JP4666303B2 - 光感知パネル、該パネルを有する光感知装置及び該装置の駆動方法 - Google Patents
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Description
図1に示すように、一般的な光感知素子を有する液晶表示パネルは、複数のゲートラインGL、複数のデータラインDL、ゲートラインGLとデータラインDLとの間に接続された第1スイッチング素子Q1、第1スイッチング素子Q1に接続された液晶キャパシタCLC及び第1ストレージキャパシタCST1を含む。また、第1電源ラインVL1、第2電源ラインVL2、外部光の強度を検出して電荷に変換させる第2スイッチング素子TS1、第2スイッチング素子TS1から提供された電荷を保持する第2ストレージキャパシタCS2、第2ストレージキャパシタに保持された電荷を出力する第3スイッチング素子TS2及び読み出しラインROLを含む。前記第2スイッチング素子TS1、第2ストレージキャパシタCST2及び第3スイッチング素子TS2は、一種の光感知部として動作する。
まず、第2スイッチング素子TS1に外部光が入射されると、前記第2スイッチング素子TS1のゲート電極に接続された第2電源ラインVL2に負の電圧を印加し、第2スイッチング素子TS1のドレイン電極に接続された第1電源ラインVL1に正の電圧を印加して前記第2スイッチング素子TS1をターンオフ状態にする。それにより、外部光が入射された第2スイッチング素子TS1では、外部光が入射されていない第3スイッチング素子に比べて、相当の大きさの光漏洩電流が生成される。
このように生成された光漏洩電流は、第3スイッチング素子TS2がターンオンされていない状態で第2ストレージキャパシタCTS2を充電させ、前記第2ストレージキャパシタCST2に充電された電荷は第3スイッチング素子TS2がターンオンされるまで保持される。
このように、光感知素子は、表示機能を遂行する液晶表示パネル、特にアレイ基板に採用されて、光感知機能を遂行する。
また、前記アレイ基板に2つの薄膜トランジスタと一つのキャパシタが形成されるので不良が発生する確率が高く、これによって生産性が低減するという問題点がある。
また、一つの画素領域内に設計される複数の素子同士に信号干渉を誘発するという問題点がある。
また、本発明の他の目的は、前記した光感知パネルを有する光感知装置を提供することにある。
また、本発明のさらにまたの目的は、前記した光感知装置の駆動方法を提供することにある。
前記読み出しラインに出力される光感知信号を抽出するステップ(d)と、を含むことを特徴とする。
また、本発明は、ゲートスキャンラインを画素に存在するそれぞれのa−SiTFTに別途に接続する必要なしに共通ゲートスキャン電圧を印加するようにして、開口率及び輝度をさらに向上させることができる。
図2は本発明の一実施例による光感知装置を説明するための図面である。
図2に示すように、本発明の一実施例による光感知装置は、制御部110、スキャン駆動部120、光感知パネル130及び読み出し駆動部140を含む。
制御部110は第1タイミング信号TS1をスキャン駆動部120に提供し、光感知のための第2タイミング信号TS2を読み出し駆動部140に提供する。前記第1タイミング信号TS1はスキャン駆動部120の動作始めを制御する信号であり、第2タイミング信号TS2は読み出し駆動部140の動作始めを制御する信号である。
スキャン駆動部120は、第1タイミング信号TS1が提供されることによって、n個の表示用スキャン信号S1、.....、Sq、......、Snを光感知パネル130に順次に出力する。前記n個の表示用スキャン信号S1、.....、Sq、......、Snは、一定の時点には互いに重畳されないことが望ましい。
光感知部134は、透明基板上に横方向に伸長され縦方向に配列された複数のスキャンラインSLと、縦方向に伸長され横方向に配列された複数の読み出しラインROLと、前記スキャンラインSLと読み出しラインROLによって画定される領域に形成された光感知素子QOSを含む。
具体的に、スキャンラインSLは、スイッチング部132によってスイッチング制御されたバイアス電圧VDDを伝達する。
読み出しラインROLは、前記光感知素子のソースに接続され、前記光感知信号を読み出し駆動部140に出力する。
読み出し駆動部140は、光感知パネル130の読み出しラインROLを通じて伝達される光感知信号をデータ変換し、変換されたデータを光感知データにして制御部に提供する。
図3に示されたように、スキャンラインSLを通じて低レベルのスキャン信号が印加されると、スイッチング部132に具備されるスイッチング素子QSはターンオフされ、これによりスキャンラインSLにはゼロレベルの電圧が印加される。前記ゼロレベルの電圧が印加されることによって、光感知素子QOSに光に入射されても読み出しラインROLにはいかなる電位差も発生しなくなる。
即ち、低レベルのスキャン信号が印加された状態の光感知素子QOSの電圧条件は次のようである。ゲート/ソース電圧は0ボルトであり、ドレイン/ソース電圧0ボルトであるので、外部光が入射されてもされなくても光電流は流れない。
即ち、高レベルのスキャン信号が印加された状態の光感知素子QOSの電圧条件は次のようである。ゲート/ソース電圧は0ボルトで、ドレイン/ソース電圧はバイアス電圧VDDであるので、外部光に入射されると光電流は流れ、外部光に入射されないと光電流は流れない。
このとき、一つのa−Si薄膜トランジスタからなる光感知素子に光が入る時と入らない時で、該当光感知素子に流れる光電流を図4及び図5を参照して説明する。
図4及び図5は、前記光感知素子QOSの動作を説明するための回路図及び電流グラフである。図5において、四角(塗つぶし)は外部光がないときの光電流を示し、○(塗つぶし)は外部光が入射したときの光電流を示す。
図4及び図5に示すように、光感知用薄膜トランジスタのゲートGとソースSを互いに接続して前記光感知用薄膜トランジスタQOSのゲート電圧を0Vにする。
外部光が感知用薄膜トランジスタQOSのチャンネルに入射されると、図3に示されたように、光感知用薄膜トランジスタの両端間に光電流Iが流れるようになる。
このように、読み出し駆動部と接続された読み出しラインROLに光電流の流れが可変されることによって、読み出し駆動部では該当位置に対応する光感知信号を抽出する。
図6に示すように、本発明による読み出し駆動部140は、積分部142、サンプル/ホールド部144及びバッファ部146を一つのユニットとする複数のユニットを含み、読み出しラインに流れる光電流を検出する。
積分部142は、第1演算増幅器OP−AMP1と、前記第1演算増幅器OP−AMP1の反転入力端と出力端に接続された可変キャパシタCvと、前記第1演算増幅器OP−AMP1の反転入力端と出力端に接続された第1スイッチング素子QS1を含む。
前記した第2スイッチング素子QS2及びホールドキャパシタによりサンプル/ホールド回路が構成される。即ち、アナログ−デジタル変換中、サンプリング値に変動があってはいけないので、次のサンプルが得られるまで前記サンプリング値を保持しなければならない。前記第2スイッチング素子QS2のよってサンプリング動作が行われ、出力端に接続されたホールドキャパシタChによってホールド動作が行われる。
前記電圧フォロワは、インピーダンスを変換する機能と、回路を分離する機能を遂行する。即ち、光感知信号を計測するとき、前記光感知信号は微弱であるので、読み出し駆動部の入力インピーダンスに注意すべきである。前記読み出し駆動部の入力インピーダンスが十分に大きくないと、読み出しラインから読み出し駆動部に流れる電流によって測定したい電圧が変わることもあり得る。例えば、読み出しラインの出力インピーダンス100kΩのとき読み出し駆動部の入力インピーダンスが100kΩであるとすると、測定される信号は1/2に減少される。
前記電圧フォロワの入力インピーダンスは演算増幅器の入力インピーダンスと同一であるので、普通は1MΩ程度の非常に大きい値である。そして、電圧フォロワの出力インピーダンスは演算増幅器の出力インピーダンスである数100Ω程度であるので、弱い信号を強い信号に変換して出力する。
一方、前記電圧フォロワは読み出し駆動部に影響を与えないで、信号の流れを単一の方向にする回路の分離機能を遂行する。
まず、リセット信号が低レベルから高レベルに変換された後、SMP1が低レベルから高レベルに変換される。前記リセット信号が高レベルから低レベルに変換される時点から積分動作を始め、前記SMP1が高レベルから低レベルに変換されると前記積分動作を終了する。
以上、透明基板上に光感知素子をマトリックス状に配列して光感知パネルを画定し、前記光感知パネルを液晶表示パネル上に配置させて指紋認識や、タッチスクリーンなどのパターン認識装置として活用することを説明した。しかし、下記に説明する図8のように、前記液晶表示パネルのアレイ基板形成時に前記した光感知素子を形成して前記パターン認識装置を具現することもできる。
図8に示すように、本発明の他の実施例による光感知装置は、制御部210、データ駆動部220、スキャン駆動部230、光感知パネル240及び読み出し駆動部250を含む。
制御部210は、画像信号RGBと第3タイミング信号TS3をデータ駆動部220に出力し、第4タイミング信号TS4をスキャン駆動部230に出力し、第5タイミング信号TS5を読み出し駆動部250に出力する。
スキャン駆動部230は、第4タイミング信号TS4が提供されることによって、n個の表示用スキャン信号S1、....、Sq、...、Snを光感知パネル240に順次に出力する。前記n個の表示用スキャン信号S1、....、Sq、...、Snは、一定の時点には互いに重畳されないことが望ましい。
光感知パネル240は、透明基板上に形成された周辺領域242及び有効領域244を含む。
前記周辺領域244には、縦方向に伸長され、バイアス電圧VDDを伝達する電源ラインVLと、前記バイアス電圧VDDの出力を制御するスイッチング132が形成される。
図面上では、光感知パネル240とは別にスキャン駆動部230が具備されることを示すが、前記光感知パネル240上にスキャン駆動部230を具備することもできる。
120、230 スキャン駆動部
130、240 光感知パネル
140、250 読み出し駆動部
142 積分部
144 サンプル/ホールド部
146 バッファ部
220 データ駆動部
Claims (19)
- スイッチング制御されたバイアス電圧を伝達するスキャンラインと、
第1電極と制御電極とが共通接続され、第2電極が前記スキャンラインに接続され、外部光の入射に応じて、前記バイアス電圧の印加の下で光感知信号を出力する光感知素子と、
前記光感知素子の前記第1電極に接続され、前記光感知信号を伝達する読み出しラインと、
を含むことを特徴とする光感知パネル。 - 前記バイアス電圧を伝達するバイアスラインと、
スイッチング信号に応答して前記バイアス電圧の出力を制御するスイッチング素子と、
をさらに含むことを特徴とする請求項1記載の光感知パネル。 - 前記スイッチング信号を順次に出力するシフトレジスタをさらに含むことを特徴とする請求項2記載の光感知パネル。
- スキャン信号を出力するスキャン駆動部と、
前記スキャン信号に対応するバイアス電圧を伝達する複数の光感知用スキャンラインと、
前記光感知用スキャンラインに交差する複数の読み出しラインと、第1電極と制御電極とが共通接続され、第2電極が前記光感知用スキャンラインに接続され、前記第1電極が前記読み出しラインに接続された光感知素子とを含み、外部光の入射に応じて、前記バイアス電圧の印加の下で光感知信号を出力する光感知パネルと、
前記読み出しラインを通じて伝達される光感知信号を抽出する読み出し駆動部と、
を含むことを特徴とする光感知装置。
- 前記光感知パネルは、
ゲート信号を伝達する表示用スキャンラインと、
前記表示用スキャンラインと交差するデータラインと、
前記表示用スキャンラインとデータラインによって画定される領域に形成されたスイッチング素子と、
前記スイッチング素子に接続された液晶キャパシタと、
をさらに含むことを特徴とする請求項4記載の光感知装置。 - 前記ゲート信号は、前記スキャン信号と同一であることを特徴とする請求項5記載の光感知装置。
- 前記ゲート信号は前記スキャン信号とは相違し、
前記ゲート信号を順次に出力するゲート駆動部をさらに含む
ことを特徴とする請求項5記載の光感知装置。 - 前記ゲート駆動部は前記光感知パネル上に形成されることを特徴とする請求項7記載の光感知装置。
- 前記ゲート駆動部は、印刷回路基板上に形成され、前記印刷回路基板は軟性印刷回路基板を通じて前記光感知パネルと電気的に接続されることを特徴とする請求項7記載の光感知装置。
- 前記光感知素子は複数個形成されて有効領域を画定し、前記有効領域の周囲に周辺領域が形成され、
前記周辺領域に形成され、前記バイアス電圧を伝達するバイアスラインと、
前記周辺領域に形成され、前記スキャン信号に応答して前記バイアス電圧の出力を制御するスイッチング素子と、
をさらに含むことを特徴とする請求項4記載の光感知装置。 - 前記スキャン駆動部は、前記光感知パネル上に形成されることを特徴とする請求項4記載の光感知装置。
- 前記スキャン駆動部は、印刷回路基板上に形成され、前記印刷回路基板は軟性印刷回路基板を通じて前記光感知パネルと電気的に接続されることを特徴とする請求項4記載の光感知装置。
- 前記読み出し駆動部は前記読み出しラインに充電される電荷量を検出することを特徴とする請求項4記載の光感知装置。
- 前記読み出し駆動部は、
前記読み出しラインを通じて伝達される光感知信号を積分して出力する積分部と、
前記積分された光感知信号をサンプリング及びホールドするサンプル/ホールド部と、
前記サンプリング及びホールドされた光感知信号を出力するバッファ部と、
を含むことを特徴とする請求項4記載の光感知装置。 - 前記積分部は、
前記第1演算増幅器と、
前記第1演算増幅器の反転入力端と出力端との間に接続された可変キャパシタと、
を含む請求項14記載の光感知装置。 - 前記積分部は、前記第1演算増幅器の反転入力端に接続され、前記積分部の開始タイミングを設定する第1スイッチング素子をさらに含むことを特徴とする請求項15記載の光感知素子。
- 前記サンプル/ホールド部は、
一端が前記積分部の出力端に接続された抵抗と、
第1電極が前記抵抗の他端に接続され、制御電極を通じて提供されるスイッチング信号に応答してオン/オフされる第2スイッチング素子と、
一端が接地され、他端が前記第2スイッチング素子の第2電極に接続されたホールドキャパシタと、
を含むことを特徴とする請求項14記載の光感知装置。 - 複数の光感知用スキャンラインと、前記光感知用スキャンラインに交差する複数の読み出しラインと、第1電極と制御電極とが共通接続され、第2電極が前記光感知用スキャンラインに接続され、前記第1電極が前記読み出しラインに接続された光感知素子とを含む光感知装置の駆動方法において、
複数のスキャン信号を順次に出力するステップ(a)と、
前記スキャン信号が印加されることによって、バイアス電圧を前記光感知用スキャンラインに出力するステップ(b)と、
前記光感知素子に外部光に入射されることによって、前記バイアス電圧の印加の下で光感知信号を前記読み出しラインに出力するステップ(c)と、
前記読み出しラインに出力される光感知信号を検出するステップ(d)と、
を含むことを特徴とする光感知装置の駆動方法。 - 前記ステップ(d)は、
前記読み出しラインに出力される光感知信号を積分して出力するステップ(d−1)と、
前記積分された光感知信号をサンプリング及びホールドするステップ(d−2)と、
前記サンプリング及びホールドされた光感知信号を出力するステップ(d−3)ステップと、
を含むことを特徴とする請求項18記載の光感知装置の駆動方法。
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