(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の行及び複数の列に沿って配列された複数のセンシング画素を備え、
それぞれの前記センシング画素が、外部の光源から照射される光を感知する光センシング画素と、画面の接触時に反射されるディスプレイ光を感知するタッチセンシング画素とを備え、
前記光センシング画素が、互いに直列に連結された第１光センサートランジスタと第１スイッチトランジスタとを備え、前記タッチセンシング画素が、互いに直列に連結された第２光センサートランジスタと第２スイッチトランジスタとを備え、
前記第１光センサートランジスタが第１波長帯域の光を感知する酸化物半導体材料を含むチャネル層を含み、前記第２光センサートランジスタが前記第１波長帯域と異なる第２波長帯域の光を感知する酸化物半導体材料を含むチャネル層を含むことを特徴とする光タッチスクリーン装置。
【請求項２】
前記光センシング画素と前記タッチセンシング画素とが、列方向に沿って交互に配列されていることを特徴とする、請求項１に記載の光タッチスクリーン装置。
【請求項３】
前記光センシング画素の前記第１スイッチトランジスタのゲートと連結される第１ゲートラインと、前記光センシング画素の前記第１光センサートランジスタのゲートと連結される第１リセットラインと、前記タッチセンシング画素の前記第２スイッチトランジスタのゲートと連結される第２ゲートラインと、前記タッチセンシング画素の前記第２光センサートランジスタのゲートと連結される第２リセットラインと、をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の光タッチスクリーン装置。
【請求項４】
前記光センシング画素の前記第１スイッチトランジスタのソースと、前記タッチセンシング画素の前記第２スイッチトランジスタのソースとに共通して連結されたデータラインをさらに備えることを特徴とする、請求項３に記載の光タッチスクリーン装置。
【請求項５】
前記光センシング画素の前記第１スイッチトランジスタのソースに連結された第１データライン、及び前記タッチセンシング画素の前記第２スイッチトランジスタのソースに連結された第２データラインをさらに備えることを特徴とする、請求項３に記載の光タッチスクリーン装置。
【請求項６】
前記第１リセットラインがある一行に配列された前記第１光センサートランジスタのゲートと、該行に後続する他の行の前記第２ゲートラインとの間に連結されており、前記第２リセットラインがある一行に配列された前記第２光センサートランジスタのゲートと、該行に後続する他の行の前記第１ゲートラインとの間に連結されていることを特徴とする、請求項３に記載の光タッチスクリーン装置。
【請求項７】
前記第１光センサートランジスタが相対的に短い第１波長帯域の光を感知し、前記第２光センサートランジスタが前記第１波長帯域より長い第２波長帯域の光を感知することを特徴とする、請求項１に記載の光タッチスクリーン装置。
【請求項８】
前記第１波長帯域が緑色、青色及び紫外線帯域のうち少なくとも一つの帯域を含み、前記第２波長帯域が赤色及び赤外線帯域のうち少なくとも一つの帯域を含むことを特徴とする、請求項７に記載の光タッチスクリーン装置。
【請求項９】
複数の行及び複数の列に沿って配列された複数のディスプレイ画素と複数のセンシング画素とを備え、
それぞれの前記センシング画素が、外部の光源から照射される光を感知する光センシング画素と、画面のタッチ時に反射されるディスプレイ光を感知するタッチセンシング画素とを備え、
前記光センシング画素が、互いに直列に連結された第１光センサートランジスタと第１スイッチトランジスタとを備え、前記タッチセンシング画素が、互いに直列に連結された第２光センサートランジスタと第２スイッチトランジスタとを備え、
それぞれの前記ディスプレイ画素が、ディスプレイセル、及び前記ディスプレイセルのオン／オフを制御するための第３スイッチトランジスタを備え、
前記第１光センサートランジスタが第１波長帯域の光を感知する酸化物半導体材料を含むチャネル層を含み、前記第２光センサートランジスタが前記第１波長帯域と異なる第２波長帯域の光を感知する酸化物半導体材料を含むチャネル層を含むことを特徴とする光タッチスクリーン装置。
【請求項１０】
複数の前記ディスプレイ画素が列方向に配列されており、前記光センシング画素と前記タッチセンシング画素とが、それぞれの対応する前記ディスプレイ画素に隣接して配置されることを特徴とする、請求項９に記載の光タッチスクリーン装置。
【請求項１１】
前記光センシング画素と前記タッチセンシング画素とが列方向に沿って交互に配列されていることを特徴とする、請求項１０に記載の光タッチスクリーン装置。
【請求項１２】
前記光センシング画素の前記第１スイッチトランジスタのゲート及び前記ディスプレイ画素の前記第３スイッチトランジスタのゲートと連結される第１ゲートラインと、前記光センシング画素の前記第１光センサートランジスタのゲートと連結される第１リセットラインと、前記タッチセンシング画素の前記第２スイッチトランジスタのゲート及び前記ディスプレイ画素の前記第３スイッチトランジスタのゲートと連結される第２ゲートラインと、前記タッチセンシング画素の前記第２光センサートランジスタのゲートと連結される第２リセットラインと、をさらに備えることを特徴とする、請求項９に記載の光タッチスクリーン装置。
【請求項１３】
前記光センシング画素の前記第１スイッチトランジスタのソースと、前記タッチセンシング画素の前記第２スイッチトランジスタのソースとに共通して連結されたデータラインをさらに備えることを特徴とする、請求項１２に記載の光タッチスクリーン装置。
【請求項１４】
前記光センシング画素の前記第１スイッチトランジスタのソースに連結された第１データライン、及び前記タッチセンシング画素の前記第２スイッチトランジスタのソースに連結された第２データラインをさらに備えることを特徴とする、請求項１２に記載の光タッチスクリーン装置。
【請求項１５】
前記第１リセットラインが、ある一行に配列された前記第１光センサートランジスタのゲートと、該行に後続する他の行の前記第２ゲートラインとの間に連結されており、前記第２リセットラインが、ある一行に配列された前記第２光センサートランジスタのゲートと、該行に後続する他の行の前記第１ゲートラインとの間に連結されていることを特徴とする、請求項１２に記載の光タッチスクリーン装置。
【請求項１６】
前記ディスプレイ画素の前記第３スイッチトランジスタのドレインに連結された映像データラインをさらに備え、前記第３スイッチトランジスタのソースには、前記ディスプレイセルが連結されていることを特徴とする、請求項１２に記載の光タッチスクリーン装置。
【請求項１７】
前記第１光センサートランジスタが相対的に短い第１波長帯域の光を感知し、前記第２光センサートランジスタが前記第１波長帯域より長い第２波長帯域の光を感知することを特徴とする、請求項９に記載の光タッチスクリーン装置。
【請求項１８】
前記第１波長帯域が緑色、青色及び紫外線帯域のうち少なくとも一つの帯域を含み、前記第２波長帯域が赤色及び赤外線帯域のうち少なくとも一つの帯域を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の光タッチスクリーン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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に係り、特に酸化物半導体トランジスタで形成される光センサートランジスタを利用して、リモートセンシングとタッチセンシングとの機能をいずれも行える光タッチスクリーン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチスクリーン装置とは、ディスプレイ画面の特定の位置にユーザーの指やペンが接触すれば、その位置を把握して、ソフトウェアにより特定の処理を行えるように、画面から直接入力データを受けるようにした装置をいう。このために、タッチスクリーン装置は、一般的なディスプレイパネルにタッチパネルという装置を加えて、その機能を発揮させる。タッチパネルには、圧力式抵抗膜方式、接触式静電容量方式、表面超音波（ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ：ＳＡＷ）伝導方式、赤外線光感知方式、及び圧電方式などの多様な種類がある。かかるタッチスクリーン装置は、最近、キーボードやマウスに代替可能な入力装置であって、多様な分野で広く使われている。
【０００３】
これまで広く使われているタッチスクリーン装置は、指やペンなどを利用して、ディスプレイ装置の画面に直接接触する方式である。しかし、ディスプレイ装置が次第に大型化されるにつれて、ユーザーとディスプレイ装置との距離が遠くなる場合には、かかる直接接触方式を適用しがたい。これによって、指やペンの接触の代わりに、光を感知して既存のタッチスクリーンと同じ機能を行える光タッチスクリーン装置が提案されている。光タッチスクリーン装置は、ユーザーと端末機との意思疎通だけでなく、ユーザー間の意思疎通にも有利であるものと期待されている。
【０００４】
光タッチスクリーン装置を具現するためには、光を感知できる微細なサイズの光センシング素子が要求される。一般的に広く使われる光センシング素子としては、非晶質シリコン薄膜トランジスタ（ａ−Ｓｉ  ＴＦＴ）がある。しかし、ａ−Ｓｉ  ＴＦＴの場合、光による電流変化が十分に大きくない。そのため、光が印加される時にフォトダイオードで発生した電荷を一定の時間キャパシタに蓄積した後、キャパシタに蓄積された電荷量から光強度に関する信号を発生させる。このようにキャパシタを使用する場合、キャパシタに電荷を蓄積する時間だけセンシング時間が遅延し、光タッチスクリーン装置の面積が大きくなるほど、寄生キャパシタンスが増加する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、酸化物半導体トランジスタで形成される光センサートランジスタを利用して、リモートセンシングとタッチセンシングとの機能をいずれも行える光タッチスクリーン装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一類型による光タッチスクリーン装置は、複数の行及び複数の列に沿って配列された複数のセンシング画素を備え、それぞれの前記センシング画素は、外部の光源から照射される光を感知する光センシング画素と、画面の接触時に反射されるディスプレイ光を感知するタッチセンシング画素とを備え、前記光センシング画素は、互いに直列に連結された第１光センサートランジスタと第１スイッチトランジスタとを備え、前記タッチセンシング画素は、互いに直列に連結された第２光センサートランジスタと第２スイッチトランジスタとを備える。
【０００７】
例えば、前記光センシング画素と前記タッチセンシング画素とは、列方向に沿って交互に配列される。
【０００８】
また、前記光タッチスクリーン装置は、前記光センシング画素の前記第１スイッチトランジスタのゲートと連結される第１ゲートラインと、前記光センシング画素の前記第１光センサートランジスタのゲートと連結される第１リセットラインと、前記タッチセンシング画素の前記第２スイッチトランジスタのゲートと連結される第２ゲートラインと、前記タッチセンシング画素の前記第２光センサートランジスタのゲートと連結される第２リセットラインと、をさらに備える。
【０００９】
一実施形態において、前記光タッチスクリーン装置は、前記光センシング画素の前記第１スイッチトランジスタのソースと、前記タッチセンシング画素の前記第２スイッチトランジスタのソースとに共通して連結されたデータラインをさらに備える。
【００１０】
他の実施形態において、前記光タッチスクリーン装置は、前記光センシング画素の前記第１スイッチトランジスタのソースに連結された第１データライン、及び前記タッチセンシング画素の前記第２スイッチトランジスタのソースに連結された第２データラインをさらに備える。
【００１１】
一実施形態によれば、前記第１リセットラインは、ある一行に配列された前記第１光センサートランジスタのゲートと、該行に後続する他の行の前記第２ゲートラインとの間に連結され、前記第２リセットラインは、ある一行に配列された前記第２光センサートランジスタのゲートと、該行に後続する他の行の前記第１ゲートラインとの間に連結される。
【００１２】
一実施形態において、前記第１光センサートランジスタと前記第２光センサートランジスタとは、相異なる波長帯域の光を感知するように設計された酸化物半導体トランジスタである。
【００１３】
例えば、前記第１光センサートランジスタは、相対的に短い第１波長帯域の光を感知し、前記第２光センサートランジスタは、前記第１波長帯域より長い第２波長帯域の光を感知する。
【００１４】
例えば、前記第１波長帯域は、緑色、青色及び紫外線帯域のうち少なくとも一つの帯域を含み、前記第２波長帯域は、赤色及び赤外線帯域のうち少なくとも一つの帯域を含む。
【００１５】
他の実施形態において、前記第１光センサートランジスタと前記第２光センサートランジスタとは、互いに同じ波長帯域の光を感知するように設計された同じ構造の酸化物半導体トランジスタである。
【００１６】
一方、本発明の他の類型による光タッチスクリーン装置は、複数の行及び複数の列に沿って配列された複数のディスプレイ画素と、複数のセンシング画素とを備え、それぞれの前記センシング画素は、外部の光源から照射される光を感知する光センシング画素と、画面のタッチ時に反射されるディスプレイ光を感知するタッチセンシング画素とを備え、前記光センシング画素は、互いに直列に連結された第１光センサートランジスタと第１スイッチトランジスタとを備え、前記タッチセンシング画素は、互いに直列に連結された第２光センサートランジスタと第２スイッチトランジスタとを備え、それぞれの前記ディスプレイ画素は、ディスプレイセル、及び前記ディスプレイセルのオン／オフを制御するための第３スイッチトランジスタを備える。
【００１７】
例えば、複数の前記ディスプレイ画素が列方向に配列されており、前記光センシング画素と前記タッチセンシング画素とは、それぞれの対応する前記ディスプレイ画素に隣接して配置される。
【００１８】
例えば、前記光センシング画素と前記タッチセンシング画素とは列方向に沿って交互に配列されている。
【００１９】
前記光タッチスクリーン装置は、前記光センシング画素の前記第１スイッチトランジスタのゲート及び前記ディスプレイ画素の前記第３スイッチトランジスタのゲートと連結される第１ゲートラインと、前記光センシング画素の前記第１光センサートランジスタのゲートと連結される第１リセットラインと、前記タッチセンシング画素の前記第２スイッチトランジスタのゲート及び前記ディスプレイ画素の前記第３スイッチトランジスタのゲートと連結される第２ゲートラインと、前記タッチセンシング画素の前記第２光センサートランジスタのゲートと連結される第２リセットラインと、をさらに備える。
【００２０】
例えば、前記光タッチスクリーン装置は、前記光センシング画素の前記第１スイッチトランジスタのソースと、前記タッチセンシング画素の前記第２スイッチトランジスタのソースとに共通して連結されたデータラインをさらに備える。
【００２１】
例えば、前記光タッチスクリーン装置は、前記光センシング画素の前記第１スイッチトランジスタのソースに連結された第１データライン、及び前記タッチセンシング画素の前記第２スイッチトランジスタのソースに連結された第２データラインをさらに備える。
【００２２】
例えば、前記第１リセットラインは、ある一行に配列された前記第１光センサートランジスタのゲートと、該行に後続する他の行の前記第２ゲートラインとの間に連結されており、前記第２リセットラインが、ある一行に配列された前記第２光センサートランジスタのゲートと、該行に後続する他の行の前記第１ゲートラインとの間に連結されている。
【００２３】
また、前記光タッチスクリーン装置は、前記ディスプレイ画素の前記第３スイッチトランジスタのドレインに連結された映像データラインをさらに備え、前記第３スイッチトランジスタのソースには、前記ディスプレイセルが連結される。
【００２４】
例えば、前記第１光センサートランジスタと前記第２光センサートランジスタとは、相異なる波長帯域の光を感知するように設計された酸化物半導体トランジスタである。
【００２５】
例えば、前記第１光センサートランジスタは相対的に短い第１波長帯域の光を感知し、前記第２光センサートランジスタは前記第１波長帯域より長い第２波長帯域の光を感知する。
【００２６】
例えば、前記第１波長帯域は緑色、青色及び紫外線帯域のうち少なくとも一つの帯域を含み、前記第２波長帯域は赤色及び赤外線帯域のうち少なくとも一つの帯域を含む。
【００２７】
例えば、前記第１光センサートランジスタと第２光センサートランジスタとは、互いに同じ波長帯域の光を感知するように設計された同じ構造の酸化物半導体トランジスタである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、酸化物半導体トランジスタで形成される光センサートランジスタを利用して、リモートセンシングとタッチセンシングとの機能をいずれも行える。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】一実施形態による酸化物半導体トランジスタの例示的な構造を概略的に示す断面図である。
【図２】図１に示す酸化物半導体トランジスタの動作特性を例示的に示すグラフである。
【図３】図１に示す酸化物半導体トランジスタの動作特性を例示的に示すグラフである。
【図４】一実施形態による光タッチスクリーン装置のセンシング画素の例示的な構造を示す回路図である。
【図５】他の実施形態による光タッチスクリーン装置のセンシング画素の例示的な構造を示す回路図である。
【図６Ａ】一実施形態による光タッチスクリーン装置のリモート光センシング動作を例示的に示す図面である。
【図６Ｂ】一実施形態による光タッチスクリーン装置のリモート光センシング動作を例示的に示す図面である。
【図７Ａ】一実施形態による光タッチスクリーン装置のタッチセンシング動作を例示的に示す図面である。
【図７Ｂ】一実施形態による光タッチスクリーン装置のタッチセンシング動作を例示的に示す図面である。
【図８】一実施形態による光タッチスクリーン装置の全体的な動作を概略的に示す概念図である。
【図９】他の実施形態によるイン・セル（Ｉｎ−ｃｅｌｌ）方式の光タッチスクリーン装置の画素アレイの例示的な構造を示す回路図である。
【図１０】さらに他の実施形態によるイン・セル方式の光タッチスクリーン装置の画素アレイの例示的な構造を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、添付された図面を参照して、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について詳細に説明する。以下の図面において、同じ参照符号は、同じ構成要素を指し、図面上で、各構成要素のサイズは、説明の明瞭性及び便宜上、誇張されることもある。
【００３１】
酸化物半導体トランジスタは、チャネルの材料として酸化物半導体を使用するトランジスタを意味する。かかる酸化物半導体トランジスタは、チャネル層として使われる酸化物半導体の材料によって、光によって電気的な特性が変化する光応答特性を有する。光応答特性を有する酸化物半導体材料をチャネル層として使用する場合、酸化物半導体トランジスタは、入射光の波長や光量によって、しきい電圧及びドレイン電流が変わる特性があるため、光センシング素子として活用される。
【００３２】
図１は、一実施形態による酸化物半導体トランジスタの例示的な構造を概略的に示す断面図である。図１を参照すれば、酸化物半導体トランジスタ１０は、基板１１と、基板１１上に全体的に配置された絶縁層１２と、絶縁層１２上に部分的に配置されたゲート１３と、少なくともゲート１３の周囲を覆うように、絶縁層１２及びゲート１３上に配置されたゲート絶縁膜１４と、ゲート絶縁膜１４上で、ゲート１３と対向して配置されたチャネル層１５と、チャネル層１５の両側を覆うように配置されたソース１６及びドレイン１７と、ソース１６、ドレイン１７及びチャネル層１５を全体的に覆うように配置された透明絶縁層１８と、を備える。図１には、ゲート１３がチャネル層１５の下部に配置された下部ゲート構造の酸化物半導体トランジスタ１０が示されているが、酸化物半導体トランジスタ１０は、上部ゲート構造で構成されてもよい。
【００３３】
ここで、基板１１は、ガラス及びシリコンのような一般的な基板材料を使用できる。絶縁層１２、ゲート絶縁膜１４及び透明絶縁層１８は、例えば、ＳｉＯ２のような材料を使用できる。もし、基板１１自体が絶縁性材料で形成されるならば、基板１１上の絶縁層１２は省略してもよい。また、ゲート１３、ソース１６及びドレイン１７は、伝導性金属または伝導性金属酸化物を使用できる。例えば、酸化物半導体トランジスタ１０が透明であることが要求される場合、ゲート１３、ソース１６及びドレイン１７は、ＩＴＯのような透明伝導性材料で形成される。しかし、酸化物半導体トランジスタ１０が透明であることが要求されない場合には、基板１１、絶縁層１２、ゲート１３、ゲート絶縁膜１４、ソース１６及びドレイン１７の材料が必ずしも透明である必要はない。
【００３４】
一方、チャネル層１５は、前述したように酸化物半導体材料で形成される。チャネル層１５として使われる酸化物半導体材料の選択によって、酸化物半導体トランジスタ１０は、光応答特性を有する。例えば、かかる酸化物半導体チャネル材料として、ＺｎＯ，ＩｎＯ，ＳｎＯ，ＩｎＺｎＯ，ＺｎＳｎＯ，ＩｎＳｎＯのような酸化物半導体材料を使用するか、または前述した酸化物半導体材料に、Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｇａ，Ｎｂ，Ｖ，Ａｌ，Ｓｎなどの材料が一つ以上さらに混合された材料を使用できる。かかる材料をチャネル層１５として使用する場合、図１に示す酸化物半導体トランジスタ１０は、入射光の波長や光量によって、しきい電圧及びドレイン電流が変わる特性があるため、光センシング素子として活用される。また、チャネル層１５として使用する酸化物半導体の種類によって、酸化物半導体トランジスタ１０が感知する光の波長帯域が変化することもある。図１において、チャネル層１５は、単一な酸化物半導体層で形成されているが、多層構造で形成されてもよい。
【００３５】
図２及び図３は、図１に示す酸化物半導体トランジスタ１０の動作特性を例示的に示すグラフである。まず、図２は、酸化物半導体トランジスタ１０のゲート電圧ＶＧＳに対するドレイン電流ＩＤＳの特性を示している。図２を参照すれば、酸化物半導体トランジスタ１０に光が入射する時、酸化物半導体トランジスタ１０のオフ時にドレイン電流が増加するということが分かる。例えば、酸化物半導体トランジスタ１０に、しきい電圧より高いゲート電圧を印加する場合には、図２に示すグラフの右側のように、光が入射する時のドレイン電流と、光が入射しない時のドレイン電流とはほとんど同一である。しかし、酸化物半導体トランジスタ１０にしきい電圧より低いゲート電圧が印加される場合には、グラフの左側のように、光が入射しない時のドレイン電流より、光が入射する時のドレイン電流が大きく増加する。
【００３６】
したがって、酸化物半導体トランジスタ１０にしきい電圧より低いゲート電圧を印加した状態で、ドレイン電流の測定を行えば、光の入射如何を判断できる。特に、酸化物半導体トランジスタ１０の場合、光が入射した時のドレイン電流と、光が入射しなかった時のドレイン電流との電流比（ＩＯＮ／ＩＯＦＦ）が非常に大きい。かかる特性を有する酸化物半導体トランジスタ１０を、光センシング素子として活用する場合、様々な利点を有する。例えば、酸化物半導体トランジスタ１０は、大きい電流比を有するため、光センシング素子として酸化物半導体トランジスタ１０を使用すれば、キャパシタのない非常に簡単な光センシング装置を具現できる。
【００３７】
また、図３は、酸化物半導体トランジスタ１０に光が入射した後、経時的なドレイン電流の変化を示すグラフであって、図３を参照すれば、約４０秒の時点で酸化物半導体トランジスタ１０に光が入射すると、ドレイン電流が増加する。しかし、約５５秒の時点で光の入射が中断されたにもかかわらず、ドレイン電流は、ほとんど減少せず、光の入射時と類似した状態を維持している。かかる現象は、酸化物半導体トランジスタ１０のチャネル層１５の内部に、またはその界面に電荷がトラップされて発生するものと解される。例えば、光と共に負のゲート電圧が酸化物半導体トランジスタ１０に印加されれば、チャネル層１５の内部で光により生成された正孔が、ゲート絶縁膜１４とチャネル層１５との界面に移動してトラップされる。このようにトラップされた電荷は、十分に高い正の電圧がゲートに印加されるまで除去されない。したがって、一旦電荷がトラップされた後には、光の入射が中断された後にもドレイン電流が低くならない。かかる現象は、十分に高い正のゲート電圧を酸化物半導体トランジスタ１０に印加して、トラップされた電荷を除去すればなくなる。
【００３８】
図４は、前述した酸化物半導体トランジスタ１０を利用する一実施形態による光タッチスクリーン装置のセンシング画素の例示的な構造を示す回路図である。図４を参照すれば、光タッチスクリーン装置のセンシング画素１１０は、外部の光源から照射される光を感知するための光センシング画素１１０ｐと、画面のタッチ時に反射されるディスプレイ光を感知するためのタッチセンシング画素１１０ｔとを備える。図４には、ただ一つの光センシング画素１１０ｐと、一つのタッチセンシング画素１１０ｔとが示されているが、実際には、複数のセンシング画素１１０が複数の行及び列に沿って配列され、特に、複数の光センシング画素１１０ｐと複数のタッチセンシング画素１１０ｔとが行方向に沿って交互に配列される。
【００３９】
まず、光センシング画素１１０ｐは、互いに直列に連結された一つの第１光センサートランジスタ１１２と、一つのスイッチトランジスタ１１１とを備える。例えば、第１光センサートランジスタ１１２のソースは、スイッチトランジスタ１１１のドレインと互いに連結されている。第１光センサートランジスタ１１２は、光を感知するための光センシング素子であって、例えば、前述した酸化物半導体トランジスタ１０であってもよい。光センシング信号を出力するためのスイッチトランジスタ１１１は、感光性のない一般的な薄膜トランジスタであってもよい。また、図４に示すように、光センシング画素１１０ｐは、スイッチトランジスタ１１１のゲートに連結される第１ゲートラインＧａｔｅ１、スイッチトランジスタ１１１のソースに連結されるデータラインＤａｔａ、第１光センサートランジスタ１１２のドレインに連結される駆動電圧ラインＶｄｄ、及び第１光センサートランジスタ１１２のゲートに連結される第１リセットラインＲｅｓｅｔ１をさらに備える。
【００４０】
かかる構造の光センシング画素１１０ｐにおいて、第１ゲートラインＧａｔｅ１を通じて、スイッチトランジスタ１１１にゲート電圧が印加されれば、スイッチトランジスタ１１１がオン状態となる。これにより、第１光センサートランジスタ１１２のソースから、データラインＤａｔａに電流が流れる。この時、第１光センサートランジスタ１１２からデータラインＤａｔａに流れる電流の量は、第１光センサートランジスタ１１２に入射する光の強度によって変化する。したがって、データラインＤａｔａを通じて流れる電流の量を測定すれば、第１光センサートランジスタ１１２に入射する光の強度を計算できる。光センシング信号を出力するために、スイッチトランジスタ１１１がオン状態にある間には、第１光センサートランジスタ１１２のゲートには、しきい電圧より低い電圧が印加される。一方、スイッチトランジスタ１１１にゲート電圧が印加されない間には、スイッチトランジスタ１１１がオフ状態となるので、データラインＤａｔａに電流が流れない。したがって、スイッチトランジスタ１１１の制御を通じて、光センシング画素１１０ｐから光センシング信号を出力でき、光センシング信号の大きさから、第１光センサートランジスタ１１２に光が入射するか否か及び光の強度が分かる。
【００４１】
図６Ａ及び図６Ｂは、前述した原理による光タッチスクリーン装置のリモート光センシング動作を例示的に示している。図６Ａ及び図６Ｂにおいて、光タッチスクリーン装置１００内には、便宜上、第１光センサートランジスタ１１２のみが示されている。しかし、実際には、図４に示すセンシング画素１１０のアレイと、センシング画素１１０を駆動させるための駆動回路とが、光タッチスクリーン装置１００内にさらに配置されてもよい。図６Ａを参照すれば、例えば、レーザーポインタのような光源装置１５０から光が出ない間は、第１光センサートランジスタ１１２には光が入射しないので、第１光センサートランジスタ１１２のドレイン電流が低い。したがって、データラインＤａｔａに電流がほとんど流れない（ＬＯＷ）。一方、図６Ｂに示すように、光源装置１５０から出た光が第１光センサートランジスタ１１２に入射すれば、第１光センサートランジスタ１１２のドレイン電流が入射光の強度に対応して増加する。したがって、データラインＤａｔａに増加した電流が流れる（ＨＩＧＨ）。ここで、光源装置１５０は、緑色、青色または紫外線（ＵＶ）のように、相対的に短い波長帯域の光を放出でき、この場合、第１光センサートランジスタ１１２は、緑色、青色または紫外線（ＵＶ）帯域の波長にさらに敏感に応答するように設計される。第１光センサートランジスタ１１２のセンシング波長は、例えば、チャネル層１５の酸化物半導体材料によって決定される。
【００４２】
一方、光センシング画素１１０ｐで一回光を測定した後、次の測定のためには、前述したように、正のリセット信号を第１光センサートランジスタ１１２に印加して、トラップされた電荷を除去するリセット過程を行う。第１光センサートランジスタ１１２のゲートに連結された第１リセットラインＲｅｓｅｔ１は、次の測定のために、正の電圧を印加して、第１光センサートランジスタ１１２をリセットさせるためのラインである。例えば、第１ゲートラインＧａｔｅ１を通じて、スイッチトランジスタ１１１にゲート電圧が印加された後には、第１リセットラインＲｅｓｅｔ１を通じて、第１光センサートランジスタ１１２のゲートに十分な正のリセット信号を印加して、第１光センサートランジスタ１１２をリセットさせる。
【００４３】
タッチセンシング画素１１０ｔの構造及び動作は、光センシング画素１１０ｐの構造及び動作とほとんど同一であり、単に感知する光の波長帯域のみが異なる。図４を参照すれば、タッチセンシング画素１１０ｔは、互いに直列に連結された一つの第２光センサートランジスタ１１３と、一つのスイッチトランジスタ１１１とを備える。ここで、タッチセンシング画素１１０ｔのスイッチトランジスタ１１１は、光センシング画素１１０ｐのスイッチトランジスタ１１１と同一であり、単に第２ゲートラインＧａｔｅ２にゲートが連結されているという点で差がある。第２光センサートランジスタ１１３は、チャネル層１５の酸化物半導体材料を適切に選択することで、例えば、赤色や赤外線（ＩＲ）のような相対的に長い波長帯域の光をより敏感に感知するように設計される。かかる第２光センサートランジスタ１１３のゲートは、第２リセットラインＲｅｓｅｔ２に連結される。
【００４４】
図７Ａ及び図７Ｂは、タッチセンシング画素１１０ｔを利用した光タッチスクリーン装置１００のタッチセンシング動作を例示的に示している。図７Ａ及び図７Ｂにおいて、光タッチスクリーン装置１００内には、便宜上、第２光センサートランジスタ１１３のみが示されている。しかし、前述したように、光タッチスクリーン装置１００は、複数のセンシング画素１１０のアレイと駆動回路とをさらに備えてもよい。図７Ａを参照すれば、映像を表示するための光（以下、ディスプレイ光という）が光タッチスクリーン装置１００を通過している。ディスプレイ光は、例えば、液晶ディスプレイの場合には、バックライト光であり、有機発光ディスプレイの場合には、ディスプレイ画素自体から発生する光である。もし、ユーザーの指やペンがタッチセンシング画素１１０ｔと接触しないならば、ディスプレイ光は、光タッチスクリーン装置１００をそのまま通過するので、第２光センサートランジスタ１１３には、ディスプレイ光が達しない。したがって、第２光センサートランジスタ１１３のドレイン電流が低いので、データラインＤａｔａに電流がほとんど流れない（ＬＯＷ）。しかし、図７Ｂに示すように、ユーザーの指やペンがタッチセンシング画素１１０ｔと接触すれば、ディスプレイ光は、ユーザーの指やペンにより反射されて、第２光センサートランジスタ１１３に入射する。これにより、第２光センサートランジスタ１１３のドレイン電流が増加するので、データラインＤａｔａに電流が流れる（ＨＩＧＨ）。
【００４５】
第２光センサートランジスタ１１３が赤外線に対して敏感に応答するように設計された場合、第２光センサートランジスタ１１３のタッチセンシング感度をさらに向上させるために、バックライトユニットには、例えば、赤外線を放出するための赤外線光源がさらに備えられてもよい。また、光タッチスクリーン装置１００と結合されるディスプレイ素子が有機発光ディスプレイである場合には、有機発光ディスプレイは、赤外線光を発生させる画素をさらに備えてもよい。このように、光センシング画素１１０ｐの第１光センサートランジスタ１１２が感知する光の波長と、タッチセンシング画素１１０ｔの第２光センサートランジスタ１１３が感知する光の波長とを異ならせることで、外光の照射によるリモート光センシングと、直接的な接触によるタッチセンシングとを識別することが可能である。
【００４６】
前述したように、本実施形態による光タッチスクリーン装置１００は、酸化物半導体トランジスタで形成される光センサートランジスタ１１２，１１３を利用して、リモートセンシング機能とタッチセンシング機能とをいずれも行える。したがって、図８に示すように、光タッチスクリーン装置１００から遠く離れているユーザーは、光源装置１５０から光を照射することで、光タッチスクリーン装置１００を制御できる。一方、光タッチスクリーン装置１００の近くにいるユーザーは、指やペンで光タッチスクリーン装置１００を直接触れることで、光タッチスクリーン装置１００を制御できる。さらに、本実施形態による光タッチスクリーン装置１００は、光源装置１５０を利用したリモートタッチと、指やペンを利用した直接接触とを同時に行うことも可能である。
【００４７】
一方、図４に示す実施形態では、同じデータラインＤａｔａに光センシング画素１１０ｐとタッチセンシング画素１１０ｔとが連結されているが、光センシング画素１１０ｐとタッチセンシング画素１１０ｔとが別途のデータラインにそれぞれ連結されることも可能である。図５は、光センシング画素１１０ｐとタッチセンシング画素１１０ｔとが別途のデータラインにそれぞれ連結された光タッチスクリーン装置のセンシング画素１１０’の例示的な構造を示す回路図である。図５を参照すれば、光センシング画素１１０ｐのスイッチトランジスタ１１１のソースは、光センシングデータラインＰｈｏｔｏ  Ｄａｔａに連結されており、タッチセンシング画素１１０ｔのスイッチトランジスタ１１１のソースは、タッチセンシングデータラインＴｏｕｃｈ  Ｄａｔａに連結されている。一般的に、指やペンから反射されたディスプレイ光は、光源装置１５０から入射される光に比べて強度が弱い。その結果、第２光センサートランジスタ１１３のドレイン電流も、第１光センサートランジスタ１１２のドレイン電流に比べて弱い。したがって、タッチセンシングデータラインＴｏｕｃｈ  Ｄａｔａは、図示していない別途のノイズ補償回路及び増幅回路に連結されて、タッチセンシング画素１１０ｔから出力される信号のノイズを除去し、強度を増幅させる。二本のデータラインを有するという点以外に、図５に示すセンシング画素１１０’の構造及び動作は、図４に示すセンシング画素１１０の構造及び動作と同一である。
【００４８】
以上、光センシング画素１１０ｐの第１光センサートランジスタ１１２と、タッチセンシング画素１１０ｔの第２光センサートランジスタ１１３とが相異なる波長帯域の光を感知するものと説明した。しかし、外光の照射によるリモート光センシングと、直接的な接触によるタッチセンシングとを区別する必要がないならば、第１光センサートランジスタ１１２と第２光センサートランジスタ１１３とが同じ波長帯域の光を感知してもよい。その場合、第１光センサートランジスタ１１２と第２光センサートランジスタ１１３とは、同じ構造を有する。特に、第１光センサートランジスタ１１２と第２光センサートランジスタ１１３とのチャネル層の構造及び成分が同一である。これにより、光タッチスクリーン装置１００内のセンシング画素１１０，１１０’は、光センシング画素１１０ｐとタッチセンシング画素１１０ｔとの区分なしに、あらゆる画素がリモート光センシング動作とタッチセンシング動作とをいずれも行える。
【００４９】
前述した光タッチスクリーン装置１００は、例えば、薄くて透明な薄膜形態で具現されて、ディスプレイパネルの表面に付着されて使われる。しかし、ディスプレイ画素とセンシング画素とが一つに統合されているイン・セル（Ｉｎ−ｃｅｌｌ）方式の光タッチスクリーン装置が具現されることも可能である。図９及び図１０は、イン・セル方式の光タッチスクリーン装置の画素アレイの例示的な構造を示す回路図である。
【００５０】
図９を参照すれば、イン・セル方式の光タッチスクリーン装置２００は、複数の行及び複数の列に沿って配列された複数のディスプレイ画素２１０ｄを備える。図９には、便宜上、一つの列内で行方向に配列されたディスプレイ画素２１０ｄのみが示されている。それぞれのディスプレイ画素２１０ｄは、赤色サブ画素Ｒ、緑色サブ画素Ｇ及び青色サブ画素Ｂを備える。それぞれのサブ画素Ｒ，Ｇ，Ｂは、ディスプレイセル（例えば、ＬＣＤの場合、液晶セル）２１２Ｒ，２１２Ｇ，２１２Ｂ、及びディスプレイセル２１２Ｒ，２１２Ｇ，２１２Ｂのオン／オフを制御するためのスイッチトランジスタ２１１Ｒ，２１１Ｇ，２１１Ｂをそれぞれ備える。同じディスプレイ画素２１０ｄ内のスイッチトランジスタ２１１Ｒ，２１１Ｇ，２１１Ｂのゲートは、共通のゲートラインに連結されている。そして、スイッチトランジスタ２１１Ｒ，２１１Ｇ，２１１Ｂのドレインには、それぞれ別個の映像データラインＳｏｕｒｃｅ１，Ｓｏｕｒｃｅ２，Ｓｏｕｒｃｅ３が連結されており、ソースには、それぞれのディスプレイセル２１２Ｒ，２１２Ｇ，２１２Ｂが連結されている。
【００５１】
また、光タッチスクリーン装置２００は、ディスプレイ画素２１０ｄに隣接して、列方向に沿って交互に配列された複数の光センシング画素２１０ｐとタッチセンシング画素２１０ｔとをさらに備える。例えば、図９に示すように、ｎ、ｎ＋２、ｎ＋４行目には、光センシング画素２１０ｐがディスプレイ画素２１０ｄに隣接して配置され、ｎ＋１、ｎ＋３、ｎ＋５行目には、タッチセンシング画素２１０ｔがディスプレイ画素２１０ｄに隣接して配置される。光センシング画素２１０ｐとタッチセンシング画素２１０ｔとは、ディスプレイ画素２１０ｄと同じ基板上にイン・セル方式で統合されて形成される。例えば、ある一行に配置された光センシング画素２１０ｐまたはタッチセンシング画素２１０ｔのスイッチトランジスタ１１１のゲートは、同じ行に配置されたディスプレイ画素２１０ｄのスイッチトランジスタ２１１Ｒ，２１１Ｇ，２１１Ｂのゲートと共に、共通のゲートラインに連結されている。したがって、例えば、ｎ番目のゲートラインＧａｔｅ ｎにゲート電圧が印加されれば、ｎ行目に配置されたディスプレイ画素２１０ｄのスイッチトランジスタ２１１Ｒ，２１１Ｇ，２１１Ｂと、光センシング画素２１０ｐのスイッチトランジスタ１１１とが同時にオンになる。また、ｎ＋１番目のゲートラインＧａｔｅ ｎ＋１にゲート電圧が印加されれば、ｎ＋１行目に配置されたディスプレイ画素２１０ｄのスイッチトランジスタ２１１Ｒ，２１１Ｇ，２１１Ｂと、タッチセンシング画素２１０ｔのスイッチトランジスタ１１１とが同時にオンになる。
【００５２】
その他、光センシング画素２１０ｐとタッチセンシング画素２１０ｔとの構造及び動作は、図４で説明した光センシング画素１１０ｐとタッチセンシング画素１１０ｔとの構造及び動作と同一同じである。例えば、光センシング画素２１０ｐの第１光センサートランジスタ１１２は、緑色、青色または紫外線（ＵＶ）帯域の相対的に短い波長に対してさらに敏感に応答するように設計される。また、タッチセンシング画素１１０ｔの第２光センサートランジスタ１１３は、赤色や赤外線（ＩＲ）のような相対的に長い波長に対してさらに敏感に応答するように設計される。その代わりに、第１光センサートランジスタ１１２と第２光センサートランジスタ１１３とは、同じ波長帯域の光を感知する同じ構造の酸化物半導体トランジスタであってもよい。
【００５３】
一方、本実施形態によれば、光センサートランジスタ１１２，１１３をリセットさせるためのリセット信号を提供するリセットラインＲｅｓｅｔは、図９に示すように、先行する行の光センサートランジスタ１１２，１１３のゲートと、後続する行のゲートラインとの間に連結される。例えば、ｎ行目に配列されている光センシング画素２１０ｐ内の第１光センサートランジスタ１１２のゲートは、リセットラインＲｅｓｅｔを通じて、ｎ＋１番目のゲートラインＧａｔｅ ｎ＋１と連結される。また、ｎ＋１行目に配列されているタッチセンシング画素２１０ｔ内の第２光センサートランジスタ１１３のゲートは、リセットラインＲｅｓｅｔを通じて、ｎ＋２番目のゲートラインＧａｔｅ ｎ＋２と連結される。この場合、それぞれの光センサートランジスタ１１２，１１３にリセット信号を順次に提供するための別途の駆動回路が不要である。単にそれぞれのゲートラインにゲート信号を順次に印加する一つのゲートドライバ（図示せず）により、光センサートランジスタ１１２，１１３のリセット動作まで具現できる。したがって、光タッチスクリーン装置２００の構成が簡単になるので、空間活用性の向上、工程コストの低減、及び電力消費量の減少のような効果が得られる。
【００５４】
図９の左側に表示されたタイミング図を参照すれば、ｎ番目のゲートラインＧａｔｅ ｎにハイ電圧（すなわち、スイッチトランジスタ２１１Ｒ，２１１Ｇ，２１１Ｂ，１１１のしきい電圧以上の電圧）を印加して、ｎ行目のディスプレイ画素２１０ｄに映像を表示すると共に、光センシング画素２１０ｐから光センシング信号を出力する。残りのゲートラインには、ロー電圧が印加される。この時、ｎ＋１番目のゲートラインＧａｔｅ ｎ＋１と連結された第１光センサートランジスタ１１２のゲートにも、ロー電圧が印加される。ここで、ロー電圧は、例えば、第１光センサートランジスタ１１２のしきい電圧より低い電圧である。
【００５５】
次いで、ｎ＋１番目のゲートラインＧａｔｅ ｎ＋１にハイ電圧を印加して、ｎ＋１行目のディスプレイ画素２１０ｄに映像を表示すると共に、タッチセンシング画素２１０ｔからタッチセンシング信号を出力する。残りのゲートラインには、ロー電圧が印加される。この時、リセットラインＲｅｓｅｔを通じて、ｎ＋１番目のゲートラインＧａｔｅ ｎ＋１と連結されたｎ行目の第１光センサートランジスタ１１２のゲートにも、ハイ電圧が印加される。ここで、ハイ電圧は、第１光センサートランジスタ１１２をリセットさせるのに十分な高さの電圧である。すなわち、ハイ電圧は、スイッチトランジスタ２１１Ｒ，２１１Ｇ，２１１Ｂ，１１１のしきい電圧と、第１光センサートランジスタ１１２をリセットさせるための電圧のうちさらに高い電圧である。したがって、ｎ＋１行目のタッチセンシング画素２１０ｔからタッチセンシング信号を出力する間、ｎ行目の光センシング画素２１０ｐ内の第１光センサートランジスタ１１２がリセットされる。かかる方式で、ある一行の光センシング画素２１０ｐやタッチセンシング画素２１０ｔから信号を出力する間、それに先行する行の光センサートランジスタ１１２，１１３をリセットさせる。
【００５６】
図１０は、光センシング画素２１０ｐとタッチセンシング画素２１０ｔとが別途のデータラインにそれぞれ連結された光タッチスクリーン装置２００’の例示的な構造を示す回路図である。図１０を参照すれば、光センシング画素２１０ｐのスイッチトランジスタ１１１のソースは、光センシングデータラインＰｈｏｔｏ  Ｄａｔａに連結されており、タッチセンシング画素２１０ｔのスイッチトランジスタ１１１のソースは、タッチセンシングデータラインＴｏｕｃｈ  Ｄａｔａに連結されている。図５で説明したように、タッチセンシングデータラインＴｏｕｃｈ  Ｄａｔａは、図示していない別途のノイズ補償回路及び増幅回路に連結されて、タッチセンシング画素２１０ｔから出力される信号のノイズを除去し、強度を増幅させる。二本のデータラインを有するという点以外に、図１０に示す光タッチスクリーン装置２００’の構造及び動作は、図９に示す光タッチスクリーン装置２００の構造及び動作と同一である。
【００５７】
以上、本発明の理解を助けるために、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についての例示的な実施形態が説明され、添付された図面に示された。しかし、かかる実施形態は、単に本発明を例示するためのものであり、これを制限しないという点が理解されねばならない。そして、本発明は、図示されて説明された説明に限定されないという点が理解されねばならない。これは、多様な他の変形が当業者にとって行われるためである。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、タッチスクリーン関連の技術分野に適用可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１００  光タッチスクリーン装置
１１０  センシング画素
１１０ｐ  光センシング画素
１１０ｔ  タッチセンシング画素
１１１  スイッチトランジスタ
１１２  第１光センサートランジスタ
１１３  第２光センサートランジスタ
１５０  光源装置
Ｄａｔａ  データライン
Ｇａｔｅ１  第１ゲートライン
Ｇａｔｅ２  第２ゲートライン
Ｒｅｓｅｔ１  第１リセットライン
Ｒｅｓｅｔ２  第２リセットライン
Ｖｄｄ  駆動電圧ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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