JP4856038B2 - 液晶表示装置及びその駆動方法 - Google Patents

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Description

本発明は、イメージセンサー薄膜トランジスタを内蔵した液晶表示装置及びその駆動方法に関する。
一般的な液晶表示装置の画像駆動原理は、液晶の光学的異方性と分極性質を利用する。液晶は、構造が細く長いために、配列の方向性を有する光学的異方性と、電界内に置かれる場合、その大きさによって分子配列の方向性が変化する分極性質とを有する。これによって、液晶表示装置は、液晶層を間に、相互に所定距離離隔して向かい合う面で各々電界生成電極が形成される１組の透明基板で構成される液晶パネルを必然の構成要素とし、両電極間の電界変化によって液晶分子の配列方向を任意に調節して、これによる光透過率を変化させて多様な画像を表現する。
液晶表示装置は、薄膜トランジスタ及び画素電極が形成されるアレイ基板と、カラーフィルター及び共通電極が形成されるカラーフィルター基板とを所定距離離隔して合着し、両基板間に液晶物質を注入して構成される液晶パネルと、この液晶パネルの電気的駆動のための駆動回路とで構成される。
また、液晶物質は、一般的に自発光要素を有しない受光素子で構成されるので、別途の光源を必要とし、このために、液晶パネルの背面にバックライトユニットを備えて光を供給する。
図１は、一般的な液晶表示装置の構成を概略的に示したブロック図である。図１に示すように、液晶表示装置は、複数のゲート配線ＧＬ１〜ＧＬｎ及びデータ配線ＤＬ１〜ＤＬｍが交差した地点に、スイッチング素子として薄膜トランジスタＴＦＴを備える液晶パネル１０と、ゲート配線ＧＬ１〜ＧＬｎ及びデータ配線ＤＬ１〜ＤＬｍに連結されて、薄膜トランジスタＴＦＴに駆動信号及び映像信号を供給するゲートドライバ２０及びデータドライバ４０と、ドライバ２０、４０を制御するタイミングコントローラー６０と、液晶パネル１０の背面に備えて光を供給するバックライトユニット８０とで構成される。
最近、液晶パネル１０の薄膜トランジスタをスイッチング素子としての機能のみならず、イメージセンサーとして活用する方法が提案されている。薄膜トランジスタのイメージセンサーは、光の強度による電荷量を情報によって貯蔵し、貯蔵された情報を外部制御信号によって伝達する素子であって、スキャナ、デジタルコピー機などのようなイメージ処理装置のイメージリーダーに装着され使用される。
最近の電子製品は、多様な複合機能を備えて一つの製品で多くの機能を同時に使用する効果があり、これによって、イメージセンサーにおいても複合機能がある製品を要求している。
このような要求によって、薄膜トランジスタのイメージセンサーを液晶パネルに内蔵した液晶表示装置が提案された。これは、表示機能以外にも、文書やイメージまたは位置情報入力機能が追加され表示機能とイメージ入力機能を一体化して、入力機能と表示機能を各々備える従来に比べて、空間活用的側面と製造費用的側面にあたって、より効率的な長所がある。
ところが、このような形態のイメージセンサー内蔵型の液晶表示装置は、センシング駆動の際、隣接するセンシングサブ画素に当たるセンシング対象物に対するデータがセンシングされて、センシングされた映像情報が歪む問題がある。これは、センシング対象物に対して反射される光は散乱されるが、センシング画素でセンシングの際、隣接するセンシング画素で散乱された光をある程度感知するからである。
本発明は、前述したような問題を解決するために案出されており、表示サブ画素及びセンシングサブ画素を含むイメージセンサー薄膜トランジスタを内蔵した液晶表示装置で、センシング駆動の際に隣接するセンシングサブ画素に流入される他のセンシングサブ画素の光によってセンシングされた映像信号が歪む問題を解決するイメージセンサー薄膜トランジスタを内蔵した液晶表示装置及びその駆動方法を提供することを目的とする。
本発明は、前述したような目的を達成するために、本発明に係る液晶表示装置は、相互に平行な第１及び第２データ配線と、相互に平行な第１及び第２ゲート配線と、前記第１データ及びゲート配線の交差によって定義され、第１スイッチング素子及び第１ストレージキャパシターを含み、前記第１データ配線に印加されたデータ信号に従って光源から印加された光を伝達する表示サブ画素と、前記第２データ及びゲート配線の交差によって定義され、イメージセンサー、第２スイッチング素子、及び第２ストレージキャパシターを含み、入射光をセンシングしてセンシングされた光に対応する電荷を発生させるセンシングサブ画素と、前記第２ストレージキャパシターに貯蔵された正常電荷を読み取るセンシング処理部と、前記第２ストレージキャパシターに貯蔵された非正常電荷をリセットさせるための接地端と、前記第２ストレージキャパシターに貯蔵された前記正常電荷または前記非正常電荷に従って前記第２データ配線を前記センシング処理部と前記接地端のうちいずれか１つに連結するための第３スイッチング素子とを含むことを特徴とする。
また、本発明に係る液晶表示装置は、相互に平行な複数の第１及び第２データ配線と、相互に平行な複数の第１及び第２ゲート配線と、前記複数の第１データ及びゲート配線の交差によって定義され、液晶パネルの背面に照射される光を選択的に伝達することにより映像を表示するために活性化される複数の第１サブ画素と、前記複数の第２データ及びゲート配線の交差によって定義され、液晶パネルの正面に照射されるカラー映像を生成するために選択的に活性化され、前記複数の第１サブ画素と交互に配置される複数の第２サブ画素と、前記複数の第２サブ画素それぞれに貯蔵された正常電荷を読み取るセンシング処理部と、前記複数の第２サブ画素それぞれに貯蔵された非正常電荷をリセットさせるための接地端と、前記複数の第２サブ画素に貯蔵された前記正常電荷または前記非正常電荷に従って前記複数の第２データ配線それぞれを前記センシング処理部と前記接地端のうちいずれか１つに連結するための第３スイッチング素子とを含むことを特徴とする。
さらに、本発明に係る液晶表示装置の駆動方法は、第１データ及びゲート配線の交差によって定義され、第１スイッチング素子及び第１ストレージキャパシターを含む表示サブ画素と、第２データ及びゲート配線の交差によって定義され、第２スイッチング素子及び第２ストレージキャパシターを含むセンシングサブ画素と、前記第２ストレージキャパシターに貯蔵された正常電荷または非正常電荷に従って前記第２データ配線をセンシング処理部と接地端のうちいずれか１つに連結するための第３スイッチング素子とを含み、前記センシングサブ画素は、第１、第２及び第３カラーセンシングサブ画素を含む液晶表示装置の駆動方法であって、表示モードで、前記第１、第２及び第３カラー表示サブ画素を順次活性化する段階と、センシングモードで、前記第１、第２及び第３カラーセンシングサブ画素のうちいずれか１つにより対象物をセンシングする段階と、前記第１、第２及び第３カラーセンシングサブ画素のうちいずれか１つにおいて正常なセンシングデータを貯蔵する段階と、前記対象物の散乱光により前記第１、第２及び第３カラーセンシングサブ画素のうち他の２つに貯蔵された非正常なセンシングデータをリセットさせる段階とを含むことを特徴とする。
本発明のイメージセンサー内蔵型の液晶表示装置及びその駆動方法では、赤色、緑色、青色のカラー画素が順にスキャン対象物をセンシングするので、他の色相の光による干渉が防げる。また、正常なセンシングデータ信号を読み取る前に散乱された光によるダミーデータ信号をリセットするので、ダミーセンシングデータ信号による歪みを防げる。従って、センシングの特性が改善される。
以下、本発明によるイメージセンサー内蔵型の液晶表示装置を図面を参照して説明する。実際に、薄膜トランジスタのイメージセンサーは、数多くの画素で構成されているが、全て同一な構造であって、説明の便宜上、一つの単位画素のみ説明する。
図２は、本発明の実施の形態によるイメージセンサー内蔵型の液晶表示装置の構造を説明するための図である。図２に示すように、イメージセンサー内蔵型の液晶表示装置の一画素Ｐは、表示駆動時、動作する表示サブ画素ＤＰと、センシング駆動時、動作するセンシングサブ画素ＳＰの二つのサブ画素で構成され、複数のゲート配線ＧＬ１,・・・,ＧＬｎと、これと交差する表示データ配線ＤＬｍａ及びセンシングデータ配線ＤＬｍｂを含む。表示サブ画素ＤＰは、複数のゲート配線ＧＬ１,・・・,ＧＬｎと表示データ配線ＤＬｍａの交差によって定義され、センシングサブ画素ＳＰは、複数のゲート配線ＧＬ１,・・・,ＧＬｎとセンシングデータ配線ＤＬｍｂの交差によって定義される。
表示サブ画素ＤＰは、映像を表示する画素であって、表示サブ画素ＤＰの第１スイッチング素子（図示せず）は、ゲート配線ＧＬｎを通じるゲート信号によってターンオン/オフされて、第１スイッチング素子がターンオンされた場合、表示データ配線ＤＬｍａを通じる表示データ信号が表示サブ画素ＤＰに伝達される。従って、表示サブ画素ＤＰは、表示データ信号によって液晶層の透過率を変更して映像を表示する。
また、センシングサブ画素ＳＰは、外部のセンシング対象物をデータ化する画素であって、センシングサブ画素ＳＰのイメージセンサー（図示せず）は、センシングしようとする対象物からの反射光を感知して反射光に対応する電荷を生成する。センシングサブ画素ＳＰの第２スイッチング素子（図示せず）は、ゲート配線ＧＬｎを通じるゲート信号によってターンオン/オフされて、第２スイッチング素子がターンオンされた場合、生成された電荷に対応するセンシングデータ信号がセンシングデータ配線ＤＬｍｂを通じてセンシング処理部（図示せず）に伝達される。
図２のイメージセンサー内蔵型の液晶表示装置は、表示駆動とセンシング駆動を別途に実現するため、表示サブ画素ＤＰとセンシングサブ画素ＳＰが相互に異なるゲート配線ＧＬｎ１及びＧＬｎ２に各々連結される形態であるが、表示サブ画素ＤＰとセンシングサブ画素ＳＰが同一ゲート配線に連結される形態で表示駆動とセンシング駆動を同時に実現することもできる。
図３は、本発明の実施の形態による液晶表示装置用アレイ基板を示した平面図である。
図３に示すように、ゲート配線ＧＬｎ、後段のゲート配線ＧＬｎ＋１、共通配線ＣＬ、電源供給配線ＰＬ、表示データ配線ＤＬｍａ及びセンシングデータ配線ＤＬｍｂが基板の上部に形成される。ゲート配線ＧＬｎ、後段のゲート配線ＧＬｎ＋１、共通配線ＣＬ及び電源供給配線ＰＬは、互いに平行であり、表示データ配線ＤＬｍａ及びセンシングデータ配線ＤＬｍｂは、互いに平行である。ゲート配線ＧＬｎ、後段のゲート配線ＧＬｎ＋１、共通配線ＣＬ及び電源供給配線ＰＬは、互いに同一物質で形成され、表示データ配線ＤＬｍａ及びセンシングデータ配線ＤＬｍｂは、互いに同一物質で形成される。また、ゲート配線ＧＬｎ、後段のゲート配線ＧＬｎ＋１、共通配線ＣＬ及び電源供給配線ＰＬは、表示データ配線ＤＬｍａ及びセンシングデータ配線ＤＬｍｂと交差する。一つの画素Ｐは、ゲート配線ＧＬｎと表示データ配線ＤＬｍａ及びセンシングデータ配線ＤＬｍｂの交差によって定義され、表示サブ画素ＤＰとセンシングサブ画素ＳＰを含む。
表示サブ画素ＤＰは、薄膜トランジスタである第１スイッチング素子Ｔ１、第１ストレージキャパシターＣｓｔ１と液晶キャパシター（図示せず）を含む。第１スイッチング素子Ｔ１のゲート電極は、ゲート配線ＧＬｎに連結され、第１スイッチング素子Ｔ１のソース電極は、表示データ配線ＤＬｍａに連結される。表示サブ画素ＤＰの画素電極ＰＥは、第１スイッチング素子Ｔ１のドレイン電極に連結される。画素電極ＰＥは、共通配線ＣＬと重なって第１ストレージキャパシターＣｓｔ１を形成する。
センシングサブ画素ＳＰは、薄膜トランジスタであるセンシング素子ＴＰ、第２ストレージキャパシターＣｓｔ２と、薄膜トランジスタである第２スイッチング素子Ｔ２を含む。センシング素子ＴＰのソース電極は、電源供給配線ＰＬに連結され、センシング素子ＴＰのゲート電極は、共通配線ＣＬに連結される。センシング素子ＴＰのドレイン電極は、第２スイッチング素子Ｔ２のソース電極に連結されて、共通配線ＣＬと重なって第２ストレージキャパシターＣｓｔ２を形成する。第２スイッチング素子Ｔ２のゲート電極は、後段のゲート配線ＧＬｎ＋１に連結され、第２スイッチング素子Ｔ２のドレイン電極は、センシングデータ配線ＤＬｍｂに連結される。
表示モードの場合、表示サブ画素ＤＰは、表示データ配線ＤＬｍａを通じて画素電極ＰＥに印加された表示データ信号によって映像を表示し、センシングモードの場合、センシングサブ画素ＳＰは、映像を感知し、センシング処理部（図示せず）は、センシングデータ配線ＤＬｍｂを通じて感知された映像に対応さするセンシングデータ信号を読み取る。
図３では、電源供給配線ＰＬがゲート配線ＧＬｎに平行であるが、他の実施の形態では、電源供給配線ＰＬを表示データ配線ＤＬｍａ及びセンシングデータ配線ＤＬｍｂと同一物質で形成することによって、表示データ配線ＤＬｍａ及びセンシングデータ配線ＤＬｍｂに平行する。また、図３では、第２スイッチング素子Ｔ２が後段のゲート配線ＧＬｎ＋１に連結されるが、他の実施の形態では、第２スイッチング素子Ｔ２が第１スイッチング素子Ｔ１と共に同一ゲート配線ＧＬｎに連結されたり、前段のゲート配線（図示せず）に連結されたりする。さらに、図面には示してないが、液晶表示装置は、アレイ基板、カラーフィルター基板、両基板間の液晶層を含む。そして、カラーフィルター基板は、カラーフィルター層と共通電極を含む。
以下、図４及び図５を参照して、本発明の実施の形態によるイメージセンサー内蔵型の液晶表示装置の駆動方法を説明する。図４は、本発明の実施の形態によるイメージセンサー内蔵型の液晶表示装置の一画素の等価回路図である。図４に示すように、本発明によるイメージセンサー内蔵型の液晶表示装置一画素Ｐは、表示サブ画素ＤＰとセンシングサブ画素ＳＰの二つのサブ画素で構成される。
表示サブ画素ＤＰは、ｎゲート配線ＧＬｎ、ｍ表示データ配線ＤＬｍａ及び電源供給配線ＰＬの交差によって定義され、センシングサブ画素ＳＰは、（ｎ＋１）ゲート配線ＧＬｎ＋１と、ｍセンシングデータ配線ＤＬｍｂ及び電源供給配線ＰＬの交差によって定義される。
より詳しくは、表示サブ画素ＤＰは、映像を表示するサブ画素として、第１スイッチング素子Ｔ１、液晶キャパシターＣＬＣ及び第１ストレージキャパシターＣｓｔ１を含む。第１スイッチング素子Ｔ１は、薄膜トランジスタで構成され、第１スイッチング素子Ｔ１のゲート電極は、ｎゲート配線ＧＬｎに連結され、第１スイッチング素子Ｔ１のソース電極は、ｍ表示データ配線ＤＬｍａに連結され、第１スイッチング素子Ｔ１のドレイン電極は、液晶キャパシターＣＬＣ及び第１ストレージキャパシターＣｓｔ１の第１電極に連結される。液晶キャパシターＣＬＣ及び第１ストレージキャパシターＣｓｔ１の第２電極は、共通配線ＣＬを通じて接地される。
また、センシングサブ画素ＳＰは、外部のセンシング対象物をデータ化するサブ画素として、イメージセンサーＴＰ、第２ストレージキャパシターＣｓｔ２及び第２スイッチング素子Ｔ２を含む。イメージセンサーＴＰと第２スイッチング素子Ｔ２は、各々薄膜トランジスタであって、イメージセンサーＴＰは、フォトトランジスタで構成することができる。イメージセンサーＴＰのゲート電極は、共通配線ＣＬを通じて接地され、イメージセンサーＴＰのソース電極は、電源供給配線ＰＬに連結され、イメージセンサーＴＰのドレイン電極は、第２ストレージキャパシターＣｓｔ２の第１電極及び第２スイッチング素子Ｔ２のドレイン電極に連結される。第２ストレージキャパシターＣｓｔ２の第２電極は、共通配線ＣＬを通じて接地される。第２スイッチング素子のゲート電極は、（ｎ＋１）ゲート配線ＧＬｎ＋１に連結され、第２スイッチング素子Ｔ２のソース電極は、ｍセンシングデータ配線ＤＬｍｂに連結される。
図４では、イメージセンサー内蔵型の液晶表示装置を表示モードとセンシングモードで別途に駆動するため、表示サブ画素ＤＰとセンシングサブ画素ＳＰが各々別途のｎゲート配線ＧＬｎと（ｎ＋１）ゲート配線ＧＬｎ＋１に連結される形態であるが、他の実施の形態では、表示サブ画素ＤＰとセンシングサブ画素ＳＰが一つの同一ゲート配線に連結されたり、各々ｎゲート配線ＧＬｎと（ｎ-１）ゲート配線ＧＬｎ-１に連結されたりして表示モードとセンシングモードで駆動される。
以下、本発明の実施の形態によるイメージセンサー内蔵型の液晶表示装置の表示モード及びセンシングモードでの駆動を、図面を参照して説明する。表示モードの駆動時には、ゲート信号がｎゲート配線ＧＬｎ及び（ｎ＋１）ゲート配線ＧＬｎ＋１に順に供給される。例えば、ハイレベルの電圧のゲート信号がｎゲート配線ＧＬｎに供給される場合、第１スイッチング素子Ｔ１がターンオンされて、ｍ表示データ配線ＤＬｍａに供給された表示データ信号が第１スイッチング素子Ｔ１を通じて液晶キャパシターＣＬＣ及び第１ストレージキャパシターＣｓｔ１に伝達される。
従って、液晶キャパシターＣＬＣが液晶層の屈折率を変更させて、これにより、データ信号に対応する映像が表示される。また、図４には示してないが、背面に備えるバックライトユニットが液晶層に光を供給する。以後、ｎゲート配線ＧＬｎにローレベルの電圧のゲート信号が供給される場合、第１スイッチング素子Ｔ１がターンオフされて、第１ストレージキャパシターＣｓｔ１に貯蔵された電荷によって液晶キャパシターＣＬＣの電圧を維持する。
一方、センシングモードの駆動時には、ゲート信号がｎゲート配線ＧＬｎ及び（ｎ＋１）ゲート配線ＧＬｎ＋１に順に供給される。例えば、ハイレベルの電圧のゲート信号がｎゲート配線ＧＬｎに供給される場合、第１スイッチング素子Ｔ１がターンオンされて、最も明るい映像（ホワイト映像）に対応する表示データ信号が表示サブ画素ＤＰに供給される。最も明るい映像は、表示サブ画素ＤＰの最大透過率に対応する。従って、バックライトユニットからの光は、表示サブ画素ＤＰを通過して液晶表示装置の前面に配置された対象物に入射され、さらに液晶表示装置へと反射される。
反射された光は、センシングサブ画素ＳＰのイメージセンサーＴＰに入射され、イメージセンサーＴＰには、反射された光の強度に対応する光電流が生成される。イメージセンサーＴＰの光電流は、反射された光の強度に対応する電荷の形態で第２ストレージキャパシターＣｓｔ２に貯蔵される。
以後、センシングされたデータを読み取るために、（ｎ＋１）ゲート配線ＧＬｎ＋１にハイレベルの電圧のゲート信号が供給されると、第２スイッチング素子Ｔ２がターンオンされ、センシング処理部ＳＰＵは、第２ストレージキャパシターＣｓｔ２に貯蔵されていた電荷をｍセンシングデータ配線ＤＬｍｂを通じてセンシングデータ信号で読み取る。センシング処理部ＳＰＵは、リードアウト集積回路（read out integrated circuit：ＲＯＩＣ）で構成され、センシングデータ信号は、場合によって、別途に備えるメモリーに貯蔵される。
このような動作によって、本発明の実施の形態によるイメージセンサー内蔵型の液晶表示装置は、表示モード動作と、センシングモード動作を行う。
本発明の実施の形態によるイメージセンサー内蔵型の液晶表示装置がカラー映像を表示してセンシングする場合、一つの画素Ｐは、赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂのカラー画素で構成される。センシングモードの動作時、液晶表示装置は、対象物の赤色、緑色、青色を順にセンシングして読み取る。従って、選択された色相が選択されたカラー画素でセンシングされ読み取られる間、最も暗い映像（ブラック映像）に対応する表示データ信号が残りのカラー画素の表示サブ画素ＤＰに印加され、これによって、バックライトユニットの光は、残りのカラー画素の表示サブ画素ＤＰでは遮断される。最も暗い映像は、表示サブ画素ＤＰの最小透過率に対応する。従って、選択された色相がセンシングされ読み取られる間、それ以外の選択されなかった色相は、センシングされなく読み取られないので、液晶表示装置のセンシングの正確性は、改善される。
ところが、散乱によって選択された色相に対応する反射光が、選択されなかった色相用カラー画素に入射され、選択されなかった色相用カラー画素のセンシングサブ画素の第２ストレージキャパシターに非正常的な電荷が貯蔵されることがある。このような非正常的な電荷をリセットするために、本発明の実施の形態による液晶表示装置は、ｍセンシングデータ配線ＤＬｍｂに連結される３路スイッチ（three-way switch）のような第３スイッチング素子Ｔ３をさらに含む。
第３スイッチング素子Ｔ３によってｍセンシングデータ配線ＤＬｍｂは、センシング処理部ＳＰＵに連結されたり、接地されたりする。正常の電荷が第２ストレージキャパシターＣｓｔ２に貯蔵されている間は、ｍセンシングデータ配線ＤＬｍｂは、センシング処理部ＳＰＵに連結され、センシング処理部ＳＰＵは、正常の電荷をセンシングデータ信号で読み取る。非正常的な電荷が第２ストレージキャパシターＣｓｔ２に貯蔵されている間は、ｍセンシングデータ配線ＤＬｍｂは、接地され非正常的な電荷は、リセットされる。従って、第３スイッチング素子Ｔ３は、最も明るい映像に対応する表示データ信号に同期して、ｍセンシングデータ配線ＤＬｍｂとセンシング処理部ＳＰＵを連結する。
以下、図をさらに参照して、本発明の実施の形態によるイメージセンサー内蔵型の液晶表示装置の駆動方法を説明する。図５は、本発明の実施の形態によるイメージセンサー内蔵型の液晶表示装置の駆動方法を説明するための図であり、図６は、本発明の実施の形態によるイメージセンサー内蔵型の液晶表示装置のセンシングモード動作時の表示データ信号のタイミングチャートである。
図５に示すように、表示モード及びセンシングモードで動作する本発明のイメージセンサー内蔵型の液晶表示装置は、液晶パネル１００とバックライトユニット１８０で構成される。センシング用対象物２００は、液晶表示装置の前面に配置される。液晶パネル１００は、赤色、緑色、青色のカラー画素を含む。バックライトユニット１８０は、液晶パネル１００に光を供給する。
このようなイメージセンサー内蔵型の液晶表示装置のセンシングモードの駆動時には、液晶パネル１００の正面に所定距離にセンシング用対象物２００を位置させて、バックライトユニット１８０の光が表示サブ画素（図４のＤＰ）を通過してセンシング用対象物２００に入射された後、反射される。この反射光は、センシングサブ画素（図４のＳＰ）に入射されセンシングデータ信号として貯蔵され、センシング処理部（図４のＳＰＵ）は、センシングデータ信号を読み取ってセンシング用対象物２００を認知する。
一水平周期１Ｈの間、ハイレベルの電圧のゲート信号が選択されたゲート配線に供給されて、表示データ信号が選択されたゲート配線に対応する表示サブ画素（図４のＤＰ）に印加される。ここで、表示データ信号は、赤色、緑色、青色のカラー画素に同時に印加されない。従って、表示データ信号は、赤色、緑色、青色のカラー画素各々のための第１、第２及び第３表示データ信号Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３に区分される。
図６に示すように、センシングモードの駆動時の第１、第２及び第３表示データ信号（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３）各々は、最も明るい映像に対応する第１電圧Ｖ１と最も暗い映像に対応する第２電圧Ｖ２を有する。第１電圧Ｖ１は、一水平周期１Ｈの約１/３時間の間、維持され、第２電圧Ｖ２は、一水平周期１Ｈの約２/３時間の間、維持される。また、第１電圧Ｖ１は、全ての水平周期で繰り返される。第１表示データ信号Ｅ１が第１電圧Ｖ１を有する間、第２及び第３表示データ信号Ｅ２、Ｅ３は、第２電圧Ｖ２を有する。これと類似に、第２表示データ信号Ｅ２が第１電圧Ｖ１を有する間、第３及び第１表示データ信号Ｅ３、Ｅ１は、第２電圧Ｖ２を有し、第３表示データ信号Ｅ３が第１電圧Ｖ１を有する間、第１及び第２表示データ信号Ｅ１、Ｅ２は、第２電圧Ｖ２を有する。
従って、第１、第２及び第３表示データ信号Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３のいずれかは、第１電圧Ｖ１を有し、第１、第２及び第３表示データ信号Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３のうちの残り二つは、第２電圧Ｖ２を有する。また、一水平周期１Ｈ間、第１、第２及び第３表示データ信号Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３は、順に第１電圧Ｖ１を有する。
さらに図５を参照すると、表示データ信号の第１電圧Ｖ１が表示サブ画素（図４のＤＰ）に印加される場合、表示サブ画素ＤＰは、バックライトユニット１８０の光を透過させる。また、表示データ信号の第２電圧Ｖ２が表示サブ画素ＤＰに印加される場合、表示サブ画素ＤＰは、バックライトユニット１８０の光を遮断する。第１、第２及び第３表示データ信号Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３は、順に第１電圧Ｖ１を有するので、赤色、緑色、青色のカラー画素の表示サブ画素ＤＰは、バックライトユニット１８０の光を順に透過させて、赤色、緑色、青色の光は、順に対象物２００に照射される。
例えば、一水平周期（図６の１Ｈ）の一番目の１/３時間の間、赤色のカラー画素の表示サブ画素ＤＰは、光を透過させ、緑色及び青色のカラー画素の表示サブ画素ＤＰは、光を遮断する。同じく、一水平周期（図６の１Ｈ）の二番目の１/３時間の間、緑色のカラー画素の表示サブ画素ＤＰは、光を透過させ、青色及び赤色のカラー画素の表示サブ画素ＤＰは、光を遮断する。また、一水平周期（図６の１Ｈ）の三番目の１/３時間の間、青色のカラー画素の表示サブ画素ＤＰは、光を透過させ、赤色及び緑色のカラー画素の表示サブ画素ＤＰは、光を遮断する。従って、赤色、緑色、青色の光は、対象物２００で順に反射され、赤色、緑色、青色の反射光は、赤色、緑色、青色のカラー画素のセンシングサブ画素ＳＰによって順にセンシングされる。
例えば、一水平周期１Ｈの一番目の１/３時間の間、赤色の光が対象物２００に照射される。赤色の光の殆どは、対象物２００の表面に直角に反射されるが、赤色の光の一部は、対象物２００の表面に傾いた角に散乱される。従って、反射された赤色の光ＬＲは、赤色のカラー画素Ｒのセンシングサブ画素ＳＰに入射されるが、散乱された赤色の光ＬＳは、隣接した緑色、青色のカラー画素Ｇ、Ｂのセンシングサブ画素ＳＰに入射される。
赤色のカラー画素のセンシングサブ画素ＳＰでは、反射された赤色の光ＬＲがイメージセンサーＴＰによってセンシングされて、正常なセンシングデータ信号として第２ストレージキャパシターＣｓｔ２に貯蔵される。正常なセンシングデータ信号は、第２スイッチング素子Ｔ２がターンオンされている間、ｍセンシングデータ配線ＤＬｍｂを通じてセンシング処理部（図４のＳＰＵ）に伝達される。
隣接した緑色、青色のカラー画素のセンシングサブ画素ＳＰでは、散乱された赤色の光ＬＳがイメージセンサーＴＰによってセンシングされて、ダミーセンシングデータ信号として第２ストレージキャパシターＣｓｔ２に貯蔵される。ダミーセンシングデータ信号は、後続の一水平周期１Ｈの二番目及び三番目の１/３時間に反射された緑色、青色の光に対応する正常なセンシングデータ信号が歪む。
本発明の実施の形態による液晶表示装置では、ダミーセンシングデータ信号をリセットすることによって、このようなダミーセンシングデータ信号の問題を解決する。
図４に示したように、第３スイッチング素子Ｔ３は、ｍセンシングデータ配線ＤＬｍｂに連結され、リードアウト集積回路ＲＯＩＣのようなセンシング処理部ＳＰＵまたは接地端を選択する役割をする。従って、一水平周期１Ｈの一番目の１/３時間の間、赤色のカラー画素の第３スイッチング素子Ｔ３は、ｍセンシングデータ配線ＤＬｍｂとセンシング処理部ＳＰＵを連結し、緑色、青色のカラー画素の第３スイッチング素子Ｔ３は、ｍセンシングデータ配線ＤＬｍｂを接地させる。
結果的に、一水平周期１Ｈの一番目の１/３時間の間、反射された赤色の光ＬＲに対応する正常なセンシングデータ信号は、センシング処理部ＳＰＵに伝達されて、散乱された赤色の光ＬＳに対応するダミーセンシングデータ信号は、接地端に伝達される。すなわち、ダミーセンシングデータ信号は、リセットされ、緑色、青色のカラー画素の第２ストレージキャパシターＣｓｔ２は、放電される。
同様に、一水平周期１Ｈの二番目の１/３時間の間、緑色のカラー画素の第３スイッチング素子Ｔ３は、ｍセンシングデータ配線ＤＬｍｂとセンシング処理部ＳＰＵを連結し、青色及び赤色のカラー画素の第３スイッチング素子Ｔ３は、ｍセンシングデータ配線ＤＬｍｂを接地させる。従って、一水平周期１Ｈの二番目の１/３時間の間、反射された緑光ＬＲに対応する正常なセンシングデータ信号は、センシング処理部ＳＰＵに伝達され、散乱された緑色の光ＬＳに対応するダミーセンシングデータ信号は、リセットされる。類似な方法により、一水平周期１Ｈの三番目の１/３時間の間、反射された青色の光ＬＲに対応する正常なセンシングデータ信号は、センシング処理部ＳＰＵに伝達され、散乱された青色の光ＬＳに対応するダミーセンシングデータ信号は、リセットされる。
本発明の実施の形態による液晶表示装置では、反射された赤色、緑色、青色の光が順にまたは独立にセンシングされるので、色相間の干渉が防げてセンシングの特性が改善される。また、散乱された光に対応するダミーセンシングデータ信号は、リセットされるので、ダミーセンシングデータ信号による歪みが防げてセンシングの特性がさらに改善される。
図７は、本発明の実施の形態によるイメージセンサー内蔵型の液晶表示装置のセンシングモードでの駆動方法を説明するためのフローチャートである。図７に示すように、第１段階ＳＴ１では、ｎゲート配線ＧＬｎがイネーブルされる。例えば、ハイレベルの電圧のゲート信号がｎゲート配線ＧＬｎに供給されて第１スイッチング素子（図４のＴ１）がターンオンされる。
第２段階ＳＴ２では、赤色、緑色、青色のカラー画素（図５のＲ、Ｇ、Ｂ）のいずれかによってセンシング用対象物がセンシングされる。例えば、最も明るい映像に対応する第１電圧（図６のＶ１）が赤色のカラー画素の表示サブ画素（図４のＤＰ）に印加されて、最も暗い映像に対応する第２電圧（図６のＶ２）が緑色、青色のカラー画素の表示サブ画素ＤＰに印加される。従って、バックライトユニット１８０の光は、赤色のカラー画素の表示サブ画素ＤＰは、通過するが、緑色、青色のカラー画素の表示サブ画素ＤＰでは、遮断される。対象物で反射された光は、赤色のカラー画素のセンシングサブ画素（図４のＳＰ）によってセンシングされ正常なセンシングデータ信号として貯蔵される。
第３段階ＳＴ３では、赤色、緑色、青色のカラー画素のうち、残り二つのセンシングデータ信号がリセットされる。赤色のカラー画素の表示サブ画素ＤＰを通過した光は、対象物で散乱されるが、散乱された光は、緑色、青色のカラー画素のセンシングサブ画素ＳＰにダミーデータ信号として貯蔵される。ｎゲート配線ＧＬｎがイネーブルされている間、第２スイッチング素子（図４のＴ２）は、ターンオンされているので、赤色のカラー画素の正常なセンシングデータ信号は、センシング処理部ＳＰＵに伝達されると同時に、緑色、青色のカラー画素のダミーセンシングデータ信号は、リセットされる。仮に、散乱された光の強度が無視する程度であるなら、第３段階ＳＴ３は、省略されることもできる。
第４段階ＳＴ４では、ｎゲート配線ＧＬｎに対応する赤色、緑色、青色のカラー画素が全てセンシングされたかを判断する。仮に、ｎゲート配線ＧＬｎに対応する全ての赤色、緑色、青色のカラー画素がセンシングされていない場合（Ｎｏ）、第２ないし第４段階が繰り返される。仮に、ｎゲート配線ＧＬｎに対応する全ての赤色、緑色、青色のカラー画素がセンシングされた場合（Ｙｅｓ）、ｎゲート配線ＧＬｎに対するセンシング処理チォリが終了され（ｎ＋１）ゲート配線ＧＬｎ＋１に対するセンシング処理が行われる。
前記では、本発明の望ましい実施の形態を参照して説明したが、本発明の趣旨に反しない限度内で、本発明が属する技術分野で通常の知識がある者によって多様に変更することができる。
一般的な液晶表示装置の構成を概略的に示したブロック図である。
本発明の実施の形態によるイメージセンサー内蔵型の液晶表示装置の構造を説明するための図である。 本発明の実施の形態による液晶表示装置用アレイ基板を示した平面図である。 本発明の実施の形態によるイメージセンサー内蔵型の液晶表示装置の一画素の等価回路図である。 本発明の実施の形態によるイメージセンサー内蔵型の液晶表示装置の駆動方法を説明するための図である。 本発明の実施の形態によるイメージセンサー内蔵型の液晶表示装置のセンシングモード動作時の表示データ信号のタイミングチャートである。 本発明の実施の形態によるイメージセンサー内蔵型の液晶表示装置のセンシングモードでの駆動方法を説明するためのフローチャートである。
符号の説明
Ｐ：画素 １００：表示パネル
１８０：バックライトユニット ２００：センシング用対象物
Ｅ１：第１表示データ信号
Ｅ２：第２表示データ信号
Ｅ３：第３表示データ信号

Claims (19)

  1. 相互に平行な第１及び第２データ配線と；
    相互に平行な第１及び第２ゲート配線と；
    前記第１データ及びゲート配線の交差によって定義され、第１スイッチング素子及び第１ストレージキャパシターを含み、前記第１データ配線に印加されたデータ信号に従って光源から印加された光を伝達する表示サブ画素と；
    前記第２データ及びゲート配線の交差によって定義され、イメージセンサー、第２スイッチング素子、及び第２ストレージキャパシターを含み、入射光をセンシングしてセンシングされた光に対応する電荷を発生させるセンシングサブ画素と；
    前記第２ストレージキャパシターに貯蔵された正常電荷を読み取るセンシング処理部と；
    前記第２ストレージキャパシターに貯蔵された非正常電荷をリセットさせるための接地端と；
    前記第２ストレージキャパシターに貯蔵された前記正常電荷または前記非正常電荷に従って前記第２データ配線を前記センシング処理部と前記接地端のうちいずれか１つに連結するための第３スイッチング素子と
    を含む
    ことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記第１スイッチング素子は、前記第１ゲート及びデータ配線に連結され、前記第２スイッチング素子は、前記第２ゲート及びデータ配線に連結される
    ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  3. 前記電荷は、前記第２スイッチング素子により前記第２データ配線に選択的に印加される
    ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  4. 前記第２スイッチング素子は、共通配線及び電源供給配線に連結され、前記第３スイッチング素子は、前記第２データ配線に連結される
    ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  5. 相互に平行な複数の第１及び第２データ配線と；
    相互に平行な複数の第１及び第２ゲート配線と；
    前記複数の第１データ及びゲート配線の交差によって定義され、液晶パネルの背面に照射される光を選択的に伝達することにより映像を表示するために活性化される複数の第１サブ画素と；
    前記複数の第２データ及びゲート配線の交差によって定義され、液晶パネルの正面に照射されるカラー映像を生成するために選択的に活性化され、前記複数の第１サブ画素と交互に配置される複数の第２サブ画素と；
    前記複数の第２サブ画素それぞれに貯蔵された正常電荷を読み取るセンシング処理部と；
    前記複数の第２サブ画素それぞれに貯蔵された非正常電荷をリセットさせるための接地端と；
    前記複数の第２サブ画素に貯蔵された前記正常電荷または前記非正常電荷に従って前記複数の第２データ配線それぞれを前記センシング処理部と前記接地端のうちいずれか１つに連結するための第３スイッチング素子と
    を含む
    ことを特徴とする液晶表示装置。
  6. 前記複数の第１サブ画素それぞれは、第１カラー、第２カラー及び第３カラー表示サブ画素を含み、
    前記第１カラー、第２カラー及び第３カラー表示サブ画素は、順に駆動される
    ことを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
  7. 前記複数の第２サブ画素それぞれは、第１カラー、第２カラー及び第３カラーセンシングサブ画素を含み、
    前記第１カラー、第２カラー及び第３カラーセンシングサブ画素は、順に強度信号を生成する
    ことを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
  8. 前記第１カラー、第２カラー及び第３カラーセンシングサブ画素のいずれかから前記強度信号を受けるために、前記センシング処理部が選択的に連結されるセンシング処理部をさらに含む
    ことを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
  9. 第１データ及びゲート配線の交差によって定義され、第１スイッチング素子及び第１ストレージキャパシターを含む表示サブ画素と、第２データ及びゲート配線の交差によって定義され、第２スイッチング素子及び第２ストレージキャパシターを含むセンシングサブ画素と、前記第２ストレージキャパシターに貯蔵された正常電荷または非正常電荷に従って前記第２データ配線をセンシング処理部と接地端のうちいずれか１つに連結するための第３スイッチング素子とを含み、前記センシングサブ画素は、第１、第２及び第３カラーセンシングサブ画素を含む液晶表示装置の駆動方法であって、
    表示モードで、前記第１、第２及び第３カラー表示サブ画素を順次活性化する段階と；
    センシングモードで、
    前記第１、第２及び第３カラーセンシングサブ画素のうちいずれか１つにより対象物をセンシングする段階と；
    前記第１、第２及び第３カラーセンシングサブ画素のうちいずれか１つにおいて正常なセンシングデータを貯蔵する段階と；
    前記対象物の散乱光により前記第１、第２及び第３カラーセンシングサブ画素のうち他の２つに貯蔵された非正常なセンシングデータをリセットさせる段階と
    を含むことを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
  10. 前記第１、第２及び第３カラー表示サブ画素のそれぞれは、赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂの表示サブ画素に対応し、
    前記第１、第２及び第３カラーセンシングサブ画素のぞれぞれは、赤色、緑色、青色のセンシングサブ画素に対応し、
    前記センシングモードで、前記第１、第２及び第３カラーセンシングサブ画素のうち１つを活性化する段階は、
    ｎゲート配線に連結される少なくとも三つの第１スイッチング素子及び少なくとも三つの第２スイッチング素子をターンオンさせるハイレベルの電圧のゲート信号をｎゲート配線に供給する段階と；
    赤色、緑色、青色の表示データ配線のいずれかを通じて前記赤色、緑色、青色の表示サブ画素のいずれかに第１表示データ信号を順に供給する段階と；
    赤色、緑色、青色のセンシングデータ配線各々を通じて前記赤色、緑色、青色のセンシングサブ画素のセンシングデータ信号を読み取る段階と
    を含むことを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置の駆動方法。
  11. 前記センシングモードで、前記赤色、緑色、青色の表示データ配線のうちの残り二つを通じて、前記赤色、緑色、青色の表示サブ画素のうちの残り二つに第２表示データ信号を供給する段階をさらに含み、
    前記第２表示データ信号は、前記第１表示データ信号より低い電圧を有し、
    前記赤色、緑色、青色の表示サブ画素のうちいずれか１つは、時間の区間で、前記第１及び第２表示データ信号のいずれかを受ける
    ことを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置の駆動方法。
  12. 前記第１及び第２表示データ信号各々は、前記赤色、緑色、青色の表示サブ画素各々の最大及び最小透過率に対応する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置の駆動方法。
  13. 前記センシングデータ信号を読み取る段階は、前記赤色、緑色、青色のセンシングサブ画素のいずれかの前記センシングデータ信号を前記赤色、緑色、青色のセンシングデータ配線のいずれかを通じてセンシング処理部に伝達する段階を含む
    ことを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置の駆動方法。
  14. 前記第１、第２及び第３カラー表示サブ画素のそれぞれは、赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂの表示サブ画素に対応し、
    前記第１、第２及び第３カラーセンシングサブ画素のぞれぞれは、赤色、緑色、青色のセンシングサブ画素に対応し、
    前記センシングモードで、前記第１、第２及び第３カラーセンシングサブ画素を活性化する段階は、
    ｎゲート配線に連結される少なくとも三つの第１スイッチング素子をターンオンさせるハイレベルの電圧のゲート信号を前記ｎゲート配線に供給する段階と；
    （ｎ＋１）ゲート配線に連結される少なくとも三つの第２スイッチング素子をターンオンさせるハイレベルの電圧の前記ゲート信号を前記（ｎ＋１）ゲート配線に供給する段階と；
    赤色、緑色、青色の表示データ配線各々を通じて前記赤色、緑色、青色の表示サブ画素に第１表示データ信号を順に供給する段階と；
    赤色、緑色、青色のセンシングデータ配線各々を通じて前記赤色、緑色、青色のセンシングサブ画素のセンシングデータ信号を読み取る段階と
    を含むことを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置の駆動方法。
  15. 前記センシングモードで、前記赤色、緑色、青色の表示データ配線のうちの残り二つを通じて、前記赤色、緑色、青色の表示サブ画素のうちの残り二つに第２表示データ信号を供給する段階をさらに含み、
    前記第２表示データ信号は、前記第１表示データ信号より低い電圧を有し、
    前記赤色、緑色、青色の表示サブ画素各々は、時間区間で、前記第１及び第２表示データ信号のいずれかを受ける
    ことを特徴とする請求項１４に記載の液晶表示装置の駆動方法。
  16. 前記第１及び第２表示データ信号各々は、前記赤色、緑色、青色の表示サブ画素各々の最大及び最小透過率に対応する
    ことを特徴とする請求項１５に記載の液晶表示装置の駆動方法。
  17. 前記センシングデータ信号を読み取る段階は、前記赤色、緑色、青色のセンシングサブ画素のいずれかの前記センシングデータ信号を前記赤色、緑色、青色のセンシングデータ配線のいずれかを通じてセンシング処理部に伝達する段階を含む
    ことを特徴とする請求項１４に記載の液晶表示装置の駆動方法。
  18. 前記センシングモードで、
    前記第１区間の間、第１カラーセンシングサブ画素を活性化して、前記第２及び第３カラーセンシングサブ画素をリセットする段階と；
    前記第２区間の間、第２カラーセンシングサブ画素を活性化して、前記第３及び第１カラーセンシングサブ画素をリセットする段階と；
    前記第３区間の間、第３カラーセンシングサブ画素を活性化して、前記第１及び第２カラーセンシングサブ画素をリセットする段階と
    さらに含むことを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置の駆動方法。
  19. 前記センシングサブ画素をリセットする段階は、前記センシングサブ画素で生成された電荷を接地して放電する段階を含む
    ことを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置の駆動方法。
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