터치 스캔 라인 사이의 접속이 스위치 온(switch on)되고, 상기 터치 스캔 라인이 게이트 구동 신호들을 전송하는 경우, 상기 터치 스캔 라인과 상기 터치 구동 회로 사이의 접속이 스위치 오프(switch off)되도록 사용되는 터치 스위치를 포함하는, 터치 스크린 패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 터치 구동 회로는 상기 TFT 어레이 기판의 소스 구동 회로인, 터치 스크린 패널.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 터치 스위치는 상기 터치 구동 회로 내에 구비되거나, 상기 터치 스캔 라인과 상기 터치 구동 회로의 접속 부위에 구비되는, 터치 스크린 패널.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 터치 스캔 라인과 접속하는 집적된 게이트 구동 회로; 및
    상기 터치 스캔 라인과 상기 집적된 게이트 구동 회로 사이에 구비되는 구동 스위치를 더 포함하며,
    상기 집적된 게이트 구동 회로는, 상기 터치 스캔 라인에 게이트 구동 신호들을 로딩하며,
    상기 구동 스위치는, 터치 스캔 라인이 터치 스캔 신호들을 전송하는 경우, 상기 집적된 게이트 구동 회로와 상기 터치 스캔 라인 사이의 접속을 스위치 오프시키고, 상기 터치 스캔 라인이 게이트 구동 신호들을 전송하는 경우, 상기 터치 스캔 라인과 상기 집적된 게이트 구동 회로 사이의 접속을 스위치 온시키는, 터치 스크린 패널.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 구동 스위치는 상기 집적된 게이트 구동 회로 내에 구비되거나, 상기 터치 스캔 라인과 상기 집적된 게이트 구동 회로의 접속 부위에 구비되는, 터치 스크린 패널.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 집적된 게이트 구동 회로는 어레이 기판 행 구동 회로인, 터치 스크린 패널.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 구동 스위치는 상기 어레이 기판 행 구동 회로의 풀업 노드(Pull-Up) 및 풀다운 노드(Pull-Down) 모두와 접속하는, 터치 스크린 패널.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 구동 스위치는 2개의 TFT를 포함하며, 상기 2개의 TFT의 소스들은 상기 어레이 기판 행 구동 회로의 공통 접지 VSS 단자와 각각 접속하고, 상기 2개의 TFT의 드레인들은 상기 어레이 기판 행 구동 회로의 풀업 노드(Pull up) 및 풀다운 노드(Pull down)와 각각 접속하고, 상기 2개의 TFT의 게이트들이 상호 접속되는, 터치 스크린 패널.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 터치 구동 회로는, 상기 터치 스캔 라인에 터치 스캔 신호들을 로딩하는 경우, 상기 터치 스캔 라인에 후속하는 다음 행 게이트 라인과 접속한 어레이 기판 행 구동 회로의 입력 단자(Input)에 신호들을 입력시키는, 터치 스크린 패널.
  11. 제1항에 따른 용량성 인셀 터치 스크린 패널을 포함하는 디스플레이 장치.

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