KR20180062492A - 터치표시장치, 표시패널 및 일체형 스위치 소자 - Google Patents

터치표시장치, 표시패널 및 일체형 스위치 소자 Download PDF

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KR20180062492A
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Abstract

본 실시예들은, 터치표시장치, 표시패널 및 일체형 스위치 소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 픽셀전극과 데이터 라인 사이에 전기적으로 연결된 스위칭 트랜지스터와, 이러한 스위칭 트랜지스터의 제1전극과 제2전극 사이에 연결된 센서 패턴을 포함하는 일체화 스위치 소자와, 이를 포함하는 터치표시장치 및 표시패널에 관한 것이다. 이러한 본 실시예들에 의하면, 하나의 소자만으로 디스플레이 구동을 위한 스위칭 기능과, 터치위치 및/또는 지문을 센싱하기 위한 센서 기능을 모두 제공할 수 있고, 큰 사이즈를 갖는 터치 센서를 별도로 가질 필요가 없으며, 기생 캐패시턴스의 영향을 받지 않고, 캐패시턴스 기반의 터치센싱이 불가능한 구조 및 회로 등의 시스템 상황에서도 터치위치 및/또는 지문을 정확하게 센싱할 수 있다.

Description

터치표시장치, 표시패널 및 일체형 스위치 소자{TOUCH DISPLAY DEVICE, DISPLAY PANEL, AND ALL IN ONE SWITCH DEVICE}
본 발명은 터치표시장치, 표시패널 및 일체형 스위치 소자에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하기 위한 표시장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 근래에는 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display Device), 플라즈마 표시장치(PDP: Plasma Display Panel), 유기발광표시장치(OLED: Organic Light Emitting Display Device) 등과 같은 여러 가지 표시장치가 활용되고 있다.
이러한 표시장치 중에는 버튼, 키보드, 마우스 등의 통상적인 입력방식에서 탈피하여, 사용자가 손쉽게 정보 혹은 명령을 직관적이고 편리하게 입력할 수 있도록 해주는 터치 기반의 입력방식을 제공할 수 있는 터치표시장치가 있다.
이러한 터치표시장치가 터치 기반의 입력 방식을 제공하기 위해서는, 사용자의 터치 유무를 파악하고 터치 좌표(터치 위치)를 정확하게 검출할 수 있어야 한다.
한편, 요즈음, 터치표시장치는, 온라인 뱅킹, 상품 구매, 애플리케이션 구매 및 다운로드 등을 위한 사용자 인증 수단으로서 생체 정보인 지문을 활용하기도 한다.
이러한 터치표시장치는, 각종 응용 기능을 위하여, 사용자의 지문을 감지하고, 감지된 지문을 미리 저장된 지문과 비교하여 사용자 인증을 제공한다.
전술한 바와 같이, 터치표시장치는, 다양한 응용 기능을 정확하게 수행하기 위해서는, 터치 위치 또는 지문을 정확하게 센싱하는 것이 무엇보다 중요하다.
하지만, 기존의 터치표시장치는, 주로, 터치 센서에 해당하는 전극에 터치 센싱을 위하여 소정의 구동전압을 인가하고, 터치 센서와 손가락 또는 다른 전극 사이에 발생하는 캐패시턴스에 기반하여 터치 위치 또는 지문을 센싱하고 있다.
이러한 캐패시턴스 기반으로 터치 위치 또는 지문을 센싱하는 경우, 터치 센싱에는 불필요한 기생 캐패시턴스에 의한 터치센싱 정확도가 떨어지는 문제점이 발생하고 있다.
이뿐만 아니라, 특정 영역에서 터치 위치를 센싱하거나 지문을 센싱하는 경우, 구조적 또는 회로적인 이유 등으로 캐패시턴스에 기반한 센싱이 불가능한 경우도 있다.
또한, 종래의 터치센싱 기술은, 다수의 터치 센서를 터치스크린 패널 또는 이를 내장하는 표시패널에 형성해야 하기 때문에 패널 제작 공정이 복잡하고 어려운 문제점이 있고, 패널 두께도 두꺼워지는 문제점도 있다.
이러한 배경에서, 본 실시예들의 목적은, 디스플레이 구동을 위한 스위칭 기능과, 터치위치 및/또는 지문을 센싱하기 위한 센서 기능을 수행할 수 있는 일체형 스위치 소자와, 이를 포함하는 터치표시장치 및 표시패널을 제공하는 데 있다.
본 실시예들의 다른 목적은, 큰 사이즈를 갖는 터치 센서를 별도로 갖지 않고도 터치위치 및/또는 지문을 정확하게 센싱할 수 있는 터치표시장치, 표시패널 및 일체형 스위치 소자를 제공하는 데 있다.
본 실시예들의 또 다른 목적은, 기생 캐패시턴스의 영향을 받지 않고 터치위치 및/또는 지문을 정확하게 센싱할 수 있는 터치표시장치, 표시패널 및 일체형 스위치 소자를 제공하는 데 있다.
본 실시예들의 또 다른 목적은, 캐패시턴스 기반의 터치센싱이 불가능한 구조 및 회로 등의 시스템 상황에서도 터치위치 및/또는 지문을 정확하게 센싱할 수 있는 터치표시장치, 표시패널 및 일체형 스위치 소자를 제공하는 데 있다.
본 실시예들의 또 다른 목적은, 광 방식으로 터치위치 및/또는 지문을 정확하게 센싱할 수 있는 터치표시장치, 표시패널 및 일체형 스위치 소자를 제공하는 데 있다.
본 실시예들의 또 다른 목적은, 이동도 및 응답속도를 빠르게 해주고, 얇은 베젤(Bezel), 고해상도, 높은 개구율 및 낮은 소비전력 등에도 도움을 주면서, 터치위치 및/또는 지문을 정확하게 센싱할 수 있는 터치표시장치, 표시패널 및 일체형 스위치 소자를 제공하는 데 있다.
일 측면에서, 본 실시예들은, 데이터 라인 및 게이트 라인이 배치되고, 데이터 라인 및 게이트 라인에 의해 정의되는 픽셀영역에 픽셀전극이 배치된 표시패널을 포함하고, 픽셀영역에는, 픽셀전극과 전기적으로 연결된 제1전극, 데이터 라인과 전기적으로 연결된 제2전극, 게이트 라인과 전기적으로 연결된 제3전극 및 양단이 제1전극과 제2전극에 접촉된 반도체 층을 갖는 스위칭 트랜지스터와, 양단이 제1전극과 제2전극에 직접 또는 간접적 접촉된 센서 패턴이 배치되는 터치표시장치를 제공할 수 있다.
다른 측면에서, 본 실시예들은, 픽셀전극과, 픽셀전극 및 데이터 라인 사이에 전기적으로 연결된 스위칭 트랜지스터와, 스위칭 트랜지스터의 제1전극과 제2전극 사이에 연결된 센서 패턴을 포함하는 표시패널을 제공할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 실시예들은, 데이터 라인 및 게이트 라인이 배치되고, 데이터 라인 및 게이트 라인에 의해 정의되는 픽셀을 포함하되, 픽셀영역에는, 픽셀전극과, 픽셀전극과 전기적으로 연결된 제1전극, 데이터 라인과 전기적으로 연결된 제2전극, 게이트 라인과 전기적으로 연결된 제3전극 및 양단이 제1전극과 제2전극에 접촉하는 반도체 층을 갖는 스위칭 트랜지스터와, 일단이 제1전극에 접촉되고 타단이 제2전극에 접촉된 센서 패턴이 배치되는 표시패널을 제공할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 실시예들은, 픽셀전극과 전기적으로 연결된 제1전극과, 데이터 라인과 전기적으로 연결된 제2전극과, 게이트 라인과 전기적으로 연결된 제3전극과, 일단이 제1전극의 일단과 접촉되고, 타단이 제2전극의 일단과 접촉되는 반도체 층과, 일단이 제1전극의 타단과 접촉되고, 타단이 제2전극의 타단과 접촉되는 센서 패턴을 포함하는 일체형 스위치 소자를 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 본 실시예들에 의하면, 디스플레이 구동을 위한 스위칭 기능과, 터치위치 및/또는 지문을 센싱하기 위한 센서 기능을 수행할 수 있는 일체형 스위치 소자와, 이를 포함하는 터치표시장치 및 표시패널을 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 큰 사이즈를 갖는 터치 센서를 별도로 갖지 않고도 터치위치 및/또는 지문을 정확하게 센싱할 수 있는 터치표시장치, 표시패널 및 일체형 스위치 소자를 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 기생 캐패시턴스의 영향을 받지 않고 터치위치 및/또는 지문을 정확하게 센싱할 수 있는 터치표시장치, 표시패널 및 일체형 스위치 소자를 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 캐패시턴스 기반의 터치센싱이 불가능한 구조 및 회로 등의 시스템 상황에서도 터치위치 및/또는 지문을 정확하게 센싱할 수 있는 터치표시장치, 표시패널 및 일체형 스위치 소자를 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 광 방식으로 터치위치 및/또는 지문을 정확하게 센싱할 수 있는 터치표시장치, 표시패널 및 일체형 스위치 소자를 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 이동도 및 응답속도를 빠르게 해주고, 얇은 베젤(Bezel), 고해상도, 높은 개구율 및 낮은 소비전력 등에도 도움을 주면서, 터치위치 및/또는 지문을 정확하게 센싱할 수 있는 터치표시장치, 표시패널 및 일체형 스위치 소자를 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시예들에 따른 터치표시장치의 간략한 시스템 구성도이다.
도 2는 본 실시예들에 따른 터치표시장치의 2가지 터치 센싱을 나타낸 도면이다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 실시예들에 따른 터치표시장치의 지문 센싱 영역의 예시도들이다.
도 4는 본 실시예들에 따른 터치표시장치의 터치센싱구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 실시예들에 따른 터치표시장치의 터치센싱구조의 등가회로도를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 실시예들에 따른 터치표시장치의 디스플레이 구동을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 실시예들에 따른 터치표시장치의 터치 센싱을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 실시예들에 따른 터치센싱구조의 평면도이다.
도 9는 본 실시예들에 따른 터치센싱구조의 단면도이다.
도 10은 본 실시예들에 따른 터치센싱구조의 감광성 특징과 이에 따른 전기적 특성을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 실시예들에 따른 터치센싱구조의 감광성을 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 실시예들에 따른 터치센싱구조의 구조적인 특징을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 실시예들에 따른 터치센싱구조에서 센서 패턴의 광 파장에 대한 감광도를 나타낸 그래프이다.
도 14는 본 실시예들에 따른 터치센싱구조에서 센서 패턴의 구현 예시도들이다.
도 15는 본 실시예들에 따른 터치센싱구조에서, 광 파장 대역 별로 감광성을 갖는 센서 패턴의 물질을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 16은 본 실시예들에 따른 터치센싱구조에서, 비정질 실리콘을 포함하는 센서 패턴에 대하여, 3가지 광 조사 상황에서 강괌도를 나타내는 그래프이다.
도 17은 본 실시예들에 따른 터치센싱구조에서, n+ 또는 p+이 도핑 된 비정질 실리콘을 포함하는 센서 패턴에 대하여, 3가지 광 조사 상황에서 강괌도를 나타내는 그래프이다.
도 18은 본 실시예들에 따른 터치표시장치의 광 조자 장치를 나타낸 도면이다.
도 19는 본 실시예들에 따른 터치표시장치에서, 지문센싱을 위한 광 조자 장치의 예시도이다.
도 20은 본 실시예들에 따른 터치표시장치의 동작 모드를 나타낸 도면이다.
도 21은 본 실시예들에 따른 터치표시장치의 구동회로를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)의 간략한 시스템 구성도이고, 도 2는 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)의 2가지 터치 센싱을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)는, 영상 표시 기능과 터치 입력 기능을 제공할 수 있다.
본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)는, 영상 표시 기능을 제공하기 위하여, 표시패널(110), 데이터구동회로(120), 게이트구동회로(130), 컨트롤러(140) 등을 포함할 수 있다.
표시패널(110)에는 다수의 데이터 라인(DL) 및 다수의 게이트 라인(GL)이 배치된다.
또한, 표시패널(110)에는 데이터 라인(DL) 및 다수의 게이트 라인(GL)에 의해 정의되는 다수의 픽셀(Pixel)이 배치된 배열된다.
각 픽셀영역(PA)에는, 해당 픽셀에서의 영상 신호에 해당하는 데이터 전압이 인가되는 픽셀전극과, 이 픽젤전극으로 데이터 전압이 인가되는 것을 제어하는 스위칭 트랜지스터 등이 배치될 수 있다.
데이터구동회로(120)는, 영상 표시를 위하여 다수의 데이터 라인(DL)을 구동하는 회로로서, 영상 신호에 해당하는 데이터 전압을 다수의 데이터 라인(DL)으로 출력할 수 있다.
게이트구동회로(130)는, 영상 표시를 위하여 다수의 게이트 라인(GL)을 순차적으로 구동하는 회로로서, 영상 표시를 위하여 게이트 신호(스캔신호)를 다수의 게이트 라인(GL)으로 순차적으로 출력할 수 있다.
컨트롤러(140)는, 데이터구동회로(120) 및 게이트구동회로(130)를 제어하는 구성으로서, 데이터구동회로(120) 및 게이트구동회로(130)로 각종 제어신호(DCS, GCS 등)를 데이터 드라이버(120) 및 게이트 드라이버(130)로 제공한다.
이러한 컨트롤러(140)는, 각 프레임에서 구현하는 타이밍에 따라 스캔을 시작하고, 외부에서 입력되는 입력 영상 데이터를 데이터구동회로(120)에서 사용하는 데이터 신호 형식에 맞게 전환하여 전환된 영상 데이터(Data)를 출력하고, 스캔에 맞춰 적당한 시간에 데이터 구동을 통제한다.
이러한 컨트롤러(140)는 통상의 디스플레이 기술에서 이용되는 타이밍 컨트롤러(Timing Controller)이거나, 타이밍 컨트롤러(Timing Controller)를 포함하여 다른 제어 기능도 더 수행하는 제어장치일 수 있다.
데이터구동회로(120)는, 도 1에서는 표시패널(110)의 일측(예: 상측 또는 하측)에만 위치하고 있으나, 구동 방식, 패널 설계 방식 등에 따라서, 표시패널(110)의 양측(예: 상측과 하측)에 모두 위치할 수도 있다.
데이터구동회로(120)는, 적어도 하나의 소스 드라이버 집적회로(SDIC: Source Driver Integrated Circuit)를 포함하여 구현될 수 있다.
각 소스 드라이버 집적회로(SDIC)는, 테이프 오토메티드 본딩(TAB: Tape Automated Bonding) 방식 또는 칩 온 글래스(COG: Chip On Glass) 방식으로 표시패널(110)의 본딩 패드(Bonding Pad)에 연결되거나, 표시패널(110)에 직접 배치될 수도 있으며, 경우에 따라서, 표시패널(110)에 집적화되어 배치될 수도 있다. 또한, 각 소스 드라이버 집적회로(SDIC)는, 표시패널(110)에 연결된 필름 상에 실장 되는 칩 온 필름(COF: Chip On Film) 방식으로 구현될 수도 있다.
각 소스 드라이버 집적회로(SDIC)는, 쉬프트 레지스터(Shift Register), 래치 회로(Latch Circuit), 디지털 아날로그 컨버터(DAC: Digital to Analog Converter), 출력 버퍼(Output Buffer) 등을 포함할 수 있다.
각 소스 드라이버 집적회로(SDIC)는, 경우에 따라서, 아날로그 디지털 컨버터(ADC: Analog to Digital Converter)를 더 포함할 수 있다.
게이트구동회로(130)는, 도 1에서는 표시패널(110)의 일 측(예: 좌측 또는 우측)에만 위치하고 있으나, 구동 방식, 패널 설계 방식 등에 따라서, 표시패널(110)의 양측(예: 좌측과 우측)에 모두 위치할 수도 있다.
이러한 게이트 드라이버(130)는, 적어도 하나의 게이트 드라이버 집적회로(GDIC: Gate Driver Integrated Circuit)를 포함하여 구현될 수 있다.
각 게이트 드라이버 집적회로(GDIC)는, 테이프 오토메티드 본딩(TAB) 방식 또는 칩 온 글래스(COG) 방식으로 표시패널(110)의 본딩 패드(Bonding Pad)에 연결되거나, GIP(Gate In Panel) 타입으로 구현되어 표시패널(110)에 직접 배치될 수도 있으며, 경우에 따라서, 표시패널(110)에 집적화되어 배치될 수도 있다. 또한, 각 게이트 드라이버 집적회로(GDIC)는 표시패널(110)과 연결된 필름 상에 실장 되는 칩 온 필름(COF) 방식으로 구현될 수도 있다.
각 게이트 드라이버 집적회로(GDIC)는 쉬프트 레지스터(Shift Register), 레벨 쉬프터(Level Shifter) 등을 포함할 수 있다.
표시패널(110)에 배치되는 각 픽셀은 트랜지스터 등의 회로 소자를 포함하여 구성될 수 있다.
각 서브픽셀(SP)을 구성하는 회로 소자의 종류 및 개수는, 제공 기능 및 설계 방식 등에 따라 다양하게 정해질 수 있다.
한편, 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)는, 터치입력기능을 제공하기 위하여 사용자의 터치를 센싱하는 터치센싱기능을 제공할 수 있다.
여기서, 사용자의 터치 수단인 터치 오브젝트는, 일 예로, 손가락일 수도 있고, 펜 등일 수도 있다. 아래에서는, 설명의 편의를 위해, 터치 오브젝트가 손가락인 것으로 가정하여 설명한다.
본 실시예들에서 터치센싱기능은, 사용자의 터치유무 및/또는 터치위치(즉, 터치좌표 P(X, Y))를 센싱하는 터치위치 센싱 기능과, 사용자의 지문을 센싱하는 지문 센싱 기능(지문인식 기능)을 포함한다.
본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)에서, 터치위치 센싱을 위한 터치위치 센서는, 표시패널(110)에 내장되어 배치될 수 있다.
즉, 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)에서 터치스크린 패널은 표시패널(110)에 내장된 타입(예: 인-셀 타입, 온-셀 타입 등)일 수 있다.
본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)에서, 지문 센싱을 위한 지문 센서 또한 표시패널(110)에 내장되어 배치될 수 있다.
지문 센서는 표시패널(110)에 내장된 다수의 터치위치 센서의 전체 또는 일부일 수 있다.
또는, 지문 센서는 표시패널(110)에 내장된 다수의 터치위치 센서와 별개일 수도 있다.
이와 같이, 지문 센서는 다수의 터치위치 센서의 전체 또는 일부이거나 다수의 터치위치 센서와 별개일 수도 있지만, 지문 센서와 터치위치 센서는 동일한 구조를 가지고 동일하게 동작할 수 있다.
즉, 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)는, 동일한 방식으로, 지문 센서와 터치위치 센서를 구동하여 신호를 검출한다.
다만, 검출된 신호를 토대로, 터치위치를 알아내기 위한 프로세싱(알고리즘)과 지문(지문정보)를 알아내기 위한 프로세싱(알고리즘)이 다를 수는 있다.
터치위치 센싱을 위한 터치위치 센서는, 표시패널(110)의 전 영역에 배치될 수 있다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)의 지문 센싱 영역의 예시도들이다.
도 3a를 참조하면, 지문 센싱 영역(FPA)은 영상 표시 영역(300)의 외부 영역일 수 있다.
도 3b를 참조하면, 지문 센싱 영역(FPA)은 영상 표시 영역(300)의 내부 일부 영역일 수 있다.
도 3c를 참조하면, 지문 센싱 영역(FPA)은 영상 표시 영역(300)의 전 영역과 대응될 수 있다.
지문 센싱 영역(FPA)은 터치표시장치(100)의 전면일 수도 있고 후면일 수도 있고, 경우에 따라서는 측면일 수도 있다.
이러한 지문 센싱 영역(FPA)에 지문 센서가 존재할 수 있다.
지문 센서는 표시패널(110)에 배치될 수 있으며, 경우에 따라서, 표시패널(110)과는 다른 패널(센서 패널)에 배치될 수도 있다.
본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)는, 픽셀구조에 기반한 터치센싱구조를 이용하여 터치 센싱(터치위치 센싱, 지문 센싱)을 수행할 수 있다.
여기서, 픽셀구조는, 영상을 실제로 표시할 수 있는 픽셀의 실제 픽셀구조이거나, 실제 픽셀구조와 유사하지만 영상이 실제로 표시되지 않는 유사 픽셀구조일 수 있다.
아래에서는, 픽셀구조에 기반한 터치센싱구조와 터치센싱원리를 설명한다.
도 4는 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)의 터치센싱구조를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)의 터치센싱구조의 등가회로도를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)의 표시패널(110)은 픽셀구조에 기반한 터치센싱구조를 갖는다.
본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)의 표시패널(110)에는 다수의 데이터 라인(DL) 및 다수의 게이트 라인(GL)이 배치되고, 다수의 데이터 라인(DL) 및 다수의 게이트 라인(GL)에 의해 정의되는 다수의 픽셀이 배열될 수 있다.
이러한 각 픽셀에 해당하는 영역, 즉 각 픽셀영역(PA)에는, 해당 픽셀에 해당하는 영상 신호에 대응되는 데이터 전압(즉, 픽셀전압)이 인가되는 픽셀전극(PXL)이 배치될 수 있다.
또한, 각 픽셀영역(PA)에는, 픽셀전극(PXL)과 데이터 라인(DL) 사이에 전기적으로 연결된 스위칭 트랜지스터(SWT)가 배치될 수 있다.
스위칭 트랜지스터(SWT)는, 턴-온(Turn-On) 상태에서, 데이터 라인(DL)으로부터 픽셀전극(PXL)으로 데이터 전압을 전달해준다.
스위칭 트랜지스터(SWT)는, 픽셀전극(PXL)과 전기적으로 연결된 제1전극(E1)과, 데이터 라인(DL)과 전기적으로 연결된 제2전극(E2)과, 게이트 라인(GL)과 전기적으로 연결된 제3전극(E3)과, 양단이 제1전극(E1)과 제2전극(E2)에 접촉된 반도체 층(ACT)을 가질 수 있다.
스위칭 트랜지스터(SWT)는, 게이트 라인(GL)으로부터 제3전극(E3)의 게이트 신호(스캔 신호라고도 함)에 따라 온-오프가 제어될 수 있다.
스위칭 트랜지스터(SWT)에서, 제1전극(E1)은 드레인 전극(드레인 노드) 또는 소스 전극(소스 노드)일 수 있다. 제2전극(E2)은 소스 전극 또는 드레인 전극일 수 있다. 제3전극(E3)은 게이트 전극일 수 있다.
아래에서는, 설명의 편의를 위하여, 제1전극(E1)은 드레인 전극이고, 제2전극(E2)은 소스 전극이며, 제3전극(E3)은 게이트 전극인 것으로 기재할 수도 있다.
스위칭 트랜지스터(SWT)는 n 타입의 트랜지스터일 수도 있고, p 타입의 트랜지스터일 수도 있다.
한편, 도 4를 참조하면, 각 픽셀영역(PA)에는, 양단이 스위칭 트랜지스터(SWT)의 제1전극(E1)과 제2전극(E2)에 직접적으로 접촉되거나 다른 패턴을 매개로 간접적으로 접촉된 센서 패턴(SEN)이 배치될 수 있다.
센서 패턴(SEN)이 있는 픽셀영역(PA)은 표시패널(110)의 일부 영역에만 위치할 수도 있고, 표시패널(110)의 전 영역에 분포되어 위치할 수도 있다.
아래에서는, 적층 개념에서, 센서 패턴(SEN)은 센서 층(Sensor Layer)이라고도 기재될 수 있다.
본 실시예들에서 터치센싱구조는, 각 픽셀영역(PA)에 배치된 픽셀전극(PXL), 스위칭 트랜지스터(SWT) 및 센서 패턴(SEN) 등을 포함할 수 있다.
또한, 본 실시예들에서 터치센싱구조는 데이터 라인(DL) 및 게이트 라인(GL)을 포함할 수도 있다.
또한, 본 실시예들에서 터치센싱구조에서 센서 패턴(SEN)이 터치 센서(즉, 터치위치 센서, 지문 센서)에 해당할 수 있다.
한편, 표시패널(110)에는, 공통전압(VCOM)이 인가되는 공통전극(CE)이 배치될 수 있다.
공통전극(CE)과 각 픽셀전극(PXL)은, 한 프레임 시간 동안 영상 표시에 필요한 전압을 유지해주는 역할을 하는 저장 캐패시터(Cst)를 형성할 수 있다.
각 픽셀에서의 저장 캐패시터(Cst)의 캐패시턴스(Capacitance)는, 공통전극(PXL)에 인가되는 공통전압(VCOM)과 각 픽셀전극(PXL)에 인가된 픽셀전압(데이터 전압에 해당함)에 의해 결정될 수 있다.
한편, 사용자가 표시패널(110)을 터치하게 되면, 손가락과 픽셀전극(PXL) 사이에 핑거 캐패시터(Cf)가 형성될 수 있다.
핑거 캐패시터(Cf)의 캐패시턴스는, 터치에 대한 해당 픽셀의 위치에 따라 달라질 수 있다.
따라서, 터치표시장치(100)는, 캐패시턴스의 차이를 알아내어 터치유무 및/또는 터치위치를 검출할 수도 있다.
또한, 핑거 캐패시터(Cf)의 캐패시턴스는, 손가락의 지문에서 돌출된 부분인 리지(Ridge)와 그 사이에 패인 부분인 밸리(Valley)에 따라, 달라질 수 있다.
따라서, 터치표시장치(100)는, 캐패시턴스의 차이를 알아내어, 지문의 리지와 밸리의 패턴 등을 포함하는 지문정보를 검출할 수 있다.
한편, 전술한 센서 패턴(SEN)은 광(Light)에 대하여 반응을 하는 성질, 즉, 감광성(Photo Sensitivity)을 갖는다. 여기서, 광에 대한 반응(광 반응)은, 전기적인 특성이 변하는 것을 의미한다.
본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)는, 센서 패턴(SEN)의 감광성(Photo Sensitivity)을 이용하여 터치위치 및/또는 지문을 센싱할 수 있다.
여기서, 센서 패턴(SEN)은 광 센서 또는 포토 센서라고도 한다.
전술한 터치센싱구조는, 픽셀구조에 기반하고 있기 때문에, 터치위치 및/또는 지문을 센싱하기 위한 별도의 터치센서(즉, 터치위치 센서, 지문 센서)를 표시패널(110)에 형성해주지 않아도 된다.
따라서, 터치스크린 패널이 내장된 표시패널(110)의 제작이 간단해질 수 있고, 터치스크린 패널이 내장된 표시패널(110)의 두께를 얇게 해줄 수 있는 장점이 있다.
또한, 동일한 터치센싱구조를 이용하여, 터치위치와 지문을 모두 센싱할 수 있기 때문에, 상기 장점을 더욱 극대화할 수 있다.
한편, 전술한 터치센싱구조에 의하면, 센서 패턴(SEN)의 양단이 스위칭 트랜지스터(SWT)의 제1전극(E1)과 제2전극(E2)에 접촉되어 있기 때문에, 스위칭 트랜지스터(SWT)와 센서 패턴(SEN)을 합하여 하나의 소자로 볼 수 있다.
이러한 점에서 볼 때, 디스플레이 구동을 위한 스위칭 소자와, 터치센싱을 위한 터치센서 소자를 별도로 만들지 않아도 되는 특징 및 큰 장점이 있다.
아래에서는, 하나의 소자로 디스플레이 구동과 터치센싱을 모두 수행하는 것에 대하여, 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)의 디스플레이 구동을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)의 터치 센싱을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 디스플레이 구동 구간 동안 데이터구동회로(120)는 데이터 라인(DL)을 구동하고, 터치센싱 구간 동안 터치센싱회로(700)는 터치센싱에 필요한 구동 및 신호 검출 처리를 수행한다.
본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)의 동작 구간은, 영상 표시를 위한 디스플레이 구간과 터치 센싱(터치위치 센싱, 지문 센싱)을 위한 터치 센싱 구간을 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 스위칭 트랜지스터(SWT)를 턴-온 시킬 수 있는 턴-온 레벨 전압(예: VGH)의 게이트 신호(Vg)가 게이트 라인(GL)으로 공급되는 타이밍은, 디스플레이 구간에 포함된다.
턴-온 레벨 전압(예: VGH)의 게이트 신호(Vg)가 게이트 라인(GL)으로 공급되는 타이밍에는, 스위칭 트랜지스터(SWT)가 턴-온 되고, 데이터구동회로(120)에서 데이터 라인(DL)으로 출력한 데이터 전압(VDATA)이 턴-온 된 스위칭 트랜지스터(SWT)를 통해 픽셀전극(PXL)으로 인가된다.
도 7을 참조하면, 스위칭 트랜지스터(SWT)를 턴-오프 시킬 수 있는 턴-오프 레벨 전압(예: VGL)의 게이트 신호(Vg)가 게이트 라인(GL)으로 공급되는 타이밍은 터치 센싱 구간에 포함될 수 있다.
더욱 상세하게, 터치센싱 동작 절차를 설명하면, 터치센싱회로(700)는, 터치 센싱 구간 동안, 스위칭 트랜지스터(SWT)가 턴-오프 되기 전에, 턴-온 레벨 전압(예: VGH)의 게이트 신호(Vg)가 게이트 라인(GL)으로 인가되어 스위칭 트랜지스터(SWT)가 턴-온 된 상태에서, 턴-온 된 스위칭 트랜지스터(SWT)를 통해, 터치센싱에 필요한 구동전압을 픽셀전극(PXL)으로 인가한다.
이후, 게이트구동회로(130)는, 스위칭 트랜지스터(SWT)를 턴-오프 시킬 수 있는 턴-오프 레벨 전압(예: VGL)의 게이트 신호(Vg)를 게이트 라인(GL)으로 공급하여, 스위칭 트랜지스터(SWT)를 턴-오프 시킨다.
이때, 감광성이 있는 센서 패턴(SEN)에는 광이 조사된다.
이에 따라, 센서 패턴(SEN)은 조사된 광에 반응하여 전기적인 특성이 변한다.
따라서, 구동전압이 픽셀전극(PXL)에 인가되어, 픽셀전극(PXL)에 연결된 캐패시터(Cf, Cst)에 저장된 전하가 센서 패턴(SEN)을 통해 제1전극(E1)에서 제2전극(E2)으로 흐르게 되는 누설전류가 발생한다.
이러한 누설전류의 크기는 해당 픽셀전극(PXL)과 손가락 간의 위치 관계에 따라 달라질 수 있다.
즉, 누설전류의 차이는 터치 유무에 따라 발생할 수 있다. 가령, 터치가 있는 경우, 해당 센서 패턴(SEN)이 있는 위치에서는, 광의 전반사 현상이 붕괴되어 센서 패턴(SEN)에 조사되는 광의 특성(예: 광량 등)이 변화하고, 이로 인해, 센서 패턴(SEN)을 통한 누설전류의 크기가 변할 수 있다.
따라서, 터치센싱회로(700)는 누설전류의 크기 차이를 토대로 터치유무 및/또는 터치위치를 검출할 수 있다.
또한, 누설전류의 크기는, 해당 픽셀전극(PXL)이 있는 영역에 지문의 리지가 있느냐 지문의 밸리가 있느냐에 따라 달라질 수 있다.
즉, 누설전류의 차이는 지문의 리지(Ridge) 및 밸리(Valley)에 따라 발생할 수 있다. 가령, 지문의 리지가 있는 경우와 지문의 밸리가 있는 경우에서 광의 전반사 현상이 다르게 나타나, 센서 패턴(SEN)에 조사되는 광의 특성(예: 광량 등)이 변화하고, 이로 인해, 센서 패턴(SEN)을 통한 누설전류의 크기가 변할 수 있다.
따라서, 터치센싱회로(700)는 누설전류의 크기 차이를 토대로 지문의 리지 및 밸리의 패턴, 형상 등을 포함하는 지문정보를 검출할 수 있다.
전술한 바와 같이, 스위칭 트랜지스터(SWT)와 센서 패턴(SEN)을 포함하는 하나의 소자를 통해, 디스플레이 구동과 터치센싱을 모두 수행할 수 있다.
다시 말해, 터치센싱회로(700)는, 각 픽셀영역 별 센서 패턴(SEN)을 통해 데이터 라인(DL)으로 흐르는 누설전류의 차이를 토대로 터치 정보(터치위치 정보, 지문 정보)를 검출할 수 있다.
이로 인해, 디스플레이 구동에 이용되는 데이터 라인(DL)을 터치 센싱에 필요한 정보를 검출하기 위한 경로로 활용할 수 있다. 따라서, 터치 센서에 해당하는 센서 패턴(SEN)과 터치센싱회로(700)를 전기적으로 연결해주는 별도의 신호 라인을 필요로 하지 않는 이점이 있다.
전술한 센서 패턴(SEN)은 광 센서(포토 센서)이면서도, 특정 조건(광 조사)에서 전류(누설전류)를 도통시키는 일종의 스위치라고도 할 수 있다.
아래에서는, 센서 패턴(SEN)을 활용하여 광 방식으로 터치를 센싱하기 위한 구체적인 터치센싱구조를 더욱 상세하게 살펴본다.
도 8은 본 실시예들에 따른 터치센싱구조의 평면도이고, 도 9는 본 실시예들에 따른 터치센싱구조의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 반도체 층(ACT)은 센서 패턴(SEN)과 중첩하면서 센서 패턴(SEN) 상에 위치한다. 반도체 층(ACT)은 센서 패턴(SEN)보다 큰 면적을 가질 수 있다.
도 9를 참조하여, 도 8에서의 A-A' 단면 구조를 살펴본다.
기판(910) 상에 반도체 층(ACT)이 위치한다.
반도체 층(ACT)을 덮으면서 그 위에 제1절연층(920)이 배치된다.
제1절연층(920) 상에 게이트 전극에 해당하는 제3전극(E3)이 위치한다.
제3전극(E3)을 덮으면서 그 위에 제2절연층(930)이 배치된다.
제2절연층(930) 상에 제1전극(E1)과 제2전극(E2)이 위치한다.
제1전극(E1)과 제2전극(E2)은 제2절연층(930)과 제1절연층(920)을 관통하는 컨택홀을 통해 반도체 층(ACT)의 일단(ACT1)과 타단(ACT2)에 연결된다.
제2절연층(930) 상에 위치하며 양단이 제1전극(E1)과 제2전극(E2)에 연결되는 센서 패턴(SEN)이 위치한다.
센서 패턴(SEN) 상에 제1패시베이션 층(Passivation Layer, 940)이 배치된다.
제1패시베이션 층(940) 상에 공통전극(CE)이 배치된다.
공통전극(CE) 상에 제2패시베이션 층(950)이 배치된다.
제2패시베이션 층(950) 상에 픽셀전극(PXL)이 위치한다.
픽셀전극(PXL)은 제2패시베이션 층(950), 공통전극(CE) 및 제1패시베이션 층(940)을 모두 관통하는 컨택홀을 통해 제1전극(E1)과 전기적으로 연결된다.
반도체 층(ACT)의 일단(ACT1)은 제1전극(E1)의 일단(E1D)과 접촉된다.
반도체 층(ACT)의 타단(ACT2)은 제2전극(E2)의 일단(E2D)과 접촉된다.
센서 패턴(SEN)의 일단(SEN1)은 제1전극(E1)의 타단(E1U)과 접촉된다.
센서 패턴(SEN)의 타단(SEN2)은 제2전극(E2)의 타단(E2U)과 접촉된다.
이에 따르면, 제1전극(E1)은 반도체 층(ACT)의 일단(ACT1)과 센서 패턴(SEN)의 일단(SEN1)에 모두 연결된다.
그리고, 제2전극(E2)은 반도체 층(ACT)의 타단(ACT2)과 센서 패턴(SEN)의 타단(SEN2)에 모두 연결된다.
따라서, 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이에 2가지 전기적 연결 경로(반도체 층(ACT)을 통한 경로, 센서 패턴(SEN)을 통한 경로)가 생성될 수 있다.
물론, 2가지 전기적 연결 경로(반도체 층(ACT)을 통한 경로, 센서 패턴(SEN)을 통한 경로)는 동시에 열리지는 않는다.
스위칭 트랜지스터(SWT)는 탑 게이트(Top Gate) 구조를 갖는다.
스위칭 트랜지스터(SWT)가 게이트 전극인 제3전극(E2)이 가장 상단에 있는 탑 게이트(Top Gate) 구조를 가지는 경우, 바텀 게이트(Bottom Gate) 구조에 비해 우수한 이동도 성능을 가질 수 있다.
한편, 스위칭 트랜지스터(SWT)의 반도체 층(ACT)은 p 타입 또는 n 타입의 저온 폴리 실리콘(LTPS: Low-Temperature Polycrystalline Silicon)을 포함할 수 있다. 즉, 스위칭 트랜지스터(SWT)는 저온 폴리 실리콘(LTPS) 소자일 수 있다.
전술한 바와 같이, 스위칭 트랜지스터(SWT)가 저온 폴리 실리콘(LTPS) 소자로 되어 있으므로, 이동도 및 응답속도를 빠르게 해줄 수 있으며, 얇은 베젤(Bezel), 고해상도, 높은 개구율 및 낮은 소비전력 등에도 도움을 줄 수 있다.
도 9를 참조하면, 센서 패턴(SEN)은 제3절연층(930)을 사이에 두고 제3전극(E3) 상에 위치할 수 있다.
전술한 바와 같이, 센서 패턴(SEN)이 제3전극(E3) 상에 있기 때문에, 센서 패턴(SEN)에 광이 조사되는 수광 면적이 최대한 넓어질 수 있다. 이로 인해, 센서 패턴(SEN)의 광 반응 정도에 해당하는 감광도(Photo Sensitivity)를 향상시켜줄 수 있다.
이뿐만 아니라, 센서 패턴(SEN)은 제3전극(E3)의 면적보다 작을 수도 있고, 동일할 수도 있다.
또한, 표시패널(110)에 배치된 일부의 센서 패턴(SEN)은 아래에 위치한 제3전극(E3)의 면적보다 크고, 다른 일부의 센서 패턴(SEN)은 아래에 위치한 제3전극(E3)의 면적보다 작으며, 또 다른 일부의 센서 패턴(SEN)은 아래에 위치한 제3전극(E3)의 면적과 동일 또는 유사할 수도 있다.
한편, 표시패널(110)에 배치된 모든 픽셀영역(PA)에서, 센서 패턴(SEN)의 아래에 제3전극(E3)이 존재할 수도 있고, 경우에 따라서, 일부의 픽셀영역(PA)에서는 센서 패턴(SEN)의 아래에 제3전극(E3)이 존재하지 않을 수도 있다.
도 9를 참조하면, 스위칭 트랜지스터(SWT)와 센서 패턴(SEN)을 포함하는 하나의 소자를 일체형 스위치 소자(All In One Switch Device)라고 할 수 있다.
일체형 스위치 소자(All In One Switch Device)는, 픽셀전극(PXL)과 전기적으로 연결된 제1전극(E1)과, 데이터 라인(DL)과 전기적으로 연결된 제2전극(E2)과, 게이트 라인(GL)과 전기적으로 연결된 제3전극(E3)과, 일단이 제1전극(E1)의 일단과 접촉되고, 타단이 제2전극(E2)의 일단과 접촉되는 반도체 층(ACT)과, 일단이 제1전극(E1)의 타단과 접촉되고, 타단이 제2전극(E2)의 타단과 접촉되는 센서 패턴(SEN) 등을 포함할 수 있다.
일체형 스위치 소자(All In One Switch Device)는, 2가지 스위치 소자에 해당하는 스위칭 트랜지스터(SWT)와 센서 패턴(SEN)이 일체화되어 있다.
따라서, 하나의 소자인 일체형 스위치 소자(All In One Switch Device)를 이용하여, 2가지 스위칭 기능(디스플레이 구동을 위한 스위칭 기능, 센서를 위한 스위칭 기능)을 모두 제공할 수 있다.
도 9와 같은 구조를 갖는 광 방식의 터치센싱구조를 구성하는 공정 방법을 간략하게 설명한다.
기판(910) 상에 반도체 층(ACT)을 배치한다.
이후, 반도체 층(ACT)을 덮는 제1절연층(920)을 배치한다.
제1절연층(920) 상에 게이트 전극에 해당하는 제3전극(E3)을 배치한다.
제3전극(E3)을 덮는 제2절연층(930)을 배치한다.
제2절연층(930)과 제1절연층(920)을 관통하는 컨택홀을 형성한다.
제2절연층(930) 상에 제1전극(E1)과 제2전극(E2)을 배치한다.
이때, 제1전극(E1)과 제2전극(E2)은 컨택홀을 통해 반도체 층(ACT)의 일단(ACT1)과 타단(ACT2)에 연결된다.
여기까지는 LTPS 공정과 동일할 수 있다.
이후, 제2절연층(930) 상에 위치하며 양단이 제1전극(E1)과 제2전극(E2)에 연결되도록 센서 패턴(SEN)을 증착한다.
센서 패턴(SEN) 상에 제1패시베이션 층(940)을 증착한다.
제1패시베이션 층(940) 상에 공통전극(CE)을 패터닝 한다.
공통전극(CE) 상에 제2패시베이션 층(950)을 증착한다.
제2패시베이션 층(950) 상에 픽셀전극(PXL)이 위치한다.
제2패시베이션 층(950), 공통전극(CE) 및 제1패시베이션 층(940)을 모두 관통하는 컨택홀을 형성한다.
이후, 픽셀전극(PXL)을 증착한다.
이때, 픽셀전극(PXL)은 제2패시베이션 층(950), 공통전극(CE) 및 제1패시베이션 층(940)을 모두 관통하는 컨택홀을 통해 제1전극(E1)과 전기적으로 연결된다.
이에 따라, 광 방식의 터치센싱구조를 갖는 일체형 스위치 디바이스(All in One Switch Device)가 형성된다.
도 10은 본 실시예들에 따른 터치센싱구조의 감광성 특징과 이에 따른 전기적 특성을 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 센서 패턴(SEN)은 감광성(Photo Sensitivity) 물질을 포함할 수 있다.
이에 따라, 센서 패턴(SEN)은 광(Light)이 조사되면, 광 반응하여 전류를 도통시킨다.
게이트 전극인 제3전극(E3)에 턴-오프 레벨 전압이 인가되어 스위칭 트랜지스터(SWT)가 오프(Off) 된 상태에서, 센서 패턴(SEN)을 통해 제1전극(E1)에서 제2전극(E2)으로 흐르게 되면, 센서 패턴(SEN)을 통해 도통된 전류는 누설전류에 해당한다.
아래에서, 누설전류를 "Ioff" 라고 표기한다.
전술한 바와 같이, 센서 패턴(SEN)은 감광성을 가지기 때문에, 센서 패턴(SEN)을 이용하여 터치위치 또는 지문을 감지할 수 있다.
도 11은 본 실시예들에 따른 터치센싱구조의 감광성을 나타내는 그래프이다.
도 11의 그래프에서, X축은 스위칭 트랜지스터(SWT)의 게이트 전극에 해당하는 제3전극(E3)에 인가되는 게이트 전압(Vg)이고, Y축은 드레인 전극에 해당하는 제1전극(E1) 또는 제2전극(E2)에 흐르는 드레인 전류이다.
센서 패턴(SEN)에 광이 조사되지 않은 경우(1110), 게이트 전압(Vg)이 낮아지면, 스위칭 트랜지스터(SWT)는 턴-오프 되어 드레인 전류가 거의 영(zero)이 된다.
센서 패턴(SEN)이 없는 경우 또는 센서 패턴(SEN)이 반응할 수 없는 광이 센서 패턴(SEN)에 조사된 경우에도 이와 비슷하다.
센서 패턴(SEN)이 반응할 수 있는 광이 센서 패턴(SEN)에 조사된 경우(1120), 게이트 전압(Vg)이 낮아지면, 스위칭 트랜지스터(SWT)는 턴-오프 되어 반도체 층(ACT)에서 채널이 형성되지 않더라도, 센서 패턴(SEN)을 통해 누설전류(Ioff)가 발생하여 어느 정도의 드레인 전류가 흐르게 된다.
즉, 센서 패턴(SEN)이 반응할 수 있는 광이 센서 패턴(SEN)에 조사된 경우(1120), 광 반응을 보였다는 것을 확인할 수 있다.
턴-오프 레벨의 게이트 전압 범위에서 드레인 전류의 크기는 광 반응 정도(감성도)의 크기를 나타낸다.
도 12는 본 실시예들에 따른 터치센싱구조의 구조적인 특징을 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 반도체 층(ACT)은 센서 패턴(SEN)의 감광도만큼은 아니지만, 약간의 감광도(광 반응성의 정도)을 가질 수 있다.
하지만, 스위칭 트랜지스터(SWT)가 탑 게이트 구조의 LTPS 소자인 경우, 조사된 광은 게이트 전극인 제3전극(E3)에 의해 가려지기 때문에, 반도체 층(ACT)에 많은 광이 조사되지 못한다.
즉, 스위칭 트랜지스터(SWT)가 탑 게이트 구조의 LTPS 소자인 경우, 반도체 층(ACT)의 수광 면적은 상당히 좁아진다.
따라서, 반도체 층(ACT)의 감광성을 이용하여, 스위칭 트랜지스터(SWT) 자체를 광 센서(포토 센서)로 활용하기는 어렵다.
본 실시예들에 따른 터치 센싱 구조에 따르면, 센서 패턴(SEN)이 제3전극(E3) 상에 배치된다.
그리고, 센서 패턴(SEN)은 제3전극(E3)의 면적(폭 W1과 대응)보다 큰 면적(폭 W2와 대응)을 가진다.
이에 따르면, 센서 패턴(SEN)의 수광 면적이 상당히 크게 확보될 수 있어, 센서 패턴(SEN)의 감광성을 최대한 활용하여 터치 센싱을 정확하게 할 수 있다.
즉, 센서 패턴(SEN)의 수광 면적을 크게 해줌으로써, 센서 패턴(SEN)의 감광도(광 반응 정도)를 크게 해줄 수 있고, 이를 통해, 누설전류를 크게 해주고, 터치 유무 또는 지문의 리지 또는 밸리에 따른 누설전류 차이도 크게 해줄 수 있고, 이에 따라, 터치위치 또는 지문을 정확하게 센싱할 수 있다.
도 13은 본 실시예들에 따른 터치센싱구조에서 센서 패턴(SEN)의 광 파장에 대한 감광도를 나타낸 그래프이다.
도 13을 참조하면, 가시광선을 센서 패턴(SEN)에 조사하는 경우, 적외선을 센서 패턴(SEN)에 조사하는 경우에 비해, 큰 감광도를 갖는다.
다만, 센서 패턴(SEN)에 가시광선을 조사하게 되면, 조사된 가시광선이 사용자에게 시인되는 현상이 생길 수 있다.
따라서, 센서 패턴(SEN)에 조사되는 광의 시인 현상 없이, 센서 패턴(SEN)을 반응시키기 위해서는, 적외선 파장 대역에서 가장 낮은 파장 영역(600)을 사용하여 광 조사를 하는 것이 좋을 것이다.
하지만, 센서 패턴(SEN)에 조사되는 광이 사용자에게 시인되지 않는 구조가 있는 경우, 사용자에게 시인되어도 무방한 경우, 또는 사용자에게 시인되는 현상을 역으로 이용하는 경우에는, 가시광선으로 센서 패턴(SEN)을 반응시킬 수 있다.
따라서, 감광도 크기, 다양한 조건, 디자인 컨셉 등에 따라, 센서 패턴(SEN)에 조사할 광의 파장 대역을 결정할 수 있다.
사용하는 광 파장에 따라, 센서 패턴(SEN)의 감광성 물질의 종류도 달라질 수 있다.
예를 들어, 센서 패턴(SEN)에 포함된 감광성 물질은 적외선이 조사된 경우 전기적인 특성이 변하는 감광성 물질을 포함할 수 있다. 여기서, "전기적인 특성이 변한다는 것"은, 센서 패턴(SEN)이 도전성을 가지게 된다는 의미일 수 있으며 센서 패턴(SEN)이 전류를 도통시킬 수 있다는 의미일 수 있다.
이와 같이, 조사 광으로서 적외선을 사용하는 경우에 적합한 감광성 물질을 포함하는 센서 패턴(SEN)을 이용하면, 센서 패턴(SEN)의 감광도를 크게 해주어 터치 센싱 성능을 향상시킬 수 있다.
다른 예로서, 센서 패턴(SEN)에 포함된 감광성 물질은 가시광선이 조사된 경우 전기적인 특성이 변하는 감광성 물질을 포함할 수 있다.
이와 같이, 조사 광으로서 가시광선을 사용하는 경우에 적합한 감광성 물질을 포함하는 센서 패턴(SEN)을 이용하면, 센서 패턴(SEN)의 감광도를 크게 해주어 터치 센싱 성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 적외선이 조사된 경우 전기적인 특성이 변하는 감광성 물질은, 가시광선이 조사된 경우에도 전기적인 특성이 변할 수 있다.
도 14는 본 실시예들에 따른 터치센싱구조에서 센서 패턴(SEN)의 구현 예시도들이고, 도 15는 본 실시예들에 따른 터치센싱구조에서, 광 파장 대역 별로 감광성을 갖는 센서 패턴(SEN)의 물질을 예시적으로 나타낸 도면이다.
일 예로, 센서 패턴(SEN)은 비정질 실리콘(Amorphous Silicon, a-Si)을 포함할 수 있다(CASE A).
전술한 바와 같이, 센서 패턴(SEN)이 비정질 실리콘(a-Si)을 포함하는 센서 패턴(SEN)을 이용하는 경우, 조사 광으로서 가시광선(예: 대략 525 nm 파장의 녹색 광)을 사용하여 포토전류(누설전류)를 발생시켜 터치 위치 또는 지문을 센싱할 수 있다.
다른 예로, 센서 패턴(SEN)은 n+이 도핑 추가된 비정질 실리콘을 포함할 수 있다(CASE B).
또 다른 예로, 센서 패턴(SEN)은 p+이 도핑 추가된 비정질 실리콘을 포함할 수 있다(CASE C).
전술한 바와 같이, n+ 또는 p+이 도핑 추가된 비정질 실리콘을 포함하는 센서 패턴(SEN)을 이용하는 경우, 조사 광으로서 가시광선은 물론, 적외선을 사용하여 포토전류(누설전류)를 발생시켜 터치 위치 또는 지문을 센싱할 수 있다.
한편, 센서 패턴(SEN)은 전술한 바와 같이 단일 물질 층으로 되어 있을 수도 있지만, 2가지 이상의 물질 층을 포함할 수 있다.
예를 들어, 센서 패턴(SEN)은 비정질 실리콘(a-Si)을 포함하는 층과, n+ 또는 p+이 도핑된 비정질 실리콘을 포함하는 층과, 비정질 실리콘(a-Si)을 포함하는 층을 포함하는 멀티 층(Multi Layer)로 되어 있을 수 있다(CASE D).
이 경우, 2가지 물질 층 각각이 갖는 장점을 모두 이용할 수 있다. 가령, 적외선을 조사 광으로 사용하여 외부 시인성을 방지해주면서도, 가시광선을 조사 광으로 사용하여 얻을 수 있는 센서 패턴(SEN)의 높은 광 반응성도 이용하여 보다 정확한 터치센싱을 할 수 있다.
도 16은 본 실시예들에 따른 터치센싱구조에서, 비정질 실리콘(a-Si)을 포함하는 센서 패턴(SEN)에 대하여, 3가지 광 조사 상황에서 강괌도를 나타내는 그래프이다.
도 16에서, 1610 곡선은 비정질 실리콘(a-Si)을 포함하는 센서 패턴(SEN)에 광을 조사하지 않는 경우에 대하여, 게이트 전압(Vg)을 가변하면서 드레인 전류의 변화를 나타낸 곡선이다.
또는, 1610 곡선은 센서 패턴(SEN)이 없는 경우에 대하여, 게이트 전압(Vg)을 가변하면서 드레인 전류의 변화를 나타낸 곡선일 수도 있다.
1620 곡선은 비정질 실리콘(a-Si)을 포함하는 센서 패턴(SEN)에 적외선을 조사하는 경우에 대하여, 게이트 전압(Vg)을 가변하면서 드레인 전류의 변화를 나타낸 곡선이다.
1630 곡선은 비정질 실리콘(a-Si)을 포함하는 센서 패턴(SEN)에 가시광선(예: 녹색 광)을 조사하는 경우에 대하여, 게이트 전압(Vg)을 가변하면서 드레인 전류의 변화를 나타낸 곡선이다.
3가지 경우(1610, 1620, 1630)는, 게이트 전압(Vg)이 0[V]보다 높은 턴 온 레벨 전압 범위에서는, 비정질 실리콘(a-Si)을 포함하는 센서 패턴(SEN)은 동일한 감광도(광 반응 정도)를 보이지만, 게이트 전압(Vg)이 0[V]보다 낮은 턴-오프 레벨 전압 범위에서는 센서 패턴(SEN)이 광 종류별로 다른 감광도를 보인다.
여기서, 드레인 전류의 크기가 감광도를 반영한다.
도 16을 참조하면, 1610 곡선 및 1620 곡선의 경우에서처럼, 비정질 실리콘(a-Si)을 포함하는 센서 패턴(SEN)에 광을 조사하지 않거나 적외선을 조사한 경우, 비정질 실리콘(a-Si)을 포함하는 센서 패턴(SEN)은 광 반응을 하지 않거나 거의 하지 않아, 게이트 전압(Vg)이 0[V]보다 낮은 턴-오프 레벨 전압 범위에서 드레인 전류(누설전류)가 발생하지 않는다.
하지만, 1630 곡선의 경우에서처럼, 비정질 실리콘(a-Si)을 포함하는 센서 패턴(SEN)에 가시광선을 조사한 경우, 게이트 전압(Vg)이 0[V]보다 낮은 턴-오프 레벨 전압 범위에서 드레인 전류가 발생한다.
이렇게 발생한 드레인 전류는 센서 패턴(SEN)이 가시광선에 반응하여 발생한 것이며, 광 반응 한 센서 패턴(SEN)을 통해 누설된 누설전류(Ioff)에 해당한다.
따라서, 조사 광으로서 가시광선을 사용해야 하는 경우, 비정질 실리콘(a-Si)으로 이용하여 센서 패턴(SEN)을 형성하는 것은 적절할 것이다.
반대로, 비정질 실리콘(a-Si)으로 이용하여 센서 패턴(SEN)을 형성해야 하는 경우, 이러한 센서 패턴(SEN)에 조사할 광은 가시광선으로 선택되어야 할 것이다.
도 17은 본 실시예들에 따른 터치센싱구조에서, n+ 또는 p+이 도핑 된 비정질 실리콘(a-Si)을 포함하는 센서 패턴(SEN)에 대하여, 3가지 광 조사 상황에서 강괌도를 나타내는 그래프이다.
도 17에서, 1710 곡선은 n+ 또는 p+이 도핑 된 비정질 실리콘(a-Si)을 포함하는 센서 패턴(SEN)에 광을 조사하지 않는 경우에 대하여, 게이트 전압(Vg)을 가변하면서 드레인 전류의 변화를 나타낸 곡선이다.
또는, 1710 곡선은 센서 패턴(SEN)이 없는 경우에 대하여, 게이트 전압(Vg)을 가변하면서 드레인 전류의 변화를 나타낸 곡선일 수도 있다.
1720 곡선은 n+ 또는 p+이 도핑 된 비정질 실리콘(a-Si)을 포함하는 센서 패턴(SEN)에 적외선을 조사하는 경우에 대하여, 게이트 전압(Vg)을 가변하면서 드레인 전류의 변화를 나타낸 곡선이다.
1730 곡선은 n+ 또는 p+이 도핑 된 비정질 실리콘(a-Si)을 포함하는 센서 패턴(SEN)에 가시광선(예: 녹색 광)을 조사하는 경우에 대하여, 게이트 전압(Vg)을 가변하면서 드레인 전류의 변화를 나타낸 곡선이다.
3가지 경우(1710, 1720, 1730)는, 게이트 전압(Vg)이 0[V]보다 높은 턴 온 레벨 전압 범위에서는, n+ 또는 p+이 도핑 된 비정질 실리콘(a-Si)을 포함하는 센서 패턴(SEN)은 동일한 감광도(광 반응 정도)를 보이지만, 게이트 전압(Vg)이 0[V]보다 낮은 턴-오프 레벨 전압 범위에서는 센서 패턴(SEN)이 광 종류별로 다른 감광도(광 반응 정도)를 보인다.
여기서, 드레인 전류의 크기가 감광도를 반영한다.
도 17을 참조하면, 1710 곡선의 경우에서처럼, n+ 또는 p+이 도핑 된 비정질 실리콘(a-Si)을 포함하는 센서 패턴(SEN)에 광을 조사하지 않은 경우, n+ 또는 p+이 도핑 된 비정질 실리콘(a-Si)을 포함하는 센서 패턴(SEN)은 광 반응을 하지 않안, 게이트 전압(Vg)이 0[V]보다 낮은 턴-오프 레벨 전압 범위에서 드레인 전류(누설전류)가 발생하지 않는다.
하지만, 1620 곡선의 경우에서처럼, n+ 또는 p+이 도핑 된 비정질 실리콘(a-Si)을 포함하는 센서 패턴(SEN)에 적외선을 조사한 경우, 게이트 전압(Vg)이 0[V]보다 낮은 턴-오프 레벨 전압 범위에서 드레인 전류가 발생한다.
이렇게 발생한 드레인 전류는 센서 패턴(SEN)이 적외선에 반응하여 발생한 것이며, 광 반응 한 센서 패턴(SEN)을 통해 누설된 누설전류(Ioff)에 해당한다.
또한, 1630 곡선의 경우에서처럼, n+ 또는 p+이 도핑 된 비정질 실리콘(a-Si)을 포함하는 센서 패턴(SEN)에 가시광선을 조사한 경우, 게이트 전압(Vg)이 0[V]보다 낮은 턴-오프 레벨 전압 범위에서 1620 곡선에서보다 더 큰 드레인 전류가 발생한다.
이렇게 발생한 드레인 전류는 센서 패턴(SEN)이 가시광선에 반응하여 발생한 것이며, 광 반응 한 센서 패턴(SEN)을 통해 누설된 누설전류(Ioff)에 해당한다.
따라서, 조사 광으로서 적외선과 가시광선 중 어느 파장의 광을 사용해도 무방한 경우에는, n+ 또는 p+이 도핑 된 비정질 실리콘(a-Si)을 포함하는 센서 패턴(SEN)가 더 큰 광 반응을 보이는 가시광선을 조사 광으로 선택하는 것이 좋을 것이다.
또한, 가시광선을 센서 패턴(SEN)에 조사하는 경우, 조사 광이 터치표시장치(100)의 외부를 유출되어 사용자에게 시인되는 성질을 역으로 이용하여, 지문 센싱 영역(FPA) 등의 외부로 원하는 색상의 빛이 미관의 관점에 보이도록 제품 개발을 하는 경우라면, n+ 또는 p+이 도핑 된 비정질 실리콘(a-Si)을 포함하는 센서 패턴(SEN)에 대하여 가장 큰 광 반응을 보이는 가시광선을 조사 광으로 선택할 수 있을 것이다.
한편, 가시광선을 센서 패턴(SEN)에 조사하는 경우, 조사 광이 터치표시장치(100)의 외부를 유출되어 사용자에게 시인되는 것을 방지하고자 하는 경우, 어느 정도의 광 반응도를 보일 수 있는 적외선을 조사 광으로 선택하여도 무방할 것이다.
도 18은 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)의 광 조자 장치를 나타낸 도면이다.
도 18을 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)는, 센서 패턴(SEN)에 광을 조사하기 위한 광 조사 장치를 포함할 수 있다.
이러한 광 조사 장치는, 센서 패턴(SEN)에 조사되는 광을 출력하는 광 출력 장치(1810)와, 광 출력 장치(1810)의 광 출력 타이밍을 제어하는 광 출력 제어 장치(1830)를 포함할 수 있다.
광 출력 제어 장치(1830)는 광 조사가 필요한 타이밍(광 출력 타이밍)에 광 출력 장치(1810)에서 광이 출력되도록 제어 신호를 출력할 수 있다.
이러한 광 출력 장치(1810)를 이용하여 센서 패턴(SEN)에 광을 조사할 수 있으며, 광 출력 제어 장치(1830)를 이용하여 센서 패턴(SEN)에 광이 조사되는 타이밍을 제어하여, 광 방식의 터치 센싱을 가능하게 해줄 수 있다.
광 출력 타이밍에, 스위칭 트랜지스터(SWT)은 턴-오프 되어야 한다.
이에 따라서, 센서 패턴(SEN)을 통한 누설전류의 측정이 가능해질 수 있다.
광 출력 제어 장치(1830)는 터치센싱회로(700)에 포함될 수도 있다.
또한, 광 출력 제어 장치(1830)의 도 1의 컨트롤러(140)일 수 있다.
전술한 광 출력 장치(1810)는, 표시패널(110)의 외부에 배치될 수 있다.
한편, 광 조사 장치는 광 출력 장치(1810)에서 출력된 광을 센서 패턴(SEN)이 위치하는 영역으로 가이드 해주는 광 가이드 부재(1820)를 더 포함할 수 있다.
광 출력 장치(1810)에서 출력된 광은 광 가이드 부재(1820)를 따라 전반사 되면서 센서 패턴(SEN)이 위치하는 영역까지 인도될 수 있다.
따라서, 센서 패턴(SEN)이 있는 터치 센싱 영역(지문 감지 영역)이 광 출력 장치(1810)로부터 떨어져 있는 경우, 광 출력 장치(1810)에서 출력된 광을 센서 패턴(SEN)까지 전달해줄 수 있다.
광 가이드 부재(1820)는, 스위칭 트랜지스터(SWT)이 배치되는 층 상에 배치될 수 있다.
또한, 광 가이드 부재(1820)는 표시패널(110)의 전 영역 또는 일부 영역에 배치될 수 있다.
이와 같이, 광 가이드 부재(1820)를 수직 및 수평으로 위치시킴에 따라, 센서 패턴(SEN)으로 광을 효율적으로 전달해줄 수 있다.
도 19는 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)에서, 터치 센싱 중 지문 센싱을 위한 광 조자 장치의 예시도이다.
도 19를 참조하면, 표시패널(110)은 제1영역(A1)과 제2영역(A2)을 포함할 수 있다.
센서 패턴(SEN)이 있는 픽셀영역(PA)은 제2영역(A2)에 포함될 수 있다.
즉, 지문 센싱 영역(FPA)은 제2영역(A2)에 포함될 수 있다.
광 출력 장치(1810)에서 출력된 광은 제1영역(A1)의 전체 또는 일부에 배치된 광 가이드 부재(1820)를 통해 제2영역(A2)에 배치된 센서 패턴(SEN)에 조사될 수 있다.
영상 표시 영역(300)은 제1영역(A1)을 포함할 수 있다.
영상 표시 영역(300)은 제1영역(A1)뿐만 아니라, 제2영역(A2)을 더 포함할 수 있다.
센서 패턴(SEN)이 있는 픽셀영역(PA)은 지문 센싱 영역(FPA)에 포함될 수 있다.
전술한 바에 따르면, 광 출력 장치(1810)가 지문 센싱 영역(FPA)까 떨어져 있는 경우, 센서 패턴(SEN)으로 광을 효율적으로 전달해주어, 지문 감지를 가능하게 해줄 수 있다.
도 20은 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)의 동작 모드를 나타낸 도면이다.
도 20을 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)는 영상 표시를 위한 디스플레이 모드와 터치 센싱을 위한 터치 센싱 모드로 동작할 수 있다.
다시 말해, 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)의 동작 모드는 디스플레이 모드 또는 터치 센싱 모드일 수 있다.
이에, 터치표시장치(100)는, 동작 구간을 영상 표시를 위한 디스플레이 구간과 터치 센싱을 위한 터치 센싱 구간으로 시분할 하고, 디스플레이 구간에서는 디스플레이 구동을 수행하고, 터치 센싱 구간에서는 터치 센싱을 수행한다.
디스플레이 구간 동안, 턴-온 레벨 전압(예: VGH)의 게이트 신호(Vg)가 게이트 라인(GL)으로 공급되는 타이밍이 존재한다.
터치 센싱 구동 동안, 턴-오프 레벨 전압(예: VGL)의 게이트 신호(Vg)가 게이트 라인(GL)으로 공급될 때, 센서 패턴(SEN)에 광이 조사되는 타이밍(광 출력 타이밍)이 존재한다.
도 21은 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)의 구동회로를 나타낸 도면이다.
도 21을 참조하면, 터치센싱회로(700)는, 센서 패턴(SEN)에 광 조사가 이루어지기 전에, 스위칭 트랜지스터(SWT)가 턴-온된 상태에서 터치센싱에 필요한 구동전압을 출력하여, 구동전압을 데이터 라인(DL)을 통해 픽셀전극(PXL)으로 인가해주어야 한다.
이후, 스위칭 트랜지스터(SWT)가 턴-오프 되고 센서 패턴(SEN)에 광 조사가 이루어진다.
이때, 센서 패턴(SEN)을 통해 누설전류(Ioff)가 발생하고, 발생된 누설전류(Ioff)는 데이터 라인(DL)으로 흐르게 된다.
터치센싱회로(700)는 데이터 라인(DL)에 흐르는 누설전류(Ioff) 또는 이에 대응되는 정보(전하 또는 전압)를 수신하고, 수신된 누설전류(Ioff) 또는 그 대응 정보를 토대로 터치위치 또는 지문정보를 검출할 수 있다.
터치센싱회로(700)는, 구동전압을 출력하고, 데이터 라인(DL)에 흐르는 누설전류(Ioff) 또는 이에 대응되는 정보(전하 또는 전압)를 수신하는 터치구동회로(21110)와, 수신된 누설전류(Ioff) 또는 그 대응 정보를 토대로 터치위치 또는 지문정보를 검출하는 터치프로세서(2120) 등을 포함할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 데이터 라인(DL)은 영상 표시를 위한 디스플레이 구동 시 영상 신호에 해당하는 데이터 전압을 픽셀로 공급하는 영상 신호 배선이기도 하지만, 터치 센싱을 위한 신호 배선이기도 하다.
따라서, 터치구동회로(2110)와 데이터구동회로(120)는 데이터 라인(DL)을 공유해야 한다.
즉, 데이터 라인(DL)은 동작 상태(디스플레이 구동, 터치 센싱)에 따라, 터치구동회로(2110)와 데이터구동회로(120) 중 하나와 연결되어야 한다.
따라서, 본 실시예들에 따른 터치표시장치(100)의 구동회로는, 데이터 라인(DL)을 터치구동회로(2110)와 데이터구동회로(120) 중 하나와 연결해주기 위한 스위칭 소자(MUX)를 더 포함할 수 있다.
한편, 터치구동회로(2110), 데이터구동회로(120) 및 스위칭 소자(MUX)는 하나의 구동 집적회로(2100)로 구현될 수 있다.
이상에서 설명한 본 실시예들에 의하면, 디스플레이 구동을 위한 스위칭 기능과, 터치위치 및/또는 지문을 센싱하기 위한 센서 기능을 수행할 수 있는 일체형 스위치 소자와, 이를 포함하는 터치표시장치(100) 및 표시패널(110)을 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 큰 사이즈를 갖는 터치 센서를 별도로 갖지 않고도 터치위치 및/또는 지문을 정확하게 센싱할 수 있는 터치표시장치(100), 표시패널(110) 및 일체형 스위치 소자를 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 기생 캐패시턴스의 영향을 받지 않고 터치위치 및/또는 지문을 정확하게 센싱할 수 있는 터치표시장치(100), 표시패널(110) 및 일체형 스위치 소자를 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 캐패시턴스 기반의 터치센싱이 불가능한 구조 및 회로 등의 시스템 상황에서도 터치위치 및/또는 지문을 정확하게 센싱할 수 있는 터치표시장치(100), 표시패널(110) 및 일체형 스위치 소자를 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 광 방식으로 터치위치 및/또는 지문을 정확하게 센싱할 수 있는 터치표시장치(100), 표시패널(110) 및 일체형 스위치 소자를 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 이동도 및 응답속도를 빠르게 해주고, 얇은 베젤(Bezel), 고해상도, 높은 개구율 및 낮은 소비전력 등에도 도움을 주면서, 터치위치 및/또는 지문을 정확하게 센싱할 수 있는 터치표시장치(100), 표시패널(110) 및 일체형 스위치 소자를 제공할 수 있다.
이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 터치표시장치
110: 표시패널
120; 데이터구동회로
130: 게이트구동회로
140: 컨트롤러
700: 터치센싱회로

Claims (23)

  1. 데이터 라인 및 게이트 라인이 배치되고, 상기 데이터 라인 및 상기 게이트 라인에 의해 정의되는 픽셀영역에 픽셀전극이 배치된 표시패널을 포함하고,
    상기 픽셀영역에는,
    상기 픽셀전극과 전기적으로 연결된 제1전극, 상기 데이터 라인과 전기적으로 연결된 제2전극, 상기 게이트 라인과 전기적으로 연결된 제3전극 및 양단이 상기 제1전극과 상기 제2전극에 접촉된 반도체 층을 갖는 스위칭 트랜지스터와,
    양단이 상기 제1전극과 상기 제2전극에 직접 또는 간접적으로 접촉된 센서 패턴이 배치되는 터치표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 층은,
    일단이 상기 제1전극의 일단과 접촉되고, 타단이 상기 제2전극의 일단과 접촉되고,
    상기 센서 패턴은,
    일단이 상기 제1전극의 타단과 접촉되고 타단이 상기 제2전극의 타단과 접촉되는 터치표시장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 트랜지스터는 탑-게이트 구조인 터치표시장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 층은 p 타입 또는 n 타입의 저온 폴리 실리콘을 포함하는 터치표시장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 센서 패턴은 절연층을 사이에 두고 상기 제3전극 상에 위치하는 터치표시장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 표시패널에서의 일부 픽셀 영역에서는,
    상기 센서 패턴의 아래에 상기 제3전극이 미 존재하는 터치표시장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 센서 패턴은 감광성 물질을 포함하는 터치표시장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 감광성 물질은 적외선이 조사된 경우 전기적인 특성이 변하는 감광성 물질을 포함하는 터치표시장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 감광성 물질은 가시광선이 조사된 경우 전기적인 특성이 변하는 감광성 물질을 포함하는 터치표시장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 센서 패턴은 비정질 실리콘을 포함하는 터치표시장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 센서 패턴은 n+ 또는 p+이 도핑 된 비정질 실리콘을 포함하는 터치표시장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 센서 패턴은 2가지 이상의 물질 층을 포함하는 터치표시장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 센서 패턴에 조사되는 광을 출력하는 광 출력 장치; 및
    상기 광 출력 장치의 광 출력 타이밍을 제어하는 광 출력 제어 장치를 더 포함하는 터치표시장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 광 출력 타이밍에는 상기 스위칭 트랜지스터는 턴-오프 상태인 터치표시장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 광 출력 장치에서 출력된 광을 상기 센서 패턴이 위치하는 영역으로 가이드 해주는 광 가이드 부재를 더 포함하는 터치표시장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 광 가이드 부재는,
    상기 스위칭 트랜지스터가 배치되는 층 상에 배치되며,
    상기 표시패널의 전 영역 또는 일부 영역에 배치되는 터치표시장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 센서 패턴이 있는 픽셀 영역은, 상기 표시패널의 일부 영역 또는 전 영역에 위치하는 터치표시장치.
  18. 제1항에 있어서,
    영상 표시를 위한 디스플레이 구간과 터치 센싱을 위한 터치 센싱 구간을 포함하고,
    상기 디스플레이 구간 동안,
    턴-온 레벨 전압의 게이트 신호가 상기 게이트 라인으로 공급되는 타이밍이 존재하고,
    상기 터치 센싱 구간 동안,
    턴-오프 레벨 전압의 게이트 신호가 상기 게이트 라인으로 공급될 때 상기 센서 패턴에 광이 조사되는 타이밍이 존재하는 터치표시장치.
  19. 제1항에 있어서,
    각 픽셀영역 별 센서 패턴을 통해 데이터 라인으로 흐르는 누설전류의 차이를 토대로 터치 정보를 검출하는 터치센싱회로를 더 포함하는 터치표시장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 누설전류의 차이는 터치 유무에 따라 발생하는 터치표시장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 누설전류의 차이는 지문의 리지(Ridge) 및 밸리(Valley)에 따라 발생하는 터치표시장치.
  22. 데이터 라인 및 게이트 라인이 배치되고, 상기 데이터 라인 및 상기 게이트 라인에 의해 정의되는 픽셀을 포함하는 표시패널에 있어서,
    각 픽셀에 배치된 픽셀전극;
    상기 픽셀전극과 상기 데이터 라인 사이에 전기적으로 연결된 스위칭 트랜지스터; 및
    상기 스위칭 트랜지스터의 제1전극과 제2전극 사이에 연결된 센서 패턴이 배치되는 표시패널.
  23. 픽셀전극과 전기적으로 연결된 제1전극;
    데이터 라인과 전기적으로 연결된 제2전극;
    게이트 라인과 전기적으로 연결된 제3전극;
    일단이 상기 제1전극의 일단과 접촉되고, 타단이 상기 제2전극의 일단과 접촉되는 반도체 층; 및
    일단이 상기 제1전극의 타단과 접촉되고, 타단이 상기 제2전극의 타단과 접촉되는 센서 패턴을 포함하는 일체형 스위치 소자.
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