KR100992739B1 - 디스플레이와 동시에 촬상하는 평판 장치 및 그 방법 - Google Patents

디스플레이와 동시에 촬상하는 평판 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

디스플레이와 동시에 촬상하는 평판 장치 및 그 방법이 개시된다. 상기 평판 장치에서는, 액정 패널이 디스플레이와 동시에 외부 이미지를 촬상한다. 상기 평판 장치의 디스플레이는 종래와 같이, 로우 드라이버 및 컬럼 드라이버의 동작에 의하여 액정 패널의 각 픽셀에 영상 데이터를 공급함으로써 이루어진다. 상기 평판 표시 및 촬상 장치의 촬상은, 액정 패널의 각 픽셀에 구비된 촬상 회로 및 촬상된 데이터를 열 단위로 래치하여 출력하는 데이터 래치 회로의 동작에 의하여, 디스플레이와 동시에 촬상된 데이터를 외부 또는 컬럼 드라이버로 출력시킨다.
액정 패널, 평판 표시 및 촬상, 카메라, 인증, 스캐너,

Description

디스플레이와 동시에 촬상하는 평판 장치 및 그 방법{Flat panel apparatus providing displaying and image sensing simultaneously and displaying and sensing method of the same}
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 일반적인 TFT-LCD의 액정 패널과 주변 회로를 나타내는 블록도이다.
도 2는 일반적인 액정 패널에서의 상판과 하판의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일반적인 액정 패널의 픽셀 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 평판 표시 및 촬상 장치를 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 4의 액정 패널의 픽셀 회로를 나타내는 블록도이다.
도 6은 도 5의 픽셀 회로를 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 감지 증폭기의 회로를 나타내는 일 예이다.
도 8은 도 6의 광소자를 액정 패널에 구현할 때의 일 예이다.
본 발명은 평판 표시 장치에 관한 것으로, 특히 디스플레이와 동시에 카메라 기능을 실현하는 평판 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
평판 표시 장치들(flat panel displays) 중 대표적인 것은 박막 트랜지스터(thin film transistor:TFT)-액정 표시 장치(liquid crystal display)(LCD) 방식으로 디스플레이한다. 이외에도, 평판 표시 장치에는 유기 EL(electro luminance) 방식, STN(super twisted nematic)-LCD 방식, PDP(plasma display panel) 방식 등이 사용되고 있다.
이하, TFT-LCD는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시장치들(flat panel displays) 중의 하나이므로, 이를 중심으로 설명한다. 도 1은 일반적인 TFT-LCD(100)의 액정 패널(110)과 주변 회로를 나타내는 블록도이다. 액정 패널(110)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 전계를 형성하기 위한 다수의 ITO(indium tin oxide) 전극들을 구비하는 상판과 하판으로 구성되고, 상판과 하판 사이에는 액정층으로 이루어져 있으며, 이외에도 빛을 편광(polarizing)시키기 위하여 상판과 하판에 부착되는 편광판을 구비한다. TFT-LCD(100)에서 빛의 밝기는 액정 분자를 재배열시키기 위한 하판의 ITO 전극에 계조에 따른 전압을 인가함으로써 조절된다. 액정 패널(110)의 하판에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 계조 전압이 ITO 전극에 인가되도록 스위칭하기 위하여, ITO 전극에 연결된 박막 트랜지스터(TFT)(203)와 같은 다수의 스위칭 소자들이 구비되어 있다. TFT(203)와 같은 스위칭 소자들에 의하여 픽셀 단위로 빛의 밝기가 조절되고, 도 2와 같이 배열되는 컬러 필터 배열을 가지는 픽셀 구조에 의하여 3 색, R(red), G(green), B(blue)가 표시된다. 액정 패널(110)의 하부에 배치되는 백 라이트(back light)(150)는 단색광을 내는 광 소스(source)로서, 콘트롤부(120)로부터 소정 전압을 받아 빛을 낸다. 백 라이트(150)에서 나오는 빛은 하판 아래의 편광판(미도시), 하판의 ITO, 액정층, 상판의 ITO(미도시), 상판의 컬러 필터, 및 상판 위의 편광판(미도시)을 경유하여 액정 패널(110) 밖으로 나온다.
도 1에서, TFT-LCD(100)는 LCD 패널(110)에 가로로 구비된 다수의 게이트 라인(202)을 구동하기 위한 로우 드라이버(130), TFT(203)를 통하여 전극에 계조 전압(grey voltage)을 공급하기 위하여 LCD 패널(110)에 세로로 구비된 다수의 소스 라인(201)을 구동하기 위한 컬럼 드라이버(140), 및 상기 로우 드라이버(130)와 상기 컬럼 드라이버(140)를 콘트롤하는 콘트롤부(120)를 구비한다. 일반적으로, 상기 콘트롤러부(120)는 상기 액정 패널(110) 외부에 배치된다. 상기 로우 드라이버(130)와 상기 컬럼 드라이버(140)는 일반적으로 액정 패널(110) 외부에 배치되지만, COG(chip on glass) 타입의 경우 액정 패널(110) 상에 배치될 수 있다.
그러나, 이와같은 일반적인 TFT-LCD(100)는 단순히 외부로부터 입력되는 R, G, B 데이터를 받아, 해당 영상을 액정 패널(110)에 표시해주는 기능을 수행할 뿐, 카메라 기능은 수행하지 못한다. 즉, 최근 들어, IT(information technology) 기술의 발전과 함께, PC(personal computer)에 연결되어 사용되는 TFT-LCD(100)와 같은 디스플레이 장치의 기능이 다양해질 것이 요구되면서, 디스플레이 장치가 카메라 기능까지도 수행한다면, 유저에게 많은 편리함을 제공한다. 예를 들어, 인터넷을 사용하는 유저가 IP(internet protocol) 폰(phone)을 사용하면서 상대방의 모습을 보면서 통화한다면, 더욱 만족감을 느낄 것이다. 그러나, 현재에는 별도의 카메라를 PC에 장착하여 사용하므로, 비용이 많이 든다는 문제점이 있다.
뿐만아니라, 카메라를 장착하는 일반적인 디스플레이 구조에서는, 카메라를 이용하여 상대의 모습은 볼 수 있지만, 인터넷 통신 상의 보안과 관련하여, 지문 인식 등 개인적인 특성을 이용한 인증을 수행하지 못한다. 이에 따라, 현재에 인터넷 통신 상의 인증 절차에서는, 인증키(key)를 입력하게 되어 있고, 이러한 방법은 인증키를 도용당하는 경우에 보안의 실효성이 없다. 따라서, 인터넷 통신 상에서 인증키를 사용하지 않고 지문 등 유저의 특정 신체에 대한 인식을 통하여 인증 가능한 디스플레이 장치가 요구된다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는, 디스플레이와 동시에 촬상하는 평판 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 평판 표시 및 촬상 장치는, 입력 신호를 처리하여 영상 데이터, 행 제어 신호, 및 열 제어 신호를 생성하는 제1 콘트롤러; 상기 행 제어 신호의 제어를 받아 행 선택 신호를 생성하는 로우 드라이버; 상기 열 제어 신호에 따라 상기 영상 데이터를 처리하고, 상기 행 선택 신호의 한 주기마다 한 행에 디스플레이 할 영상 데이터를 아날로그 신호로 출력하는 컬럼 드라이버; 다수의 픽셀들이 2차원 행렬 형태로 배치되고, 상기 행 선 택 신호에 따라 차례로 선택되는 행의 픽셀들 각각에서 해당 아날로그 신호를 받아 해당 하판 투명 도전막에 전달하고, 동시에 상기 선택된 행의 픽셀들 각각에서 상판 투명 도전막을 통하여 들어오는 빛을 광전 변환함으로써 외부 이미지를 촬상하는 액정 패널; 및 광전 변환 제어 신호의 제어를 받아, 상기 광전 변환된 신호를 열마다 입력받아 저장하고, 한 행에 해당하는 광전 변환된 신호가 저장되면 저장된 광전 변환된 신호를 출력하는 데이터 래치 회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 액정 패널의 픽셀들 각각은, 상기 행 선택 신호를 받는 게이트 라인; 상기 아날로그 신호를 받는 제1 소스 라인; 상기 행 선택 신호의 논리 상태에 따라 선택적으로 해당 아날로그 신호를 상기 하판 투명 도전막에 전달하거나 전달하지 않는 제1 TFT; 상기 상판 투명 도전막을 통하여 들어오는 빛을 광전 변환하여 출력하는 촬상 회로; 및 상기 광전 변환된 신호를 상기 데이터 래치 회로로 전달하는 제2 소스 라인을 구비하는 것을 특징으로 한다. 상기 촬상 회로는 상기 들어오는 빛을 전기적 신호로 변환하는 광소자; 상기 게이트 라인에 이웃하는 다음 행의 게이트 라인으로 입력된 행 선택 신호의 논리 상태에 따라 선택적으로 상기 전기적 신호를 출력하거나 출력하지 않는 제2 TFT; 및 상기 제2 TFT로부터 입력된 전기적 신호를 감지 증폭하여 디지털 신호로 출력하는 감지 증폭기를 구비하는 것을 특징으로 한다. 상기 광소자는 상판 블랙 매트릭스가 없는 위치와 하판 블랙 매트릭스가 있는 위치 사이에 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 광소자는 상기 게이트 라인을 형성하는 물질로 이루어진 애노드 전극; 상기 애노드 전극에 접촉된 P형 반도체 물질로 이루어진 제1 박막; 및 상기 제1 박 막에 접촉되고 상기 투명 도전막 물질로 이루어진 제2 박막을 구비하고, 상기 전기적 신호는 상기 투명 도전막을 통하여 상기 제2 박막으로부터 상기 제2 TFT로 전달되는 것을 특징으로 한다. 상기 감지 증폭기는, 게이트 단자는 제1 노드에 접속되고, 소스 단자는 상기 게이트 라인과 접속되며, 드레인 단자는 상기 제2 소스 라인과 접속된 제3 TFT; 게이트 단자는 상기 제2 소스 라인과 접속되고, 소스 단자는 상기 게이트 라인과 접속되며, 드레인 단자는 상기 제1 노드와 접속된 제4 TFT; 게이트 단자는 상기 제2 TFT로부터 입력된 전기적 신호를 받고, 소스 단자는 상기 제2 소스 라인과 접속되며, 드레인 단자는 제2 노드와 접속된 제5 TFT; 게이트 단자는 상기 다음 행의 게이트 라인과 접속되고, 소스 단자는 상기 제1 노드와 접속되며, 드레인 단자는 상기 제2 노드와 접속된 제6 TFT; 및 게이트 단자는 상기 다음 행의 게이트 라인과 접속되고, 소스 단자는 상기 제2 노드와 접속되며, 드레인 단자는 상기 다음 행의 게이트 라인과 접속된 제7 TFT를 구비하고, 상기 TFT들의 드레인 단자와 소스 단자를 서로 구별할 필요 없는 것을 특징으로 한다. 상기 제1 TFT 내지 제7 TFT는, 모두 P형 TFT인 것을 특징으로 한다.
상기 평판 표시 및 촬상 장치는, 상기 데이터 래치 회로를 제어하는 상기 광전 변환 제어 신호를 생성하는 촬상 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 상기 촬상 제어부는, 상기 데이터 래치 회로에서 출력되는 광전 변환된 신호를 저장하거나 디스플레이에 이용하는 것을 특징으로 한다. 상기 촬상 제어부는, 상기 광전 변환 제어 신호를 생성하고, 상기 데이터 래치 회로에서 출력되는 광전 변환된 신호를 처리하여 디스플레이 데이터를 생성하거나, 상기 디스플레이 데이터를 저장 시키는 저장 제어 신호를 생성하는 제2 콘트롤러; 및 상기 저장 제어 신호에 따라 상기 디스플레이 데이터를 저장하는 메모리를 구비하는 것을 특징으로 한다. 상기 제2 콘트롤러는, 유저의 요구에 따라 상기 메모리에 저장된 디스플레이 데이터를 외부로 출력시킬 수 있는 것을 특징으로 한다. 상기 디스플레이 데이터는 상기 제1 콘트롤러에서 처리되어, 상기 컬럼 드라이버에 입력됨으로써, 해당 이미지가 디스플레이 되는 것을 특징으로 한다.
상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 평판 표시 및 촬상 방법은, 입력 신호를 처리하여 영상 데이터, 행 제어 신호, 및 열 제어 신호를 생성하는 단계; 상기 행 제어 신호의 제어를 받아 행 선택 신호를 생성하는 단계; 상기 열 제어 신호에 따라 상기 영상 데이터를 처리하고, 상기 행 선택 신호의 한 주기마다 한 행에 디스플레이 할 영상 데이터를 아날로그 신호로 출력하는 단계; 다수의 픽셀들이 2차원 행렬 형태로 배치된 액정 패널이, 상기 행 선택 신호에 따라 차례로 선택되는 행의 픽셀들 각각에서 해당 아날로그 신호를 받아 해당 하판 투명 도전막에 전달하는 단계; 상기 액정 패널이 상기 픽셀들 각각에 상기 해당 아날로그 신호를 전달함과 동시에 상기 선택된 행의 픽셀들 각각에서 상판 투명 도전막을 통하여 들어오는 빛을 광전 변환함으로써 외부 이미지를 촬상하는 단계; 및 광전 변환 제어 신호의 제어를 받아, 상기 광전 변환된 신호를 열마다 입력받아 저장하고, 한 행에 해당하는 광전 변환된 신호가 저장되면 저장된 광전 변환된 신호를 출력하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다. 상기 광전 변환된 신호는 소정 메모리에 저장되거나 디스플레이에 이용되는 것을 특징으로 한다. 상기 메모리에 저장된 신호는, 유저의 요구에 따라 외부로 출력될 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 평판 표시 및 촬상 장치(400)를 나타내는 블록도이다. 도 4를 참조하면, 상기 평판 표시 및 촬상 장치(400)는 액정 패널(410), 제1 콘트롤러(420), 촬상 제어부(430), 로우(row) 드라이버(440), 컬럼(column) 드라이버(450), 데이터 래치(latch) 회로(460), 및 백 라이트(back light)(470)를 구비한다.
상기 액정 패널(410)에는, 일반적인 픽셀 어레이 형태와 마찬가지로, 다수의 픽셀들이 2차원 행렬 형태로 배치된다. 상기 제1 콘트롤러(420)는 외부에서 입력되는 영상 신호(R, G, B)를 상기 액정 패널(410)의 각 픽셀에 전달하여 디스플레이하기 위하여, 상기 입력되는 영상 신호(R, G, B)를 처리하여 상기 컬럼 드라이버(450)에 제공할 영상 데이터를 생성한다. 이외에도, 상기 제1 콘트롤러(420)는 상기 로우 드라이버(440)를 제어하기 위한 행(row) 제어 신호 및 상기 컬럼 드라이버(450)를 제어하기 위한 열(column) 제어 신호를 생성한다. 상기 컬럼 드라이버(450)를 제어하기 위한 열 제어 신호는 각종 동기 신호들(수평 및 수 직 동기 신호 포함), 감마(gamma) 보정을 위한 전압들, 및 이외에 상기 컬럼 드라이버(450) 구동에 필요한 전원 전압들을 포함한다. 상기 로우 드라이버(440)를 제어하기 위한 행 제어 신호는 수직 동기 신호(예를 들어, 60 Hz)에 동기된 스타트(start) 펄스, 및 이외에 상기 로우 드라이버(440) 구동에 필요한 전원 전압들을 포함한다.
상기 로우 드라이버(440)는 상기 행 제어 신호의 제어를 받아 행 선택 신호를 생성한다. 상기 행 선택 신호는 상기 액정 패널(410)의 각 행을 차례로 선택하기 위한 신호로서, 제1 논리 상태(논리 로우 상태)에서 제2 논리 상태(논리 하이 상태)로 액티브되면, 해당 행을 선택한다. 상기 로우 드라이버(440)는 쉬프트 레지스터(shift register) 형태의 회로이고, 이러한 쉬프트 레지스터는 상기 제1 콘트롤러(420)로부터 입력되는 상기 스타트(start) 펄스를 이용하여 픽셀 어레이의 첫 행 게이트 라인을 액티브 시킨다. 첫 행 게이트 라인을 액티브 시킨 신호는 다시 다음 행을 액티브 시킨다. 이와 같이 각 행을 액티브시키는 행 선택 신호는 수평 동기 신호의 주기마다 각 행을 차례로 액티브 시키는 신호이다. 예를 들어, VGA(video graphics array) 해상도에서, 픽셀수는 480*640이므로, 수직 동기 신호가 60 Hz일 때, 수평 동기 신호는 60*480 Hz이다.
상기 컬럼 드라이버(450)는 상기 열 제어 신호에 따라 상기 제1 콘트롤러(420)에서 입력된 상기 영상 데이터를 처리하고, 상기 행 선택 신호의 한 주기마다 한 행에 디스플레이 할 영상 데이터를 아날로그 신호로 출력한다. 상기 행 선택 신호의 한 주기는 수직 동기 신호(예를 들어, 60 Hz)의 한 주기와 같다.
상기 액정 패널(410)은 상기 행 선택 신호에 따라 차례로 선택되는 행의 픽셀들 각각에서 해당 아날로그 신호를 받아 해당 하판 투명 도전막에 전달하고, 동시에 상기 선택된 행의 픽셀들 각각에서 상판 투명 도전막을 통하여 들어오는 빛을 광전 변환함으로써 외부 이미지를 촬상한다. 상기 액정 패널(410)의 동작에 대해서는 도 5 및 도 6에서 좀더 구체적으로 설명된다.
상기 데이터 래치 회로(460)는 상기 촬상 제어부(430)에서 입력되는 광전 변환 제어 신호의 제어를 받아, 상기 액정 패널(410)에서 광전 변환된 신호를 열마다 입력받아 저장하고, 한 행에 해당하는 광전 변환된 신호가 저장되면 저장된 광전 변환된 신호를 출력한다. 상기 데이터 래치 회로(460)는 주기적으로 한 행에 해당하는 광전 변환된 신호를 받아 출력한다.
상기 백 라이트(470)는 액정 패널(410)의 하부에 배치되어 단색광을 내는 광 소스(source)로서, 상기 제1 콘트롤러(420)로부터 소정 전압을 받아 빛을 낸다. 백 라이트(470)에서 나오는 빛은 하판 아래의 편광판(미도시), 하판의 ITO, 액정층, 상판의 ITO(미도시), 상판의 컬러 필터, 및 상판 위의 편광판(미도시)을 경유하여 액정 패널(410) 밖으로 나온다.
상기 촬상 제어부(430)는 제2 콘트롤러(431), 및 메모리(432)를 구비한다. 상기 제2 콘트롤러(431)는 상기 데이터 래치 회로(460)를 제어하는 상기 광전 변환 제어 신호를 생성한다. 상기 제2 콘트롤러(431)는 상기 데이터 래치 회로(460)에서 출력되는 광전 변환된 신호를 처리하여 디스플레이 데이터(R', G', B')를 생성할 수 있다. 이때, 상기 제1 콘트롤러(420)는 외부에서 입력되는 영상 신호(R, G, B) 를 처리하는 것과 같이, 상기 디스플레이 데이터(R', G', B')를 상기 액정 패널(410)의 각 픽셀에 전달하여 디스플레이하기 위하여, 상기 디스플레이 데이터(R', G', B')를 처리하여 상기 컬럼 드라이버(450)에 제공할 영상 데이터를 생성한다. 또한, 상기 제2 콘트롤러(431)는 상기 디스플레이 데이터(R', G', B')를 저장시키는 저장 제어 신호를 생성할 수 있다. 상기 디스플레이 데이터(R', G', B')의 디스플레이와 저장은 외부 이미지가 촬상된 상기 광전 변환된 신호를 이용하기 위한 것으로서, 상기 광전 변환된 신호에 대응하는 이미지를 다시 상기 액정 패널(410)을 통하여 디스플레이할 경우에 상기 디스플레이 데이터(R', G', B')를 생성한다. PIP(picture in picture) 또는 POP(picture on picture) 기능에 의하여, 유저는 상기 디스플레이 데이터(R', G', B')에 해당하는 이미지를, 상기 액정 패널(410)의 일부분을 통하여 볼 수 있고, 동시에 상기 액정 패널(410)의 다른 부분을 통하여는 PC와 같은 시스템에서 입력되는 영상 신호(R, G, B)에 해당하는 정지 영상 또는 동영상을 즐길 수 있다. PIP 또는 POP 기능은 상기 제1 콘트롤러(420)가 상기 외부에서 입력되는 영상 신호(R, G, B)와 상기 제2 콘트롤러에서 출력되는 디스플레이 데이터(R', G', B')를 처리하여 수행된다. 즉, 상기 제1 콘트롤러(420)는 상기 액정 패널(410)의 일부분을 통하여 상기 외부에서 입력되는 영상 신호(R, G, B)에 대응하는 이미지를 디스플레이 할 수 있게 하고, 상기 액정 패널(410)의 다른 부분을 통하여 상기 제2 콘트롤러(431)에서 출력되는 디스플레이 데이터(R', G', B')에 대응하는 이미지를 디스플레이 할 수 있게 한다.
상기 메모리(432)는 상기 저장 제어 신호에 따라 상기 디스플레이 데이터(R', G', B')를 저장할 수 있다. 상기 제2 콘트롤러(431)는 유저의 요구에 따라 상기 메모리(432)에 저장된 디스플레이 데이터(R', G', B')를 외부로 출력시킬 수 있다. 상기 액정 패널(410)은 외부 이미지, 즉, 액정 패널(410) 앞에 펼쳐진 이미지를 촬상한다. 스캐너(scanner) 기능도 가능하다. 특히, 상기 액정 패널(410)은 인터넷 통신을 위한 인증시 유저 ID 인증 절차에도 이용될 수 있다. 즉, 유저가 인증이 필요한 어떤 웹 싸이트(web-site)에 접속하려는 경우에, 액정 패널(410) 앞에 손가락 등을 갖다 대는 것만으로 완벽한 ID 인증 절차가 이루어질 수 있다. 즉, 유저 ID 인증 절차를 담당하는 소정 인증 기간이 필요한 입력 데이터를 요구하는 경우에, 키보드를 통하여 비밀 번호 등을 입력하는 것이 아니라, 액정 패널(410) 앞에 손가락을 갖다 대면, 액정 패널(410)은 이미지를 촬상하고, 상기 데이터 래치 회로(460)는 해당 지문에 해당하는 광전 변환된 신호를 출력한다. 이에 따라, 상기 제2 콘트롤러(431)는 상기 광전 변환된 신호를 디스플레이 가능한 신호인 상기 디스플레이 데이터(R', G', B')를 생성하고, 상기 메모리(432)에 저장시키며, 상기 디스플레이 데이터(R', G', B')는 PC의 제어에 따라 상기 메모리(432) 외부로 출력되어 해당 인증기관에 전송할 수 있다. 이와 같이, 상기 촬상 제어부(430)는 상기 데이터 래치 회로(460)에서 출력되는 광전 변환된 신호를 메모리(432)에 저장하거나 디스플레이에 이용한다.
도 5는 도 4의 액정 패널(410)의 픽셀 회로를 나타내는 블록도이다. 도 5는 상기 액정 패널(410)의 픽셀들 각각에 구비되는 회로 구조를 나타낸다. 도 5를 참조하면, 상기 픽셀 회로는 제1 소스 라인(501), 제2 소스 라인(502), 게이트 라인(503), 제1 TFT(T1), 및 촬상 회로(510)를 구비한다. 상기 제1 소스 라인(501)은 상기 컬럼 드라이버(450)로부터 입력되는 상기 아날로그 신호를 받는다. 상기 제2 소스 라인(502)은 상기 액정 패널(410)에서 생성된 상기 광전 변환된 신호를 상기 데이터 래치 회로(460)로 전달한다. 상기 게이트 라인(503)은 상기 로우 드라이버(440)로부터 입력되는 상기 행 선택 신호를 받는다. 상기 제1 TFT(T1)는 상기 행 선택 신호의 논리 상태에 따라 선택적으로 해당 아날로그 신호를 상기 하판 투명 도전막에 전달하거나 전달하지 않는 스위칭 소자이다. 상기 촬상 회로(510)는 광소자(PD:photodiode)를 이용하여 상기 상판 투명 도전막을 통하여 들어오는 빛을 광전 변환하여 출력한다.
도 6은 도 5의 픽셀 회로를 구체적으로 나타낸 도면이다. 도 6을 참조하면, 상기 촬상 회로(510)는 광소자(PD), 제2 TFT(T2), 및 감지 증폭기(sense amplifying circuit)(511)를 구비한다. 상기 광소자(PD)는 상판 투명 도전막을 통하여 들어오는 빛을 전기적 신호로 변환한다. 상기 제2 TFT(T2)는 상기 게이트 라인(503)에 이웃하는 다음 행의 게이트 라인(504)으로 입력된 행 선택 신호의 논리 상태에 따라 선택적으로 상기 전기적 신호를 출력하거나 출력하지 않는 스위칭 소자이다. 상기 감지 증폭기(511)는 상기 제2 TFT(T2)로부터 입력된 전기적 신호를 감지 증폭하여 디지털 신호로 출력한다. 즉, 상기 광소자(PD)에서 발생된 전기적 신호는 미세하므로 이를 증폭하여, 상기 감지 증폭기(511)는 상기 제2 TFT(T2)를 통해 전달된 상기 전기적 신호를 제1 논리 상태, 또는 제2 논리 상태의 전압으로 출력한다. 여기서, 제1 논리 상태 및 제2 논리 상태 각각의 전압은 픽셀 어레이의 게이트 라인들에 제공되는 행 선택 신호의 제1 논리 상태 및 제2 논리 상태의 전압과 같다.
도 7은 도 6의 감지 증폭기(511)의 회로를 나타내는 일 예이다. 도 7을 참조하면, 상기 감지 증폭기(511)는, 제3 TFT(T11), 제4 TFT(T12), 제5 TFT(T13), 제6 TFT(T14), 및 제7 TFT(T15)를 구비한다. 상기 제3 TFT(T11)에서, 게이트 단자는 제1 노드(ND1)에 접속되고, 소스 단자는 상기 게이트 라인(503)과 접속되며, 드레인 단자는 상기 제2 소스 라인(502)과 접속된다. 상기 제4 TFT(T12)에서, 게이트 단자는 상기 제2 소스 라인(502)과 접속되고, 소스 단자는 상기 게이트 라인(503)과 접속되며, 드레인 단자는 상기 제1 노드(ND1)와 접속된다. 상기 제5 TFT(T13)에서, 게이트 단자는 상기 제2 TFT(T2)로부터 입력된 전기적 신호를 받고, 소스 단자는 상기 제2 소스 라인(502)과 접속되며, 드레인 단자는 제2 노드(ND2)와 접속된다. 상기 제6 TFT(T14)에서, 게이트 단자는 상기 다음 행의 게이트 라인(504)과 접속되고, 소스 단자는 상기 제1 노드(ND1)와 접속되며, 드레인 단자는 상기 제2 노드(ND2)와 접속된다. 상기 제7 TFT(T15)에서, 게이트 단자는 상기 다음 행의 게이트 라인(504)과 접속되고, 소스 단자는 상기 제2 노드(ND2)와 접속되며, 드레인 단자는 상기 다음 행의 게이트 라인(504)과 접속된다. 위의 상기 TFT들(T11~T15)에서, 주지된 바와 같이, 상기 TFT들(T11~T15)이 모두 P형(p-type)인 경우에, TFT 드레인 단자와 소스 단자는 엄격히 구별되지 않으며, 서로 구별할 필요 없이 전압이 높은 쪽이 소스 단자이고, 전압이 낮은 쪽이 드레인 단자이다. 상기 TFT들(T11~T15), 상기 제1 TFT(T1), 및 상기 제2 TFT(T2)는 모두 P형(p-type)인 것 이 바람직하지만, 이에 한정되지 않으며 필요에 따라 N형(n-type)으로 하여도 무방하고, 심지어 일부만을 P형 또는 N형으로 하는 것도 가능하다.
상기 감지 증폭기(511)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 차동 증폭기 구조를 가지며, 어느 하나의 게이트 라인(503)이 액티브된 후, 다음 행의 게이트 라인(504)이 액티브될 때, 감지 증폭 동작을 수행한다. 예를 들어, 상기 TFT들(T11~T15)이 모두 P형인 경우에, 게이트 라인들에 인가되는 제1 논리 상태의 전압은 0Volt이고, 제2 논리 상태의 전압은 -15Volt이다. 이때, 감지 증폭 동작은 게이트 라인 503이 0Volt이고, 게이트 라인 504가 -15Volt일 때 수행된다. 감지 증폭 동작이 이루어질때, 도 6에서, 광소자(PD)는 광전 변환된 전기적 신호를 생성하고, 제2 TFT(T2)는 액티브되며, 상기 감지 증폭기(511)는 상기 광전 변환된 전기적 신호를 전달받아 해당 디지털 값을 출력한다. 예를 들어, 외부의 밝은 빛이 들어올 때, 상기 광소자(PD)는 반응하여 어두울 때에 비하여 상대적으로 낮은 크기의 전압을 가지는 전기적 신호를 생성한다. 상기 제2 TFT(T2)를 통하여 상기 감지 증폭기(511)로 입력된 이때의 전기적 신호에 의하여, 상기 감지 증폭기(511)에서 제7 TFT(T13)는 액티브되고, 이에 응답하여 제2 소스 라인(502)을 통하여 제2 논리 상태(-15Volt)의 디지털 값이 출력된다. 외부의 빛이 어두울 때에는, 상기 광소자(PD)는 반응하지 못하고 밝을 때에 비하여 상대적으로 큰 크기의 전압을 가지는 전기적 신호를 생성한다. 상기 제2 TFT(T2)를 통하여 상기 감지 증폭기(511)로 입력된 이때의 전기적 신호에 의하여, 상기 감지 증폭기(511)에서 제7 TFT(13)는 액티브되지 않고, 액티브된 제6 TFT(T14)에 응답하여 제2 소스 라인(502)을 통하여 제1 논리 상태(0Volt) 의 디지털 값이 출력된다.
도 8은 도 6의 광소자(PD)를 액정 패널(410)에 구현할 때의 일 예이다. 도 8을 참조하면, 액정 패널(410)의 하판 공정은, 먼저, 백 라이트(470) 빛이 전달될 필요가 없는 제1 TFT(T1), 제1 소스 라인(501), 제2 소스 라인(502), 촬상 회로(510), 및 광소자(PD) 아래 부분에 블랙 매트릭스(black matrix)를 도포한다. 백 라이트(470) 빛은, 디스플레이 시에, 하판 및 상판에 형성된 투명 도전막(ITO) 사이의 액정에 가해진 전압에 따라, 하판 및 상판에 형성된 ITO와 같은 투명 도전막을 투과하고 컬러 필터(620)를 통과하여 적(Red), 녹(Green), 청(Blue)의 적당한 계조의 삼색으로 나타난다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 광소자(PD)는 상판 블랙 매트릭스가 없는 위치(610)와 하판 블랙 매트릭스가 있는 위치 사이에 형성된다. 상기 광소자(PD)는 애노드(anode) 전극(603), 제1 박막(604), 및 제2 박막(605)을 가진다. 상기 애노드 전극(603)은, 액정 패널(410)의 게이트 라인들을 형성하는 메탈(metal) 물질로 이루어진다. 상기 애노드 전극(603)은 제1 TFT(T1)의 게이트 전극(601)을 형성하는 물질 및 촬상 회로(510)의 게이트 전극(461)을 형성하는 물질과 같다. 상기 제1 박막(604)은 상기 애노드 전극에 접촉된 P형 반도체 물질로 이루어진다. 상기 제2 박막(605)은 상기 제1 박막에 접촉되고 ITO와 같이 빛이 투과될 수 있는 투명 도전막 물질로 이루어진다. 상기 제2 박막(605)이 ITO인 경우에, ITO는 일반적으로 N형 물질이므로, 상기 제1 박막(604)과 상기 제2 박막(605)은 PN 접합 다이오드 구조를 가진다. 이에 따라 상기 제2 박막(605)을 통하여 빛이 들어오면, 상기 제1 박막(604)과 상기 제2 박막(605) 사이의 접합면에서 전자-정공 쌍이 발생하고, 발생된 전자는 애노드 쪽으로 향하고, 발생된 정공은 반대편으로 향하여 흐름으로써 상기 광소자(PD)의 양단간에 전기적 신호가 발생한다. 이와 같이 광전 변환된 전기적 신호는, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 투명 도전막을 통하여 상기 제2 박막으로부터 상기 촬상 회로(510) 중의 상기 제2 TFT(T2) 액티브 층(반도체 물질 층)으로 전달된다. 즉, ITO와 같은 상기 투명 도전막의 도포 공정은 하판의 마지막 단계에서 이루어지므로, 상위 층의 메탈 공정을 추가함이 없이 상기 투명 도전막을 통하여, 상기 광소자(PD)에서 광전 변환된 전기적 신호가 상기 제2 박막(605)으로부터 상기 제2 TFT(T2) 액티브 층(반도체 물질 층)으로 전달되도록 하는 것이 바람직하다.
위에서 기술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 평판 표시 및 촬상 장치(400)에서는, 액정 패널(410)이 디스플레이와 동시에 외부 이미지를 촬상한다. 상기 평판 표시 및 촬상 장치(400)의 디스플레이는 종래와 같이, 로우 드라이버(440) 및 컬럼 드라이버(450)의 동작에 의하여 액정 패널(410)의 각 픽셀에 영상 데이터를 공급함으로써 이루어진다. 상기 평판 표시 및 촬상 장치(400)의 촬상은, 액정 패널(410)의 각 픽셀에 구비된 촬상 회로(510) 및 촬상된 데이터를 열 단위로 래치하여 출력하는 데이터 래치 회로(460)의 동작에 의하여, 디스플레이와 동시에 촬상된 데이터를 외부 또는 컬럼 드라이버(450)로 출력시킨다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 평판 표시 및 촬상 장치는, 별도의 카메라 없이도 액정 패널 자체가 카메라 기능을 수행하므로, 인터넷 통신 등에 필요한 카메라 구입 비용이 절감되고, 인터넷 통신을 위한 인증시 액정 패널 앞에 손가락 등을 갖다 대는 것만으로 완벽한 ID 인증 절차가 이루어질 수 있다. 또한, 백라이트가 꺼진 상태에서도 외부 빛을 이용하여 이미지를 촬상 할 수 있으므로, CCTV(closed circuit television) 기능이 가능하다. 그리고, 소정의 메모리를 사용하여 촬상 데이터를 저장한 후, 저장된 촬상 이미지를 자체 액정 패널로 디스플레이하거나, 외부 PC 등으로 전송 가능하다. 기타 액정 패널의 화면에 스캔(scan)할 페이퍼를 갖다 대는 것만으로 스캐너 기능을 수행할 수 있다.

Claims (15)

  1. 입력 신호를 처리하여 영상 데이터, 행 제어 신호, 및 열 제어 신호를 생성하는 콘트롤러; 상기 행 제어 신호의 제어를 받아 행 선택 신호를 생성하는 로우 드라이버; 상기 열 제어 신호에 따라 상기 영상 데이터를 처리하고, 상기 행 선택 신호의 한 주기마다 한 행에 디스플레이 할 영상 데이터를 아날로그 신호로 출력하는 컬럼 드라이버; 다수의 픽셀들이 2차원 행렬 형태로 배치되고, 상기 행 선택 신호에 따라 차례로 선택되는 행의 픽셀들 각각에서 해당 아날로그 신호를 받아 해당 하판 투명 도전막에 전달하거나, 상기 전달과 동시에 또는 독립적으로 상기 선택된 행의 픽셀들 각각에서 상판 투명 도전막을 통하여 들어오는 빛을 광전 변환함으로써 외부 이미지를 촬상하는 액정 패널; 및 광전 변환 제어 신호의 제어를 받아, 상기 광전 변환된 신호를 열마다 입력받아 저장하고, 한 행에 해당하는 광전 변환된 신호가 저장되면 저장된 광전 변환된 신호를 출력하는 데이터 래치 회로를 구비하고,
    상기 액정 패널은 각 픽셀에 상기 상판 투명 도전막을 통하여 들어오는 빛을 광전 변환하여 출력하는 촬상 회로를 포함하고,
    상기 촬상 회로는, 상기 들어오는 빛을 전기적 신호로 변환하는 광소자; 상기 행 선택 신호를 받는 게이트 라인에 이웃하는 다음 행의 게이트 라인으로 입력된 행 선택 신호의 논리 상태에 따라 선택적으로 상기 전기적 신호를 출력하는 제2 TFT; 및 상기 제2 TFT로부터 입력된 전기적 신호를 감지 증폭하여 디지털 신호로 출력하는 감지 증폭기를 구비하며,
    상기 감지 증폭기가, 게이트 단자는 제1 노드에 접속되고, 소스 단자는 상기 게이트 라인과 접속되며, 드레인 단자는 상기 제2 소스 라인과 접속된 제3 TFT; 게이트 단자는 상기 제2 소스 라인과 접속되고, 소스 단자는 상기 게이트 라인과 접속되며, 드레인 단자는 상기 제1 노드와 접속된 제4 TFT; 게이트 단자는 상기 제2 TFT로부터 입력된 전기적 신호를 받고, 소스 단자는 상기 제2 소스 라인과 접속되며, 드레인 단자는 제2 노드와 접속된 제5 TFT; 게이트 단자는 상기 다음 행의 게이트 라인과 접속되고, 소스 단자는 상기 제1 노드와 접속되며, 드레인 단자는 상기 제2 노드와 접속된 제6 TFT; 및 게이트 단자는 상기 다음 행의 게이트 라인과 접속되고, 소스 단자는 상기 제2 노드와 접속되며, 드레인 단자는 상기 다음 행의 게이트 라인과 접속된 제7 TFT를 구비하는 것을 특징으로 하는 평판 표시 및 촬상 장치.
  2. 행 선택 신호를 받는 게이트 라인; 디스플레이를 위한 아날로그 신호를 받는 제1 소스 라인; 상기 행 선택 신호의 논리 상태에 따라 선택적으로 해당 아날로그 신호를 하판 투명 도전막에 전달하는 제1 TFT; 상판 투명 도전막을 통하여 들어오는 빛을 광전 변환하여 출력하는 촬상 회로; 및 상기 광전 변환된 신호를 출력하는 제2 소스 라인을 구비하고,
    상기 촬상 회로는, 상기 들어오는 빛을 전기적 신호로 변환하는 광소자; 상기 게이트 라인에 이웃하는 다음 행의 게이트 라인으로 입력된 행 선택 신호의 논리 상태에 따라 선택적으로 상기 전기적 신호를 출력하는 제2 TFT; 및 상기 제2 TFT로부터 입력된 전기적 신호를 감지 증폭하여 디지털 신호로 출력하는 감지 증폭기를 구비하며,
    상기 감지 증폭기가, 게이트 단자는 제1 노드에 접속되고, 소스 단자는 상기 게이트 라인과 접속되며, 드레인 단자는 상기 제2 소스 라인과 접속된 제3 TFT; 게이트 단자는 상기 제2 소스 라인과 접속되고, 소스 단자는 상기 게이트 라인과 접속되며, 드레인 단자는 상기 제1 노드와 접속된 제4 TFT; 게이트 단자는 상기 제2 TFT로부터 입력된 전기적 신호를 받고, 소스 단자는 상기 제2 소스 라인과 접속되며, 드레인 단자는 제2 노드와 접속된 제5 TFT; 게이트 단자는 상기 다음 행의 게이트 라인과 접속되고, 소스 단자는 상기 제1 노드와 접속되며, 드레인 단자는 상기 제2 노드와 접속된 제6 TFT; 및 게이트 단자는 상기 다음 행의 게이트 라인과 접속되고, 소스 단자는 상기 제2 노드와 접속되며, 드레인 단자는 상기 다음 행의 게이트 라인과 접속된 제7 TFT를 구비하는 것을 특징으로 하는 평판 표시 및 촬상을 위한 액정 패널의 픽셀 회로.
  3. 삭제
  4. 제 2항에 있어서, 상기 광소자는,
    상판 블랙 매트릭스가 없는 위치와 하판 블랙 매트릭스가 있는 위치 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 평판 표시 및 촬상을 위한 액정 패널의 픽셀 회로.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 광소자는,
    상기 게이트 라인을 형성하는 물질로 이루어진 애노드 전극;
    상기 애노드 전극에 접촉된 P형 반도체 물질로 이루어진 제1 박막; 및
    상기 제1 박막에 접촉되고 상기 투명 도전막 물질로 이루어진 제2 박막을 구비하고, 상기 전기적 신호는 상기 투명 도전막을 통하여 상기 제2 박막으로부터 상기 제2 TFT로 전달되는 것을 특징으로 하는 평판 표시 및 촬상을 위한 액정 패널의 픽셀 회로.
  6. 삭제
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 광전 변환된 신호에 기초한 데이터는 디스플레이에 이용되거나 인터넷 통신 상의 인증에 이용되는 것을 특징으로 하는 평판 표시 및 촬상을 위한 액정 패널의 픽셀 회로.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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