KR101906968B1 - 이종 센싱 터치스크린 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

인셀 방식의 터치스크린 장치 및 상기 터치스크린 장치의 구동 방법이 개시된다. 개시된 터치스크린 장치는, 영상을 표시하기 위한 다수의 화소들이 배열되어 있는 다수의 화소행; 인접한 두 화소행 사이에 배열된 것으로, 물리적 접촉을 감지하기 위한 터치센싱부와 입사광을 감지하기 위한 광센싱부; 상기 광센싱부를 활성화시키고 상기 터치센싱부를 리셋시키기 위한 게이트 신호를 제공하도록 상기 광센싱부 및 터치센싱부와 연결된 제 1 센서 게이트 라인; 상기 터치센싱부를 활성화시키고 상기 광센싱부를 리셋시키기 위한 게이트 신호를 제공하도록 상기 광센싱부 및 터치센싱부와 연결된 제 2 센서 게이트 라인; 및 상기 화소들이 활성화된 동안 상기 화소들에 공통 전압을 제공하고, 상기 광센싱부 또는 상기 터치센싱부가 활성화된 동안 상기 화소들에 공통 전압을 제공하지 않도록 구성된 리셋 회로;를 포함할 수 있다.

Description

이종 센싱 터치스크린 장치 및 그 구동 방법{Hybrid sensing touch screen apparatus and method of driving the same}
개시된 실시예는 이종 센싱 터치스크린 장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 직접적인 물리적 접촉을 감지하는 터치센싱 동작과 원거리로부터 입사하는 광을 감지하는 광센싱 동작을 모두 수행할 수 있는 인셀(in-cell) 방식의 터치스크린 장치 및 상기 터치스크린 장치의 구동 방법에 관한 것이다.
터치스크린 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. 일반적으로, 터치스크린 장치는 디스플레이 패널에 터치 패널이라는 장치를 덧붙여서 그 기능을 발휘하도록 한다. 터치 패널에는, 예를 들어, 압력식 저항막 방식, 접촉식 정전용량 방식, 표면초음파전도(surface Acoustic Wave; SAW) 방식, 압전 방식 등의 다양한 종류가 있다. 이러한 터치스크린 장치는 키보드나 마우스를 대신할 수 있는 입력 장치로서 다양한 분야에서 사용되고 있다.
지금까지 널리 사용되고 있는 터치스크린 장치는 손이나 펜 등을 이용하여 디스플레이 장치의 화면에 직접 접촉하는 방식이다. 그러나, 디스플레이 장치가 점차 대형화되면서 사용자와 디스플레이 장치 사이의 거리가 멀어지는 경우에는 이러한 직접 접촉 방식을 적용하기가 어려울 수 있다. 이에 따라, 손이나 펜의 접촉 대신에 광을 감지하여 기존의 터치스크린과 동일한 기능을 수행할 수 있는 광학적 터치스크린 장치가 제안되고 있다. 광학적 터치스크린 장치는 사용자와 단말기 간의 의사소통뿐만 아니라 사용자와 사용자 간의 의사소통에도 유리할 것으로 기대되고 있다.
한편, 최근에는 별도의 터치 패널을 디스플레이 패널에 장착하지 않고, 디스플레이 패널의 화소 어레이 내에 센싱부를 함께 형성한 인셀(in-cell) 방식의 터치스크린 장치가 개발되고 있다. 화소 어레이 내에 센싱부를 함께 형성할 경우, 디스플레이 패널의 대형화에 따른 기생 저항과 기생 커패시턴스의 증가를 억제하는 것이 중요할 수 있다.
직접적인 물리적 접촉을 감지하는 터치센싱 동작과 원거리로부터 입사하는 광을 감지하는 광센싱 동작을 모두 수행할 수 있는 인셀 방식의 터치스크린 장치를 제공한다.
또한, 상기 터치스크린 장치의 구동 방법을 제공한다.
일 유형에 따른 터치스크린 장치는, 영상을 표시하기 위한 다수의 화소들이 배열되어 있는 다수의 화소행; 인접한 두 화소행 사이에 배열된 것으로, 물리적 접촉을 감지하기 위한 터치센싱부와 입사광을 감지하기 위한 광센싱부; 상기 광센싱부를 활성화시키고 상기 터치센싱부를 리셋시키기 위한 게이트 신호를 제공하도록 상기 광센싱부 및 터치센싱부와 연결된 제 1 센서 게이트 라인; 상기 터치센싱부를 활성화시키고 상기 광센싱부를 리셋시키기 위한 게이트 신호를 제공하도록 상기 광센싱부 및 터치센싱부와 연결된 제 2 센서 게이트 라인; 및 상기 화소들이 활성화된 동안 상기 화소들에 공통 전압을 제공하고, 상기 광센싱부 또는 상기 터치센싱부가 활성화된 동안 상기 화소들에 공통 전압을 제공하지 않도록 구성된 리셋 회로;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 터치스크린 장치는 상기 다수의 화소행들에 배열된 다수의 화소들이 공동으로 연결되어 있는 공통 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 리셋 회로는, 공통 전압이 인가되는 공통 전압 라인, 상기 화소들이 활성화된 동안 상기 화소들에 공통 전압을 제공하고 상기 광센싱부 또는 터치센싱부가 활성화된 동안 상기 화소들에 공통 전압을 제공하지 않도록 스위칭되는 리셋 트랜지스터, 및 상기 리셋 트랜지스터에 게이트 신호를 제공하는 리셋 게이트 라인을 포함할 수 있다.
상기 리셋 트랜지스터의 게이트는 상기 리셋 게이트 라인에 연결되며, 상기 리셋 트랜지스터의 드레인은 상기 공통 전압 라인에 연결되고, 상기 리셋 트랜지스터의 소스는 상기 공통 전극에 연결될 수 있다.
상기 공통 전압 라인은 항상 일정한 공통 전압이 유지되며, 상기 리셋 게이트 라인은 상기 화소들이 활성화된 동안 활성화되며 상기 광센싱부 또는 터치센싱부가 활성화된 동안 비활성화되도록 구성될 수 있다.
상기 터치센싱부는, 상기 공통 전극과 제 2 센서 게이트 라인 사이에 연결된 커플링 커패시터; 상기 공통 전극의 전압 변화에 대응하는 센싱 전류를 생성하는 소스 팔로워 트랜지스터; 상기 소스 팔로워 트랜지스터에서 생성된 센싱 전류를 읽기 위한 스위치 트랜지스터; 상기 공통 전극의 전압을 초기화시키기 위한 리셋 트랜지스터; 및 상기 센싱 전류가 출력되는 센서 데이터 라인;을 포함할 수 있다.
상기 소스 팔로워 트랜지스터의 게이트는 상기 공통 전극에 연결되고, 상기 소스 팔로워 트랜지스터의 소스는 상기 스위치 트랜지스터의 드레인에 연결되며, 상기 소스 팔로워 트랜지스터의 드레인은 상기 제 2 센서 게이트 라인에 연결될 수 있다.
상기 스위치 트랜지스터의 게이트는 상기 제 2 센서 게이트 라인에 연결되고, 상기 스위치 트랜지스터의 소스는 상기 센서 데이터 라인에 연결될 수 있다.
상기 리셋 트랜지스터의 게이트는 상기 제 1 센서 게이트 라인에 연결되고, 상기 리셋 트랜지스터의 소스는 상기 공통 전극에 연결되며, 상기 리셋 트랜지스트의 드레인은 상기 제 2 센서 게이트 라인에 연결될 수 있다.
또한, 상기 터치스크린 장치는 상기 다수의 화소행을 순차적으로 활성화시키기 위한 게이트 신호를 제공하도록 각각의 화소행에 연결된 다수의 디스플레이 게이트 라인을 더 포함할 수 있다.
상기 각각의 화소는 화소셀 및 상기 화소셀의 온/오프를 스위칭하는 구동 트랜지스터를 포함하며, 상기 구동 트랜지스터의 게이트는 상기 디스플레이 게이트 라인에 연결되어 있고, 상기 구동 트랜지스터의 소스는 상기 화소셀에 연결될 수 있다.
상기 터치스크린 장치는 상기 구동 트랜지스터의 드레인에 연결되어 있으며 영상 신호를 제공하는 디스플레이 데이터 라인을 더 포함할 수 있다.
상기 터치스크린 장치는, 상기 광센싱부와 터치센싱부에 인접한 두 화소행에 각각 연결된 2개의 디스플레이 게이트 라인 중에서 선행하는 디스플레이 게이트 라인이 활성화된 후에, 상기 제 1 센서 게이트 라인, 상기 제 2 센서 게이트 라인, 및 후행하는 나머지 디스플레이 게이트 라인의 순서로 차례로 활성화되도록 구성될 수 있다.
상기 광센싱부는, 빛의 세기에 따라 오프시 드레인 전류가 변화하는 광센서 트랜지스터, 상기 광센서 트랜지스터의 오프시 드레인 전류를 읽기 위한 스위치 트랜지스터, 및 상기 광센서 트랜지스터의 오프시 드레인 전류가 출력되는 센서 데이터 라인을 포함할 수 있다.
상기 스위치 트랜지스터의 게이트는 상기 제 1 센서 게이트 라인에 연결되어 있고, 상기 스위치 트랜지스터의 드레인은 상기 광센서 트랜지스터의 소스에 연결되어 있으며, 상기 스위치 트랜지스터의 소스는 상기 센서 데이터 라인에 연결될 수 있다.
상기 광센서 트랜지스터의 게이트는 상기 제 2 센서 게이트 라인에 연결되어 있으며, 상기 광센서 트랜지스터의 드레인은 상기 제 1 센서 게이트 라인에 연결될 수 있다.
또한, 상기 광센싱부는 병렬로 연결된 다수의 광센서 트랜지스터를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 광센서 트랜지스터는 산화물 반도체를 채널층의 재료로서 사용한 산화물 반도체 트랜지스터일 수 있다.
다른 유형에 따른 터치스크린 장치의 구동 방법은, 영상을 표시하기 위한 다수의 화소들이 배열되어 있는 제 1 화소행을 활성화시키는 단계; 상기 제 1 화소행에 후행하여 인접하는, 입사광을 감지하는 광센싱부와 물리적 접촉을 감지하는 터치센싱부 중에서 어느 하나를 활성화시키고 나머지 하나를 리셋시키는 단계; 상기 광센싱부와 터치센싱부 중에서 활성화된 하나를 리셋시키고 리셋된 다른 하나를 활성화시키는 단계; 및 상기 광센싱부와 터치센싱부에 후행하여 인접하는, 영상을 표시하기 위한 다수의 화소들이 배열되어 있는 제 2 화소행을 활성화시키는 단계;를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 화소행이 활성화된 동안 상기 화소들에 공통 전압을 제공하고, 상기 광센싱부 또는 상기 터치센싱부가 활성화된 동안 상기 화소들에 공통 전압을 제공하지 않는다.
상기 제 1 및 제 2 화소행들에 배열된 다수의 화소들은 하나의 공통 전극에 공동으로 연결될 수 있다.
상기 터치스크린 장치는 공통 전압이 인가되는 공통 전압 라인, 상기 공통 전압 라인과 상기 공통 전극 사이에 연결된 리셋 트랜지스터, 및 상기 리셋 트랜지스터에 게이트 신호를 제공하는 리셋 게이트 라인을 포함할 수 있으며, 여기서 상기 리셋 트랜지스터는 상기 화소들이 활성화된 동안 상기 화소들에 공통 전압을 제공하고 상기 광센싱부 또는 터치센싱부가 활성화된 동안 상기 화소들에 공통 전압을 제공하지 않도록 스위칭될 수 있다.
상기 터치스크린 장치의 구동 방법은, 상기 공통 전압 라인은 항상 일정한 공통 전압이 유지되며, 상기 리셋 게이트 라인은 상기 제 1 및 제 2 화소행들이 활성화된 동안 활성화되어 상기 리셋 트래지스터를 턴온시키고 상기 광센싱부 또는 터치센싱부가 활성화된 동안 비활성화되어 상기 리셋 트랜지스터를 턴오프시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 터치스크린 장치는 상기 광센싱부 및 터치센싱부와 연결된 제 1 및 제 2 센서 게이트 라인를 포함하며, 상기 제 1 센서 게이트 라인이 활성화된 동안 상기 광센싱부가 활성화되고 상기 터치센싱부가 리셋되며, 상기 제 2 센서 게이트 라인이 활성화된 동안 상기 터치센싱부가 활성화되고 상기 광센싱부가 리셋될 수 있다.
개시된 실시예에 따른 터치스크린 장치는 직접적인 물리적 접촉을 감지하는 터치센싱 동작과 원거리로부터 입사하는 광을 감지하는 광센싱 동작을 모두 수행할 수 있다.
또한, 터치센싱 동작을 수행하기 위한 터치센싱부와 광센싱 동작을 수행하기 위한 광센싱부를 영상을 표시하는 화소 어레이 내에 함께 형성함으로써, 이종 센싱이 가능한 인셀 방식의 터치스크린 장치가 구현될 수 있다.
더욱이, 개시된 실시예에 따르면, 터치스크린 장치의 센싱부를 리셋시키기 위한 리셋 트랜지스터의 개수를 최소화할 수 있다. 따라서, 트랜지스터의 개수 증가에 따른 기생 커패시턴스의 증가를 억제하여 터치센싱의 감도를 높일 수 있다. 또한, 기생 저항의 증가를 억제하여 터치스크린 장치의 구동을 효율적으로 수행할 수 있으며 터치스크린 장치의 소비전력를 감소시킬 수 있다. 기생 저항과 기생 커패시턴스를 효율적으로 억제함으로써, 대면적의 터치스크린 장치를 제공하는 것이 가능하다.
도 1은 일 실시예에 따른 터치스크린 장치의 예시적인 구성을 보이는 단위 화소의 개략적인 레이아웃을 도시한다.
도 2a 및 2b는 도 1에 도시된 터치스크린 장치의 광센싱부의 동작을 개략적으로 보이는 예시적인 개념도이다.
도 3 및 도 4는 산화물 반도체 트랜지스터의 동작 특성을 보이는 그래프이다.
도 5는 도 2a 및 도 2b에 도시된 개념을 이용하는 터치스크린 장치의 광센싱부의 등가회로를 예시적으로 보이는 회로도이다.
도 6은 도 1에 도시된 터치스크린 장치의 터치센싱부의 동작을 개략적으로 보이는 예시적인 개념도이다.
도 7은 도 6에 도시된 개념을 이용하는 터치스크린 장치의 터치센싱부의 등가회로를 예시적으로 보이는 회로도이다.
도 8은 도 5에 도시된 광센싱부의 등가회로와 도 7에 도시된 터치센싱부의 등가회로를 적용한 터치스크린 장치의 화소 구조를 보이는 회로도이다.
도 9는 도 8에 도시된 터치스크린 장치의 구동 방법을 보이는 타이밍도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 이종 센싱 터치스크린 장치 및 그 구동 방법에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 터치스크린 장치의 예시적인 구성을 보이는 한 단위 화소부의 개략적인 레이아웃을 도시하고 있다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 터치스크린 장치(100)는 직접적인 물리적 접촉을 감지하는 터치센싱 동작과 원거리로부터 입사하는 광을 감지하는 광센싱 동작을 모두 수행할 수 있는 인셀 방식의 터치스크린 장치이다. 예를 들어, 터치스크린 장치(100)는, 영상을 표시하기 위한 다수의 화소들이 각각 배열되어 있는 다수 화소행(110, 120, 130, 140), 입사광을 감지하는 광센싱부(150), 및 물리적 접촉을 감지하는 터치센싱부(160)를 포함할 수 있다. 여기서, 다수의 화소행(110, 120, 130, 140), 광센싱부(150) 및 터치센싱부(160)는 하나의 기판(101) 상에서 함께 형성될 수 있다.
각각의 화소행(110, 120, 130, 140)은 행 방향을 따라 한 줄로 배열된 다수의 화소(111)들을 포함할 수 있다. 도 1에는 각각의 화소행(110, 120, 130, 140)마다 단지 4개의 화소(111)들만이 편의상 도시되어 있지만, 하나의 화소행(110, 120, 130, 140)에는 훨씬 더 많은 수의 화소(111)들이 배열될 수도 있다. 또한, 각각의 화소(111)는, 예컨대, 청색 화소셀(112B), 녹색 화소셀(112G), 적색 화소셀(112R), 및 상기 화소셀(112B, 112G, 112R)들의 온/오프를 각각 개별적으로 스위칭하는 구동 회로(113B, 113G, 113R)들을 포함할 수 있다.
또한, 각각의 화소행(110, 120, 130, 140)에는 구동 회로(113B, 113G, 113R)들에 게이트 신호를 제공하기 위한 디스플레이 게이트 라인(DGLn, DGLn+1, DGLn+2, DGLn+3)들이 각각 연결될 수 있다. 예를 들어, 제 1 화소행(110)에 연결된 제 1 디스플레이 게이트 라인(DGLn)이 활성화되면, 제 1 화소행(110)의 구동 회로(113B, 113G, 113R)들이 턴온되면서 화소셀(112B, 112G, 112R)에 영상 신호가 입력될 수 있다. 그런 후에는, 제 1 디스플레이 게이트 라인(DGLn)은 비활성화되고 제 2 디스플레이 게이트 라인(DGLn+1)이 활성화되면서, 제 2 화소행(120)에 있는 화소셀들에 영상 신호가 입력될 수 있다. 이러한 방식으로, 하나의 화소행(110, 120, 130, 140)씩 순차적으로 디스플레이 게이트 라인(DGLn, DGLn+1, DGLn+2, DGLn+3)이 활성화되면서 전체 화소(111)들에 영상 신호가 입력될 수 있다.
광센싱부(150)와 터치센싱부(160)는 인접한 두 화소행(120, 130) 사이에 함께 배치될 수 있다. 도 1에는, 예를 들어, 제 2 화소행(120)과 제 3 화소행(130) 사이에 광센싱부(150)와 터치센싱부(160)가 함께 배치된 것으로 도시되어 있다. 일반적으로, 입사광의 면적 또는 물리적인 접촉 면적은 하나의 화소(111)의 크기에 비해 매우 크기 때문에, 광센싱부(150)와 터치센싱부(160)는 다수의 화소(111)들마다 하나씩 배치될 수도 있다. 예를 들어, 도 1에는 16개의 화소(111)들마다 하나의 광센싱부(150)와 터치센싱부(160)가 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 광센싱부(150)와 터치센싱부(160)에는 2개의 센서 게이트 라인(SGLn, SGLn+1)이 함께 연결되어 있다. 예를 들어, 제 1 센서 게이트 라인(SGLn)이 활성화될 때 광센싱부(150)가 활성화되어 입사광을 감지하고 터치센싱부(160)가 리셋되도록, 광센싱부(150)와 터치센싱부(160)가 구성될 수 있다. 그리고, 제 2 센서 게이트 라인(SGLn+1)이 활성화될 때 광센싱부(150)가 리셋되고 터치센싱부(160)가 활성화되어 물리적 접촉을 감지하도록, 광센싱부(150)와 터치센싱부(160)가 구성될 수 있다. 이를 위한 구체적인 구조는 후에 보다 상세하게 설명한다.
도 1에는 도시되지 않았지만, 터치스크린 장치(100)는 디스플레이 게이트 라인(DGLn, DGLn+1, DGLn+2, DGLn+3)과 센서 게이트 라인(SGLn, SGLn+1)에 게이트 신호를 순차적으로 제공하기 위한 게이트 드라이버를 더 포함할 수 있다. 즉, 디스플레이 게이트 라인(DGLn, DGLn+1, DGLn+2, DGLn+3)과 센서 게이트 라인(SGLn, SGLn+1)은 하나의 동일한 게이트 드라이버에 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 실시예에서, 게이트 드라이버는 제 1 디스플레이 게이트 라인(DGLn), 제 2 디스플레이 게이트 라인(DGLn+1), 제 1 센서 게이트 라인(SGLn), 제 2 센서 게이트 라인(SGLn+1), 제 3 디스플레이 게이트 라인(DGLn+2), 및 제 4 디스플레이 게이트 라인(DGLn+3)의 순서로 차례로 게이트 신호를 인가할 수 있다. 따라서, 제 1 및 제 2 화소행(110, 120)에서 차례로 영상을 표시한 후, 광센싱부(150)와 터치센싱부(160)가 입사광과 물리적 접촉을 차례로 감지하고, 이어서 제 3 및 제 4 화소행(130, 140)에서 차례로 영상을 표시할 수 있다.
한편, 도 1은 터치스크린 장치(100)의 전체 영역을 도시하는 것이 아니라, 하나의 공통 전극(105, 도 8 참조)에 공동으로 연결되어 있는 하나의 단위 화소부만을 도시하고 있다. 본 실시예에서, 공통 전극(105)은 영상을 디스플레이하는 동안 화소(111)들에 공통 전압을 제공하는 역할을 할 뿐만 아니라, 물리적 접촉을 감지하는 동안에는 터치센싱부(160)에 있는 커패시터(도 7, 도 8 참조)의 센싱 전극의 역할을 한다. 이 경우, 공통 전극(105)이 넓은 면적에 걸쳐 분포되기 때문에 터치센싱부(160)의 감도를 증가시킬 수 있다.
이러한 구조에서, 영상을 디스플레이하는 동안에는 공통 전극(105)의 전압이 일정하게 유지하고, 물리적 접촉을 감지하는 동안에는 공통 전극(105)의 전압이 접촉 면적에 따라 변화하게 된다. 따라서, 터치센싱 동작을 수행한 후에는 공통 전극(105)의 전압이 변화된 상태일 수 있으므로, 영상을 디스플레이 할 때에는 공통 전극(105)의 전압을 초기화할 수 있다. 이러한 초기화 동작을 위하여, 터치스크린 장치(100)는, 공통 전압이 인가되는 공통 전압 라인(COM), 화소(111)들이 활성화된 동안에는 화소(111)들에 공통 전압을 제공하고 광센싱부(150) 또는 터치센싱부(160)가 활성화된 동안에는 화소(111)들에 공통 전압을 제공하지 않도록 스위칭되는 리셋 트랜지스터(170), 및 리셋 트랜지스터(170)에 게이트 신호를 제공하는 리셋 게이트 라인(RS)을 구비하는 리셋 회로를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 영상을 디스플레이하는 동안에는 리셋 게이트 라인(RS)이 활성화되어 리셋 트랜지스터(170)가 턴온된다. 그러면, 공통 전압 라인(COM)이 공통 전극(105)과 연결되어 공통 전극(105)이 공통 전압이 인가된다. 반면, 터치센싱을 위해 제 1 또는 제 2 센서 게이트 라인(SGLn, SGLn+1)이 활성화된 동안에는, 리셋 게이트 라인(RS)이 비활성화되어 리셋 트랜지스터(170)가 턴오프된다. 그러면, 공통 전압 라인(COM)과 공통 전극(105) 사이의 연결이 끊어질 수 있다.
도 1에는 하나의 공통 전극(105)에 연결되어 있는 단위 화소부가 16개의 화소(111)들 및 하나의 광센싱부(150)와 터치센싱부(160)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 그러나 이는 단순한 예일 뿐이며, 단위 화소부 내에 배치된 화소(111)들 및 광센싱부(150)와 터치센싱부(160)의 개수는 실시예에 따라 다양하게 선택될 수 있다. 터치스크린 장치(100)는 상술한 구성을 갖는 다수의 단위 화소부들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 다수의 단위 화소부들이 2차원 매트릭스 형태의 어레이로 배열될 수 있다.
이하에서는, 상술한 터치스크린 장치(100)의 각 부분에 대한 구체적인 회로 구조 및 동작을 상세하게 설명한다.
먼저, 도 2a 및 2b는 도 1에 도시된 터치스크린 장치(100)의 광센싱부(150)의 동작을 개략적으로 보이는 예시적인 개념도이다. 광센싱부(150)는 광센서 트랜지스터의 오프시 드레인 전류가 빛의 입사 여부에 따라 변화하는 원리를 이용한다. 도 2a 및 2b를 참조하면, 일반적인 화소 사이의 영역은 빛이 입사하지 않도록 블랙 매트릭스가 채워질 수 있으나, 광센서 트랜지스터가 배치된 영역은 빛이 입사할 수 있도록 광학적으로 개방될 수 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 레이저 포인터와 같은 광원 장치(10)로부터 빛이 입사하지 않을 때에는 광 터치가 발생하지 않는다. 그러나 도 2b에 도시된 바와 같이, 광원 장치(10)로부터 터치스크린 장치(100)의 특정 영역에 빛이 입사하면, 광센싱부(150)가 광센서 트랜지스터의 드레인 전류를 감지하여 광 터치가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 따라서, 통상적인 물리적 접촉의 감지에 의한 터치 동작을 입사광의 감지를 통해서도 구현할 수 있다. 이러한 광학적 터치 기술은, 예를 들어, 전자 칠판, 대형 스마트 TV 등과 같은 대형 디스플레이 장치에서 원거리 터치를 가능하게 할 수 있다.
광센싱부(150)의 광센서 트랜지스터로는 산화물 반도체 트랜지스터를 사용할 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 드레인 전류가 변화하는 특성이 있기 때문에 광센싱 소자로서 활용될 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.
또한, 채널층의 산화물 재료에 따라 산화물 반도체 트랜지스터가 특정 파장에서 반응하도록 제어할 수 있으므로, 산화물 반도체 트랜지스터를 사용하면 외부 광에 의해 광센싱부(150)가 오동작하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 청색광에 민감하도록 제조된 산화물 반도체 트랜지스터를 광센서 트랜지스터로서 사용하고, 청색광을 방출하는 레이저 포인터를 광원 장치(10)로서 사용할 수 있다. 통상적으로 외부광은 다양한 파장의 광이 혼합되어 있으므로, 광원 장치(10)로부터 방출된 광과 일반적인 외부광을 구별하는 것이 가능하다.
도 3 및 도 4는 이러한 산화물 반도체 트랜지스터의 동작 특성을 보이는 그래프로서, 도 3은 산화물 반도체 트랜지스터의 게이트 전압(Vgs)에 대한 드레인 전류(Ids) 특성을 보이고 있으며, 도 4는 산화물 반도체 트랜지스터에 빛이 입사한 이후 시간의 흐름에 따른 드레인 전류의 변화를 보이고 있다.
도 3을 참조하면, 산화물 반도체 트랜지스터에 빛이 입사할 때, 산화물 반도체 트랜지스터의 오프(OFF)시 드레인 전류가 증가하게 된다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 산화물 반도체 트랜지스터에 문턱전압보다 큰 게이트 전압을 인가할 경우에는, 도 3에 도시된 그래프의 우측에서와 같이, 빛이 입사할 때의 드레인 전류와 빛이 입사하지 않을 때의 드레인 전류는 거의 동일하다. 그러나, 산화물 반도체 트랜지스터에 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 트랜지스터에 문턱전압보다 낮은 게이트 전압을 인가한 상태에서, 드레인 전류의 측정을 통해 빛의 입사 여부를 판단할 수 있다.
또한, 도 4를 참조하면, 약 40초 정도에 산화물 반도체 트랜지스터에 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 트랜지스터의 채널층 내부에 또는 그 계면에 전하가 트랩되어 발생하는 것으로 이해될 수 있다. 예컨대, 빛과 함께 음의 게이트 전압이 산화물 반도체 트랜지스터에 인가되면, 채널층 내부에서 빛에 의해 생성된 정공(hole)들이 게이트 절연막과 채널층 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 트랜지스터에 인가하여 트랩된 전하들을 제거하면 사라지게 된다.
도 5는 상술한 산화물 반도체 트랜지스터를 이용하는 광센싱부(150)의 등가회로를 예시적으로 보이는 회로도이다. 도 5를 참조하면, 광센싱부(150)는 서로 직렬로 연결된 스위치 트랜지스터(SWT1)와 광센서 트랜지스터(LST)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광센서 트랜지스터(LST)의 소스와 스위치 트랜지스터(SWT1)의 드레인이 서로 연결되어 있을 수 있다. 또한, 스위치 트랜지스터(SWT1)의 게이트에는 제 1 센서 게이트 라인(SGLn)이 연결되어 있으며, 스위치 트랜지스터(SWT1)의 소스에는 제 1 센서 데이터 라인(SDLn)이 연결될 수 있다. 광센서 트랜지스터(LST)의 드레인에는 구동 전압 라인(VDD)이 연결되어 있으며, 광센서 트랜지스터(LST)의 게이트에는 제 2 센서 게이트 라인(SGLn+1)이 연결될 수 있다. 광센서 트랜지스터(LST)는 상술한 산화물 반도체 트랜지스터일 수 있다.
이러한 구조의 광센싱부(150)에서, 제 1 센서 게이트 라인(SGLn)이 활성화되어 스위치 트랜지스터(SWT1)에 게이트 전압이 인가되면, 스위치 트랜지스터(SWT1)가 턴온된다. 그러면, 광센서 트랜지스터(LST)의 소스로부터 제 1 센서 데이터 라인(SDLn)으로 전류가 흐르게 된다. 이때, 광센서 트랜지스터(LST)로부터 제 1 센서 데이터 라인(SDLn)으로 흐르는 전류의 양은 광센서 트랜지스터(LST)에 입사하는 빛의 세기에 따라 변화하게 된다. 앞서 설명한 바와 같이, 빛에 의한 전류의 변화는 산화물 반도체 트랜지스터가 턴오프된 상태에서 발생한다. 따라서, 제 1 센서 게이트 라인(SGLn)이 활성화된 동안에는 제 2 센서 게이트 라인(SGLn+1)이 비활성화되어 광센서 트랜지스터(LST)를 턴오프시킨다. 이 상태에서, 제 1 센서 데이터 라인(SDLn)을 통해 흐르는 전류의 양을 측정하면 광센서 트랜지스터(LST)에 입사하는 빛의 세기를 계산할 수 있다.
반면, 제 1 센서 게이트 라인(SGLn)이 비활성화되면 스위치 트랜지스터(SWT1)가 턴오프되어 제 1 센서 데이터 라인(SDLn)으로 전류가 흐르지 않는다. 한편, 앞서 설명한 바와 같이, 일단 산화물 반도체 트랜지스터에 빛이 입사한 후에는, 빛의 입사가 중단되더라도 드레인 전류가 자연적으로 감소하지 않으며, 산화물 반도체 트랜지스터를 초기화하기 위해서는 산화물 반도체 트랜지스터를 일시적으로 턴온시켜야 한다. 따라서, 제 1 센서 게이트 라인(SGLn)이 비활성화된 동안에는, 다음의 센싱을 위해 제 2 센서 게이트 라인(SGLn+1)이 활성화된다. 그러면, 광센서 트랜지스터(LST)에 게이트 전압이 인가되어 광센서 트랜지스터(LST)가 리셋될 수 있다.
또한, 도 6은 도 1에 도시된 터치스크린 장치(100)의 터치센싱부(160)의 동작을 개략적으로 보이는 예시적인 개념도이다. 도 6을 참조하면, 본 실시예에서 터치스크린 장치(100)는 예를 들어 동일면에 있는 두 전극 사이에서 화소셀을 구동하는 IPS(In-Plane Switch) 패널을 사용할 수 있다. 이러한 구조에서, 화소셀을 구동하는 두 전극 중에서 하나의 전극은 커패시터와 연결되어 있는 센싱 전극의 역할을 할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 도전체인 손가락이 터치스크린 장치(100)의 표면에 닿으면 센싱 전극과 손가락 사이에 기생 커패시턴스가 발생하는데, 이러한 기생 커패시턴스에 의해 센싱 전극의 전압이 변화하게 된다. 따라서, 센싱 전극의 전압 변화를 감지함으로써 물리적인 접촉을 감지할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 감도를 높이기 위하여 다수의 화소셀들에 공동으로 연결된 공통 전극을 센싱 전극으로서 선택할 수 있다.
도 7은 도 6에서 설명한 개념을 이용하는 터치스크린 장치(100)의 터치센싱부(160)의 등가회로를 예시적으로 보이는 회로도이다. 도 7을 참조하면, 상기 터치센싱부(160)는 스위치 트랜지스터(SWT2), 소스 팔로워(source follower) 트랜지스터(SFT), 리셋 트랜지스터(RST) 및 커플링 커패시터(Ccp)를 포함할 수 있다. 소스 팔로워 트랜지스터(SFT)의 게이트는 센싱 전극(SELT)에 연결되고, 소스는 스위치 트랜지스터(SWT2)의 드레인에 연결되며, 드레인은 제 2 센서 게이트 라인(SGLn+1)에 연결될 수 있다. 스위치 트랜지스터(SWT2)의 게이트는 제 2 센서 게이트 라인(SGLn+1)에 연결되고, 드레인은 소스 팔로워 트랜지스터(SFT)의 소스에 연결되며, 소스는 제 2 센서 데이터 라인(SDLn+1)에 연결될 수 있다. 또한, 리셋 트랜지스터(RST)의 게이트는 제 1 센서 게이트 라인(SGLn)에 연결되고, 소스는 센싱 전극(SELT)에 연결되며, 드레인은 제 2 센서 데이터 라인(SDLn+1)에 연결될 수 있다. 한편 커플링 커패시터(Ccp)의 일단은 센싱 전극(SELT)에 연결되며 타단은 제 2 센서 게이트 라인(SGLn+1)에 연결될 수 있다. 상술한 바와 같이, 센싱 전극(SELT)은 공통 전극일 수 있다.
도 7에 도시된 구조에서, 제 1 센서 게이트 라인(SGLn)이 활성화되고 제 2 센서 게이트 라인(SGLn+1)이 비활성화되면, 스위치 트랜지스터(SWT2)가 턴오프되어 제 2 센서 데이터 라인(SDLn+1)으로 신호가 제공되지 않는다. 또한, 리셋 트랜지스터(RST)가 턴온되면서 커플링 커패시터(Ccp)의 양단이 동일 전위로 초기화된다.
그런 후, 제 1 센서 게이트 라인(SGLn)이 비활성화되고 제 2 센서 게이트 라인(SGLn+1)이 활성화되면, 스위치 트랜지스터(SWT2)는 턴온되고 리셋 트랜지스터(RST)는 턴오프된다. 그러면, 센싱 전극(SELT)의 전압 변화에 대응하여 소스 팔로워 트랜지스터(SFT)에서 생성된 센싱 전류가 스위치 트랜지스터(SWT2)를 통해 제 2 센서 데이터 라인(SDLn+1)에 제공될 수 있다. 센싱 전극(SELT)의 전압 변화는 커플링 커패시터(Ccp)와 핑거 커패시터(Cfig) 사이의 커패시턴스비(capacitance ratio)에 대응할 수 있다. 여기서, 핑거 커패시터(Cfig)는 손가락과 같은 도전체가 터치스크린 장치(100)와 접촉할 때 발생하는 가상의 커패시터이다.
손가락의 접촉이 없는 경우에는 핑거 커패시터(Cfig)가 형성되지 않는다. 이때, 소스 팔로워 트랜지스터(SFT)의 게이트에는 센싱 전극(SELT)의 전압이 그대로 인가될 수 있다. 반면, 예를 들어, 손가락의 접촉에 의해 커플링 커패시터(Ccp)의 커패시턴스와 동일한 커패시턴스를 갖는 핑거 커패시터(Cfig)가 형성된다면, 소스 팔로워 트랜지스터(SFT)의 게이트에 인가되는 전압은 1/2로 감소할 수 있다. 소스 팔로워 트랜지스터(SFT)의 게이트에 인가되는 전압의 크기에 따라 제 2 센서 게이트 라인(SGLn+1)으로부터 스위치 트랜지스터(SWT2)로 흐르는 전류량이 변화하며, 결과적으로 제 2 센서 데이터 라인(SDLn+1)의 전류량이 변화하게 된다. 따라서, 제 2 센서 데이터 라인(SDLn+1)의 전류 변화를 감지함으로써 손가락의 접촉 여부를 판단할 수 있다.
도 8은 도 5에 도시된 광센싱부(150)의 등가회로와 도 7에 도시된 터치센싱부(160)의 등가회로를 적용한 터치스크린 장치(100)의 화소 구조를 보이는 회로도이다. 도 8을 참조하면, 터치스크린 장치(100)는 다수의 화소행(110, 120, 130, 140)을 포함하며, 각각의 화소행(110, 120, 130, 140)마다 다수의 화소(111)들이 배열되어 있다. 또한, 각각의 화소(111)는 청색 화소셀(112B), 녹색 화소셀(112G), 적색 화소셀(112R), 및 상기 화소셀(112B, 112G, 112R)들의 온/오프를 각각 개별적으로 스위칭하는 구동 회로(113B, 113G, 113R)들을 포함할 수 있다.
예를 들어, 각각의 구동 회로(113B, 113G, 113R)는 하나의 트랜지스터를 포함할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 트랜지스터의 게이트는 디스플레이 게이트 라인(DGLn, DGLn+1, DGLn+2, DGLn+3)에 각각 연결되어 있으며, 드레인은 적, 녹, 청색의 화소셀(112R, 112G, 112B)에 각각 대응하는 적, 녹, 청색의 데이터 라인(R, G, B)을 포함하는 디스플레이 데이터 라인(DDLn, DDLn+1, DDLn+2, DDLn+3)에 연결되어 있다. 또한, 트랜지스터의 소스는 화소셀(112R, 112G, 112B)의 일단에 배치된 화소 전극에 연결되어 있다. 그리고, 화소셀(112R, 112G, 112B)의 타단에는 도 8에서 굵은 선으로 표시된 공통 전극(105)이 연결되어 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 공통 전극(105)은 단위 화소부 내의 모든 화소셀(112R, 112G, 112B)들에 공동으로 연결될 수 있다.
또한, 제 2 화소행(120)과 제 3 화소행(130) 사이에는 도 5에 도시된 광센싱부(150)와 도 7에 도시된 터치센싱부(160)가 배치되어 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제 1 센서 게이트 라인(SGLn)에는 광센싱부(150)의 스위치 트랜지스터(SWT1)의 게이트와 터치센싱부(160)의 리셋 트랜지스터(RST)의 게이트가 연결되어 있고, 제 2 센서 게이트 라인(SGLn+1)에는 광센싱부(150)의 광센서 트랜지스터(LST)의 게이트와 터치센싱부(160)의 스위치 트랜지스터(SWT2)의 게이트가 연결되어 있다. 도 8에는 예시적으로 3개의 광센서 트랜지스터(LST)가 병렬로 연결된 것으로 도시되어 있지만, 도 5에서와 같이 단지 하나의 광센서 트랜지스터(LST)만이 배치될 수도 있다. 다수의 광센서 트랜지스터(LST)를 병렬로 연결하여 배치함으로써 광센싱 감도를 향상시킬 수 있다. 또한, 도 8의 실시예에서, 광센싱부(150)는 별도의 구동 전압 라인을 갖지 않으며, 광센서 트랜지스터(LST)의 드레인을 제 1 센서 게이트 라인(SGLn)에 연결함으로써, 제 1 센서 게이트 라인(SGLn)이 광센서 트랜지스터(LST)에 구동 전압을 제공하는 역할도 할 수 있다.
한편, 터치센싱부(160)의 커플링 커패시터(Ccp)의 일단은 공통 전극(105)에 연결되어 있으며 타단은 제 2 센서 게이트 라인(SGLn+1)에 연결되어 있다. 따라서, 공통 전극(105)이 터치센싱부(160)의 센싱 전극의 역할을 할 수 있다. 또한, 도 8의 실시예에서, 리셋 트랜지스터(RST)의 드레인은 제 2 센서 게이트 라인(SGLn+1)에 연결되고, 소스는 공통 전극(105)에 연결될 수 있다.
제 4 디스플레이 게이트 라인(DGLn+3)에 인접하여 공통 전압 라인(COM), 리셋 게이트 라인(RS) 및 리셋 트랜지스터(170)가 배치되어 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 리셋 트랜지스터(170)의 게이트에는 리셋 게이트 라인(RS)이 연결되어 있으며, 드레인에는 공통 전압 라인(COM)이 연결되어 있고, 소스에는 공통 전극(105)이 연결되어 있다. 따라서, 리셋 게이트 라인(RS)이 활성화되면 리셋 트랜지스터(170)가 턴온되면서 공통 전압 라인(COM)의 공통 전압이 공통 전극(105)에 인가될 수 있다.
도 9는 도 8에 도시된 터치스크린 장치(100)의 구동 방법을 보이는 타이밍도이다. 도 9의 타이밍도를 참조하면, 제 1 디스플레이 게이트 라인(DGLn), 제 2 디스플레이 게이트 라인(DGLn+1), 제 1 센서 게이트 라인(SGLn), 제 2 센서 게이트 라인(SGLn+1), 제 3 디스플레이 게이트 라인(DGLn+2), 제 4 디스플레이 게이트 라인(DGLn+3)의 순서로 차례로 활성화될 수 있다. 또한, 리셋 게이트 라인(RS)은 디스플레이 게이트 라인(DGLn, DGLn+1, DGLn+2, DGLn+3)들이 활성화된 동안 활성화되어 리셋 트랜지스터(170)를 턴온시키고, 센서 게이트 라인(SGLn, SGLn+1)이 활성화된 동안에는 비활성화되어 리셋 트랜지스터(170)를 턴오프시킨다. 따라서, 디스플레이 게이트 라인(DGLn, DGLn+1, DGLn+2, DGLn+3)이 활성화된 동안에만 공통 전극(105)에 공통 전압이 인가되고, 광센싱 및 터치센싱을 수행하는 동안에는 공통 전극(105)에 공통 전압이 인가되지 않는다. 공통 전압 라인(COM)에는 항상 일정한 공통 전압이 유지된다.
먼저, 제 1 디스플레이 게이트 라인(DGLn)이 활성화되면, 디스플레이 데이터 라인(DDLn, DDLn+1, DDLn+2, DDLn+3)으로부터 제 1 화소행(110)의 다수의 화소셀(112R, 112G, 112B)들에 영상 신호가 각각 제공될 수 있다. 이어서, 제 2 디스플레이 게이트 라인(DGLn+1)이 활성화되면, 디스플레이 데이터 라인(DDLn, DDLn+1, DDLn+2, DDLn+3)으로부터 제 2 화소행(120)의 다수의 화소셀(112R, 112G, 112B)들에 영상 신호가 각각 제공될 수 있다.
그런 후, 제 1 센서 게이트 라인(SGLn)이 활성화되면, 광센싱부(150)의 스위치 트랜지스터(SWT1)가 턴온되면서 광센싱 동작을 수행한다. 이때, 리셋 게이트 라인(RS)이 비활성화되어 리셋 트랜지스터(170)가 턴오프되므로, 공통 전극(105)에 대한 공통 전압의 인가가 중단될 수 있다. 또한, 터치센싱부(160)의 리셋 트랜지스터(RST)가 턴온되면서 터치센싱부(160)가 리셋된다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 디스플레이 게이트 라인(DGLn, DGLn+1)이 활성화된 동안에는, 공통 전극(105)에 연결된 커플링 커패시터(Ccp)의 일단에는 공통 전압이 인가되고, 제 2 센서 게이트 라인(SGLn+1)에 연결된 커플링 커패시터(Ccp)의 타단에는 음의 바이어스 전압이 인가된다. 그리고, 제 1 센서 게이트 라인(SGLn)이 활성화되어 리셋 트랜지스터(RST)가 턴온되면, 커플링 커패시터(Ccp)의 양단이 동일 전압으로 초기화된다. 이때, 리셋 트랜지스터(170)가 턴오프된 상태이므로, 공통 전극(105)에는 공통 전압 라인(COM)과의 연결이 끊어지고 제 2 센서 게이트 라인(SGLn+1)의 음의 바이어스 전압이 인가될 수 있다.
이어서, 제 2 센서 게이트 라인(SGLn+1)이 활성화되면, 광센싱부(150)의 광센서 트랜지스터(LST)가 턴온되면서 광센싱부(150)가 리셋되고, 터치센싱부(160)의 스위치 트랜지스터(SWT2)가 턴온되면서 터치센싱 동작을 수행한다. 도 8의 실시예에서는, 먼저 광센싱부(150)가 활성화되고 터치센싱부(160)가 리셋된 후에, 광센싱부(150)가 리셋되고 터치센싱부(160)가 활성화되는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 이는 단지 하나의 예일 뿐이며, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 먼저 터치센싱부(160)가 활성화되고 광센싱부(150)가 리셋된 후에, 터치센싱부(160)가 리셋되고 광센싱부(150)가 활성화되도록 터치스크린 장치(100)가 구성될 수도 있다.
제 3 디스플레이 게이트 라인(DGLn+2)이 활성화될 때, 리셋 게이트 라인(RS)이 활성화되면서 터치센싱 동작을 수행하는 동안 전압이 변화된 공통 전극(105)을 공통 전압으로 초기화한다. 그리고, 제 3 화소행(130)과 제 4 화소행(140)에 차례로 영상 신호를 제공할 수 있다. 도 9의 타이밍도에 도시된 바와 같이, 인접한 두 디스플레이 게이트 라인(DGLn, DGLn+1, DGLn+2, DGLn+3)들의 활성화 구간 사이의 시간 간격은 모두 동일할 수 있다. 예를 들어, 제 1 디스플레이 게이트 라인(DGLn)과 제 2 디스플레이 게이트 라인(DGLn+1)의 활성화 구간 사이의 시간 간격은 제 2 디스플레이 게이트 라인(DGLn+1)과 제 3 디스플레이 게이트 라인(DGLn+2)의 활성화 구간 사이의 시간 간격과 같다. 따라서, 다수의 화소행(110, 120, 130, 140)을 순차적으로 스캐닝하여 영상 신호를 제공하는 중간에, 예를 들어, 제 2 화소행(120)을 스캐닝한 후 제 3 화소행(130)을 스캐닝하기 전에 광센싱 및 터치센싱 동작을 수행하더라도, 전체적인 영상의 디스플레이 시간에는 지연이 발생하지는 않는다.
상술한 설명을 통해 알 수 있듯이, 본 실시예에 따른 터치스크린 장치(100)는 직접적인 물리적 접촉을 감지하는 터치센싱 동작과 원거리로부터 입사하는 광을 감지하는 광센싱 동작을 모두 수행할 수 있다. 또한, 광센싱 동작을 수행하기 위한 광센싱부(150)와 터치센싱 동작을 수행하기 위한 터치센싱부(160)를 영상을 표시하는 화소 어레이 내에 함께 형성함으로써, 이종 센싱이 가능한 인셀 방식의 터치스크린 장치(100)가 구현될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따르면, 터치스크린 장치(100)의 센싱부(150, 160)를 리셋시키기 위한 리셋 트랜지스터의 개수를 최소화할 수 있다. 예를 들어, 4개의 화소행(110, 120, 130, 140)마다 하나의 센싱부(150, 160)가 배치되는 경우, 4개의 화소행(110, 120, 130, 140)을 포함하는 단위 화소부 내에 단지 2개의 리셋 트랜지스터(RST, 170)만이 사용된다. 따라서, 모든 게이트 라인마다 리셋 트랜지스터가 각각 배치되는 설계에 비하여 트랜지스터의 개수를 줄일 수 있다. 그 결과, 트랜지스터의 개수 증가에 따른 기생 커패시턴스의 증가를 억제하여 터치센싱의 감도를 높일 수 있다. 또한, 기생 저항의 증가를 억제하여 터치스크린 장치(100)의 구동을 효율적으로 수행할 수 있으며 터치스크린 장치(100)의 소비전력를 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 터치스크린 장치(100)는 대면적으로 제조가 가능하다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 이종 센싱 터치스크린 장치 및 그 구동 방법에 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.
100.....터치스크린 장치 110, 120, 130, 140.....화소행
111.....화소 112R, 112G, 112B.....화소셀
113R, 113G, 113B.....구동 회로 150.....광센싱부
160.....터치센싱부 170.....리셋 트랜지스터

Claims (23)

  1. 영상을 표시하기 위한 다수의 화소들이 배열되어 있는 다수의 화소행;
    인접한 두 화소행 사이에 배열된 것으로, 물리적 접촉을 감지하기 위한 터치센싱부와 입사광을 감지하기 위한 광센싱부;
    상기 광센싱부를 활성화시키고 상기 터치센싱부를 리셋시키기 위한 게이트 신호를 제공하도록 상기 광센싱부 및 터치센싱부와 연결된 제 1 센서 게이트 라인;
    상기 터치센싱부를 활성화시키고 상기 광센싱부를 리셋시키기 위한 게이트 신호를 제공하도록 상기 광센싱부 및 터치센싱부와 연결된 제 2 센서 게이트 라인;
    상기 다수의 화소행을 순차적으로 활성화시키기 위한 게이트 신호를 제공하도록 각각의 화소행에 연결된 다수의 디스플레이 게이트 라인; 및
    상기 화소들이 활성화된 동안 상기 화소들에 공통 전압을 제공하고, 상기 광센싱부 또는 상기 터치센싱부가 활성화된 동안 상기 화소들에 공통 전압을 제공하지 않도록 구성된 리셋 회로;를 포함하며,
    상기 다수의 화소행 중에서 어느 하나의 화소행 내에 배열된 다수의 화소들은 그 화소행에 대응하는 하나의 디스플레이 게이트 라인에 연결되는 터치스크린 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 화소행들에 배열된 다수의 화소들이 공동으로 연결되어 있는 공통 전극을 더 포함하는 터치스크린 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 리셋 회로는, 공통 전압이 인가되는 공통 전압 라인, 상기 화소들이 활성화된 동안 상기 화소들에 공통 전압을 제공하고 상기 광센싱부 또는 터치센싱부가 활성화된 동안 상기 화소들에 공통 전압을 제공하지 않도록 스위칭되는 리셋 트랜지스터, 및 상기 리셋 트랜지스터에 게이트 신호를 제공하는 리셋 게이트 라인을 구비하는 터치스크린 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 리셋 트랜지스터의 게이트는 상기 리셋 게이트 라인에 연결되며, 상기 리셋 트랜지스터의 드레인은 상기 공통 전압 라인에 연결되고, 상기 리셋 트랜지스터의 소스는 상기 공통 전극에 연결되는 터치스크린 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 공통 전압 라인은 항상 일정한 공통 전압이 유지되며, 상기 리셋 게이트 라인은 상기 화소들이 활성화된 동안 활성화되며 상기 광센싱부 또는 터치센싱부가 활성화된 동안 비활성화되도록 구성된 터치스크린 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 터치센싱부는:
    상기 공통 전극과 제 2 센서 게이트 라인 사이에 연결된 커플링 커패시터;
    상기 공통 전극의 전압 변화에 대응하는 센싱 전류를 생성하는 소스 팔로워 트랜지스터;
    상기 소스 팔로워 트랜지스터에서 생성된 센싱 전류를 읽기 위한 스위치 트랜지스터;
    상기 공통 전극의 전압을 초기화시키기 위한 리셋 트랜지스터; 및
    상기 센싱 전류가 출력되는 센서 데이터 라인;을 포함하는 터치스크린 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 소스 팔로워 트랜지스터의 게이트는 상기 공통 전극에 연결되고, 상기 소스 팔로워 트랜지스터의 소스는 상기 스위치 트랜지스터의 드레인에 연결되며, 상기 소스 팔로워 트랜지스터의 드레인은 상기 제 2 센서 게이트 라인에 연결되어 있는 터치스크린 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 스위치 트랜지스터의 게이트는 상기 제 2 센서 게이트 라인에 연결되고, 상기 스위치 트랜지스터의 소스는 상기 센서 데이터 라인에 연결되어 있는 터치스크린 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 리셋 트랜지스터의 게이트는 상기 제 1 센서 게이트 라인에 연결되고, 상기 리셋 트랜지스터의 소스는 상기 공통 전극에 연결되며, 상기 리셋 트랜지스터의 드레인은 상기 제 2 센서 게이트 라인에 연결되어 있는 터치스크린 장치.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 각각의 화소는 화소셀 및 상기 화소셀의 온/오프를 스위칭하는 구동 트랜지스터를 포함하며, 상기 구동 트랜지스터의 게이트는 상기 디스플레이 게이트 라인에 연결되어 있고, 상기 구동 트랜지스터의 소스는 상기 화소셀에 연결되어 있는 터치스크린 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 구동 트랜지스터의 드레인에 연결되어 있으며 영상 신호를 제공하는 디스플레이 데이터 라인을 더 포함하는 터치스크린 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 광센싱부와 터치센싱부에 인접한 두 화소행에 각각 연결된 2개의 디스플레이 게이트 라인 중에서 선행하는 디스플레이 게이트 라인이 활성화된 후에, 상기 제 1 센서 게이트 라인, 상기 제 2 센서 게이트 라인, 및 후행하는 나머지 디스플레이 게이트 라인의 순서로 차례로 활성화되도록 구성된 터치스크린 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 광센싱부는, 빛의 세기에 따라 오프시 드레인 전류가 변화하는 광센서 트랜지스터, 상기 광센서 트랜지스터의 오프시 드레인 전류를 읽기 위한 스위치 트랜지스터, 및 상기 광센서 트랜지스터의 오프시 드레인 전류가 출력되는 센서 데이터 라인을 포함하는 터치스크린 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 스위치 트랜지스터의 게이트는 상기 제 1 센서 게이트 라인에 연결되어 있고, 상기 스위치 트랜지스터의 드레인은 상기 광센서 트랜지스터의 소스에 연결되어 있으며, 상기 스위치 트랜지스터의 소스는 상기 센서 데이터 라인에 연결되어 있는 터치스크린 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 광센서 트랜지스터의 게이트는 상기 제 2 센서 게이트 라인에 연결되어 있으며, 상기 광센서 트랜지스터의 드레인은 상기 제 1 센서 게이트 라인에 연결되어 있는 터치스크린 장치.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 광센싱부는 병렬로 연결된 다수의 광센서 트랜지스터를 포함하는 터치스크린 장치.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 광센서 트랜지스터는 산화물 반도체를 채널층의 재료로서 사용한 산화물 반도체 트랜지스터인 터치스크린 장치.
  19. 영상을 표시하기 위한 다수의 화소들이 배열되어 있는 제 1 화소행을 활성화시키는 단계;
    상기 제 1 화소행에 후행하여 인접하는, 입사광을 감지하는 광센싱부와 물리적 접촉을 감지하는 터치센싱부 중에서 어느 하나를 활성화시키고 나머지 하나를 리셋시키는 단계;
    상기 광센싱부와 터치센싱부 중에서 활성화된 하나를 리셋시키고 리셋된 다른 하나를 활성화시키는 단계; 및
    상기 광센싱부와 터치센싱부에 후행하여 인접하는, 영상을 표시하기 위한 다수의 화소들이 배열되어 있는 제 2 화소행을 활성화시키는 단계;를 포함하며,
    상기 제 1 화소행 내에 배열된 다수의 화소들은 상기 제 1 화소행에 대응하는 하나의 제 1 디스플레이 게이트 라인에 연결되어 있고, 상기 제 2 화소행 내에 배열된 다수의 화소들은 상기 제 2 화소행에 대응하는 하나의 제 2 디스플레이 게이트 라인에 연결되어 있으며,
    상기 제 1 및 제 2 화소행이 활성화된 동안 상기 화소들에 공통 전압을 제공하고, 상기 광센싱부 또는 상기 터치센싱부가 활성화된 동안 상기 화소들에 공통 전압을 제공하지 않는 터치스크린 장치의 구동 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 화소행들에 배열된 다수의 화소들은 하나의 공통 전극에 공동으로 연결되어 있는 터치스크린 장치의 구동 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 터치스크린 장치는 공통 전압이 인가되는 공통 전압 라인, 상기 공통 전압 라인과 상기 공통 전극 사이에 연결된 리셋 트랜지스터, 및 상기 리셋 트랜지스터에 게이트 신호를 제공하는 리셋 게이트 라인을 포함하며, 상기 리셋 트랜지스터는 상기 화소들이 활성화된 동안 상기 화소들에 공통 전압을 제공하고 상기 광센싱부 또는 터치센싱부가 활성화된 동안 상기 화소들에 공통 전압을 제공하지 않도록 스위칭되는 터치스크린 장치의 구동 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 공통 전압 라인은 항상 일정한 공통 전압이 유지되며, 상기 리셋 게이트 라인은 상기 제 1 및 제 2 화소행들이 활성화된 동안 활성화되어 상기 리셋 트랜지스터를 턴온시키고 상기 광센싱부 또는 터치센싱부가 활성화된 동안 비활성화되어 상기 리셋 트랜지스터를 턴오프시키는 단계를 포함하는 터치스크린 장치의 구동 방법.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 터치스크린 장치는 상기 광센싱부 및 터치센싱부와 연결된 제 1 및 제 2 센서 게이트 라인를 포함하며, 상기 제 1 센서 게이트 라인이 활성화된 동안 상기 광센싱부가 활성화되고 상기 터치센싱부가 리셋되며, 상기 제 2 센서 게이트 라인이 활성화된 동안 상기 터치센싱부가 활성화되고 상기 광센싱부가 리셋되는 터치스크린 장치의 구동 방법.
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