KR101799523B1 - 리모트 센싱과 터치 센싱이 가능한 광터치 스크린 장치 - Google Patents

리모트 센싱과 터치 센싱이 가능한 광터치 스크린 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101799523B1
KR101799523B1 KR1020110086562A KR20110086562A KR101799523B1 KR 101799523 B1 KR101799523 B1 KR 101799523B1 KR 1020110086562 A KR1020110086562 A KR 1020110086562A KR 20110086562 A KR20110086562 A KR 20110086562A KR 101799523 B1 KR101799523 B1 KR 101799523B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
transistor
gate
photosensor
sensing
light
Prior art date
Application number
KR1020110086562A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130023641A (ko
Inventor
전상훈
송이헌
안승언
김영
김창정
전용우
Original Assignee
삼성전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자 주식회사 filed Critical 삼성전자 주식회사
Priority to KR1020110086562A priority Critical patent/KR101799523B1/ko
Priority to CN201210051118.8A priority patent/CN102968220B/zh
Priority to US13/434,164 priority patent/US9035910B2/en
Priority to EP12175507.8A priority patent/EP2565756B1/en
Priority to JP2012155288A priority patent/JP6344880B2/ja
Publication of KR20130023641A publication Critical patent/KR20130023641A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101799523B1 publication Critical patent/KR101799523B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/038—Control and interface arrangements therefor, e.g. drivers or device-embedded control circuitry
    • G06F3/0386—Control and interface arrangements therefor, e.g. drivers or device-embedded control circuitry for light pen
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0412—Digitisers structurally integrated in a display
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/042—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/042—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means
    • G06F3/0421—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means by interrupting or reflecting a light beam, e.g. optical touch-screen
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14679—Junction field effect transistor [JFET] imagers; static induction transistor [SIT] imagers

Abstract

산화물 반도체 트랜지스터로 이루어지는 광센서 트랜지스터를 이용하여 리모트 센싱과 터치 센싱 기능을 모두 수행할 수 있는 광터치 스크린 장치가 개시된다. 개시된 광터치 스크린 장치는 다수의 행과 다수의 열을 따라 배열된 다수의 센싱 화소들을 구비하는 화소 어레이를 포함한다. 각각의 센싱 화소는 외부의 광원에서 조사되는 광을 감지하는 광센싱 화소와 화면 터치시 반사되는 디스플레이 광을 감지하는 터치 센싱 화소를 포함한다. 광센싱 화소는 서로 직렬로 연결된 제 1 광센서 트랜지스터와 스위치 트랜지스터를 포함하며, 터치 센싱 화소는 서로 직렬로 연결된 제 2 광센서 트랜지스터와 스위치 트랜지스터를 포함한다.

Description

리모트 센싱과 터치 센싱이 가능한 광터치 스크린 장치 {Optical touch screen apparatus capable of remote sensing and touch sensing}
개시된 실시예들은 리모트 센싱과 터치 센싱이 가능한 광터치 스크린 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산화물 반도체 트랜지스터로 이루어지는 광센서 트랜지스터를 이용하여 리모트 센싱과 터치 센싱 기능을 모두 수행할 수 있는 광터치 스크린 장치에 관한 것이다.
터치 스크린 장치란 디스플레이 화면의 특정 위치에 사용자의 손이나 펜이 닿으면 그 위치를 파악하여 소프트웨어에 의해 특정 처리를 할 수 있도록, 화면에서 직접 입력 자료를 받을 수 있게 만든 장치를 말한다. 이를 위하여, 터치 스크린 장치는 일반적인 디스플레이 패널에 터치 패널이라는 장치를 덧붙여서 그 기능을 발휘하도록 한다. 터치 패널에는 압력식 저항막 방식, 접촉식 정전용량 방식, 표면초음파전도(surface Acoustic Wave; SAW) 방식, 적외선광 감지 방식 및 압전 방식 등의 다양한 종류가 있다. 이러한 터치 스크린 장치는 최근 키보드나 마우스를 대신할 수 있는 입력 장치로서 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다.
지금까지 널리 사용되고 있는 터치 스크린 장치는 손이나 펜 등을 이용하여 디스플레이 장치의 화면에 직접 터치하는 방식이다. 그러나, 디스플레이 장치가 점차 대형화되면서 사용자와 디스플레이 장치 사이의 거리가 멀어지는 경우에는 이러한 직접 터치 방식을 적용하기가 어려울 수 있다. 이에 따라, 손이나 펜의 접촉 대신에 광을 감지하여 기존의 터치 스크린과 동일한 기능을 수행할 수 있는 광터치 스크린 장치가 제안되고 있다. 광터치 스크린 장치는 사용자와 단말기 간의 의사소통뿐만 아니라 사용자와 사용자 간의 의사소통에도 유리할 것으로 기대되고 있다.
광터치 스크린 장치를 구현하기 위해서는 광을 감지할 수 있는 미세한 크기의 광센싱 소자가 요구된다. 일반적으로 널리 사용되는 광센싱 소자로는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(a-Si TFT)가 있다. 그런데, a-Si TFT의 경우, 광에 의한 전류 변화가 충분히 크지 않다. 이에 따라, 광이 인가될 때 포토다이오드에서 발생한 전하를 일정한 시간 동안 캐패시터에 축적한 후, 캐패시터에 축적된 전하량으로부터 광세기에 관한 신호를 발생시킨다. 이렇게 캐패시터를 사용하는 경우, 캐패시터에 전하를 축적하는 시간만큼 센싱 시간이 지연될 수 있으며, 광터치 스크린 장치의 면적이 커질수록 기생 커패시턴스가 증가할 수 있다.
산화물 반도체 트랜지스터로 이루어지는 광센서 트랜지스터를 이용하여 리모트 센싱과 터치 센싱 기능을 모두 수행할 수 있는 광터치 스크린 장치를 제공한다.
본 발명의 일 유형에 따른 광터치 스크린 장치는, 다수의 행과 다수의 열을 따라 배열된 다수의 센싱 화소들을 포함하며, 각각의 센싱 화소는 외부의 광원에서 조사되는 광을 감지하는 광센싱 화소와 화면 터치시 반사되는 디스플레이 광을 감지하는 터치 센싱 화소를 포함하고, 상기 광센싱 화소는 서로 직렬로 연결된 제 1 광센서 트랜지스터와 제 1 스위치 트랜지스터를 포함하며, 상기 터치 센싱 화소는 서로 직렬로 연결된 제 2 광센서 트랜지스터와 제 2 스위치 트랜지스터를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 광센싱 화소와 상기 터치 센싱 화소는 행 방향을 따라 교대로 배열될 수 있다.
또한, 상기 광터치 스크린 장치는, 상기 광센싱 화소의 제 1 스위치 트랜지스터의 게이트와 연결되는 제 1 게이트 라인, 상기 광센싱 화소의 제 1 광센서 트랜지스터의 게이트와 연결되는 제 1 리셋 라인, 상기 터치 센싱 화소의 제 2 스위치 트랜지스터의 게이트와 연결되는 제 2 게이트 라인, 및 상기 터치 센싱 화소의 제 2 광센서 트랜지스터의 게이트와 연결되는 제 2 리셋 라인을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 광터치 스크린 장치는, 상기 광센싱 화소의 제 1 스위치 트랜지스터의 소스와 상기 터치 센싱 화소의 제 2 스위치 트랜지스터의 소스에 공통으로 연결된 데이터 라인을 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 광터치 스크린 장치는, 상기 광센싱 화소의 제 1 스위치 트랜지스터의 소스에 연결된 제 1 데이터 라인, 및 상기 터치 센싱 화소의 제 2 스위치 트랜지스터의 소스에 연결된 제 2 데이터 라인을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 리셋 라인은 어느 한 행에 배열된 제 1 광센서 트랜지스터의 게이트와 그 행에 후속하는 다른 행의 제 2 게이트 라인 사이에 연결될 수 있으며, 상기 제 2 리셋 라인은 어느 한 행에 배열된 제 2 광센서 트랜지스터의 게이트와 그 행에 후속하는 다른 행의 제 1 게이트 라인 사이에 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 광센서 트랜지스터와 제 2 광센서 트랜지스터는 서로 다른 파장 대역의 빛을 감지하도록 설계된 산화물 반도체 트랜지스터일 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 광센서 트랜지스터는 상대적으로 짧은 제 1 파장 대역의 빛을 감지하며, 상기 제 2 광센서 트랜지스터는 제 1 파장 대역보다 긴 제 2 파장 대역의 빛을 감지할 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 파장 대역은 녹색, 청색 및 자외선 대역 중에서 적어도 하나의 대역을 포함하며, 상기 제 2 파장 대역은 적색 및 적외선 대역 중에서 적어도 하나의 대역을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 제 1 광센서 트랜지스터와 제 2 광센서 트랜지스터는 서로 동일한 파장 대역의 빛을 감지하도록 설계된 동일한 구조의 산화물 반도체 트랜지스터일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 유형에 따른 광터치 스크린 장치는 다수의 행과 다수의 열을 따라 배열된 다수의 디스플레이 화소와 다수의 센싱 화소들을 포함할 수 있으며, 여기서 각각의 센싱 화소는 외부의 광원에서 조사되는 광을 감지하는 광센싱 화소와 화면 터치시 반사되는 디스플레이 광을 감지하는 터치 센싱 화소를 포함하고, 상기 광센싱 화소는 서로 직렬로 연결된 제 1 광센서 트랜지스터와 제 1 스위치 트랜지스터를 포함하며, 상기 터치 센싱 화소는 서로 직렬로 연결된 제 2 광센서 트랜지스터와 제 2 스위치 트랜지스터를 포함하고, 각각의 디스플레이 화소는 디스플레이 셀 및 상기 디스플레이 셀의 온/오프를 제어하기 위한 제 3 스위치 트랜지스터를 포함할 수 있다.
예를 들어, 다수의 디스플레이 화소가 행 방향으로 배열되어 있으며, 상기 광센싱 화소와 상기 터치 센싱 화소는 각각의 대응하는 디스플레이 화소에 인접하여 배치될 수 있다.
상기 광터치 스크린 장치는, 상기 광센싱 화소의 제 1 스위치 트랜지스터의 게이트 및 상기 디스플레이 화소의 제 3 스위치 트랜지스터의 게이트와 연결되는 제 1 게이트 라인, 상기 광센싱 화소의 제 1 광센서 트랜지스터의 게이트와 연결되는 제 1 리셋 라인, 상기 터치 센싱 화소의 제 2 스위치 트랜지스터의 게이트 및 상기 디스플레이 화소의 제 3 스위치 트랜지스터의 게이트와 연결되는 제 2 게이트 라인, 및 상기 터치 센싱 화소의 제 2 광센서 트랜지스터의 게이트와 연결되는 제 2 리셋 라인을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 광터치 스크린 장치는 상기 디스플레이 화소의 제 3 스위치 트랜지스터의 드레인에 연결된 영상 데이터 라인을 더 포함하며, 상기 제 3 스위치 트랜지스터의 소스에는 상기 디스플레이 셀이 연결될 수 있다.
개시된 광터치 스크린 장치는 감광 특성이 비교적 우수한 산화물 반도체 트랜지스터를 광센싱 소자로서 사용하기 때문에, 구조적으로 간단한 대면적의 광터치 스크린 장치를 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 개시된 광터치 스크린 장치는 외부의 광원에서 조사되는 광을 감지하여 리모트 센싱 기능을 수행하는 동시에, 화면 터치시 반사되는 디스플레이 광을 감지하여 터치 센싱 기능도 수행할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 산화물 반도체 트랜지스터의 예시적인 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 산화물 반도체 트랜지스터의 동작 특성을 예시적으로 나타내는 그래프이다.
도 4는 일 실시예에 따른 광터치 스크린 장치의 센싱 화소의 예시적인 구조를 도시하는 회로도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 광터치 스크린 장치의 센싱 화소의 예시적인 구조를 도시하는 회로도이다.
도 6a 및 도 6b는 일 실시예에 따른 광터치 스크린 장치의 리모트 광센싱 동작을 예시적으로 보인다.
도 7a 및 도 7b는 일 실시예에 따른 광터치 스크린 장치의 터치 센싱 동작을 예시적으로 보인다.
도 8은 일 실시예에 따른 광터치 스크린 장치의 전체적인 동작을 개략적으로 보이는 개념도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 인-셀(In-cell) 방식의 광터치 스크린 장치의 화소 어레이의 예시적인 구조를 도시하는 회로도이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 인-셀 방식의 광터치 스크린 장치의 화소 어레이의 예시적인 구조를 도시하는 회로도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 리모트 센싱과 터치 센싱이 가능한 광터치 스크린 장치에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
산화물 반도체 트랜지스터는 채널의 재료로서 산화물 반도체를 사용하는 트랜지스터를 의미한다. 이러한 산화물 반도체 트랜지스터는 채널층으로서 사용되는 산화물 반도체의 재료에 따라 빛에 민감한 특성을 가질 수 있다. 빛에 민감한 특성을 갖는 산화물 반도체 재료를 채널층으로서 사용할 경우, 산화물 반도체 트랜지스터는 입사광의 파장이나 광량에 따라 문턱 전압 및 드레인 전류가 변하는 특성이 있기 때문에 광센싱 소자로서 활용될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 산화물 반도체 트랜지스터의 예시적인 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 산화물 반도체 트랜지스터(10)는 기판(11), 상기 기판(11) 위에 전체적으로 배치된 절연층(12), 상기 절연층(12) 위에 부분적으로 배치된 게이트(13), 적어도 게이트(13)의 주위를 덮도록 절연층(12)과 게이트(13) 위에 배치된 게이트 절연막(14), 상기 게이트 절연막(14) 위에서 게이트(13)와 대향하도록 배치된 채널층(15), 상기 채널층(15)의 양측을 덮도록 배치된 소스(16)와 드레인(17), 및 상기 소스(16), 드레인(17) 및 채널층(15)을 전체적으로 덮도록 배치된 투명 절연층(18)을 포함할 수 있다. 도 1에는 게이트(13)가 채널층(15)의 아래쪽에 배치된 하부 게이트 구조의 산화물 반도체 트랜지스터(10)가 도시되었지만, 산화물 반도체 트랜지스터(10)는 상부 게이트 구조로 구성될 수도 있다.
여기서, 기판(11)은 유리, 실리콘 등과 같은 일반적인 기판 재료를 사용할 수 있다. 절연층(12), 게이트 절연막(14), 투명 절연층(18)은 예를 들어 SiO2과 같은 재료를 사용할 수 있다. 만약 기판(11) 자체가 절연성 재료로 이루어진다면, 상기 기판(11) 위의 절연층(12)은 생략될 수도 있다. 또한, 게이트(13), 소스(16) 및 드레인(17)은 전도성 금속 또는 전도성 금속 산화물을 사용할 수 있다. 예를 들어, 산화물 반도체 트랜지스터(10)가 투명할 것이 요구되는 경우, 상기 게이트(13), 소스(16) 및 드레인(17)은 ITO와 같은 투명 전도성 재료로 이루어질 수 있다. 그러나 산화물 반도체 트랜지스터(10)가 투명할 것이 요구되지 않는 경우에는, 기판(11), 절연층(12), 게이트(13), 게이트 절연막(14), 소스(16) 및 드레인(17)의 재료가 반드시 투명할 필요는 없다.
한편, 채널층(15)은, 상술한 바와 같이, 산화물 반도체 재료로 이루어질 수 있다. 채널층(15)으로서 사용되는 산화물 반도체 재료의 선택에 따라, 산화물 반도체 트랜지스터(10)는 빛에 민감한 특성을 가질 수 있다. 예컨대, 그러한 산화물 반도체 채널 재료로서 ZnO, InO, SnO, InZnO, ZnSnO, InSnO 등과 같은 산화물 반도체 재료를 사용하거나, 또는 전술한 산화물 반도체 재료에 Hf, Zr, Ti, Ta, Ga, Nb, V, Al, Sn 등의 재료가 하나 이상 추가적으로 혼합된 재료를 사용할 수 있다. 이러한 재료를 채널층(15)으로서 사용할 경우, 도 1에 도시된 산화물 반도체 트랜지스터(10)는 입사광의 파장이나 광량에 따라 문턱 전압 및 드레인 전류가 변하는 특성이 있기 때문에 광센싱 소자로서 활용될 수 있다. 또한, 채널층(15)으로서 사용하는 산화물 반도체의 종류에 따라 산화물 반도체 트랜지스터(10)가 감지할 수 있는 빛의 파장 대역이 변화할 수도 있다. 도 1에서, 채널층(15)은 단일한 하나의 산화물 반도체층으로 이루어질 수도 있지만 다층 구조로 이루어질 수도 있다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 산화물 반도체 트랜지스터(10)의 동작 특성을 예시적으로 나타내는 그래프이다. 먼저, 도 2는 산화물 반도체 트랜지스터(10)의 게이트 전압(Vgs)에 대한 드레인 전류(Ids) 특성을 보이고 있다. 도 2를 참조하면, 산화물 반도체 트랜지스터(10)에 빛이 입사할 때, 산화물 반도체 트랜지스터(10)의 오프(OFF)시 드레인 전류가 증가하게 된다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 산화물 반도체 트랜지스터(10)에 문턱전압보다 큰 게이트 전압을 인가할 경우에는, 도 2에 도시된 그래프의 우측에서와 같이, 빛이 입사할 때의 드레인 전류와 빛이 입사하지 않을 때의 드레인 전류는 거의 동일하다. 그러나, 산화물 반도체 트랜지스터(10)에 문턱전압보다 낮은 게이트 전압이 인가될 경우에는, 그래프의 좌측에서와 같이, 빛이 입사하지 않을 때의 드레인 전류보다 빛이 입사할 때의 드레인 전류가 크게 증가하게 된다.
따라서, 산화물 반도체 트랜지스터(10)에 문턱전압보다 낮은 게이트 전압을 인가한 상태에서, 드레인 전류의 측정을 통해 빛의 입사 여부를 판단할 수 있다. 특히, 산화물 반도체 트랜지스터(10)의 경우, 빛이 입사하였을 때의 드레인 전류와 빛이 입사하지 않았을 때의 드레인 전류 사이의 전류비(ION/IOFF)가 상당히 크다. 이러한 특성을 갖는 산화물 반도체 트랜지스터(10)를 광센싱 소자로서 활용할 경우, 여러 가지 이점을 가질 수 있다. 예를 들어, 산화물 반도체 트랜지스터(10)는 큰 전류비를 갖기 때문에, 광센싱 소자로서 산화물 반도체 트랜지스터(10)를 사용하면, 커패시터가 없는 매우 간단한 광센싱 장치를 구현할 수 있다.
또한, 도 3은 산화물 반도체 트랜지스터(10)에 빛이 입사한 이후 시간의 흐름에 따른 드레인 전류의 변화를 보이는 그래프로서, 도 3을 참조하면, 약 40초 정도에 산화물 반도체 트랜지스터(10)에 빛이 입사하면서 드레인 전류가 증가하게 된다. 그러나, 약 55초 정도에 빛의 입사가 중단되었음에도 드레인 전류는 거의 감소하지 않고 빛의 입사시와 유사한 상태를 유지하고 있다. 이러한 현상은 산화물 반도체 트랜지스터(10)의 채널층(15) 내부에 또는 그 계면에 전하가 트랩되어 발생하는 것으로 이해될 수 있다. 예컨대, 빛과 함께 음의 게이트 전압이 산화물 반도체 트랜지스터(10)에 인가되면, 채널층(15) 내부에서 빛에 의해 생성된 정공(hole)들이 게이트 절연막(14)과 채널층(15) 사이의 계면으로 이동하여 트랩될 수 있다. 이렇게 트랩된 전하들은 충분히 큰 양(+)의 전압이 게이트에 인가될 때까지 제거되지 않는다. 따라서, 일단 전하가 트랩된 후에는 빛의 입사가 중단된 후에도 드레인 전류가 낮아지지 않는다. 이러한 현상은 충분히 큰 양의 게이트 전압을 산화물 반도체 트랜지스터(10)에 인가하여 트랩된 전하들을 제거하면 사라지게 된다.
도 4는 상술한 산화물 반도체 트랜지스터(10)를 이용하는 일 실시예에 따른 광터치 스크린 장치의 센싱 화소의 예시적인 구조를 도시하는 회로도이다. 도 4를 참조하면, 광터치 스크린 장치의 센싱 화소(110)는 외부의 광원에서 조사되는 광을 감지하기 위한 광센싱 화소(110p)와 화면 터치시 반사되는 디스플레이 광을 감지하기 위한 터치 센싱 화소(110t)를 포함할 수 있다. 도 4에는 단지 하나의 광센싱 화소(110p)와 하나의 터치 센싱 화소(110t)만이 도시되어 있지만, 실제로는 다수의 센싱 화소(110)가 다수의 행(row)과 열(column)을 따라 배열될 수 있으며, 특히 다수의 광센싱 화소(110p)와 다수의 터치 센싱 화소(110t)가 행 방향을 따라 교대로 배열될 수 있다.
먼저, 광센싱 화소(110p)는 서로 직렬로 연결된 하나의 제 1 광센서 트랜지스터(112)와 하나의 스위치 트랜지스터(111)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 광센서 트랜지스터(112)의 소스는 스위치 트랜지스터(111)의 드레인과 서로 연결되어 있을 수 있다. 제 1 광센서 트랜지스터(112)는 광을 감지하기 위한 광센싱 소자로서, 예를 들어, 상술한 산화물 반도체 트랜지스터(10)일 수 있다. 광센싱 신호를 출력하기 위한 스위치 트랜지스터(111)는 감광성이 없는 일반적인 박막 트랜지스터일 수도 있다. 또한 도 4에 도시된 바와 같이, 광센싱 화소(110p)는 스위치 트랜지스터(111)의 게이트에 연결되는 제 1 게이트 라인(Gate1), 스위치 트랜지스터(111)의 소스에 연결되는 데이터 라인(Data), 제 1 광센서 트랜지스터(112)의 드레인에 연결되는 구동 전압 라인(Vdd), 및 제 1 광센서 트랜지스터(112)의 게이트에 연결되는 제 1 리셋 라인(Reset1)을 더 포함할 수 있다.
이러한 구조의 광센싱 화소(110p)에서, 제 1 게이트 라인(Gate1)을 통해 스위치 트랜지스터(111)에 게이트 전압이 인가되면, 스위치 트랜지스터(111)가 ON 상태가 된다. 그러면, 제 1 광센서 트랜지스터(112)의 소스로부터 데이터 라인(Data)으로 전류가 흐르게 된다. 이때, 제 1 광센서 트랜지스터(112)로부터 데이터 라인(Data)으로 흐르는 전류의 양은 제 1 광센서 트랜지스터(112)에 입사하는 빛의 세기에 따라 변화하게 된다. 따라서, 데이터 라인(Data)을 통해 흐르는 전류의 양을 측정하면 제 1 광센서 트랜지스터(112)에 입사하는 빛의 세기를 계산할 수 있다. 광센싱 신호를 출력하기 위해 스위치 트랜지스터(111)가 ON 상태에 있는 동안에는, 제 1 광센서 트랜지스터(112)의 게이트에는 문턱전압보다 낮은 전압이 인가된다. 반면, 스위치 트랜지스터(111)에 게이트 전압이 인가되지 않는 동안에는, 스위치 트랜지스터(111)가 OFF 상태가 되므로 데이터 라인(Data)에 전류가 흐르지 않게 된다. 따라서, 스위치 트랜지스터(111)의 제어를 통해 광센싱 화소(110p)로부터 광센싱 신호를 출력할 수 있으며, 광센싱 신호의 크기로부터 제 1 광센서 트랜지스터(112)에 빛이 입사하는지 여부 및 빛의 세기를 알 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 상술한 원리에 따른 광터치 스크린 장치의 리모트 광센싱 동작을 예시적으로 도시하고 있다. 도 6a 및 도 6b에서, 광터치 스크린 장치(100) 내에는 편의상 제 1 광센서 트랜지스터(112)만이 도시되어 있다. 그러나, 실제로는 도 4에 도시된 센싱 화소(110)들의 어레이와 센싱 화소(110)들을 구동시키기 위한 구동 회로가 광터치 스크린 장치(100) 내에 더 배치될 수 있다. 도 6a를 참조하면, 예컨대, 레이저 포인터와 같은 광원 장치(150)에서 빛이 나오지 않는 동안, 제 1 광센서 트랜지스터(112)에는 빛이 입사하지 않으므로 제 1 광센서 트랜지스터(112)의 드레인 전류가 낮다. 따라서, 데이터 라인(Data)으로 전류가 거의 흐르지 않는다(LOW). 반면, 도 6b에 도시된 바와 같이, 광원 장치(150)에서 나온 빛이 제 1 광센서 트랜지스터(112)에 입사하면 제 1 광센서 트랜지스터(112)의 드레인 전류가 입사광의 세기만큼 증가하게 된다. 따라서, 데이터 라인(Data)으로 증가된 전류가 흐르게 된다(HIGH). 여기서, 광원 장치(150)는 녹색, 청색 또는 자외선(UV)과 같이 상대적으로 짧은 파장 대역의 빛을 방출할 수 있으며, 이 경우 제 1 광센서 트랜지스터(112)는 녹색, 청색 또는 자외선(UV) 대역의 파장에 보다 민감하도록 설계될 수 있다. 제 1 광센서 트랜지스터(112)의 센싱 파장은 예를 들어, 채널층(15)의 산화물 반도체 재료에 따라 결정될 수 있다.
한편, 광센싱 화소(110p)에서 한번 광을 측정한 후, 다음의 측정을 위해서는 앞서 설명한 바와 같이 양의 리셋 신호를 제 1 광센서 트랜지스터(112)에 인가하여 트랩된 전하들을 제거하는 리셋 과정을 수행한다. 제 1 광센서 트랜지스터(112)의 게이트에 연결된 제 1 리셋 라인(Reset1)은 다음의 측정을 위해 양(+)의 전압을 인가하여 제 1 광센서 트랜지스터(112)를 리셋시키기 위한 라인이다. 예를 들어, 제 1 게이트 라인(Gate1)을 통해 스위치 트랜지스터(111)에 게이트 전압이 인가된 후에는, 제 1 리셋 라인(Reset1)을 통해 제 1 광센서 트랜지스터(112)의 게이트에 충분한 양(+)의 리셋 신호를 인가하여, 제 1 광센서 트랜지스터(112)를 리셋시킬 수 있다.
터치 센싱 화소(110t)의 구조 및 동작은 광센싱 화소(110p)의 구조 및 동작과 거의 동일하며, 단지 감지하는 빛의 파장 대역만이 다를 수 있다. 도 4를 참조하면, 상기 터치 센싱 화소(110t)는 서로 직렬로 연결된 하나의 제 2 광센서 트랜지스터(113)와 하나의 스위치 트랜지스터(111)를 포함할 수 있다. 여기서, 터치 센싱 화소(110t)의 스위치 트랜지스터(111)는 광센싱 화소(110p)의 스위치 트랜지스터(111)와 동일하며, 단지 제 2 게이트 라인(Gate2)에 게이트가 연결되어 있다는 점에서 차이가 있다. 제 2 광센서 트랜지스터(113)는, 채널층(15)의 산화물 반도체 재료를 적절히 선택함으로써, 예를 들어 적색이나 적외선(IR)과 같은 상대적으로 긴 파장 대역의 빛을 보다 민감하게 감지하도록 설계될 수 있다. 이러한 제 2 광센서 트랜지스터(113)의 게이트는 제 2 리셋 라인(Reset2)에 연결된다.
도 7a 및 도 7b는 터치 센싱 화소(110t)를 이용한 광터치 스크린 장치(100)의 터치 센싱 동작을 예시적으로 도시하고 있다. 도 7a 및 도 7b에서, 광터치 스크린 장치(100) 내에는 편의상 제 2 광센서 트랜지스터(113)만이 도시되어 있다. 그러나 앞서 설명한 바와 같이, 광터치 스크린 장치(100)는 다수의 센싱 화소(110)들의 어레이와 구동 회로를 더 포함할 수 있다. 도 7a를 참조하면, 영상을 디스플레이 하기 위한 광(이하, 디스플레이 광)이 광터치 스크린 장치(100)를 통과하고 있다. 디스플레이 광은 예를 들어 액정 디스플레이의 경우에는 백라이트 광일 수 있으며, 유기 발광 디스플레이의 경우에는 디스플레이 화소에서 자체적으로 발생하는 광일 수 있다. 만약 사용자의 손가락이나 펜이 터치 센싱 화소(110t)와 접촉하고 있지 않으면, 디스플레이 광은 광터치 스크린 장치(100)를 그대로 통과하므로, 제 2 광센서 트랜지스터(113)에는 디스플레이 광이 도달하지 않는다. 따라서, 제 2 광센서 트랜지스터(113)의 드레인 전류가 낮아서 데이터 라인(Data)으로 전류가 거의 흐르지 않는다(LOW). 그러나, 도 7b에 도시된 바와 같이, 사용자의 손가락이나 펜이 터치 센싱 화소(110t)와 접촉하면, 디스플레이 광은 사용자의 손가락이나 펜에 의해 반사되어 제 2 광센서 트랜지스터(113)에 입사한다. 그러면, 제 2 광센서 트랜지스터(113)의 드레인 전류가 증가하므로, 데이터 라인(Data)으로 전류가 흐르게 된다(HIGH).
제 2 광센서 트랜지스터(113)가 적외선에 민감하도록 설계된 경우, 제 2 광센서 트랜지스터(113)의 터치 센싱 감도를 더욱 향상시키기 위하여, 백라이트 유닛에는 예를 들어 적외선을 방출하기 위한 적외선 광원이 더 포함될 수 있다. 또한, 광터치 스크린 장치(100)와 결합되는 디스플레이 소자가 유기 발광 디스플레이인 경우에는, 유기 발광 디스플레이는 적외선 광을 발생시키는 화소를 더 포함할 수도 있다. 이와 같이, 광센싱 화소(110p)의 제 1 광센서 트랜지스터(112)가 감지하는 빛의 파장과 터치 센싱 화소(110t)의 제 2 광센서 트랜지스터(113)가 감지하는 빛의 파장을 달리함으로써, 외부 광의 조사에 의한 리모트 광센싱과 직접적인 터치에 의한 터치 센싱을 식별하는 것이 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 광터치 스크린 장치(100)는 산화물 반도체 트랜지스터로 이루어지는 광센서 트랜지스터(112, 113)를 이용하여 리모트 센싱 기능과 터치 센싱 기능을 모두 수행할 수 있다. 따라서, 도 8에 도시된 바와 같이, 광터치 스크린 장치(100)로부터 멀리 떨어져 있는 사용자는 광원 장치(150)로 광을 조사함으로써 광터치 스크린 장치(100)를 제어할 수 있다. 반면, 광터치 스크린 장치(100)에 가까이 있는 사용자는 손가락이나 펜으로 광터치 스크린 장치(100)를 직접 터치함으로써 광터치 스크린 장치(100)를 제어할 수 있다. 더욱이, 본 실시예에 따른 광터치 스크린 장치(100)는 광원 장치(150)를 이용한 리모트 터치와 손가락이나 펜을 이용한 직접 터치를 동시에 수행하는 것도 가능하다.
한편, 도 4에 도시된 실시예에서는, 동일한 데이터 라인(Data)에 광센싱 화소(110p)와 터치 센싱 화소(110t)가 연결되어 있지만, 광센싱 화소(110p)와 터치 센싱 화소(110t)가 별도의 데이터 라인에 각각 연결되는 것도 가능하다. 도 5는 광센싱 화소(110p)와 터치 센싱 화소(110t)가 별도의 데이터 라인에 각각 연결된 광터치 스크린 장치의 센싱 화소(110')의 예시적인 구조를 도시하는 회로도이다. 도 5를 참조하면, 광센싱 화소(110p)의 스위치 트랜지스터(111)의 소스는 광센싱 데이터 라인(Photo Data)에 연결되어 있으며, 터치 센싱 화소(110t)의 스위치 트랜지스터(111)의 소스는 터치 센싱 데이터 라인(Touch Data)에 연결되어 있다. 일반적으로, 손가락이나 펜에서 반사된 디스플레이 광은 광원 장치(150)로부터 입사되는 빛에 비해 세기가 약하다. 그 결과, 제 2 광센서 트랜지스터(113)의 드레인 전류도 역시 제 1 광센서 트랜지스터(112)의 드레인 전류에 비해 약할 수 있다. 따라서, 터치 센싱 데이터 라인(Touch Data)은 도시되지 않은 별도의 노이즈 보상 회로 및 증폭 회로에 연결되어, 터치 센싱 화소(110t)로부터 출력되는 신호의 노이즈를 제거하고 세기를 증폭시킬 수도 있다. 두 개의 데이터 라인을 갖는다는 점 이외에, 도 5에 도시된 센싱 화소(110')의 구조 및 동작은 도 4에 도시된 센싱 화소(110)의 구조 및 동작과 같다.
지금까지, 광센싱 화소(110p)의 제 1 광센서 트랜지스터(112)와 터치 센싱 화소(110t)의 제 2 광센서 트랜지스터(113)가 서로 다른 파장 대역의 빛을 감지하는 것으로 설명하였다. 그러나, 외부 광의 조사에 의한 리모트 광센싱과 직접적인 터치에 의한 터치 센싱을 구별할 필요가 없다면, 제 1 광센서 트랜지스터(112)와 제 2 광센서 트랜지스터(113)가 동일한 파장 대역의 빛을 감지할 수도 있다. 이 경우, 제 1 광센서 트랜지스터(112)와 제 2 광센서 트랜지스터(113)는 동일한 구조를 가질 수 있다. 특히, 제 1 광센서 트랜지스터(112)와 제 2 광센서 트랜지스터(113)의 채널층의 구조와 성분이 동일할 수 있다. 그러면, 광터치 스크린 장치(100) 내의 센싱 화소(110, 110')는 광센싱 화소(110p)와 터치 센싱 화소(110t)의 구분 없이 모든 화소들이 리모트 광센싱 동작과 터치 센싱 동작을 모두 수행할 수 있다.
상술한 광터치 스크린 장치(100)는, 예를 들어, 얇고 투명한 박막 형태로 구현되어 디스플레이 패널의 표면에 부착되어 사용될 수 있다. 그러나, 디스플레이 화소와 센싱 화소가 하나로 통합되어 있는 인-셀(In-cell) 방식의 광터치 스크린 장치가 구현되는 것도 가능하다. 도 9 및 도 10은 인-셀 방식의 광터치 스크린 장치의 화소 어레이의 예시적인 구조를 도시하는 회로도이다.
도 9를 참조하면, 인-셀 방식의 광터치 스크린 장치(200)는 다수의 행(row)과 다수의 열(column)을 따라 배열된 다수의 디스플레이 화소(210d)들을 포함한다. 도 9에는 편의상, 하나의 열 내에서 행 방향으로 배열된 디스플레이 화소(210d)들만이 도시되어 있다. 각각의 디스플레이 화소(210d)는 적색 서브화소(R), 녹색 서브화소(G) 및 청색 서브화소(B)를 포함할 수 있다. 각각의 서브화소(R, G, B)는 디스플레이 셀(예컨대 LCD의 경우, 액정 셀)(212R, 212G, 212B) 및 상기 디스플레이 셀(212R, 212G, 212B)의 온/오프를 제어하기 위한 스위치 트랜지스터(211R, 211G, 211B)를 각각 포함할 수 있다. 동일한 디스플레이 화소(210d) 내의 스위치 트랜지스터(211R, 211G, 211B)들의 게이트는 공통의 게이트 라인에 연결되어 있다. 그리고, 스위치 트랜지스터(211R, 211G, 211B)들의 드레인에는 각각 별개의 영상 데이터 라인(Source1, Source2, Source3)이 연결되어 있으며, 소스에는 각각의 디스플레이 셀(212R, 212G, 212B)이 연결되어 있다.
또한, 광터치 스크린 장치(200)는 디스플레이 화소(210d)에 인접하여 행 방향을 따라 교대로 배열된 다수의 광센싱 화소(210p)와 터치 센싱 화소(210t)를 더 포함한다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, n, n+2, n+4 번째 행에는 광센싱 화소(210p)가 디스플레이 화소(210d)에 인접하여 배치될 수 있으며, n+1, n+3, n+5 번째 행에는 터치 센싱 화소(210t)가 디스플레이 화소(210d)에 인접하여 배치될 수 있다. 광센싱 화소(210p)와 터치 센싱 화소(210t)는 디스플레이 화소(210d)와 동일 기판 위에 인-셀 방식으로 통합되어 형성될 수 있다. 예컨대, 어느 한 행에 배치된 광센싱 화소(210p) 또는 터치 센싱 화소(210t)의 스위치 트랜지스터(111)의 게이트는 동일한 행에 배치된 디스플레이 화소(210d)의 스위치 트랜지스터(211R, 211G, 211B)들의 게이트와 함께 공통의 게이트 라인에 연결되어 있다. 따라서, 예를 들어 n번째 게이트 라인(Gate n)에 게이트 전압이 인가되면 n번째 행에 배치된 디스플레이 화소(210d)의 스위치 트랜지스터(211R, 211G, 211B)와 광센싱 화소(210p)의 스위치 트랜지스터(111)가 동시에 ON된다. 또한, n+1번째 게이트 라인(Gate n+1)에 게이트 전압이 인가되면 n+1번째 행에 배치된 디스플레이 화소(210d)의 스위치 트랜지스터(211R, 211G, 211B)와 터치 센싱 화소(210t)의 스위치 트랜지스터(111)가 동시에 ON된다.
그 밖에, 광센싱 화소(210p)와 터치 센싱 화소(210t)의 구조 및 동작은 도 4에서 설명한 광센싱 화소(110p)와 터치 센싱 화소(110t)의 구조 및 동작과 같다. 예를 들어, 광센싱 화소(210p)의 제 1 광센서 트랜지스터(112)는 녹색, 청색 또는 자외선(UV) 대역의 상대적으로 짧은 파장에 보다 민감하도록 설계될 수 있다. 또한 터치 센싱 화소(110t)의 제 2 광센서 트랜지스터(113)는 적색이나 적외선(IR)과 같은 상대적으로 긴 파장에 보다 민감하도록 설계될 수 있다. 대신에, 제 1 광센서 트랜지스터(112)와 제 2 광센서 트랜지스터(113)는 동일한 파장 대역의 빛을 감지하는 동일 구조의 산화물 반도체 트랜지스터일 수도 있다.
한편, 본 실시예에 따르면, 광센서 트랜지스터(112, 113)를 리셋시키기 위한 리셋 신호를 제공하는 리셋 라인(Reset)은, 도 9에 도시된 바와 같이, 선행하는 행의 광센서 트랜지스터(112, 113)의 게이트와 후속하는 행의 게이트 라인 사이에 연결될 수 있다. 예를 들어, n번째 행에 배열되어 있는 광센싱 화소(210p) 내의 제 1 광센서 트랜지스터(112)의 게이트는 리셋 라인(Reset)을 통해 n+1번째 게이트 라인(Gate n+1)과 연결될 수 있다. 또한, n+1번째 행에 배열되어 있는 터치 센싱 화소(210t) 내의 제 2 광센서 트랜지스터(113)의 게이트는 리셋 라인(Reset)을 통해 n+2번째 게이트 라인(Gate n+2)과 연결될 수 있다. 이 경우, 각각의 광센서 트랜지스터(112, 113)에 리셋 신호를 순차적으로 제공하기 위한 별도의 구동 회로가 필요하지 않다. 단지 각각의 게이트 라인에 게이트 신호를 순차적으로 인가하는 하나의 게이트 드라이버(도시되지 않음)로 광센서 트랜지스터(112, 113)의 리셋 동작까지 구현할 수 있다. 따라서, 광터치 스크린 장치(200)의 구성이 간단해질 수 있어서, 공간 활용성의 향상, 공정 비용의 절감 및 전력 소비량의 감소 등과 같은 효과를 얻을 수 있다.
도 9의 좌측에 표시된 타이밍도를 참조하면, n번째 게이트 라인(Gate n)에 하이(HIGH) 전압(즉, 스위치 트랜지스터(211R, 211G, 211B, 111)의 문턱 전압 이상의 전압)을 인가하여, n번째 행의 디스플레이 화소(210d)에 영상을 표시하는 동시에 광센싱 화소(210p)로부터 광센싱 신호를 출력한다. 나머지 게이트 라인들에는 로우(LOW) 전압이 인가된다. 이때, n+1번째 게이트 라인(Gate n+1)과 연결된 제 1 광센서 트랜지스터(112)의 게이트에도 역시 로우(LOW) 전압이 인가될 수 있다. 여기서, 로우(LOW) 전압은 예를 들어 제 1 광센서 트랜지스터(112)의 문턱전압보다 낮은 전압일 수 있다.
그런 후, n+1번째 게이트 라인(Gate n+1)에 하이(HIGH) 전압을 인가하여 n+1번째 행의 디스플레이 화소(210d)에 영상을 표시하는 동시에 터치 센싱 화소(210t)로부터 터치 센싱 신호를 출력한다. 나머지 게이트 라인들에는 로우(LOW) 전압이 인가된다. 이때, 리셋 라인(Reset)을 통해 n+1번째 게이트 라인(Gate n+1)과 연결된 n번째 행의 제 1 광센서 트랜지스터(112)의 게이트에도 하이(HIGH) 전압이 인가된다. 여기서, 하이(HIGH) 전압은 제 1 광센서 트랜지스터(112)를 리셋시키기에 충분한 양의 전압일 수 있다. 즉, 하이(HIGH) 전압은 스위치 트랜지스터(211R, 211G, 211B, 111)의 문턱 전압과 제 1 광센서 트랜지스터(112)를 리셋시키기 위한 전압 중에서 더 큰 전압일 수 있다. 따라서, n+1번째 행의 터치 센싱 화소(210t)들로부터 터치 센싱 신호를 출력하는 동안, n번째 행의 광센싱 화소(210p) 내의 제 1 광센서 트랜지스터(112)들이 리셋될 수 있다. 이러한 방식으로 어느 한 행의 광센싱 화소(210p)나 터치 센싱 화소(210t)로부터 신호를 출력하는 동안, 그에 선행하는 행의 광센서 트랜지스터(112, 113)를 리셋시킬 수 있다.
도 10은 광센싱 화소(210p)와 터치 센싱 화소(210t)가 별도의 데이터 라인에 각각 연결된 광터치 스크린 장치(200')의 예시적인 구조를 도시하는 회로도이다. 도 10을 참조하면, 광센싱 화소(210p)의 스위치 트랜지스터(111)의 소스는 광센싱 데이터 라인(Photo Data)에 연결되어 있으며, 터치 센싱 화소(210t)의 스위치 트랜지스터(111)의 소스는 터치 센싱 데이터 라인(Touch Data)에 연결되어 있다. 도 5에서 설명한 바와 같이, 터치 센싱 데이터 라인(Touch Data)은 도시되지 않은 별도의 노이즈 보상 회로 및 증폭 회로에 연결되어, 터치 센싱 화소(210t)로부터 출력되는 신호의 노이즈를 제거하고 세기를 증폭시킬 수도 있다. 두 개의 데이터 라인을 갖는다는 점 이외에, 도 10에 도시된 광터치 스크린 장치(200')의 구조 및 동작은 도 9에 도시된 광터치 스크린 장치(200)의 구조 및 동작과 동일하다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 리모트 센싱과 터치 센싱이 가능한 광터치 스크린 장치에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
10.....산화물 반도체 트랜지스터 11.....기판
12.....절연층 13.....게이트
14.....게이트 절연막 15.....채널층
16.....소스 17.....드레인
18.....투명 절연층 100, 200....광터치 스크린 장치
110, 110'....센싱 화소 111....스위치 트랜지스터
112, 113.....광센서 트랜지스터 210d...디스플레이 화소
210p...광센싱 화소 210t...터치 센싱 화소

Claims (22)

  1. 다수의 행과 다수의 열을 따라 배열된 다수의 센싱 화소들을 포함하며,
    각각의 센싱 화소는 외부의 광원에서 조사되는 광을 감지하는 광센싱 화소와 화면 터치시 반사되는 디스플레이 광을 감지하는 터치 센싱 화소를 포함하고,
    상기 광센싱 화소는 서로 직렬로 연결된 제 1 광센서 트랜지스터와 제 1 스위치 트랜지스터를 포함하며, 상기 터치 센싱 화소는 서로 직렬로 연결된 제 2 광센서 트랜지스터와 제 2 스위치 트랜지스터를 포함하는 광터치 스크린 장치에 있어서,
    상기 광터치 스크린 장치는, 상기 광센싱 화소의 제 1 스위치 트랜지스터의 게이트와 연결되는 제 1 게이트 라인, 상기 광센싱 화소의 제 1 광센서 트랜지스터의 게이트와 연결되는 제 1 리셋 라인, 상기 터치 센싱 화소의 제 2 스위치 트랜지스터의 게이트와 연결되는 제 2 게이트 라인, 및 상기 터치 센싱 화소의 제 2 광센서 트랜지스터의 게이트와 연결되는 제 2 리셋 라인을 더 포함하고,
    상기 제 1 리셋 라인은 어느 한 행에 배열된 제 1 광센서 트랜지스터의 게이트와 그 행에 후속하는 다른 행의 제 2 게이트 라인 사이에 연결되어 있으며, 상기 제 2 리셋 라인은 어느 한 행에 배열된 제 2 광센서 트랜지스터의 게이트와 그 행에 후속하는 다른 행의 제 1 게이트 라인 사이에 연결되어 있는 광터치 스크린 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광센싱 화소와 상기 터치 센싱 화소는 행 방향을 따라 교대로 배열되어 있는 광터치 스크린 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광센싱 화소의 제 1 스위치 트랜지스터의 소스와 상기 터치 센싱 화소의 제 2 스위치 트랜지스터의 소스에 공통으로 연결된 데이터 라인을 더 포함하는 광터치 스크린 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광센싱 화소의 제 1 스위치 트랜지스터의 소스에 연결된 제 1 데이터 라인, 및 상기 터치 센싱 화소의 제 2 스위치 트랜지스터의 소스에 연결된 제 2 데이터 라인을 더 포함하는 광터치 스크린 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광센서 트랜지스터와 제 2 광센서 트랜지스터는 서로 다른 파장 대역의 빛을 감지하도록 설계된 산화물 반도체 트랜지스터인 광터치 스크린 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 광센서 트랜지스터는 상대적으로 짧은 제 1 파장 대역의 빛을 감지하며, 상기 제 2 광센서 트랜지스터는 제 1 파장 대역보다 긴 제 2 파장 대역의 빛을 감지하는 광터치 스크린 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 파장 대역은 녹색, 청색 및 자외선 대역 중에서 적어도 하나의 대역을 포함하며, 상기 제 2 파장 대역은 적색 및 적외선 대역 중에서 적어도 하나의 대역을 포함하는 광터치 스크린 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광센서 트랜지스터와 제 2 광센서 트랜지스터는 서로 동일한 파장 대역의 빛을 감지하도록 설계된 동일한 구조의 산화물 반도체 트랜지스터인 광터치 스크린 장치.
  11. 다수의 행과 다수의 열을 따라 배열된 다수의 디스플레이 화소와 다수의 센싱 화소들을 포함하며,
    각각의 센싱 화소는 외부의 광원에서 조사되는 광을 감지하는 광센싱 화소와 화면 터치시 반사되는 디스플레이 광을 감지하는 터치 센싱 화소를 포함하고,
    상기 광센싱 화소는 서로 직렬로 연결된 제 1 광센서 트랜지스터와 제 1 스위치 트랜지스터를 포함하며, 상기 터치 센싱 화소는 서로 직렬로 연결된 제 2 광센서 트랜지스터와 제 2 스위치 트랜지스터를 포함하고,
    각각의 디스플레이 화소는 디스플레이 셀 및 상기 디스플레이 셀의 온/오프를 제어하기 위한 제 3 스위치 트랜지스터를 포함하는 광터치 스크린 장치에 있어서,
    상기 광터치 스크린 장치는, 상기 광센싱 화소의 제 1 스위치 트랜지스터의 게이트 및 상기 디스플레이 화소의 제 3 스위치 트랜지스터의 게이트와 연결되는 제 1 게이트 라인, 상기 광센싱 화소의 제 1 광센서 트랜지스터의 게이트와 연결되는 제 1 리셋 라인, 상기 터치 센싱 화소의 제 2 스위치 트랜지스터의 게이트 및 상기 디스플레이 화소의 제 3 스위치 트랜지스터의 게이트와 연결되는 제 2 게이트 라인, 및 상기 터치 센싱 화소의 제 2 광센서 트랜지스터의 게이트와 연결되는 제 2 리셋 라인을 더 포함하는 광터치 스크린 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    다수의 디스플레이 화소가 행 방향으로 배열되어 있으며, 상기 광센싱 화소와 상기 터치 센싱 화소는 각각의 대응하는 디스플레이 화소에 인접하여 배치되는 광터치 스크린 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 광센싱 화소와 상기 터치 센싱 화소는 행 방향을 따라 교대로 배열되어 있는 광터치 스크린 장치.
  14. 삭제
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 광센싱 화소의 제 1 스위치 트랜지스터의 소스와 상기 터치 센싱 화소의 제 2 스위치 트랜지스터의 소스에 공통으로 연결된 데이터 라인을 더 포함하는 광터치 스크린 장치.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 광센싱 화소의 제 1 스위치 트랜지스터의 소스에 연결된 제 1 데이터 라인, 및 상기 터치 센싱 화소의 제 2 스위치 트랜지스터의 소스에 연결된 제 2 데이터 라인을 더 포함하는 광터치 스크린 장치.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 리셋 라인은 어느 한 행에 배열된 제 1 광센서 트랜지스터의 게이트와 그 행에 후속하는 다른 행의 제 2 게이트 라인 사이에 연결되어 있으며, 상기 제 2 리셋 라인은 어느 한 행에 배열된 제 2 광센서 트랜지스터의 게이트와 그 행에 후속하는 다른 행의 제 1 게이트 라인 사이에 연결되어 있는 광터치 스크린 장치.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 디스플레이 화소의 제 3 스위치 트랜지스터의 드레인에 연결된 영상 데이터 라인을 더 포함하며, 상기 제 3 스위치 트랜지스터의 소스에는 상기 디스플레이 셀이 연결되어 있는 광터치 스크린 장치.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 광센서 트랜지스터와 제 2 광센서 트랜지스터는 서로 다른 파장 대역의 빛을 감지하도록 설계된 산화물 반도체 트랜지스터인 광터치 스크린 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 광센서 트랜지스터는 상대적으로 짧은 제 1 파장 대역의 빛을 감지하며, 상기 제 2 광센서 트랜지스터는 제 1 파장 대역보다 긴 제 2 파장 대역의 빛을 감지하는 광터치 스크린 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 파장 대역은 녹색, 청색 및 자외선 대역 중에서 적어도 하나의 대역을 포함하며, 상기 제 2 파장 대역은 적색 및 적외선 대역 중에서 적어도 하나의 대역을 포함하는 광터치 스크린 장치.
  22. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 광센서 트랜지스터와 제 2 광센서 트랜지스터는 서로 동일한 파장 대역의 빛을 감지하도록 설계된 동일한 구조의 산화물 반도체 트랜지스터인 광터치 스크린 장치.
KR1020110086562A 2011-08-29 2011-08-29 리모트 센싱과 터치 센싱이 가능한 광터치 스크린 장치 KR101799523B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110086562A KR101799523B1 (ko) 2011-08-29 2011-08-29 리모트 센싱과 터치 센싱이 가능한 광터치 스크린 장치
CN201210051118.8A CN102968220B (zh) 2011-08-29 2012-03-01 能够远程感测和触摸感测的光学触摸屏装置
US13/434,164 US9035910B2 (en) 2011-08-29 2012-03-29 Touch sensing and remote sensing optical touch screen apparatuses
EP12175507.8A EP2565756B1 (en) 2011-08-29 2012-07-09 Touch sensing and remote sensing optical touch screen apparatuses
JP2012155288A JP6344880B2 (ja) 2011-08-29 2012-07-11 リモートセンシングとタッチセンシングとが可能な光タッチスクリーン装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110086562A KR101799523B1 (ko) 2011-08-29 2011-08-29 리모트 센싱과 터치 센싱이 가능한 광터치 스크린 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130023641A KR20130023641A (ko) 2013-03-08
KR101799523B1 true KR101799523B1 (ko) 2017-11-21

Family

ID=46548223

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110086562A KR101799523B1 (ko) 2011-08-29 2011-08-29 리모트 센싱과 터치 센싱이 가능한 광터치 스크린 장치

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9035910B2 (ko)
EP (1) EP2565756B1 (ko)
JP (1) JP6344880B2 (ko)
KR (1) KR101799523B1 (ko)
CN (1) CN102968220B (ko)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101906968B1 (ko) * 2012-12-28 2018-12-07 삼성전자주식회사 이종 센싱 터치스크린 장치 및 그 구동 방법
CN103294283B (zh) * 2013-05-17 2017-05-03 京东方科技集团股份有限公司 一种光学传感式内嵌触摸屏及显示装置
KR102080861B1 (ko) 2013-08-06 2020-02-25 삼성디스플레이 주식회사 광 감지 회로, 이를 포함하는 광 감지 패널 및 이 광 감지 패널을 포함하는 표시 장치
CN103728760A (zh) * 2013-12-26 2014-04-16 深圳市华星光电技术有限公司 一种触摸液晶显示屏阵列基板及相应的触摸液晶显示屏
CN104091559B (zh) * 2014-06-19 2016-09-14 京东方科技集团股份有限公司 像素电路及其驱动方法、显示装置
JP6276685B2 (ja) * 2014-12-26 2018-02-07 エルジー ディスプレイ カンパニー リミテッド 表示装置用の光センサ画素回路および表示装置
CN104635988A (zh) * 2015-02-10 2015-05-20 京东方科技集团股份有限公司 触摸基板及其制作方法、触摸显示面板和显示装置
CN104679355B (zh) * 2015-03-19 2017-10-10 合肥鑫晟光电科技有限公司 一种光学触摸屏及显示装置
CN107924252B (zh) * 2015-08-31 2020-10-20 夏普株式会社 电容检测方法、位置检测方法、触摸面板控制器以及电子设备
CN105224138B (zh) 2015-10-22 2019-04-19 京东方科技集团股份有限公司 悬浮触控显示装置
US9898142B2 (en) 2016-04-01 2018-02-20 Ford Global Technologies, Llc Touch detection on a curved surface
CN106652813A (zh) * 2016-12-05 2017-05-10 信利（惠州）智能显示有限公司 Led显示装置、显示面板和遥控器
KR102395843B1 (ko) * 2017-12-29 2022-05-06 엘지디스플레이 주식회사 표시 장치
KR102572431B1 (ko) * 2018-08-22 2023-08-29 엘지디스플레이 주식회사 표시장치
CN109710112A (zh) * 2019-01-16 2019-05-03 北京集创北方科技股份有限公司 触控信号采集方法、装置及屏幕信号采集系统
DE112020002194T5 (de) * 2019-04-30 2022-06-09 Ams International Ag Oled-anzeigeschirm mit einer lichtabsorbierenden schicht und gerät mit einem solchen oled-anzeigeschirm
US11637153B2 (en) * 2019-09-26 2023-04-25 Apple Inc. Displays with optical edge sensors
TWI745081B (zh) * 2020-09-14 2021-11-01 友達光電股份有限公司 光學觸控裝置
CN112667108A (zh) * 2021-01-04 2021-04-16 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 触控显示装置、其触控方法

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11119910A (ja) 1997-10-15 1999-04-30 Sharp Corp 入出力装置
TW480727B (en) * 2000-01-11 2002-03-21 Semiconductor Energy Laboratro Semiconductor display device
JP4112184B2 (ja) 2000-01-31 2008-07-02 株式会社半導体エネルギー研究所 エリアセンサ及び表示装置
TWI363206B (en) * 2003-02-28 2012-05-01 Samsung Electronics Co Ltd Liquid crystal display device
JP2007535728A (ja) 2004-02-24 2007-12-06 ニューライト・コーポレイション フラットパネルディスプレイ用ペンライト・タッチスクリーン・データ入力システムおよび方法
US7750896B2 (en) * 2005-06-15 2010-07-06 Pioneer Corporation Display device having intermediate films paired with light emitting elements for displaying a location specified by a user with a pointer
JP2007310628A (ja) * 2006-05-18 2007-11-29 Hitachi Displays Ltd 画像表示装置
WO2008018768A1 (en) 2006-08-10 2008-02-14 Lg Chem, Ltd. A light guide plate for system inputting coordinate contactlessly, a system comprising the same and a method for inputting coordinate contactlessly using the same
JP4932526B2 (ja) 2007-02-20 2012-05-16 株式会社 日立ディスプレイズ 画面入力機能付き画像表示装置
CN101266346B (zh) * 2007-03-13 2010-05-26 瀚宇彩晶股份有限公司 光敏元件及应用此光敏元件的液晶显示器
KR100942293B1 (ko) 2007-07-12 2010-02-16 주식회사 토비스 광을 이용한 터치 센싱 방법 및 그에 따른 터치패널 장치와시스템
US20090096762A1 (en) 2007-10-16 2009-04-16 Epson Imaging Devices Corporation Input device, display device with input function, and electronic apparatus
TWI585955B (zh) * 2008-11-28 2017-06-01 半導體能源研究所股份有限公司 光感測器及顯示裝置
KR20100095951A (ko) 2009-02-23 2010-09-01 주식회사 팬택 휴대 전자기기 및 그것의 제어방법
CN101900899B (zh) 2009-05-25 2012-03-07 瀚宇彩晶股份有限公司 光学式触控面板结构
JP2011060953A (ja) * 2009-09-09 2011-03-24 Murata Mfg Co Ltd 光センサ
KR101264727B1 (ko) 2009-09-24 2013-05-15 엘지디스플레이 주식회사 터치 패널 내장형 액정 표시 장치
KR101727469B1 (ko) * 2009-11-06 2017-04-17 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 표시 장치
TWI507934B (zh) 2009-11-20 2015-11-11 Semiconductor Energy Lab 顯示裝置
JP2011123580A (ja) * 2009-12-09 2011-06-23 Sharp Corp 指示入力システム及び光学式指示入力装置
KR101672343B1 (ko) * 2009-12-10 2016-11-04 삼성전자주식회사 광터치 패널 및 그 구동 방법
KR101672346B1 (ko) 2010-12-02 2016-11-03 삼성전자주식회사 투명 전도성 물질의 설계 방법 및 안티몬이 도핑된 바륨 주석 산화물 단결정의 제조방법
KR101631984B1 (ko) 2010-12-06 2016-06-21 삼성전자주식회사 광센싱 회로, 상기 광센싱 회로의 제조 방법, 및 상기 광센싱 회로를 포함하는 광터치 패널
KR101906974B1 (ko) 2011-04-25 2018-10-12 삼성전자주식회사 광센싱 장치 및 그 구동 방법
KR102021908B1 (ko) 2011-05-03 2019-09-18 삼성전자주식회사 광터치 스크린 장치 및 그 구동 방법

Also Published As

Publication number Publication date
EP2565756A2 (en) 2013-03-06
EP2565756A3 (en) 2014-10-29
JP2013047936A (ja) 2013-03-07
CN102968220B (zh) 2017-09-22
US20130050148A1 (en) 2013-02-28
JP6344880B2 (ja) 2018-06-20
CN102968220A (zh) 2013-03-13
EP2565756B1 (en) 2019-11-13
KR20130023641A (ko) 2013-03-08
US9035910B2 (en) 2015-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101799523B1 (ko) 리모트 센싱과 터치 센싱이 가능한 광터치 스크린 장치
KR101819980B1 (ko) 광센싱 장치 및 그 구동 방법, 광센싱 장치를 포함하는 광터치 스크린 장치
KR101854187B1 (ko) 광센싱 장치 및 그 구동 방법, 광센싱 장치를 포함하는 광터치 스크린 장치
KR102021908B1 (ko) 광터치 스크린 장치 및 그 구동 방법
KR102056905B1 (ko) 광센싱 장치 및 그 구동 방법, 광센싱 장치를 포함하는 광터치 스크린 장치
KR101631984B1 (ko) 광센싱 회로, 상기 광센싱 회로의 제조 방법, 및 상기 광센싱 회로를 포함하는 광터치 패널
KR101906974B1 (ko) 광센싱 장치 및 그 구동 방법
KR101810608B1 (ko) 광센싱 장치 및 그 구동 방법, 광센싱 장치를 포함하는 광터치 스크린 장치
US9256317B2 (en) Hybrid sensing touchscreen apparatus capable of light touch sensing and physical touch sensing and method of driving the same
JP2008096523A (ja) 表示装置
JP2011243950A (ja) 光センシング回路、該光センシング回路の駆動方法、及び該光センシング回路を採用した光センシング装置
KR20110117993A (ko) 단순화된 광센싱 회로 및 상기 광센싱 회로를 채용한 리모트 광터치 패널 및 영상 획득 장치
KR101931676B1 (ko) 광 센서, 이를 포함하는 표시 장치 및 그 구동 방법
KR101899482B1 (ko) 광센싱 회로, 상기 광센싱 회로의 제조 방법 및 상기 광센싱 회로를 포함하는 광터치 패널
KR101951322B1 (ko) 광센싱 장치 및 그 구동 방법, 광센싱 장치를 포함하는 광터치 스크린 장치
KR101912714B1 (ko) 광터치 스크린 장치 및 그 구동 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right