KR100983524B1

KR100983524B1 - 광감지 패널과, 이를 갖는 광감지 장치 및 이의 구동 방법

Info

Publication number: KR100983524B1
Application number: KR1020030086184A
Authority: KR
Inventors: 최준후; 주인수; 김형걸
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-12-01
Filing date: 2003-12-01
Publication date: 2010-09-24
Also published as: US7800602B2; CN1624535A; KR20050052674A; CN100576024C; TWI344094B; JP4666303B2; TW200519720A; JP2005196737A; US20050116937A1

Abstract

개구율을 향상시키기 위한 광감지 패널과, 이를 갖는 광감지 장치 및 이의 구동 방법이 개시된다. 스캔 라인은 스위칭 제어된 바이어스 전압을 전달하고, 광감지 소자의 제1 전류 전극과 제어 전극이 공통 연결되고, 제2 전류전극이 스캔 라인에 연결되며, 외부광의 입사에 따라 바이어스 전압을 근거로 광감지 신호를 출력한다. 리드 아웃 라인은 광감지 소자의 제2 전류 전극에 연결되어, 광감지 신호를 전달한다. 따라서, 하나의 트랜지스터만으로도 광감지 기능을 수행할 수 있고, 화소 내에 존재하는 트랜지스터의 수를 하나로 줄이므로써, 개구율을 향상시키고, 휘도를 증가시키며, 불량률을 줄일 수 있다.

광감지 장치, a-Si TFT, 게이트 스캔 전압

Description

광감지 패널과, 이를 갖는 광감지 장치 및 이의 구동 방법{LIGHT SENSING PANEL, APPARATUS FOR SENSING A LIGHT HAVING THE SAME, AND DRIVING METHOD THEREOF}

도 1은 일반적인 액정 표시 패널에 채용되는 광감지 소자의 등가회로도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광감지 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 상기한 도 2의 광감지 소자의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 상기 광감지부의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.

도 5는 상기 광감지부의 동작을 설명하기 위한 전류 그래프이다.

도 6a는 본 발명에 따른 리드 아웃 구동부를 설명하기 위한 도면이고, 도 6b는 상기 리드 아웃 구동부에 인가되는 신호 파형을 설명하기 위한 도면이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광감지 장치를 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110, 210 : 제어부 120, 230 : 스캔 구동부

130, 240 : 광감지 패널 140, 250 : 리드 아웃 구동부

142 : 적분부 144 : 샘플/홀딩부

146 : 버퍼부 220 : 데이터 구동부

본 발명은 광감지 패널과, 이를 갖는 광감지 장치 및 이의 구동 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 줄어든 배선 수에 의해 단순화된 광감지 소자를 갖는 광감지 패널과, 이를 갖는 광감지 장치 및 이의 구동 방법에 관한 것이다.

일반적으로 광감지 소자는 외부로부터 입력되는 광에 응답하여 해당 위치를 감지하는 기능을 수행한다. 특히, 상기한 광감지 소자를 채용하는 액정 표시 패널은 윌렘 덴 보어(Willem den Boer)등에 의해 2003년 SID 학회 논문에 "Active Matrix LCD with Integrated Optical Touch Screen"으로 발표한 바와 같이, 다수의 광감지 소자가 매트릭스 타입으로 배열되어, 외부광의 위치에 대응하는 위치 정보의 생성을 통해 지문 인식 기능이나 터치 패널 기능 등의 동작에 이용된다.

도 1은 일반적인 액정 표시 패널에 채용되는 광감지 소자의 등가회로도이다. 특히 액정 표시 패널의 단위 화소 영역에 형성된 광감지 소자를 도시한다.

도 1을 참조하면, 일반적인 광감지 소자를 갖는 액정 표시 패널은 다수의 게이트 라인(GL), 다수의 데이터 라인(DL), 게이트 라인(GL)과 데이터 라인(DL)간에 연결된 제1 스위칭 소자(Q1), 제1 스위칭 소자(Q1)에 연결된 액정 캐패시터(CLC) 및 제1 스토리지 캐패시터(CST1)를 포함한다. 또한, 제1 전원 라인(VL1), 제2 전원 라인(VL2), 외부광의 세기를 검출하여 전하로 변환시키는 제2 스위칭 소자(TS1), 제2 스위칭 소자(TS1)로부터 제공된 전하를 저장하는 제2 스토리지 캐패시터(CST2), 제2 스토리지 캐패시터(CST2)에 저장된 전하들을 출력하는 제3 스위칭 소자(TS2) 및 리드 아웃 라인(ROL)을 포함한다. 상기 제2 스위칭 소자(TS1), 제2 스토리지 캐패시터(CST2) 및 제3 스위칭 소자(TS2)는 일종의 광감지부로서 동작한다.

그러면, 상기 광감지부의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 제2 스위칭 소자(TS1)에 외부광(LIGHT)이 입사되면, 상기 제2 스위칭 소자(TS1)의 게이트 전극에 연결된 제2 전원 라인(VL2)에 음의 전압을 인가하고 제2 스위칭 소자(TS1)의 드레인 전극에 연결된 제1 전원 라인(VL1)에 양의 전압을 인가하여 상기 제2 스위칭 소자(TS1)를 턴-오프 상태로 만든다. 그러면, 외부광이 입사된 제2 스위칭 소자(TS1)에서는 외부광이 입사되지 않은 제3 스위칭 소자(TS2)에 비해 상당한 크기의 광누설 전류가 생성되게 된다.

이와 같이 생성된 광누설 전류는 제3 스위칭 소자(TS2)가 턴-온되어 있지 않은 상태에서 제2 스토리지 캐패시터(CST2)를 충전시키게 되고, 상기 제2 스토리지 캐패시터(CST2)에 충전된 전하는 제3 스위칭 소자(TS2)가 턴-온될 때까지 유지된다.

상기 제3 스위칭 소자(TS2)의 게이트 전극에 연결된 다음 게이트 라인(GQ+1)에 하이 레벨의 게이트 신호를 인가함에 따라, 상기 제2 스토리지 캐패시터(CST2)에 충전된 전하들은 상기 제3 스위칭 소자(TS2)를 경유하여 리드 아웃 라인(ROL)을 따라 독출 회로부(미도시)로 출력된다.

이처럼, 광감지 소자는 디스플레이 기능을 수행하는 액정 표시 패널, 특히 어레이 기판에 채용되어 광감지 기능을 수행한다.

하지만, 상기 광감지 소자는 액정 표시 패널, 특히 어레이 기판의 단위 화소를 정의하는 영역에 위치할 공간 확보가 충분하지 않기 때문에 설계 위치에 제약을 받는다. 즉, 투과형 액정 표시 장치나 반사-투과형 액정 표시 장치에 상기한 광감지 소자를 채용하게 되면 개구율을 감소시키는 문제점이 있다.

또한, 상기 어레이 기판에 2개의 박막 트랜지스터와 하나의 캐패시터가 형성되므로 불량이 발생할 확률이 높고, 이에 따라 공정 수율이 감소하는 문제점이 있다.

또한, 하나의 화소 영역내에 설계되는 다수의 소자끼리 신호 간섭을 유발하는 문제점이 있다.

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 개구율을 향상시켜 휘도를 향상시키고, 불량률을 줄이기 위한 광감지 패널을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기한 광감지 패널을 갖는 광감지 장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기한 광감지 장치의 구동 방법을 제공하는데 있다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 광감지 패널은, 스위칭 제어된 바이 어스 전압을 전달하는 스캔 라인; 제1 전류 전극과 제어 전극이 공통 연결되고, 제2 전류전극이 상기 스캔 라인에 연결되며, 외부광의 입사에 따라 상기 바이어스 전압을 근거로 광감지 신호를 출력하는 광감지 소자; 및 상기 광감지 소자의 제2 전류 전극에 연결되어, 상기 광감지 신호를 전달하는 리드 아웃 라인을 포함한다.

또한, 상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 광감지 장치는, 스캔 신호를 출력하는 스캔 구동부; 상기 스캔 신호에 대응하는 바이어스 전압을 전달하는 다수의 광감지용 스캔 라인과, 상기 광감지용 스캔 라인에 교차하는 다수의 리드 아웃 라인과, 제1 전류 전극과 제어 전극이 공통 연결되고, 제2 전류전극이 상기 광감지용 스캔 라인에 연결된 광감지 소자를 포함하여, 외부광의 입사에 따라 상기 바이어스 전압을 근거로 광감지 신호를 출력하는 광감지 패널; 및 상기 리드 아웃 라인을 통해 전달되는 광감지 신호를 추출하는 리드 아웃 구동부를 포함한다.

또한, 상술한 본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위한 광감지 장치의 구동 방법은, 다수의 광감지용 스캔 라인과, 상기 광감지용 스캔 라인에 교차하는 다수의 리드 아웃 라인과, 제1 전류 전극과 제어 전극이 공통 연결되고, 제2 전류전극이 상기 광감지용 스캔 라인에 연결된 광감지 소자를 포함하는 광감지 장치의 구동 방법에서, (a) 다수의 스캔 신호를 순차적으로 출력하는 단계; (b) 상기 스캔 신호가 인가됨에 따라, 바이어스 전압을 상기 광감지용 스캔 라인에 출력하는 단계; (c) 상기 광감지 소자에 외부광이 입사됨에 따라, 상기 바이어스 전압을 근거로 광감지 신호를 상기 리드 아웃 라인에 출력하는 단계; 및 (d) 상기 리드 아웃 라인에 출력되는 광감지 신호를 추출하는 단계를 포함한다.

이러한, 광감지 패널과, 이를 갖는 광감지 장치 및 이의 구동 방법에 의하면, a-Si TFT의 제어전극과 제1 전류 전극 또는 제2 전류 전극을 연결하므로써, 하나의 TFT만으로도 광감지 기능을 수행할 수 있다.

또한, 하나의 화소 내에 존재하는 TFT의 개수를 하나로 줄이므로써, 개구율을 향상시키고, 휘도를 증가시키며, 불량률을 줄일 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 광감지 장치는 제어부(110), 스캔 구동부(120), 광감지 패널(130) 및 리드 아웃 구동부(140)를 포함한다.

제어부(110)는 제1 타이밍 신호(TS1)를 스캔 구동부(120)에 제공하고, 광감지를 위한 제2 타이밍 신호(TS2)를 리드 아웃 구동부(140)에 제공한다. 상기 제1 타이밍 신호(TS1)는 스캔 구동부(120)의 동작 시작을 제어하는 신호이고, 제2 타이밍 신호(TS2)는 리드 아웃 구동부(140)의 동작 시작을 제어하는 신호이다.

스캔 구동부(120)는 제1 타이밍 신호(TS1)가 제공됨에 따라, n개의 표시용 스캔 신호(S1, ..., Sq, ..., Sn)를 광감지 패널(130)에 순차적으로 출력한다. 상기 n개의 표시용 스캔 신호(S1, ..., Sq, ..., Sn)는 일정 시점에는 서로 중첩되지 않는 것이 바람직하다.

광감지 패널(130)은 투명 기판상에 세로 방향으로 신장되어, 바이어스 전압(VDD)을 전달하는 전원 라인(VL)과, 상기 바이어스 전압(VDD)의 출력을 제어하 는 스위칭부(132)와, 스위칭 제어된 바이어스 전압(VDD)을 근거로 광을 감지하는 광감지부(134)를 포함한다.

광감지부(134)는 투명 기판상에 가로 방향으로 신장되고 세로 방향으로 배열된 다수의 스캔 라인(SL)과, 세로 방향으로 신장되고 가로 방향으로 배열된 다수의 리드 아웃 라인(ROL)과, 상기 스캔 라인(SL)과 리드 아웃 라인(ROL)에 의해 정의되는 영역에 형성된 광감지 소자(QOS)를 포함한다.

구체적으로, 스캔 라인(SL)은 스위칭부(132)에 의해 스위칭 제어된 바이어스 전압(VDD)을 전달한다.

광감지 소자(QOS)는 소오스과 게이트가 공통 연결되고, 드레인이 상기 스캔 라인(SL)에 연결되어, 상기 바이어스 전압(VDD)이 인가됨에 따라, 턴-온되어 광감지 신호를 리드 아웃 라인(ROL)에 출력한다. 여기서, 상대적으로 높은 전압이 인가되는 전극을 드레인으로 칭하고, 상대적으로 낮은 전압이 인가되는 전극을 소오스로 칭하였으나, 그 역도 가능하다. 광감지 소자(QOS)는 a-Si 박막 트랜지스터, 특히 하부-게이트형 비정질실리콘(a-Si) 박막 트랜지스터이다.

리드 아웃 라인(ROL)은 상기 광감지 소자(QOS)의 소오스에 연결되어, 상기 광감지 신호를 리드 아웃 구동부(140)에 출력한다.

리드 아웃 구동부(140)는 광감지 패널(130)의 리드 아웃 라인(ROL)을 통해 전달되는 광감지 신호를 데이터 변환하고, 변환된 데이터를 광감지 데이터로 하여 제어부(110)에 제공한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 스캔 라인(SL)을 통해 로우 레벨의 스캔 신호(Slow)가 인가되면 스위칭부(132)에 구비되는 스위칭 소자(QS)는 턴-오프되고, 이에 따라 해당 스캔 라인(SL)에는 제로 레벨의 전압이 인가된다. 상기 제로 레벨의 전압이 인가됨에 따라, 광감지 소자(QOS)에 광이 입사되더라도 리드 아웃 라인(ROL)에는 어떠한 전위차도 발생되지 않는다.

즉, 로우 레벨의 스캔 신호(Slow)가 인가되는 광감지 소자(QOS)의 전압 조건은 다음과 같다. 게이트-소오스 전압(Vgs)은 0볼트이고, 드레인-소오스 전압(Vds)은 0볼트이므로, 외부광이 입사되더라도 광전류는 흐르지 않고, 외부광이 입사되지 않더라도 광전류는 흐르지 않는다.

반면, 스캔 라인(SL)을 통해 하이 레벨의 스캔 신호(Shigh)가 인가되면 스위칭부(132)에 구비되는 스위칭 소자(QS)는 턴-온되고, 이에 따라 해당 스캔 라인(SL)에는 바이어스 전압(VDD)이 인가된다. 상기 바이어스 전압(VDD)이 인가됨에 따라, 광감지 소자(QOS)에 광이 입사되면 리드 아웃 라인(ROL)에는 입사되는 광에 따른 광전류가 발생되어 리드 아웃 라인(ROL)에는 상기 광전류에 대응하는 전위차가 발생된다.

즉, 하이 레벨의 스캔 신호(Shigh)가 인가되는 광감지 소자(QOS)의 전압 조건은 다음과 같다. 게이트-소오스 전압(Vgs)은 0볼트이고, 드레인-소오스 전압(Vds)은 바이어스 전압(VDD)이므로, 외부광이 입사되면 광전류는 흐르고, 외부광이 입사되지 않으면 광전류는 흐르지 않는다.

이러한 방식으로 스캔 라인에 순차적으로 스캔 신호를 인가하면서 각 리드 아웃 라인을 따라 리드 아웃 동작을 수행하면 광이 들어온 부분과 들어오지 않는 부분의 위치를 정확히 파악할 수 있다.

이때, 하나의 a-Si 박막 트랜지스터로 구성된 광감지 소자에 광이 들어올 때와 광이 들어오지 않을 때, 해당 광감지 소자에 흐르는 광전류를 설명하면 하기하는 도 4 및 도 5와 같다.

도 4 및 도 5는 상기 광감지 소자(QOS)의 동작을 설명하기 위한 회로도 및 전류 그래프이다. 도 5에서, ■는 외부광이 없을 때의 광전류를 나타내고 ●는 외부광이 입사했을 때의 광전류를 나타낸다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 광감지용 박막 트랜지스터(QOS)의 게이트(G)와 소오스(S)를 서로 연결하여 상기 광감지용 박막 트랜지스터(QOS)의 게이트 전압(Vgs)을 0V로 만든다.

감지하고자 하는 외부광의 세기에 대하여 리드 아웃 라인(ROL)이 포화되지 않도록 상기 바이어스 전압(VDD)의 크기를 적당한 값으로 가변시킨다. 가변되는 직류 신호는 대략 2V∼10V의 범위 내인 것이 바람직하다.

외부광이 광감지용 박막 트랜지스터(QOS)의 채널로 입사되면, 도 3에 도시한 바와 같이 광감지용 박막 트랜지스터(QOS)의 양단 간에 광전류(I)가 흐르게 된다.

이처럼, 리드 아웃 구동부와 연결된 리드 아웃 라인(ROL)에 광전류의 흐름이 가변됨에 따라, 리드 아웃 구동부에서는 해당 위치에 대응하는 광감지 신호를 추출한다.

도 6a는 상기한 도 2의 리드 아웃 구동부를 설명하기 위한 도면이고, 도 6b 는 상기 단위 리드 아웃 구동부에 인가되는 신호 파형을 설명하기 위한 도면이다.

도 6a에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 리드 아웃 구동부(140)는 적분부(142), 샘플/홀딩부(144) 및 버퍼부(146)를 하나의 유니트로 하는 다수의 유니트를 포함하여, 리드 아웃 라인의 흐르는 광전류를 검출한다.

적분부(142)는 제1 연산 증폭기(OP-AMP1)와, 상기 제1 연산 증폭기(OP-AMP1)의 반전입력단과 출력단에 연결된 가변 캐패시터(Cv)와, 상기 제1 연산 증폭기(OP-AMP1)의 반전입력단과 출력단에 연결된 제1 스위칭 소자(QS1)를 포함한다.

제1 연산 증폭기(OP-AMP1)와 가변 캐패시터(Cv)는 일종의 적분기의 동작을 수행하고, 제1 스위칭 소자(QS1)는 상기한 적분 동작의 시작을 제어하는 스위칭 동작을 수행한다. 즉, 가변 캐패시터(Cv)의 양단을 제1 스위칭 소자(QS1)로 쇼트하여 가변 캐패시터(Cv)의 전하를 제로(0)로 하면 상기한 적분 동작의 시작 타이밍을 설정할 수 있다. 상기한 제1 스위칭 소자(QS1)는 가변 캐패시터(Cv)의 전하를 급속히 방전시킴에 따라 발생되는 가변 캐패시터(Cv)의 수명이 짧아지는 것을 방지할 수 있고, 제1 스위칭 소자(QS1)의 접점 수명도 연장시킬 수 있다.

샘플/홀딩부(144)는 일단이 적분부(142)의 출력단에 연결된 저항(R1)과, 게이트가 SMP1에 연결되고, 드레인이 상기 저항(R1)의 타단에 연결된 제2 스위칭 소자(QS2)와, 일단이 접지되고, 타단이 상기 제2 스위칭 소자(QS2)의 소오스에 연결된 홀드 캐패시터(Ch)를 포함한다.

상기한 제2 스위칭 소자(QS2) 및 홀드 캐패시터(Ch)는 샘플/홀드 회로이다. 즉, 아날로그-디지털 변환중에 샘플링 값에 변동이 있으면 안되므로, 다음 샘플이 얻어질 때까지 상기 샘플링 값을 홀드(유지)한다. 상기 제2 스위칭 소자(QS2)에 의해 샘플링 동작이 이루어지고, 출력단에 연결된 홀드 캐패시터(Ch)에 의해 샘플홀드(sample hold) 동작이 이루어진다.

버퍼부(146)는 입력단이 상기 홀드 캐패시터(Ch)의 타단에 연결되고, 출력단이 아날로그-디지털 변환기(ADC)에 연결된 제2 연산증폭기(OP-AMP2)로 이루어져, 볼테지 폴로워(voltage follower)의 동작을 수행한다. 구체적으로, 제2 연산증폭기(OP-AMP2)의 정극성(+) 입력단은 홀드 캐패시터(Ch)의 타단에 연결되고, 출력단은 아날로그-디지털 변환기에 연결됨과 함께 부극성(-) 입력단에 피드백된다.

상기 볼테지 폴로워는 임피던스를 변환하는 기능과, 회로를 분리하는 기능을 수행한다. 즉, 광감지 신호를 계측할 때, 상기 광감지 신호는 미약하므로 리드 아웃 구동부의 입력 임피던스에 주의해야 한다. 상기 리드 아웃 구동부의 입력 임피던스가 충분히 크지 않으면 리드 아웃 라인으로부터 리드 아웃 구동부로 흐르는 전류에 의해서 측정하고 싶은 전압이 바뀔 수도 있다. 만약 리드 아웃 라인의 출력 임피던스가 100kΩ일 때 리드 아웃 구동부의 입력 임피던스가 100kΩ이라면 측정되는 신호는 1/2로 감소한다.

이러한 리드 라웃 라인을 올바르게 계측하기 위해서는 리드 라웃 라인의 출력 임피던스보다 리드 아웃 구동부의 입력 임피던스가 충분히 높을 필요가 있는데 이러한 경우에 상기한 볼테지 플로워는 유용하다.

상기 볼테지 플로워의 입력 임피던스는 연산증폭기의 입력 임피던스와 동일하기 때문에 보통은 1MΩ정도의 매우 큰 값이다. 그리고 볼테지 플로워의 출력 임피던스는 연산증폭기의 출력 임피던스인 수 100Ω정도이므로 약한 신호를 강한 신호로 변환하여 출력한다.

한편, 상기 볼테지 폴로워는 리드 아웃 구동부에 영향을 주지 않으면서 신호의 흐름을 단일 방향으로 하는 회로의 분리 기능을 수행한다.

도 6b를 참조하여 상기한 단위 리드 아웃 구동부의 동작을 설명한다.

먼저, 리셋 신호(reset)가 로우 레벨에서 하이 레벨로 변환된 후, SMP1이 로우 레벨에서 하이 레벨로 변환된다. 이때, 상기 리셋 신호가 하이 레벨에서 로우 레벨로 변환되는 시점부터 적분(INTEGRATION) 동작을 시작하고, 상기 SMP1이 하이 레벨에서 로우 레벨로 변환되면 상기 적분 동작을 종료한다.

이어, 상기 SMP1이 하이 레벨에서 로우 레벨로 변환된 시점부터 상기 리셋 신호가 하이 레벨에서 로우 레벨로 변환되는 시점까지 리드 아웃(READOUT) 동작과 증폭기의 리셋(RESET) 동작을 수행한다.

이상에서는 투명 기판상에 광감지 소자를 매트릭스 타입으로 배열하여 광감지 패널을 정의하고, 상기 광감지 패널을 액정 표시 패널 위에 배치시켜 지문 인식이나, 터치 스크린 등의 패턴 인식 장치로 활용하는 것을 설명하였다. 하지만, 하기하는 도 7과 같이 상기 액정 표시 패널의 어레이 기판 형성시 상기한 광감지 소자를 형성하여 상기 패턴 인식 장치를 구현할 수도 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광감지 장치를 설명하기 위한 도면이 다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광감지 장치는 제어부(210), 데이터 구동부(220), 스캔 구동부(230), 광감지 패널(240) 및 리드 아웃 구동부(250)를 포함한다.

제어부(210)는 화상 신호(R,G,B)와 제3 타이밍 신호(TS3)를 데이터 구동부(220)에 출력하고, 제4 타이밍 신호(TS4)를 스캔 구동부(230)에 출력하며, 제5 타이밍 신호(TS5)를 리드 아웃 구동부(250)에 출력한다.

데이터 구동부(220)는 제3 타이밍 신호(TS3)를 근거로 m개의 데이터 신호(D1, ..., Dp, ..., Dm)를 광감지 패널(140)에 출력한다.

스캔 구동부(230)는 제4 타이밍 신호(TS4)가 제공됨에 따라, n개의 표시용 스캔 신호(S1, ..., Sq, ..., Sn)를 광감지 패널(240)에 순차적으로 출력한다. 상기 n개의 표시용 스캔 신호(S1, ..., Sq, ..., Sn)는 일정 시점에는 서로 중첩되지 않는 것이 바람직하다.

광감지 패널(240)은 투명 기판상에 형성된 주변 영역(242) 및 유효 영역(244)을 포함한다.

상기 주변 영역(244)에는 세로 방향으로 신장되어, 바이어스 전압(VDD)을 전달하는 전원 라인(VL)과, 상기 바이어스 전압(VDD)의 출력을 제어하는 스위칭부(132)가 형성된다.

상기 유효 영역(242)에는 표시용 스캔 라인(GL)과, 데이터 라인(DL)과, 상기 표시용 스캔 라인(GL)과 데이터 라인(DL)에 의해 정의되는 영역에 형성된 스위칭 소자(Q1)와, 상기 스위칭 소자(Q1)에 각각 연결된 액정 캐패시터(CLC) 및 스토리지 캐패시터(CST)가 형성된다. 상기 액정 캐패시터(CLC)는 스위칭 소자(Q1)의 제2 전류전극, 즉 드레인과 공통 전극 전압(VCOM)에 의해 정의되고, 스토리지 캐패시터(CST)는 상기 스위칭 소자(Q1)의 드레인과 스토리지 전압(VST)에 의해 정의된다.

또한, 상기 유효 영역(242)에는 상기 표시용 스캔 라인(GL)의 형성 방향과 평행하게 형성된 광감지용 스캔 라인(SL)과, 상기 데이터 라인(DL)의 형성 방향과 평행하게 형성된 리드 아웃 라인(ROL)과, 상기 광감지용 스캔 라인(SL)과 리드 아웃 라인(ROL)에 의해 정의되는 영역에 형성되어 스위칭 제어된 바이어스 전압(VDD)을 근거로 광을 감지하는 광감지소자(QOS)가 형성된다. 상기 광감지소자(QOS)는 하나의 a-Si TFT로 이루어지고, 상기 TFT의 드레인은 광감지용 스캔 라인(SL)에 연결되고, 게이트와 소오스는 공통 연결되어 리드 아웃 라인(ROL)에 연결된다.

리드 아웃 구동부(250)는 광감지 패널(240)의 리드 아웃 라인(ROL)을 통해 전달되는 광감지 신호를 데이터 변환하고, 변환된 데이터를 광감지 데이터로 정의하여 아날로그-디지털 변환기(미도시)에 제공한다.

도면상에는 광감지 패널(240)과는 별도로 스캔 구동부(230)가 구비되는 것을 도시하였으나, 상기 광감지 패널(240)상에 스캔 구동부(230)를 구현할 수도 있다.

이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 광감지 장치는 a-Si TFT의 게이트를 소오스나 드레인에 연결함으로써 하나의 TFT만으로도 광감지 기능을 수행할 수 있다. 그러므로, 하나의 화소 내에 존재하는 TFT의 개수를 하나로 줄이므로써, 개구율을 향상시키고, 휘도를 증가시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 게이트 스캔 라인을 화소에 존재하는 각각의 a-Si TFT에 따로 연결할 필요없이 공통 게이트 스캔 전압을 인가하도록 하여 개구율 및 휘도를 더욱 향상시킬 수 있다.

Claims

스위칭 제어된 바이어스 전압을 전달하는 스캔 라인;

제1 전류 전극과 제어 전극이 공통 연결되고, 제2 전류전극이 상기 스캔 라인에 연결되며, 외부광의 입사에 따라 상기 바이어스 전압을 근거로 광감지 신호를 출력하는 광감지 소자; 및

상기 광감지 소자의 제1 전류 전극에 연결되어, 상기 광감지 신호를 전달하는 리드 아웃 라인을 포함하는 광감지 패널.
제1항에 있어서,

상기 바이어스 전압을 전달하는 바이어스 라인; 및

스위칭 신호에 응답하여 상기 바이어스 전압의 출력을 제어하는 스위칭 소자를 더 포함하는 광감지 패널.
제2항에 있어서, 상기 스위칭 신호를 순차적으로 출력하는 쉬프트 레지스터를 더 포함하는 광감지 패널.
스캔 신호를 출력하는 스캔 구동부;

상기 스캔 신호에 대응하는 바이어스 전압을 전달하는 다수의 광감지용 스캔 라인과, 상기 광감지용 스캔 라인에 교차하는 다수의 리드 아웃 라인과, 제1 전류 전극과 제어 전극이 공통 연결되고, 제2 전류전극이 상기 광감지용 스캔 라인에 연결된 광감지 소자를 포함하여, 외부광의 입사에 따라 상기 바이어스 전압을 근거로 광감지 신호를 출력하는 광감지 패널; 및

상기 리드 아웃 라인을 통해 전달되는 광감지 신호를 추출하는 리드 아웃 구동부를 포함하는 광감지 장치.
제4항에 있어서, 상기 광감지 패널은,

게이트 신호를 전달하는 표시용 스캔 라인;

상기 표시용 스캔 라인과 교차하는 데이터 라인;

상기 표시용 스캔 라인과 데이터 라인에 의해 정의되는 영역에 형성된 스위칭 소자; 및

상기 스위칭 소자에 연결된 액정 캐패시터를 더 포함하는 광감지 장치.
제5항에 있어서, 상기 게이트 신호는 상기 스캔 신호와 동일한 것을 특징으로 하는 광감지 장치.
제5항에 있어서, 상기 게이트 신호는 상기 스캔 신호와는 상이하고,

상기 게이트 신호를 순차적으로 출력하는 게이트 구동부를 더 포함하는 광감지 장치.
제7항에 있어서, 상기 게이트 구동부는 상기 광감지 패널 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 광감지 장치.
제7항에 있어서, 상기 게이트 구동부는 인쇄회로기판 상에 형성되고, 상기 인쇄회로 기판은 연성 인쇄회로기판을 통해 상기 광감지 패널과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 광감지 장치.
제4항에 있어서, 상기 광감지 소자는 다수개 형성되어 유효 영역을 정의하고, 상기 유효 광감지 영역과는 상이한 영역을 주변 영역으로 정의하며,

상기 주변 영역에 형성되어, 상기 바이어스 전압을 전달하는 바이어스 라인; 및

상기 주변 영역에 형성되어, 상기 스캔 신호에 응답하여 상기 바이어스 전압의 출력을 제어하는 스위칭 소자를 더 포함하는 광감지 장치.
제4항에 있어서, 상기 스캔 구동부는 상기 광감지 패널 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 광감지 장치.
제4항에 있어서, 상기 스캔 구동부는 인쇄회로기판 상에 형성되고, 상기 인쇄회로 기판은 연성 인쇄회로기판을 통해 상기 광감지 패널과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 광감지 장치.
제4항에 있어서, 상기 리드 아웃 구동부는 상기 리드 아웃 라인에 충전되는 전하량을 검출하는 것을 특징으로 하는 광감지 장치.
제4항에 있어서, 상기 리드 아웃 구동부는,

상기 리드 아웃 라인을 통해 전달되는 광감지 신호를 적분하여 출력하는 적분부;

상기 적분된 광감지 신호를 샘플링 및 홀딩하는 샘플/홀딩부; 및

상기 샘플링 및 홀딩된 광감지 신호를 출력하는 버퍼부를 포함하는 광감지 장치.
제14항에 있어서, 상기 적분부는,

제1 연산 증폭기; 및

상기 제1 연산 증폭기의 반전입력단과 출력단에 연결된 가변 캐패시터를 포함하는 광감지 장치.
제15항에 있어서, 상기 적분부는,

상기 제1 연산 증폭기의 반전입력단과 출력단에 연결되어, 상기 적분부의 시작 타이밍을 설정하는 제1 스위칭 소자를 더 포함하는 광감지 장치.
제14항에 있어서, 상기 샘플/홀딩부는,

일단이 상기 적분부의 출력단에 연결된 저항;

제1 전류전극이 상기 저항의 타단에 연결되어, 제어전극을 통해 제공되는 스위칭 신호에 응답하여 온/오프되는 제2 스위칭 소자; 및

일단이 접지되고, 타단이 상기 제2 스위칭 소자의 소오스에 연결된 홀드 캐패시터를 포함하는 광감지 장치.
다수의 광감지용 스캔 라인과, 상기 광감지용 스캔 라인에 교차하는 다수의 리드 아웃 라인과, 제1 전류 전극과 제어 전극이 공통 연결되고, 제2 전류전극이 상기 광감지용 스캔 라인에 연결된 광감지 소자를 포함하는 광감지 장치의 구동 방법에서,

(a) 다수의 스캔 신호를 순차적으로 출력하는 단계;

(b) 상기 스캔 신호가 인가됨에 따라, 바이어스 전압을 상기 광감지용 스캔 라인에 출력하는 단계;

(c) 상기 광감지 소자에 외부광이 입사됨에 따라, 상기 바이어스 전압을 근거로 광감지 신호를 상기 리드 아웃 라인에 출력하는 단계; 및

(d) 상기 리드 아웃 라인에 출력되는 광감지 신호를 추출하는 단계를 포함하는 광감지 장치의 구동 방법.
제18항에 있어서, 상기 단계(d)는,

(d-1) 상기 리드 아웃 라인에 출력되는 광감지 신호를 적분하여 출력하는 단계;

(d-2) 상기 적분된 광감지 신호를 샘플링 및 홀딩하는 단계; 및

(d-3) 상기 샘플링 및 홀딩된 광감지 신호를 출력하는 단계를 포함하는 광감지 장치의 구동 방법.