KR101285051B1 - 광검출 장치, 그를 이용한 액정표시장치 및 그의 구동방법 - Google Patents

광검출 장치, 그를 이용한 액정표시장치 및 그의 구동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 얇은 기판 상에 집적되어 광을 검출할 수 있는 광검출 장치을 제공하는 것으로, 조사되는 광을 전류로 변환시켜 접지로 공급하기 위한 광/전 변환수단; 인에이블신호를 인가받아 상기 광/전 변환수단에 의해 검출되는 광세기에 비례하는 전압을 출력하기 위한 전류미러; 및 상기 인에이블신호에 의해 구동되어 상기 전류미러의 구동전압을 상기 광/전 변환수단과 접속된 상기 접지 방향으로 스위칭시키기 위한 스위칭수단을 포함한다.
액정표시장치, 광, 검출, 전압, 램프

Description

광검출 장치, 그를 이용한 액정표시장치 및 그의 구동방법{Optical detection apparatus, LCD using the same and drive method thereof}
도 1은 일반적인 액정표시장치에 형성되는 픽셀의 등가 회로도.
도 2는 종래의 액정표시장치의 구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광검출 장치의 회로도.
도 4는 본 발명에 따른 광검출 장치의 신호 특성도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광검출 장치를 이용한 액정표시장치의 구성도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100: 액정표시장치 110: 액정표시패널
120: 데이터 구동부 130: 게이트 구동부
140: 감마기준전압 발생부 150: 백라이트 어셈블리
160: 인버터 170: 공통전압 발생부
180: 게이트구동전압 발생부 190: 타이밍 컨트롤러
200: 광검출 장치 210: 광/전 변환부
220: 전류미러 230: 스위칭부
240: 리셋부 250: 부하소자
300: 액정표시장치 310: 신호 발생부
320: 바이어스 발생부 330: 램프들
340: 구동 제어부 350: 램프 구동부
본 발명은 광검출 장치와 그를 이용한 액정표시장치에 관한 것으로서, 특히 얇은 기판 상에 집적되어 광을 검출할 수 있는 광검출 장치와 그에 의해 검출되는 광세기에 따라 액정표시패널에 조사되는 광량을 자동으로 실시간 조절할 수 있는 액정표시장치 및 그의 구동 방법에 관한 것이다.
액정표시장치는 비디오신호에 따라 액정셀들의 광투과율을 조절하여 화상을 표시하며, 그리고 액정셀마다 스위칭소자가 형성된 액티브 매트릭스(Active Matrix) 타입의 액정표시장치는 스위칭소자의 능동적인 제어가 가능하기 때문에 동영상 구현에 유리하다. 이러한 액티브 매트릭스 타입의 액정표시장치에 사용되는 스위칭소자로는 도 1과 같이 주로 박막트랜지스터(Thin Film Transistor; 이하 "TFT"라 한다)가 이용되고 있다.
도 1을 참조하면, 액티브 매트릭스 타입의 액정표시장치는, 디지털 입력 데이터를 감마기준전압을 기준으로 아날로그 데이터 전압으로 변환하여 데이터라인(DL)에 공급함과 동시에 스캔펄스를 게이트라인(GL)에 공급하여 액정셀(Clc)을 충전시킨다.
TFT의 게이트전극은 게이트라인(GL)에 접속되고, 소스전극은 데이터라인(DL)에 접속되며, 그리고 TFT의 드레인전극은 액정셀(Clc)의 화소전극과 스토리지 캐패시터(Cst)의 일측 전극에 접속된다.
액정셀(Clc)의 공통전극에는 공통전압(Vcom)이 공급된다.
스토리지 캐패시터(Cst)는 TFT가 턴-온될 때 데이터라인(DL)으로부터 인가되는 데이터전압을 충전하여 액정셀(Clc)의 전압을 일정하게 유지하는 역할을 한다.
스캔펄스가 게이트라인(GL)에 인가되면 TFT는 턴-온(Turn-on)되어 소스전극과 드레인전극 사이의 채널을 형성하여 데이터라인(DL) 상의 전압을 액정셀(Clc)의 화소전극에 공급한다. 이 때 액정셀(Clc)의 액정분자들은 화소전극과 공통전극 사이의 전계에 의하여 배열이 바뀌면서 입사광을 변조하게 된다.
이와 같은 구조를 갖는 픽셀들을 구비하는 종래의 액정표시장치의 구성에 대하여 살펴보면 도 2에 도시된 바와 같다.
도 2는 종래의 액정표시장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 종래의 액정표시장치(100)는, 데이터라인(DL1 내지 DLm)과 게이트라인(GL1 내지 GLn)이 교차되며 그 교차부에 액정셀(Clc)을 구동하기 위한 박막트랜지스터(TFT : Thin Film Transistor)가 형성된 액정표시패널(110)과, 액정 표시패널(110)의 데이터라인들(DL1 내지 DLm)에 데이터를 공급하기 위한 데이터 구동부(120)와, 액정표시패널(110)의 게이트라인(GL1 내지 GLn)에 스캔펄스를 공급하기 위한 게이트 구동부(130)와, 감마기준전압을 발생하여 데이터 구동부(120)에 공급하기 위한 감마기준전압 발생부(140)와, 액정표시패널(110)에 광을 조사하기 위한 백라이트 어셈블리(150)와, 백라이트 어셈블리(160)에 교류 전압 및 전류를 인가하기 위한 인버터(160)와, 공통전압(Vcom)을 발생하여 액정표시패널(110)의 액정셀(Clc)의 공통전극에 공급하기 위한 공통전압 발생부(170)와, 게이트 하이전압(VGH)과 게이트 로우전압(VGL)을 발생하여 게이트 구동부(130)에 공급하기 위한 게이트구동전압 발생부(180)와, 데이터 구동부(120) 및 게이트 구동부(130)를 제어하기 위한 타이밍 컨트롤러(190)를 구비한다.
액정표시패널(110)은 두 장의 유리기판 사이에 액정이 주입된다. 액정표시패널(110)의 하부 유리기판 상에는 데이터라인들(DL1 내지 DLm)과 게이트라인들(GL1 내지 GLn)이 직교된다. 데이터라인들(DL1 내지 DLm)과 게이트라인들(GL1 내지 GLn)의 교차부에는 TFT가 형성된다. TFT는 스캔펄스에 응답하여 데이터라인들(DL1 내지 DLm) 상의 데이터를 액정셀(Clc)에 공급하게 된다. TFT의 게이트전극은 게이트라인(GL1 내지 GLn)에 접속되며, TFT의 소스전극은 데이터라인(DL1 내지 DLm)에 접속된다. 그리고 TFT의 드레인전극은 액정셀(Clc)의 화소전극과 스토리지 캐패시터(Cst)에 접속된다.
TFT는 게이트라인(GL1 내지 GLn)을 경유하여 게이트단자에 공급되는 스캔펄스에 응답하여 턴-온된다. TFT의 턴-온시 데이터라인(DL1 내지 DLm) 상의 비디오 데이터는 액정셀(Clc)의 화소전극에 공급된다.
데이터 구동부(120)는 타이밍 컨트롤러(190)로부터 공급되는 데이터구동 제어신호(DDC)에 응답하여 데이터를 데이터라인들(DL1 내지 DLm)에 공급하며, 그리고 타이밍 컨트롤러(190)로부터 공급되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 샘플링하여 래치한 다음 감마기준전압 발생부(140)로부터 공급되는 감마기준전압을 기준으로 액정표시패널(110)의 액정셀(Clc)에서 계조를 표현할 수 있는 아날로그 데이터 전압으로 변환시켜 데이터라인들(DL1 내지 DLm)들에 공급한다.
게이트 구동부(130)는 타이밍 컨트롤러(190)로부터 공급되는 게이트구동 제어신호(GDC)와 게이트쉬프트클럭(GSC)에 응답하여 스캔펄스 즉, 게이트펄스를 순차적으로 발생하여 게이트라인(GL1 내지 GLn)들에 공급한다. 이때, 게이트 구동부(130)는 게이트구동전압 발생부(180)로부터 공급되는 게이트 하이전압(VGH)과 게이트 로우전압(VGL)에 따라 각각 스캔펄스의 하이레벨전압과 로우레벨전압을 결정한다.
감마기준전압 발생부(140)는 고전위 전원전압(VDD)을 공급받아 정극성 감마기준전압과 부극성 감마기준전압을 발생하여 데이터 구동부(120)로 출력한다.
백라이트 어셈블리(150)는 액정표시패널(110)의 후면에 배치되며, 인버터(160)로부터 공급되는 교류 전압과 전류에 의해 발광되어 광을 액정표시패널(110)의 각 픽셀로 조사한다.
인버터(160)는 내부에 발생되는 구형파신호를 삼각파신호로 변화시킨 후 삼각파신호와 상기 시스템으로부터 공급되는 직류 전원전압(VCC)을 비교하여 비교결 과에 비례하는 버스트디밍(Burst Dimming)신호를 발생한다. 이렇게 내부의 구형파신호에 따라 결정되는 버스트디밍신호가 발생되면, 인버터(160) 내에서 교류 전압과 전류의 발생을 제어하는 구동 IC(미도시)는 버스트디밍신호에 따라 백라이트 어셈블리(150)에 공급되는 교류 전압과 전류의 발생을 제어한다.
공통전압 발생부(170)는 고전위 전원전압(VDD)을 공급받아 공통전압(Vcom)을 발생하여 액정표시패널(110)의 각 픽셀에 구비된 액정셀(Clc)들의 공통전극에 공급한다.
게이트구동전압 발생부(180)는 고전위 전원전압(VDD)을 인가받아 게이트 하이전압(VGH)과 게이트 로우전압(VGL)을 발생시켜 게이트 구동부(130)에 공급한다. 여기서, 게이트구동전압 발생부(180)는 액정표시패널(110)의 각 픽셀에 구비된 TFT의 문턱전압 이상이 되는 게이트 하이전압(VGH)을 발생하고 TFT의 문턱전압 미만이 되는 게이트 로우전압(VGL)을 발생한다. 이렇게 발생된 게이트 하이전압(VGH)과 게이트 로우전압(VGL)은 각각 게이트 구동부(130)에 의해 발생되는 스캔펄스의 하이레베전압과 로우레벨전압을 결정하는데 이용된다.
타이밍 컨트롤러(190)는 디지털 비디오 카드(미도시)로부터 공급되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 데이터 구동부(120)에 공급하고, 또한 클럭신호(CLK)에 따라 수평/수직 동기신호(H,V)를 이용하여 데이터 구동 제어신호(DDC)와 게이트 구동 제어신호(GDC)를 발생하여 각각 데이터 구동부(120)와 게이트 구동부(130)에 공급한다. 여기서, 데이터 구동 제어신호(DDC)는 소스쉬프트클럭(SSC), 소스스타트펄스(SSP), 극성제어신호(POL) 및 소스출력인에이블신호(SOE) 등을 포함하고, 게이트 구동 제어신호(GDC)는 게이트스타트펄스(GSP) 및 게이트출력인에이블(GOE) 등을 포함한다.
상기한 바와 같은 종래의 액정표시장치의 경우, 백라이트 어셈블리(150)는 인버터(160)로부터 일정한 전류를 공급받기 때문에 액정표시패널(110) 주변의 밝기에 관계없이 항상 일정한 세기의 광을 조사하였다. 그러나, 주변이 어두운 환경에 놓이면 액정표시패널(110)에 조사되는 광량을 감소시키더라도, 사용자 입장에서는 액정표시패널(110)에 표시되는 이미지를 보는데 불편함을 느끼지 않음에도 불구하고, 주변 밝기에 관계없이 항상 일정한 세기의 광을 액정표시패널(110)에 조사함으로써 불필요하게 전력을 소비하였다. 또한, 주변이 밝은 환경에 놓일 경우 액정표시패널(110)에 표시되는 이미지가 어두운 환경에서 보다 상대적으로 흐려보이므로, 밝은 환경에서는 액정표시패널(110)에 조사되는 광세기를 높여 주는 것이 바람직하지만, 종래의 액정표시장치의 경우 항상 일정한 세기의 광을 액정표시패널(110)에 조사하기 때문에 밝은 환경에서는 사용자에게 만족스러운 화면을 제공하지 못하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 얇은 기판 상에 집적되어 광을 검출할 수 있는 광검출 장치을 제공하는 데 있다.
본 발명의 목적은 광검출 장치에 의해 검출되는 광세기에 따라 액정표시패널 에 조사되는 광량을 자동으로 실시간 조절할 수 있는 액정표시장치 및 그의 구동 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 목적은 광검출 장치에 의해 검출되는 광세기에 따라 액정표시패널에 조사되는 광량을 자동으로 실시간 조절함으로써, 밝은 환경에서 불필요한 전력의 손실을 방지할 수 있는 액정표시장치 및 그의 구동 방법을 제공하는 데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광검출 장치는, 조사되는 광을 전류로 변환시켜 접지로 공급하기 위한 광/전 변환수단; 인에이블신호를 인가받아 상기 광/전 변환수단에 의해 검출되는 광세기에 비례하는 전압을 출력하기 위한 전류미러; 및 상기 인에이블신호에 의해 구동되어 상기 전류미러의 구동전압을 상기 광/전 변환수단과 접속된 상기 접지 방향으로 스위칭시키기 위한 스위칭수단을 포함한다.
상기 광/전 변환수단은, 상기 접지에 접속된 애노드와 상기 스위칭수단에 접속된 캐소드를 갖는 포토다이오드를 포함한다.
상기 포토다이오드는 조사되는 광세기에 비례하여 커지거나 작아지는 역전류를 발생시켜 상기 접지로 공급하는 것을 특징으로 한다.
상기 광/전 변환수단은, 바이어스를 인가받는 게이트, 상기 스위칭수단에 접속된 드레인 및 상기 접지에 접속된 소스를 갖는 N모스 트랜지스터를 포함한다.
상기 전류미러는, 상기 광/전 변환수단에 의해 검출되는 광세기에 비례하여 상기 인에이블신호의 하이전압을 증가시키거나 감소시켜 출력하는 것을 특징으로 한다.
상기 스위칭수단은, 상기 인에이블신호가 인가되는 게이트, 상기 전류미러의 구동전압이 인가되는 드레인, 그리고 상기 광/전 변환수단에 접속된 소스를 갖는 N모스 트랜지스터를 포함한다.
상기 N모스 트랜지스터는 게이트에 상기 인에이블신호의 하이전압이 인가되면 구동되어 상기 전류미러의 구동전압을 상기 접지 방향으로 스위칭시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 광검출 장치는, 입력되는 반전인에이블신호의 하이전압에 의해 구동되어 상기 전류미러의 출력노드에 걸린 전압을 상기 접지로 스위칭시키기 위한 리셋수단을 더 포함한다.
상기 리셋수단은, 상기 반전인에이블신호가 입력되는 입력측에 접속된 게이트, 상기 전류미러의 출력노드 측에 접속된 드레인 및 상기 접지에 접속된 소스를 갖는 N모스 트랜지스터를 포함한다.
본 발명의 광검출 장치는, 인가되는 바이어스에 의해 구동되어 상기 전류미러의 출력노드에 걸린 전압이 출력측으로 인가되도록 하기 위한 부하수단을 더 포함한다.
상기 부하수단은, 상기 바이어스에 의해 구동되어 상기 전류미러의 출력노드에 걸린 전압이 출력측으로 인가되도록 하기 위하여, 상기 출력노드와 접지 사이에 직렬 접속된 2개의 N모스 트랜지스터들을 포함한다.
본 발명의 액정표시장치는, 인에이블신호에 의해 구동되어 램프들로부터 조사되는 광에 비례하는 전압을 출력하기 위한 광검출 수단; 입력되는 버스트디밍신호에 따라 상기 램프들의 구동을 제어하고 상기 광검출 수단의 제어에 따라 상기 램프들의 발광량을 제어하기 위한 구동 제어수단; 및 상기 구동 제어수단의 제어에 따라 전원전압을 램프구동전류로 변환시킴과 아울러 상기 램프구동전류의 크기를 증감시켜 상기 램프들로 공급하기 위한 램프 구동수단을 포함한다.
상기 구동 제어수단은 상기 광검출 수단으로부터 출력되는 전압이 커지면 상기 램프구동전류를 줄이도록 지시하는 램프구동 제어신호를 상기 램프 구동수단으로 출력하거나, 상기 광검출 수단으로부터 출력되는 전압이 작아지면 상기 램프구동전류를 증가시키도록 지시하는 상기 램프구동 제어신호를 상기 램프 구동수단으로 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액정표시장치의 구동 방법은, 다수의 램프들로부터 광이 조사되고 있는 상태에서, 인에이블신호에 의해 구동되어 상기 램프들로부터 조사되는 광에 비례하는 전압을 발생하는 단계; 상기 전압의 크기에 따라 상기 램프들의 발광량을 제어하기 위한 램프구동 제어신호를 발생하는 단계; 및 상기 램프구동 제어신호에 따라 상기 램프들에 공급되는 램프구동전류의 크기를 증감시키는 단계를 포함한다. 여기서, 본 발명은 상기 전압이 커지면 상기 램프구동전류를 줄이도록 지시하는 상기 램프구동 제어신호를 발생하고, 상기 전압이 작아지면 상기 램프구동전류를 증가시키도록 지시하는 상기 램프구동 제어신호를 발생하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광검출 장치의 회로도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 광검출 장치(200)는, 조사되는 광을 전류로 변환시켜 접지로 공급하기 위한 광/전 변환부(210)와, 입력되는 인에이블신호(EN)의 하이전압이나 반전인에이블신호(ENB)의 로우전압을 출력측(Output)으로 출력시키기 위한 전류미러(220)와, 입력되는 인에이블신호(EN)의 하이전압에 의해 구동되어 전류미러(220)의 구동전압을 광/전 변환부(210)와 접속된 접지 방향으로 스위칭시키기 위한 스위칭부(230)를 구비한다.
그리고, 본 발명의 광검출 장치(200)는, 입력되는 반전인에이블신호(ENB)의 하이전압에 의해 구동되어 출력측(Output)에 접속된 전류미러(220)의 출력노드(N1)에 걸린 전압을 접지로 스위칭시시키기 위한 리셋부(240)와, 인가되는 바이어스(BIAS)에 의해 구동되어 전류미러(220)의 출력노드(N1)에 걸린 전압이 출력측(Output)으로 인가되도록 하기 위한 부하소자(250)를 더 구비한다.
여기서, 인에이블신호(EN)와 반전인에이블신호(ENB)는 광검출 장치(200)가 적용되는 시스템 예를들어, 액정표시장치, 터치 스크린 및 스캔장치 등으로부터 공급되며, 또한 바이어스(BIAS)는 상기 시스템에 구비되는 바이어스 발생소자(미도시)로부터 공급된다.
광/전 변환부(210)는 접지에 접속된 애노드와 스위칭부(230)에 접속된 캐소드를 갖는 포토다이오드(PD1)를 구비한다. 이렇게 광/전 변환부(210)를 역방향으로 접속시킨 이유는 광/전 변환부(210)가 오프전압(Voff) 영역에서 구동되어 역전류를 발생시키기 때문이다.
이러한 포토다이오드(PD1)는 주변으로부터 광이 조사되면 조사된 광을 전류로 변환시켜 접지로 공급하는 것으로, 여기서 접지로 흐르는 전류량은 포토다이오드(PD1)에 조사되는 광량에 비례한다. 즉, 포토다이오드(PD1)에 의해 변환되어 접지로 공급되는 전류량은 조사되는 광량이 많아질수록 많아지고, 반대로 조사되는 광량이 줄어들수도록 포토다이오드(PD1)에 의해 변환되어 접지로 공급되는 전류량은 감소된다.
그리고, 전류의 흐름은 저항값의 크기에 비례하므로, 포토다이오드(PD1)에 의해 접지로 공급되는 전류량이 많다는 것은 저항값이 작은 경우에 해당하고, 포토다이오드(PD1)에 의해 접지로 공급되는 전류량이 적다는 것은 저항값이 큰 경우에 해당한다. 이에 따라, 포토다이오드(PD1)에 조사되는 광량의 증가로 인해 접지로 공급되는 전류량이 많아져 전류 흐름에 영향을 주는 저항값이 감소되는 경우, 스위칭부(230)를 통해 접지로 공급되는 전류미러(220)의 구동전압은 증가된다. 반대로, 포토다이오드(PD1)에 조사되는 광량의 감소로 인해 접지로 공급되는 전류량이 작아져 전류 흐름에 영향을 주는 저항값이 증가되는 경우, 스위칭부(230)를 통해 접지로 공급되는 전류미러(220)의 구동전압은 감소된다.
한편, 광/전 변환부(210)는 반드시 포토다이오드로만 구현되는 것은 아니고, 다른 광/전 변환소자 예를 들면, N모스 트랜지스터 등으로 구현될 수도 있다. 만일, N모스 트랜지스터(미도시)로 광/전 변환부(210)를 구현할 경우, 상기 N모스 트 랜지스터의 게이트에는 바이어스(BIAS)를 인가하며, 그리고 상기 N모스 트랜지스터의 드레인과 소스는 각각 스위칭부(230)와 접지에 접속되도록 구현한다.
전류미러(220)는 동일한 전류가 흐르도록 양측에 대칭되게 형성된 제 1 및 제 2 P모스 트랜지스터(PT1, PT2)로 구성된다.
제 1 P모스 트랜지스터(PT1)는 인에이블신호(EN)가 걸리는 노드(N2)에 접속된 소스, 그리고 제 1 및 제 2 P모스 트랜지스터(PT1, PT2)의 구동전압이 걸리는 노드(N3)에 공통 접속된 드레인 및 게이트를 갖는다. 이러한 제 1 P모스 트랜지스터(PT1)의 드레인과 게이트가 노드(N3)에 공통 접속되므로, 제 1 P모스 트랜지스터(PT1)는 항상 턴온상태를 유지한다.
제 2 P모스 트랜지스터(PT2)는 인에이블신호(EN)가 걸리는 노드(N2)에 접속된 소스, 출력노드(N1)에 접속된 드레인, 그리고 제 1 및 제 2 P모스 트랜지스터(PT1, PT2)의 구동전압이 걸리는 노드(N3)에 접속된 게이트를 갖는다. 이러한 제 2 P모스 트랜지스터(PT2)의 게이트가 항상 로우전압이 걸리는 제 1 P모스 트랜지스터(PT1)의 게이트에 접속되므로, 제 2 P모스 트랜지스터(PT2)는 항상 턴온 상태를 유지하여 노드(N2)에 걸리는 인에이블신호(EN)를 출력노드(N2)로 스위칭시킨다.
스위칭부(230)는 인에이블신호(EN)가 걸리는 노드(N2)에 접속된 게이트, 제 1 P모스 트랜지스터(PT1)의 드레인과 연결된 노드(N3)에 접속된 드레인, 그리고 포토다이오드(PD1)의 캐소드와 접속된 소스를 갖는 N모스 트랜지스터(NT1)를 구비한다. N모스 트랜지스터(NT1)는 게이트에 공급되는 인에이블신호(EN)의 하이전압에 의해 구동되어 제 1 및 제 2 P모스 트랜지스터(PT1, PT2)의 구동전압을 포토다이오 드(PD1)의 애노드에 접속된 접지 방향으로 스위칭시키다.
N모스 트랜지스터(NT1)에 의해 접지로 스위칭되는 전압이 높을수록 제 1 및 제 2 P모스 트랜지스터(PT1, PT2)의 게이트에 걸리는 구동전압이 낮아지기 때문에, 제 2 P모스 트랜지스터(PT2)의 채널폭이 넓어져 이를 통과하여 출력노드(N1)로 공급되는 인에이블신호(EN)의 하이전압이 증가한다. 여기서, N모스 트랜지스터(NT1)에 의해 접지로 스위칭되는 전압은 전술한 바와 같이 포토다이오드(PD1)에 조사되는 광량에 비례하므로, 포토다이오드(PD1)에 조사되는 광량이 많아질수록 제 2 P모스 트랜지스터(PT2)을 통해 출력노드(N1)로 공급되는 인에이블신호(EN)의 하이전압도 증가한다.
N모스 트랜지스터(NT1)에 의해 접지로 스위칭되는 전압이 감소할수록 제 1 및 제 2 P모스 트랜지스터(PT1, PT2)의 게이트에 걸리는 구동전압이 높아지기 때문에, 제 2 P모스 트랜지스터(PT2)의 채널폭이 좁아져 이를 통과하여 출력노드(N1)로 공급되는 인에이블신호(EN)의 하이전압이 감소한다. 여기서, N모스 트랜지스터(NT1)에 의해 접지로 스위칭되는 전압은 전술한 바와 같이 포토다이오드(PD1)에 조사되는 광량에 비례하므로, 포토다이오드(PD1)에 조사되는 광량이 작아질수록 제 2 P모스 트랜지스터(PT2)을 통해 출력노드(N1)로 공급되는 인에이블신호(EN)의 하이전압도 감소한다.
리셋부(240)는 반전인에이블신호(ENB)가 입력되는 입력측에 접속된 게이트, 부하소자(250)에 위치한 노드(N4)에 접속된 드레인 및 접지에 접속된 소스를 갖는 제 2 N모스 트랜지스터(NT2)를 구비한다.
제 2 N모스 트랜지스터(NT2)는 광검출 장치(200)에 인에이블신호(EN)의 로우전압이 공급되고 있는 상태에서 게이트에 공급되는 반전인에이블신호(ENB)의 하이전압에 의해 구동되어 출력측(Output)에 접속된 전류미러(220)의 출력노드(N1)에 걸린 전압을 접지로 스위칭시켜 리셋시킨다. 이는 인에이블신호(EN)의 하이전압에 의해 광검출 장치(200)의 광검출 동작이 수행된 후 다음 광검출 동작이 수행되기 전에 출력노드(N1)에 걸린 전압을 완전히 제거함으로써, 다시 광검출 동작을 수행할 때 이전의 광검출 동작에서 검출된 전압(즉, 출력노드(N1)에 걸려있는 전압)에 의해 오동작이 발생되는 것을 방지하기 위한 것이다.
부하소자(250)는 입력되는 바이어스(BIAS)에 의해 항상 구동되어 전류미러(220)의 출력노드(N1)에 걸린 전압이 출력측(Output)으로 인가되도록 하기 위하여, 출력노드(N1)와 접지 사이에 직렬 접속된 제 3 및 제 4 N모스 트랜지스터(NT3, NT4)를 구비한다.
제 3 N모스 트랜지스터(NT3)는 바이어스(BIAS)가 인가되는 입력측에 접속된 게이트, 출력노드(N1)에 접속된 드레인, 그리고 노드(N4)에 접속된 소스를 갖는다.
제 4 N모스 트랜지스터(NT4)는 노드(N4)에 공통 접속된 게이트 및 드레인, 그리고 접지에 접속된 소스를 갖는다.
상기한 바와 같은 구성 및 기능을 갖는 본 발명의 광검출 장치의 동작을 도 4에 도시된 신호 특성을 참조하여 설명한다. 단, 바이어스(BIAS)는 상기 시스템으로부터 항상 제 4 N모스 트랜지스터(NT4)의 게이트에 공급된다.
포토다이오드(PD1)에 광이 조사되고 있는 상태에서, 상기 시스템으로부터 인 에이블신호(EN)의 하이전압이 제 1 N모스 트랜지스터(NT1)의 게이트에 인가되고 상기 시스템으로부터 반전인에이블신호(ENB)의 로우전압이 제 2 N모스 트랜지스터(NT2)에 공급되면, 제 1 N모스 트랜지스터(NT1)는 턴온되어 노드(N3)에 걸린 제 1 및 제 2 P모스 트랜지스터(PT1, PT2)의 구동전압을 접지 방향으로 스위칭시키는 반면에, 제 2 N모스 트랜지스터(NT2)는 턴오프된다.
제 1 및 제 2 P모스 트랜지스터(PT1, PT2)의 구동전압이 제 1 N모스 트랜지스터(NT1)를 통해 포토다이오드(PD1)를 통해 접지로 공급되고 있는 상태에서, 인에이블신호(EN)의 하이전압이 제 2 P모스 트랜지스터(PT2)를 통해 출력노드(N1)로 출력된다. 이때 출력노드(N1)를 통해 출력측(Output)으로 출력되는 출력전압의 크기는 전술한 바와 같이 제 2 P모스 트랜지스터(PT2)의 채널폭에 비례하므로, 포토다이오드(PD1)로 조사되는 광량이 많을수록 증가되고 작을수록 감소된다.
그리고, 상기 시스템으로부터 인에이블신호(EN)의 로우전압이 제 1 N모스 트랜지스터(NT1)의 게이트에 인가되고 상기 시스템으로부터 반전인에이블신호(ENB)의 하이전압이 제 2 N모스 트랜지스터(NT2)에 공급되면, 제 1 N모스 트랜지스터(NT1)는 턴오프되어 노드(N3)에 걸린 제 1 및 제 2 P모스 트랜지스터(PT1, PT2)의 구동전압이 높아지도록 하고, 제 2 N모스 트랜지스터(NT2)는 턴온된다. 이때, 출력노드(N1)에는 인에이블신호(EN)의 로우전압만이 공급되므로, 광검출 장치(200)는 주변으로부터 조사되는 광을 검출하지 못한다. 그리고, 제 2 N모스 트랜지스터(NT2)는 게이트에 공급되는 반전인에이블신호(ENB)의 하이전압에 의해 구동되어 출력측(Output)에 접속된 전류미러(220)의 출력노드(N1)에 걸린 전압을 접지로 스위칭 시켜 리셋시킨다.
이와 같이 광검출 장치(200)를 얇은 기판 상에 집적될 수 있도록 구현함으로써, 본 발명의 광검출 장치(200)는 액정표시장치, 스캔장치 및 터치 스크린 등에 손쉽게 집적될 수 있다. 이에 따라, 광검출 소자를 별도로 구입하지 않고 액정표시장치와 일체화시켜 광검출 장치를 제조할 수 있으며, 이로 인해 제조 비용을 절감할 수 있다.
상기한 바와 같은 구성 및 기능을 갖는 본 발명의 광검출 장치가 상기 시스템 중 액정표시장치에 적용되는 경우에 대하여 살펴본다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광검출 장치를 이용한 액정표시장치의 구성도이다. 단, 도 5에 도시된 본 발명의 액정표시장치(200)는, 도 2에서와 마찬가지로, 액정표시패널(110), 데이터 구동부(120), 게이트 구동부(130), 감마기준전압 발생부(140), 공통전압 발생부(170), 게이트구동전압 발생부(180) 및 타이밍 컨트롤러(190)를 구비하지만, 이들 구성요소들의 도시를 생략한다. 이는 도 5에 본 발명의 기술적 특징이 보다 명확히 드러나도록 하기 위한 것이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 액정표시장치(300)는, 인에이블신호(EN)나 반전인에이블신호(ENB)를 발생하기 위한 신호 발생부(310)와, 바이어스(BIAS)를 발생하기 위한 바이어스 발생부(320)와, 광을 발생하여 액정표시패널(110)에 조사하기 위한 다수의 램프들(330)과, 인에이블신호(EN)에 의해 구동되어 다수의 램프들(330)로부터 조사되는 광에 비례하는 전압을 출력하기 위한 광검출 장치(200)와, 입력되는 버스트디밍신호에 따라 램프들(330)의 구동을 제어하고 광검출 장치(200)의 제 어에 따라 램프들(330)의 발광량을 제어하기 위한 구동 제어부(340)와, 구동 제어부(340)의 제어에 따라 전원전압을 램프구동전류로 변환시킴과 아울러 램프구동전류의 크기를 증감시켜 램프들(330)로 공급하기 위한 램프 구동부(350)를 구비한다.
신호 발생부(310)는 램프들(330)이 광을 조사하고 있는 상태에서 인에이블신호(EN)의 하이전압이나 반전인에이블신호(ENB)의 로우전압을 일정 주기로 교번되게 발생하여 광검출 장치(200)로 공급한다. 신호 발생부(310)는 외부로부터 신호발생 제어신호가 입력되면 신호를 교번적으로 발생하거나 타이밍 컨트롤러(190)의 제어를 받아 신호를 교번적으로 발생하도록 구현될 수 있다. 그리고, 신호 발생부(310)를 별도로 구현하지 않고, 타이밍 컨트롤러(190)가 인에이블신호(EN)의 하이전압이나 반전인에이블신호(ENB)의 로우전압을 일정 주기로 교번되게 발생하도록 구현할 수도 있다.
바이어스 발생부(320)는 전원전압을 인가받아 항상 일정한 바이어스를 발생하여 광검출 장치(200)로 공급한다.
다수의 램프들(330)은 액정표시패널(110)의 후면에 일정 간격으로 배치되고, 램프 구동부(350)로부터 공급되는 램프구동전류에 의해 광을 발생하여 액정표시패널(110)로 조사한다. 여기서, 램프구동전류는 광검출 장치(200)로부터 출력되는 전압의 크기에 반비례하여 높아지거나 낮아지므로, 실질적으로 램프들(350)은 광검출 장치(200)에 의해 검출되는 광세기에 비례하여 광량을 증가시키나 감소시킨다.
광검출 장치(200)는 신호 발생부(310)로부터 공급되는 인에이블신호(EN)의 하이전압과 바이어스 발생부(320)로부터 공급되는 바이어스(BIAS)에 의해 구동되어 다수의 램프들(330)로부터 조사되는 광을 검출하고 검출한 광에 비례하는 전압을 발생하여 구동 제어부(340)로 출력한다. 이러한 광검출 장치(200)의 구성 및 동작은 도 3을 참조하여 설명한 바와 같다.
구동 제어부(340)는 입력되는 버스트디밍신호와 광검출 장치(200)로부터 공급되는 전압의 크기에 따라 램프구동 제어신호를 발생하여 램프 구동부(350)로 공급한다. 이 램프구동 제어신호는 램프들(330)의 구동을 제어함과 동시에 밝기를 제어한다. 여기서, 구동 제어부(340)는 광검출 장치(200)로부터 출력되는 전압이 높을수록 램프구동전류를 감소시키도록 제어하는 램프구동 제어신호를 발생하고, 반대로 광검출 장치(200)로부터 출력되는 전압이 낮을수록 램프구동전류를 증가시키도록 제어하는 램프구동 제어신호를 발생한다.
램프 구동부(350)는 구동 제어부(340)로부터 공급되는 램프구동 제어신호에 따라 상기 시스템으로부터 공급되는 전원전압을 램프구동전류로 변환시켜 램프들(330)로 공급한다. 이때, 램프 구동부(350)는 램프구동 제어신호에 따라 램프구동전류의 크기를 증가시키거나 감소시켜 램프들(330)의 광세기가 커지거나 작아지도록 한다.
즉, 액정표시패널(110)의 주변 환경이 어두운 경우, 광검출 장치(200)로부터 출력되는 전압이 낮아지므로, 램프 구동부(350)는 램프구동 제어신호에 따라 램프구동전류를 증가시킨다. 반대로, 액정표시패널(110)의 주변 환경이 밝은 경우, 광검출 장치(200)로부터 출력되는 전압이 증가하므로, 램프 구동부(350)는 램프구동 제어신호에 따라 램프구동전류를 감소시킨다. 따라서, 본 발명은 밝은 환경에서 램 프들(330)로부터 조사되는 광세기를 감소시켜 불필요한 전력의 손실을 방지하고, 또한 어두운 환경에서 램프들(330)로부터 조사되는 광세기를 증가시켜 밝은 화면을 사용자에게 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 액정표시장치의 액정표시패널에 조사되는 광량을 주변 밝기에 따라 자동으로 실시간 조절함으로써, 밝은 환경에서 액정표시패널에 조사되는 광세기를 감소시켜 불필요한 전력의 손실을 방지하고, 또한 어두운 환경에서 액정표시패널에 조사되는 광세기를 증가시켜 밝은 화면을 사용자에게 제공할 수 있다.
그리고, 얇은 기판 상에 집적되는 광검출 장치를 이용하여 광세기를 검출함으로써, 광검출 소자를 별도로 구입하지 않고 액정표시장치와 일체화시켜 광검출 장치를 제조할 수 있으며, 이로 인해 제조 비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (26)

  1. 조사되는 광을 전류로 변환시켜 접지로 공급하기 위한 광/전 변환수단;
    인에이블신호를 인가받아 상기 광/전 변환수단에 의해 검출되는 광세기에 비례하는 전압을 출력하기 위한 전류미러;
    반전인에이블신호에 의해 구동되어 상기 전류미러의 출력노드에 걸린 전압을 상기 접지로 스위칭시키기 위한 리셋수단, 및
    상기 인에이블신호에 의해 구동되어 상기 전류미러의 구동전압을 상기 광/전 변환수단과 접속된 상기 접지 방향으로 스위칭시키기 위한 스위칭수단을 포함하는 광검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광/전 변환수단은,
    상기 접지에 접속된 애노드와 상기 스위칭수단에 접속된 캐소드를 갖는 포토다이오드
    를 포함하는 광검출 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 포토다이오드는 조사되는 광세기에 비례하여 커지거나 작아지는 역전류를 발생시켜 상기 접지로 공급하는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광/전 변환수단은,
    바이어스를 인가받는 게이트, 상기 스위칭수단에 접속된 드레인 및 상기 접지에 접속된 소스를 갖는 N모스 트랜지스터
    를 포함하는 광검출 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류미러는, 상기 광/전 변환수단에 의해 검출되는 광세기에 비례하여 상기 인에이블신호의 하이전압을 증가시키거나 감소시켜 출력하는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭수단은,
    상기 인에이블신호가 인가되는 게이트, 상기 전류미러의 구동전압이 인가되는 드레인, 그리고 상기 광/전 변환수단에 접속된 소스를 갖는 N모스 트랜지스터
    를 포함하는 광검출 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 N모스 트랜지스터는 게이트에 상기 인에이블신호의 하이전압이 인가되면 구동되어 상기 전류미러의 구동전압을 상기 접지 방향으로 스위칭시키는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리셋수단은 상기 반전인에이블신호의 하이전압에 의해 구동되는 광검출 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 리셋수단은,
    상기 반전인에이블신호가 입력되는 입력측에 접속된 게이트, 상기 전류미러의 출력노드 측에 접속된 드레인 및 상기 접지에 접속된 소스를 갖는 N모스 트랜지스터
    를 포함하는 광검출 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    인가되는 바이어스에 의해 구동되어 상기 전류미러의 출력노드에 걸린 전압이 출력측으로 인가되도록 하기 위한 부하수단
    을 더 포함하는 광검출 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 부하수단은,
    상기 바이어스에 의해 구동되어 상기 전류미러의 출력노드에 걸린 전압이 출력측으로 인가되도록 하기 위하여, 상기 출력노드와 접지 사이에 직렬 접속된 2개의 N모스 트랜지스터들
    을 포함하는 광검출 장치.
  12. 인에이블신호에 의해 구동되어 램프들로부터 조사되는 광에 비례하는 전압을 출력하기 위한 광검출 수단;
    입력되는 버스트디밍신호에 따라 상기 램프들의 구동을 제어하고 상기 광검출 수단의 제어에 따라 상기 램프들의 발광량을 제어하기 위한 구동 제어수단;
    상기 구동 제어수단의 제어에 따라 전원전압을 램프구동전류로 변환시킴과 아울러 상기 램프구동전류의 크기를 증감시켜 상기 램프들로 공급하기 위한 램프 구동수단; 및
    반전인에이블신호에 의해 구동되어 상기 광검출 수단의 출력노드에 걸린 상기 전압을 접지로 스위칭시키기 위한 리셋수단을 포함하는 액정표시장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 광검출 수단은,
    조사되는 광을 전류로 변환시켜 접지로 공급하기 위한 광/전 변환부;
    상기 인에이블신호를 인가받아 상기 광/전 변환부에 의해 검출되는 광세기에 비례하는 전압을 출력하기 위한 전류미러; 및
    상기 인에이블신호에 의해 구동되어 상기 전류미러의 구동전압을 상기 광/전 변환부와 접속된 상기 접지 방향으로 스위칭시키기 위한 스위칭부
    를 포함하는 액정표시장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 광/전 변환부는,
    상기 접지에 접속된 애노드와 상기 스위칭부에 접속된 캐소드를 갖는 포토다이오드
    를 포함하는 액정표시장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 포토다이오드는 조사되는 광세기에 비례하여 커지거나 작아지는 역전류를 발생시켜 상기 접지로 공급하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 광/전 변환부는,
    바이어스를 인가받는 게이트, 상기 스위칭부에 접속된 드레인 및 상기 접지에 접속된 소스를 갖는 N모스 트랜지스터
    를 포함하는 액정표시장치.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 전류미러는, 상기 광/전 변환부에 의해 검출되는 광세기에 비례하여 상기 인에이블신호의 하이전압을 증가시키거나 감소시켜 출력하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 스위칭부는,
    상기 인에이블신호가 인가되는 게이트, 상기 전류미러의 구동전압이 인가되는 드레인, 그리고 상기 광/전 변환부에 접속된 소스를 갖는 N모스 트랜지스터
    를 포함하는 액정표시장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 N모스 트랜지스터는 게이트에 상기 인에이블신호의 하이전압이 인가되면 구동되어 상기 전류미러의 구동전압을 상기 접지 방향으로 스위칭시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  20. 제 13 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리셋수단은 상기 반전인에이블신호의 하이전압에 의해 구동되는 액정표시장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 리셋수단은,
    상기 반전인에이블신호가 입력되는 입력측에 접속된 게이트, 상기 전류미러의 출력노드 측에 접속된 드레인 및 상기 접지에 접속된 소스를 갖는 N모스 트랜지스터
    를 포함하는 액정표시장치.
  22. 제 13 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    인가되는 바이어스에 의해 구동되어 상기 전류미러의 출력노드에 걸린 전압이 출력측으로 인가되도록 하기 위한 부하소자
    를 더 포함하는 액정표시장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 부하소자는,
    상기 바이어스에 의해 구동되어 상기 전류미러의 출력노드에 걸린 전압이 출력측으로 인가되도록 하기 위하여, 상기 출력노드와 접지 사이에 직렬 접속된 2개의 N모스 트랜지스터들
    을 포함하는 액정표시장치.
  24. 제 12 항에 있어서,
    상기 구동 제어수단은 상기 광검출 수단으로부터 출력되는 전압이 커지면 상기 램프구동전류를 줄이도록 지시하는 램프구동 제어신호를 상기 램프 구동수단으로 출력하거나, 상기 광검출 수단으로부터 출력되는 전압이 작아지면 상기 램프구동전류를 증가시키도록 지시하는 상기 램프구동 제어신호를 상기 램프 구동수단으로 출력하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  25. 다수의 램프들로부터 광이 조사되고 있는 상태에서, 인에이블신호에 의해 구동되어 상기 램프들로부터 조사되는 광에 비례하는 전압을 발생하는 단계;
    상기 전압을 전류미러의 출력 노드에 걸리도록 하는 단계;
    상기 전압의 크기에 따라 상기 램프들의 발광량을 제어하기 위한 램프구동 제어신호를 발생하는 단계;
    상기 램프구동 제어신호에 따라 상기 램프들에 공급되는 램프구동전류의 크기를 증감시키는 단계; 및
    상기 전류미러의 출력노드에 걸린 상기 전압을 접지로 스위칭시키는 단계
    를 포함하는 액정표시장치의 구동 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 램프구동 제어신호 발생단계에서,
    상기 전압이 커지면 상기 램프구동전류를 줄이도록 지시하는 상기 램프구동 제어신호를 발생하고,
    상기 전압이 작아지면 상기 램프구동전류를 증가시키도록 지시하는 상기 램프구동 제어신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동 방법.
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