KR101912832B1 - 광학 센서를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

표시 장치는 제1 표시판, 상기 제1 표시판에 대면하고, 광학 센서(optical sensor)를 포함하는 제2 표시판, 상기 제1 표시판 및 상기 제2 표시판 사이에 위치하는 전기 광학 활성층(electro-optical active layer), 그리고 제1 감지 게이트 구동부 및 제2 감지 게이트 구동부를 포함하고, 상기 광학 센서로 감지 게이트 신호를 전송하는 감지 게이트 구동부(sensing gate driver)를 포함하고, 상기 제1 감지 게이트 구동부의 제1 접촉 부재로 인가되는 제1 감지 게이트 오프 전압(sensing gate off voltage)은 상기 제2 감지 게이트 구동부의 제2 접촉 부재로 인가되는 제2 감지 게이트 오프 전압과 실질적으로 동일하다.

Description

광학 센서를 포함하는 표시 장치{DISPLAY DEVICE INCLUDING OPTICAL SENSOR}
광학 센서를 포함하는 표시 장치가 제공된다.
액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD), 유기 발광 표시 장치(organic light emitting diode display, OLED display) 및 전기 영동 표시 장치(electrophoretic display) 등의 평판 표시 장치는 복수 쌍의 전기장 생성 전극과 그 사이에 들어 있는 전기 광학 활성층(electro-optical active layer)을 포함한다. 액정 표시 장치는 전기 광학 활성층으로 액정층을 포함하고, 유기 발광 표시 장치는 전기 광학 활성층으로 유기 발광층을 포함한다. 한 쌍을 이루는 전기장 생성 전극 중 하나는 통상 스위칭 소자에 연결되어 전기 신호를 인가받고, 전기 광학 활성층은 이러한 전기 신호를 광학 신호로 변환함으로써 영상을 표시한다.
근래 이러한 표시 장치는 영상을 표시하는 기능 외에 사용자와의 상호 작용이 가능한 터치 감지 기능을 포함할 수 있다. 터치 감지 기능은 사용자가 화면 위에 손가락이나 터치 펜(touch pen) 등을 접촉하여 문자를 쓰거나 그림을 그리는 경우 표시 장치가 화면에 가한 압력, 빛 등의 변화를 감지함으로써 사용자의 손가락 등이 화면에 접촉하였는지 여부 및 그 접촉 위치 정보를 알아내는 것이다. 예를 들어, 터치 감지 기능을 구현하기 위하여, 적외선 감지 트랜지스터가 사용될 수 있다.
또한, 표시 장치는 이미지 감지 기능을 포함할 수 있다. 이미지 감지 기능은 사진, 바코드 등의 이미지를 인식하는 것이다. 예를 들어, 이미지 감지 기능을 구현하기 위하여, 가시광 감지 트랜지스터가 사용될 수 있다.
광학 센서를 포함하는 표시 장치는 영상을 표시하기 위한 게이트 구동부와 데이터 구동부, 그리고 광학 센서를 구동하기 위한 감지 게이트 구동부(sensing gate driver)와 감지 데이터 구동부(sensing data driver)를 포함한다.
본 발명에 따른 한 실시예는 감지 게이트 구동부로 인가되는 감지 게이트 오프 전압(sensing gate off voltage)의 편차를 줄이기 위한 것이다.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치는 제1 표시판, 상기 제1 표시판에 대면하고, 광학 센서(optical sensor)를 포함하는 제2 표시판, 상기 제1 표시판 및 상기 제2 표시판 사이에 위치하는 전기 광학 활성층(electro-optical active layer), 그리고 제1 감지 게이트 구동부 및 제2 감지 게이트 구동부를 포함하고, 상기 광학 센서로 감지 게이트 신호를 전송하는 감지 게이트 구동부(sensing gate driver)를 포함하고, 상기 제1 감지 게이트 구동부의 제1 접촉 부재로 인가되는 제1 감지 게이트 오프 전압(sensing gate off voltage)은 상기 제2 감지 게이트 구동부의 제2 접촉 부재로 인가되는 제2 감지 게이트 오프 전압과 실질적으로 동일하다.
생성된 감지 게이트 오프 전압이 상기 제1 접촉 부재로 인가될 때까지 통과한 저항 값은 상기 생성된 감지 게이트 오프 전압이 상기 제2 접촉 부재로 인가될 때까지 통과한 저항 값과 실질적으로 동일할 수 있다.
상기 감지 게이트 구동부는 제3 감지 게이트 구동부를 포함할 수 있고, 상기 제2 감지 게이트 구동부의 제3 접촉 부재로 인가되는 제3 감지 게이트 오프 전압은 상기 제3 감지 게이트 구동부의 제4 접촉 부재로 인가되는 제4 감지 게이트 오프 전압과 실질적으로 동일할 수 있다.
생성된 감지 게이트 오프 전압이 상기 제3 접촉 부재로 인가될 때까지 통과한 저항 값은 상기 생성된 감지 게이트 오프 전압이 상기 제4 접촉 부재로 인가될 때까지 통과한 저항 값과 실질적으로 동일할 수 있다.
상기 제2 감지 게이트 오프 전압과 상기 제3 감지 게이트 오프 전압은 실질적으로 동일할 수 있다.
상기 제1 감지 게이트 구동부는 상기 감지 게이트 구동부에서 가장 먼저 감지 게이트 오프 전압을 인가 받을 수 있다.
상기 광학 센서는 가시광 감지 센서를 포함할 수 있다.
상기 가시광 감지 센서는 가시광 감지 트랜지스터와 상기 가시광 감지 트랜지스터에 연결되어 있는 제1 축전기를 포함할 수 있다.
상기 광학 센서는 적외선 감지 센서를 포함할 수 있다.
상기 적외선 감지 센서는 적외선 감지 트랜지스터와 상기 적외선 감지 트랜지스터에 연결되어 있는 제2 축전기를 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치는 제1 표시판, 상기 제1 표시판에 대면하고, 광학 센서(optical sensor)를 포함하는 제2 표시판, 상기 제1 표시판 및 상기 제2 표시판 사이에 위치하는 전기 광학 활성층(electro-optical active layer), 그리고 제1 감지 게이트 구동부 및 제2 감지 게이트 구동부를 포함하고, 상기 광학 센서로 감지 게이트 신호를 전송하는 감지 게이트 구동부(sensing gate driver)를 포함하고, 상기 제2 표시판은 감지 게이트 오프 전압이 인가되는 제1 접촉 부재, 서로 직렬로 연결되어 있는 제1 저항 및 제2 저항을 통하여 상기 제1 접촉 부재에 연결되어 있는 제2 접촉 부재, 그리고 서로 직렬로 연결되어 있는 제3 저항 및 제4 저항을 통하여 서로 연결되어 있는 제3 접촉 부재와 제4 접촉 부재를 포함하고, 상기 제3 접촉 부재는 상기 제1 감지 게이트 구동부에 연결되어 있고, 상기 제4 접촉 부재는 상기 제2 감지 게이트 구동부에 연결되어 있고, 상기 제1 저항 및 상기 제3 저항은 서로 연결되어 있고, 상기 제2 저항 및 상기 제4 저항은 서로 연결되어 있다.
상기 제1 저항 및 상기 제2 저항의 크기는 실질적으로 동일할 수 있고, 상기 제3 저항 및 상기 제4 저항의 크기는 실질적으로 동일할 수 있다.
상기 감지 게이트 구동부는 제3 감지 게이트 구동부를 포함할 수 있고, 상기 제2 표시판은 상기 제2 감지 게이트 구동부로부터 전압을 인가 받고 제5 저항에 연결되어 있는 제5 접촉 부재, 그리고 서로 직렬로 연결되어 있는 제6 저항 및 제7 저항을 통하여 서로 연결되어 있는 제6 접촉 부재와 제7 접촉 부재를 포함할 수 있고, 상기 제6 접촉 부재는 상기 제2 감지 게이트 구동부에 연결되어 있을 수 있고, 상기 제7 접촉 부재는 상기 제3 감지 게이트 구동부에 연결되어 있을 수 있고, 그리고 상기 제5 저항 및 상기 제6 저항은 서로 연결되어 있을 수 있고, 상기 제5 저항 및 상기 제7 저항은 서로 연결되어 있을 수 있다.
상기 제6 저항 및 상기 제7 저항의 크기는 실질적으로 동일할 수 있다.
상기 표시 장치는 하기 수학식 4를 만족할 수 있다.
[수학식 4]
Rb=Ra+Rc+Rd+Rf
상기 수학식 4에서 Ra는 상기 제1 저항, Rb는 상기 제3 저항, Rc는 상기 제5 저항, Rd는 상기 제6 저항, 그리고 Rf는 상기 제2 감지 게이트 구동부의 저항이다.
본 발명에 따른 한 실시예는 감지 게이트 구동부로 인가되는 감지 게이트 오프 전압의 편차를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 광학 센서를 포함하는 표시 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 광학 센서를 포함하는 표시 장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 광학 센서의 등가 회로도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 감지 게이트 구동부와 표시판의 연결 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 한편, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 한편, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
그러면, 본 발명의 실시예에 따른 광학 센서를 포함하는 표시 장치에 대하여 도 1 내지 도 5를 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 광학 센서를 포함하는 표시 장치의 개략도이며, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 광학 센서를 포함하는 표시 장치의 개략도이며, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 광학 센서의 등가 회로도이며, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 감지 게이트 구동부와 표시판의 연결 관계를 나타내는 도면이며, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략도이다.
도 1을 참고하면, 표시 장치는 서로 마주하는 제1 표시판(100)과 제2 표시판(200), 그리고 제1 표시판(100)과 제2 표시판(200)의 사이에 위치하는 전기 광학 활성층(3)을 포함한다. 표시 장치는 액정 표시 장치, 유기 발광 표시 장치, 전기 영동 표시 장치, 플라즈마 표시 장치 등일 수 있다. 전기 광학 활성층(3)은 액정층, 유기 발광층 등일 수 있다.
제1 표시판(100)은 게이트선, 데이트선, 그리고 이들에 연결되어 있는 박막 트랜지스터를 포함하는 화소를 포함할 수 있으며, 복수의 화소는 영상을 표시한다.
제2 표시판(200)은 광학 센서를 포함하며, 광학 센서는 가시광 감지 센서(visible light sensor)(VIS)와 적외선 감지 센서(infrared light sensor)(IR)를 포함한다. 가시광 감지 센서(VIS)는 사진, 바코드 등의 이미지로부터 반사되는 가시광을 감지함으로써, 이미지를 인식할 수 있다. 적외선 감지 센서(IR)는 손가락 등의 터치에 의해 반사되는 자외선을 감지함으로써 터치를 인식할 수 있다. 광학 센서는 제2 표시판(200)에 실장되어(integrated) 있을 수 있다. 제2 표시판(200)의 평면뷰(plan view)상에서, 적외선 감지 센서(IR)의 상하좌우 방향에는 복수의 가시광 감지 센서(VIS)가 위치할 수 있으며, 가시광 감지 센서(VIS)의 상하좌우 방향에는 복수의 적외선 감지 센서(IR)가 위치할 수 있다. 또는 복수의 가시광 감지 센서(VIS)가 열방향으로 서로 인접하여 위치할 수 있고, 복수의 적외선 감지 센서(IR)가 열방향으로 서로 인접하여 위치할 수도 있다. 이외에도, 가시광 감지 센서(VIS)와 적외선 감지 센서(IR)는 다양한 방법으로 배열될 수 있다.
표시 장치는 제1 표시판(100)의 하부에 위치하는 광원부(light source unit)(900)를 포함한다. 광원부(900)는 적어도 하나의 적외선 발광부(920)와 적어도 하나의 가시광 발광부(930)를 포함할 수 있다. 적외선 발광부(920)와 가시광 발광부(930)는 발광 다이오드(light emitting diode)와 같은 점광원일 수 있다. 적외선 발광부(920)와 가시광 발광부(930)로부터 각각 출사되는 적외선과 가시광은 실질적으로 제1 표시판(100)에 수직하게 입사될 수 있다. 적외선 발광부(920)와 가시광 발광부(930)는 광원부(900)의 대부분의 면에서 적외선과 가시광이 제공될 수 있도록 광원부(900)에 균일하게 분포할 수 있다. 예를 들어, 적외선 발광부(920)와 가시광 발광부(930)는 서로 교대로 배열될 수 있고, 무질서하게 배열될 수 있으며, 소정의 비율로 배열될 수 있다.
광원부(900)에서 적외선 및 가시광을 발생시킨다. 적외선은 제1 표시판(100), 전기 광학 활성층(3), 그리고 제2 표시판(200)을 순차적으로 통과한다. 가시광은 제1 표시판(100), 전기 광학 활성층(3), 그리고 제2 표시판(200)을 순차적으로 통과한다.
표시 장치 위에 위치하는 제1 물체(T1)의 터치 센싱을 위해서는 광원부(900)로부터 제공되는 적외선이 사용될 수 있다. 제1 물체(T1)가 표시 장치에 인접하는 경우 표시 장치로부터 출사된 적외선은 제1 물체(T1)에서 반사된다. 그리고 반사된 적외선은 제2 표시판(200)에 위치하는 적외선 감지 센서(IR)에 입사되어 감지된다. 따라서 제1 물체(T1)에 대한 터치 센싱이 이루어져 제1 물체(T1)의 접촉 유무, 접촉 위치, 형상, 그리고 크기와 같은 접촉 정보가 수득될 수 있다.
표시 장치로부터 출사되는 가시광의 계조가 외부로부터 표시 장치에 입사되는 가시광의 계조 보다 밝은 경우, 표시 장치에 인접하는 제2 물체(T2)에 대한 이미지 센싱 시 표시 장치로부터 출사되는 가시광이 사용될 수 있다. 구체적으로, 액정 표시 장치로부터 출사되는 가시광은 제2 물체(T2)에서 반사된다. 반사된 가시광은 제2 표시판(200)에 위치하는 가시광 감지 센서(VIS)에 입사되어 감지된다. 따라서 제2 물체(T2)에 대해 이미지 센싱이 이루어져 제2 물체(T2)의 형상, 크기, 색체와 같은 이미지 정보가 수득될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 신호 제어부(600)는 감지 게이트 제어 신호(CONT3) 및 감지 데이터 제어 신호(CONT4)를 각각 감지 게이트 구동부(700) 및 감지 데이터 구동부(800)로 전송하며, 감지 게이트 구동부(700) 및 감지 데이터 구동부(800)는 각각 감지 게이트 신호 및 감지 데이터 신호를 광학 센서로 전송한다. 감지 게이트 구동부(700)는 적외선 감지 게이트선(infrared light sensing gate line)(GLi) 및 가시광 감지 게이트선(visible light sensing gate line)(GLv)을 통하여 각각 적외선 감지 센서(IR) 및 가시광 감지 센서(VIS)에 연결되어 있다. 감지 데이터 구동부(800)는 적외선 감지 데이터선(infrared light sensing data line)(DLi) 및 가시광 감지 데이터선(visible light sensing data line)(DLv)를 통하여 각각 적외선 감지 센서(IR) 및 가시광 감지 센서(VIS)에 연결되어 있다. 감지 게이트 구동부(700) 및 감지 데이터 구동부(800)는 각각 적어도 하나의 집적 칩을 포함할 수도 있으며, 제2 표시판(200)에 실장되어(integrated) 있을 수도 있다.
가시광 감지 센서(VIS)는 가시광 감지 트랜지스터(visible light sensing transistor)(Tv)를 포함한다. 또한, 가시광 감지 센서(VIS)는 제1 축전기(Cs1)를 포함할 수 있다.
가시광 감지 트랜지스터(Tv)의 입력 단자는 구동 전압(Vd1)에 연결되어 있으며, 가시광 감지 트랜지스터(Tv)의 출력 단자는 스위칭 트랜지스터(Ts)의 입력 단자에 연결되어 있으며, 가시광 감지 트랜지스터(Tv)의 제어 단자는 기준 전압(Vr1)에 연결되어 있다.
스위칭 트랜지스터(Ts)의 입력 단자는 가시광 감지 트랜지스터(Tv)의 출력 단자에 연결되어 있으며, 스위칭 트랜지스터(Ts)의 출력 단자는 가시광 감지 데이터선(DLv)에 연결되어 있으며, 스위칭 트랜지스터(Ts)의 제어 단자는 가시광 감지 게이트선(GLv)에 연결되어 있다.
제1 축전기(Cs1)의 양 단자는 각각 가시광 감지 트랜지스터(Tv)의 입력 단자와 출력 단자에 연결되어 있다.
적외선 감지 센서(IR)는 적외선 감지 트랜지스터(infrared light sensing transistor)(Ti)를 포함한다. 또한, 적외선 감지 센서(IR)는 제2 축전기(Cs2)를 포함할 수 있다.
적외선 감지 트랜지스터(Ti)의 입력 단자는 구동 전압(Vd2)에 연결되어 있으며, 적외선 감지 트랜지스터(Ti)의 출력 단자는 스위칭 트랜지스터(Ts)의 입력 단자에 연결되어 있으며, 적외선 감지 트랜지스터(Ti)의 제어 단자는 기준 전압(Vr2)에 연결되어 있다.
스위칭 트랜지스터(Ts)의 입력 단자는 적외선 감지 트랜지스터(Ti)의 출력 단자에 연결되어 있으며, 스위칭 트랜지스터(Ts)의 출력 단자는 적외선 감지 데이터선(DLi)에 연결되어 있으며, 스위칭 트랜지스터(Ts)의 제어 단자는 적외선 감지 게이트선 (GLi)에 연결되어 있다.
제2 축전기(Cs2)의 양 단자는 각각 적외선 감지 트랜지스터(Ti)의 입력 단자와 출력 단자에 연결되어 있다.
가시광 감지 게이트선(GLv)과 적외선 감지 게이트선(GLi)은 서로 공통된 배선이 사용될 수도 있고, 서로 독립된 배선이 사용될 수도 있다. 가시광 감지 데이터선(DLv)과 적외선 감지 데이터선(DLi)은 서로 공통된 배선이 사용될 수도 있고, 서로 독립된 배선이 사용될 수도 있다. 가시광 감지 트랜지스터(Tv) 및 적외선 감지 트랜지스터(Ti)에 각각 인가되는 구동 전압들(Vd1, Vd2)은 서로 독립된 배선을 통해 인가될 수도 있고, 공통된 배선을 통해 인가될 수도 있다. 가시광 감지 트랜지스터(Tv) 및 적외선 감지 트랜지스터(Ti)에 각각 인가되는 기준 전압들(Vr1, Vr2)은 서로 독립된 배선을 통해 인가될 수도 있고, 공통된 배선을 통해 인가될 수도 있다.
도 4를 참고하면, 감지 게이트 구동부(700)는 제1 감지 게이트 구동부(710), 제2 감지 게이트 구동부(720), 그리고 제3 감지 게이트 구동부(730)를 포함한다. 감지 게이트 구동부(700)는 전압 공급부(voltage supply unit)(80)로부터 감지 게이트 오프 전압(Voff)을 공급받는다. 감지 게이트 구동부(700)와 제2 표시판(200)은 복수의 접촉 부재들(contact members)(P1-P12, Q1-Q12)을 통해 서로 연결되어 있으며, 이들 접촉 부재들(P1-P12, Q1-Q12)을 통해 감지 게이트 오프 전압(Voff)이 제1 감지 게이트 구동부(710), 제2 감지 게이트 구동부(720), 그리고 제3 감지 게이트 구동부(730)에 인가된다.
제1 감지 게이트 구동부(710)에서 감지 게이트 오프 전압(Voff)을 입력 받는 단자는 P4이며, 제2 감지 게이트 구동부(720)에서 감지 게이트 오프 전압(Voff)을 입력 받는 단자는 P6 및 P8이며, 제3 감지 게이트 구동부(730)에서 감지 게이트 오프 전압(Voff)을 입력 받는 단자는 P10이다. 여기서 P4 및 P6에 각각 인가되는 감지 게이트 오프 전압(Voff)은 실질적으로 동일하며, 이는 각각의 감지 게이트 오프 전압(Voff)이 전압 공급부(80)로부터 실질적으로 동일한 저항을 통과하여 P4 및 P6에 인가되었기 때문이다. 이에 따라, 제1 감지 게이트 구동부(710) 및 제2 감지 게이트 구동부(720)에 실질적으로 동일한 감지 게이트 오프 전압(Voff)이 인가되므로, 감지 이미지(sensing image)가 전면에 걸쳐 편차 없이 균일하게 인식될 수 있다.
반면, 제1 감지 게이트 구동부(710) 및 제2 감지 게이트 구동부(720)에 동일하지 않은 감지 게이트 오프 전압(Voff)이 인가된 경우, 감지 이미지의 상단부와 하단부에 편차가 발생할 수 있다. 이는 광학 센서가 포함된 표시 장치의 경우, 미세한 전압 차이에 의해서도 감지 이미지에 편차가 발생할 수 있기 때문이다.
전압 공급부(80)로부터 P4 및 P6에 각각 감지 게이트 오프 전압(Voff)이 인가되기까지의 경로를 상세하게 설명한다. 전압 공급부(80)로부터의 감지 게이트 오프 전압(Voff)은 Q1에서 Q2으로 인가되며, Q1과 Q2 사이에 컨택 저항(contact resistance)(Rcnt)이 있다. 감지 게이트 오프 전압(Voff)은 제1 감지 게이트 구동부(710)의 Q2로 인가된 후, Q4를 통해 제2 표시판(200)의 Q3로 인가된다. Q2와 Q4 사이에 감지 게이트 구동부(710)의 내부 저항(Rf)이 있으며, Q4와 Q2 사이에 컨택 저항(Rcnt)이 있다. Q3로 인가된 감지 게이트 오프 전압(Voff)은 저항(Ra) 및 저항(Rb)을 통과하여 P3 및 P5에 동시에 인가되며, P3 및 P5에 인가된 감지 게이트 오프 전압(Voff)은 실질적으로 동일한 크기로 각각 P4 및 P6에 인가된다. P3 및 P4 사이와 P5 및 P6 사이에 각각 컨택 저항(Rcnt)이 있다.
제2 감지 게이트 구동부(720)의 P8 및 제3 감지 게이트 구동부(730)의 P10에 각각 인가되는 감지 게이트 오프 전압(Voff)은 실질적으로 동일하며, 이는 각각의 감지 게이트 오프 전압(Voff)이 전압 공급부(80)로부터 실질적으로 동일한 저항을 통과하여 P8 및 P10에 인가되었기 때문이다. 이에 따라, 제2 감지 게이트 구동부(720) 및 제3 감지 게이트 구동부(730)에 실질적으로 동일한 감지 게이트 오프 전압(Voff)이 인가되므로, 감지 이미지가 전면에 걸쳐 편차 없이 균일하게 인식될 수 있다.
전압 공급부(80)로부터 P4 및 P6에 각각 감지 게이트 오프 전압(Voff)이 인가되기까지의 경로를 상세하게 설명한다. 먼저, 감지 게이트 오프 전압(Voff)은 전압 공급부(80)로부터 Q1, Q2, Q4, Q3, Q5, Q6, Q8, 그리고 Q7을 차례로 통과한다. 다음, 감지 게이트 오프 전압(Voff)은 저항(Rc) 및 저항(Rd)을 통과하여 P7 및 P9에 동시에 인가되며, P7 및 P9에 인가된 감지 게이트 오프 전압(Voff)은 실질적으로 동일한 크기로 각각 P8 및 P10에 인가된다.
제2 감지 게이트 구동부(720)에서 게이트 오프 전압(Voff)은 P6과 P8을 통하여 각각 인가되므로, 하기 수학식 1처럼, 전압 공급부(80)로부터 게이트 오프 전압(Voff)이 각각 P6 및 P8에 인가되기까지 저항값들의 합이 실질적으로 동일할 때, P6과 P8에 실질적으로 동일한 게이트 오프 전압(Voff)이 인가될 수 있다.
[수학식 1]
Rt(P6)=Rt(P8)
P6에 게이트 오프 전압(Voff)이 인가될 때까지 게이트 오프 전압(Voff)이 통과하는 저항들은 차례대로 Rcnt, Rf, Rcnt, Ra, Rb, 그리고 Rcnt이며, 저항 값들의 합은 하기 수학식 2로 표시된다.
[수학식 2]
Rt(P6)=Ra+Rb+Rf+3Rcnt
P8에 게이트 오프 전압(Voff)이 인가될 때까지 게이트 오프 전압(Voff)이 통과하는 저항들은 차례대로 Rcnt, Rf, Rcnt, Ra, Ra, Rcnt, Rf, Rcnt, Rc, Rd, 그리고 Rcnt이며, 저항 값들의 합은 하기 수학식 3으로 표시된다.
[수학식 3]
Rt(P8)=2Ra+Rc+Rd+2Rf+5Rcnt
상기 수학식 1 내지 3을 정리하면, 하기 수학식 4와 같이 표시된다.
[수학식 4]
Rb=Ra+Rc+Rd+Rf
이에 따라, 하기 수학식 4가 만족하도록 Ra, Rb, Rc, Rd, 또는 Rf 중 적어도 하나의 저항 값을 조절하여 등저항 설계를 할 때, P6 및 P8에 실질적으로 동일한 감지 게이트 오프 전압(Voff)이 인가될 수 있다.
표시 장치가 액정 표시 장치일 때, 액정 표시 장치를 도시하면 도 5와 같다. 액정 표시 장치는 두 전극 사이에서 발생하는 전계에 의하여 액정의 배향 방향을 변경시키고, 이에 따라 빛의 투과량을 조절하여 영상을 표시한다. 도 5를 참고하면, 제1 표시판(100)은 게이트선(GL1-GLn), 데이터선(DL1-DLm) 및 이들에 연결된 박막 트랜지스터(105)를 포함할 수 있다. 박막 트랜지스터(105)는 게이트선(GL1-GLn) 및 데이터선(DL1-DLm)에 인가되는 신호에 기초하여 화소(103)에 인가되는 전압을 제어한다. 화소(103)는 유지 용량 커패시터(107)를 추가로 포함할 수 있으며, 유지 용량 커패시터(107)는 화소(103)에 인가된 전압이 일정 시간 동안 유지되도록 한다. 예를 들어, 하나의 화소(103)는 박막 트랜지스터(105), 유지 용량 커패시터(107) 및 액정 용량 커패시터(109)를 포함할 수 있다. 제1 표시판(100)에 대향하는 제2 표시판(200)은 블랙 매트릭스, 컬러 필터, 그리고 공통 전극을 포함할 수 있다. 공통 전극에는 공통 전압(Vcom)이 인가된다. 이외에도, 제2 표시판(200)에 포함된 컬러 필터, 블랙 매트릭스, 또는 공통 전극 중 적어도 하나가 제1 표시판(100)에 포함될 수 있다. 공통 전극과 화소 전극이 모두 제1 표시판(100)에 형성된 경우, 공통 전극 또는 화소 전극 중 적어도 하나는 선형 전극 형태로 형성될 수 있다. 액정층은 TN 모드의 액정, VA 모드의 액정, ECB 모드의 액정 등을 포함할 수 있다. 제2 표시판(200)의 외측면 및 제1 표시판(100)의 외측면에는 각각 편광판이 부착될 수 있다.
액정 표시판 조립체(300)는 복수의 화소(pixel)를 포함한다. 복수의 화소(PX)는 복수의 신호선에 연결되어 있다. 신호선은 게이트 신호("주사 신호"라고도 함)를 전달하는 복수의 게이트선(GL1-GLn)과 데이터 신호를 전달하는 데이터선(DL1-DLm)을 포함한다.
계조 전압 생성부(미도시)는 화소의 투과율과 관련된 두 개의 계조 전압 집합(또는 기준 계조 전압 집합)을 생성한다. 두 벌 중 한 벌은 공통 전압(Vcom)에 대하여 양의 값을 가지고 다른 한 벌은 음의 값을 가진다.
게이트 구동부(400)는 액정 표시판 조립체(300)의 게이트선(GL1-GLn)에 연결되어 게이트 온 전압(Von)과 게이트 오프 전압(Voff)의 조합으로 이루어진 게이트 신호를 게이트선(GL1-GLn)에 인가한다.
데이터 구동부(500)는 액정 표시판 조립체(300)의 데이터선 DL1-DLm)에 연결되어 계조 전압 생성부로부터의 계조 전압을 선택하여 데이터 전압으로서 화소에 인가한다. 그러나 계조 전압 생성부가 모든 계조에 대한 전압을 모두 제공하는 것이 아니라 정해진 수의 기준 계조 전압만을 제공하는 경우에, 데이터 구동부(500)는 기준 계조 전압을 분압하여 전체 계조에 대한 계조 전압을 생성하고 이 중에서 데이터 신호를 선택한다.
신호 제어부(600)는 게이트 구동부(400), 데이터 구동부(500), 감지 게이트 구동부(700), 감지 데이터 구동부(800)를 제어한다.
이러한 구동 장치(400, 500, 600, 700, 800) 각각은 적어도 하나의 집적 회로 칩의 형태로 액정 표시판 조립체(300) 위에 직접 장착되거나, 가요성 인쇄 회로막(flexible printed circuit film)(도시하지 않음) 위에 장착되어 TCP(tape carrier package)의 형태로 액정 표시판 조립체(300)에 부착될 수도 있다. 이와는 달리, 이들 구동 장치(400, 500, 600, 700, 800)가 신호선과 박막 트랜지스터 스위칭 소자(Q) 따위와 함께 액정 표시판 조립체(300)에 집적될 수도 있다. 또한, 이들 구동 장치(400, 500, 600, 700, 800) 모두가 단일 칩으로 집적될 수 있으며, 이 경우 이들 중 적어도 하나 또는 이들을 이루는 적어도 하나의 회로 소자가 단일 칩 바깥에 있을 수 있다.
신호 제어부(600)는 외부의 그래픽 제어기(도시하지 않음)로부터 입력 영상 신호(R, G, B) 및 이의 표시를 제어하는 입력 제어 신호를 수신한다. 입력 영상 신호(R, G, B)는 각 화소(PX)의 휘도(luminance) 정보를 담고 있으며 휘도는 정해진 수효, 예를 들면 1024(=210), 256(=28) 또는 64(=26) 개의 계조(gray)를 가지고 있다. 입력 제어 신호의 예로는 수직 동기 신호(Vsync), 수평 동기 신호(Hsync), 메인 클록(MCLK), 데이터 인에이블 신호(DE) 등이 있다.
신호 제어부(600)는 입력 영상 신호(R, G, B)와 입력 제어 신호를 기초로 입력 영상 신호(R, G, B)를 액정 표시판 조립체(300) 및 데이터 구동부(500)의 동작 조건에 맞게 적절히 처리한다. 신호 제어부(600)는 게이트 제어 신호(CONT1) 및 데이터 제어 신호(CONT2), 감지 게이트 제어 신호(CONT3), 감지 데이터 제어 신호(CONT4) 등을 생성한다. 신호 제어부(600)는 게이트 제어 신호(CONT1)를 게이트 구동부(400)로 전송하고 데이터 제어 신호(CONT2)와 처리한 영상 신호(DAT)를 데이터 구동부(500)로 전송하고, 감지 게이트 제어 신호(CONT3)를 감지 게이트 구동부(700)로 전송하고, 감지 데이터 제어 신호(CONT4)를 감지 데이터 구동부(800)로 전송한다. 출력 영상 신호(DAT)는 디지털 신호로서 정해진 수효의 값(또는 계조)을 가진다.
게이트 제어 신호(CONT1)는 주사 시작을 지시하는 주사 시작 신호(STV)와 게이트 온 전압(Von)의 출력 주기를 제어하는 적어도 하나의 클록 신호를 포함한다. 게이트 제어 신호(CONT1)는 또한 게이트 온 전압(Von)의 지속 시간을 한정하는 출력 인에이블 신호(OE)를 더 포함할 수 있다.
데이터 제어 신호(CONT2)는 한 행의 화소(PX)에 대한 영상 데이터의 전송 시작을 알리는 수평 동기 시작 신호(STH)와 데이터선(D1-Dm)에 데이터 신호를 인가하라는 로드 신호(LOAD) 및 데이터 클록 신호(HCLK)를 포함한다. 데이터 제어 신호(CONT2)는 또한 공통 전압(Vcom)에 대한 데이터 신호의 전압 극성(이하 "공통 전압에 대한 데이터 신호의 전압 극성"을 줄여 "데이터 신호의 극성"이라 함)을 반전시키는 반전 신호(RVS)를 더 포함할 수 있다.
신호 제어부(600)로부터의 데이터 제어 신호(CONT2)에 따라, 데이터 구동부(500)는 한 행의 화소(PX)에 대한 디지털 영상 신호(DAT)를 수신하고, 각 디지털 영상 신호(DAT)에 대응하는 계조 전압을 선택함으로써 디지털 영상 신호(DAT)를 아날로그 데이터 신호로 변환한 다음, 이를 해당 데이터선(D1-Dm)에 인가한다. 계조 전압 생성부가 만들어내는 계조 전압의 수효는 디지털 영상 신호(DAT)가 나타내는 계조의 수효와 동일하다.
게이트 구동부(400)는 신호 제어부(600)로부터의 게이트 제어 신호(CONT1)에 따라 게이트 온 전압(Von)을 게이트선(G1-Gn)에 인가하여 이 게이트선(G1-Gn)에 연결된 스위칭 소자(Q)를 턴온시킨다. 그러면, 데이터선(D1-Dm)에 인가된 데이터 신호가 턴온된 스위칭 소자(Q)를 통하여 해당 화소(PX)에 인가된다.
화소(PX)에 인가된 데이터 신호의 전압과 공통 전압(Vcom)의 차이는 액정 축전기(CLC)의 충전 전압, 즉 화소 전압으로서 나타난다. 액정 분자들은 화소 전압의 크기에 따라 그 배열을 달리하며 이에 따라 액정층을 통과하는 빛의 편광이 변화한다. 이러한 편광의 변화는 표시판 조립체(300)에 부착된 편광자에 의하여 빛의 투과율 변화로 나타나며, 이를 통해 화소(PX)는 영상 신호(DAT)의 계조가 나타내는 휘도를 표시한다.
1 수평 주기["1H"라고도 쓰며, 수평 동기 신호(Hsync) 및 데이터 인에이블 신호(DE)의 한 주기와 동일함]를 단위로 하여 이러한 과정을 되풀이함으로써, 복수의 게이트선에 대하여 차례로 게이트 온 전압(Von)을 인가하여 복수의 화소(PX)에 데이터 신호를 인가하여 한 프레임(frame)의 영상을 표시한다.
한 프레임이 끝나면 다음 프레임이 시작되고 각 화소(PX)에 인가되는 데이터 신호의 극성이 이전 프레임에서의 극성과 반대가 되도록 데이터 구동부(500)에 인가되는 반전 신호(RVS)의 상태가 제어된다("프레임 반전"). 이때, 한 프레임 내에서도 반전 신호(RVS)의 특성에 따라 한 데이터선을 통하여 흐르는 데이터 신호의 극성이 바뀌거나(보기: 행 반전, 점 반전), 한 화소행에 인가되는 데이터 신호의 극성도 서로 다를 수 있다(보기: 열 반전, 점 반전).
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
3: 전기 광학 활성층
100: 제1 표시판 200: 제2 표시판
900: 광원부 920: 적외선 발광부
930: 가시광 발광부
IR: 적외선 감지부 VIS: 가시광 감지부

Claims (20)

  1. 제1 표시판,
    상기 제1 표시판에 대면하고, 광학 센서(optical sensor)를 포함하는 제2 표시판,
    상기 제1 표시판 및 상기 제2 표시판 사이에 위치하는 전기 광학 활성층(electro-optical active layer), 그리고
    제1 감지 게이트 구동부 및 제2 감지 게이트 구동부를 포함하고, 상기 광학 센서로 감지 게이트 신호를 전송하는 감지 게이트 구동부(sensing gate driver)
    를 포함하고,
    상기 제1 감지 게이트 구동부의 제1 접촉 부재로 인가되는 제1 감지 게이트 오프 전압(sensing gate off voltage)은 상기 제2 감지 게이트 구동부의 제2 접촉 부재로 인가되는 제2 감지 게이트 오프 전압과 실질적으로 동일하고,
    상기 제2 표시판은 제1 저항, 제2 저항, 제3 저항, 및 제4 저항을 포함하고, 상기 제2 감지 게이트 구동부는 내부 저항을 포함하고, 상기 제2 저항은 상기 제1 저항, 상기 제3 저항, 상기 제4 저항, 및 상기 내부 저항의 합과 동일한, 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    생성된 감지 게이트 오프 전압이 상기 제1 접촉 부재로 인가될 때까지 통과한 저항 값은 상기 생성된 감지 게이트 오프 전압이 상기 제2 접촉 부재로 인가될 때까지 통과한 저항 값과 실질적으로 동일한 표시 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 감지 게이트 구동부는 제3 감지 게이트 구동부를 포함하고, 상기 제2 감지 게이트 구동부의 제3 접촉 부재로 인가되는 제3 감지 게이트 오프 전압은 상기 제3 감지 게이트 구동부의 제4 접촉 부재로 인가되는 제4 감지 게이트 오프 전압과 실질적으로 동일한 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    생성된 감지 게이트 오프 전압이 상기 제3 접촉 부재로 인가될 때까지 통과한 저항 값은 상기 생성된 감지 게이트 오프 전압이 상기 제4 접촉 부재로 인가될 때까지 통과한 저항 값과 실질적으로 동일한 표시 장치.
  5. 제3항에서,
    상기 제2 감지 게이트 오프 전압과 상기 제3 감지 게이트 오프 전압은 실질적으로 동일한 표시 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 제1 감지 게이트 구동부는 상기 감지 게이트 구동부에서 가장 먼저 감지 게이트 오프 전압을 인가 받는 것인 표시 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 광학 센서는 가시광 감지 센서를 포함하는 표시 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 가시광 감지 센서는 가시광 감지 트랜지스터와 상기 가시광 감지 트랜지스터에 연결되어 있는 제1 축전기를 포함하는 표시 장치.
  9. 제6항에서,
    상기 광학 센서는 적외선 감지 센서를 포함하는 표시 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 적외선 감지 센서는 적외선 감지 트랜지스터와 상기 적외선 감지 트랜지스터에 연결되어 있는 제2 축전기를 포함하는 표시 장치.
  11. 제1 표시판,
    상기 제1 표시판에 대면하고, 광학 센서(optical sensor)를 포함하는 제2 표시판,
    상기 제1 표시판 및 상기 제2 표시판 사이에 위치하는 전기 광학 활성층(electro-optical active layer), 그리고
    제1 감지 게이트 구동부 및 제2 감지 게이트 구동부를 포함하고, 상기 광학 센서로 감지 게이트 신호를 전송하는 감지 게이트 구동부(sensing gate driver)
    를 포함하고,
    상기 제2 표시판은 감지 게이트 오프 전압이 인가되는 제1 접촉 부재, 서로 직렬로 연결되어 있는 제1 저항 및 제2 저항을 통하여 상기 제1 접촉 부재에 연결되어 있는 제2 접촉 부재, 그리고 서로 직렬로 연결되어 있는 제3 저항 및 제4 저항을 통하여 서로 연결되어 있는 제3 접촉 부재와 제4 접촉 부재를 포함하고,
    상기 제3 접촉 부재는 상기 제1 감지 게이트 구동부에 연결되어 있고, 상기 제4 접촉 부재는 상기 제2 감지 게이트 구동부에 연결되어 있고,
    상기 제1 저항 및 상기 제3 저항은 서로 연결되어 있고, 상기 제2 저항 및 상기 제4 저항은 서로 연결되어 있는 표시 장치.
  12. 제11항에서,
    상기 제1 저항 및 상기 제2 저항의 크기는 실질적으로 동일하고, 상기 제3 저항 및 상기 제4 저항의 크기는 실질적으로 동일한 표시 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 감지 게이트 구동부는 제3 감지 게이트 구동부를 포함하고,
    상기 제2 표시판은 상기 제2 감지 게이트 구동부로부터 전압을 인가 받고 제5 저항에 연결되어 있는 제5 접촉 부재, 그리고 서로 직렬로 연결되어 있는 제6 저항 및 제7 저항을 통하여 서로 연결되어 있는 제6 접촉 부재와 제7 접촉 부재를 포함하고,
    상기 제6 접촉 부재는 상기 제2 감지 게이트 구동부에 연결되어 있고, 상기 제7 접촉 부재는 상기 제3 감지 게이트 구동부에 연결되어 있고, 그리고
    상기 제5 저항 및 상기 제6 저항은 서로 연결되어 있고, 상기 제5 저항 및 상기 제7 저항은 서로 연결되어 있는 표시 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 제6 저항 및 상기 제7 저항의 크기는 실질적으로 동일한 표시 장치.
  15. 제14항에서,
    하기 수학식 4를 만족하는 표시 장치:
    [수학식 4]
    Rb=Ra+Rc+Rd+Rf
    상기 수학식 4에서 Ra는 상기 제1 저항, Rb는 상기 제3 저항, Rc는 상기 제5 저항, Rd는 상기 제6 저항, 그리고 Rf는 상기 제2 감지 게이트 구동부의 저항이다.
  16. 제11항에서,
    상기 제1 감지 게이트 구동부는 상기 감지 게이트 구동부에서 가장 먼저 감지 게이트 오프 전압을 인가 받는 것인 표시 장치.
  17. 제16항에서,
    상기 광학 센서는 가시광 감지 센서를 포함하는 표시 장치.
  18. 제17항에서,
    상기 가시광 감지 센서는 가시광 감지 트랜지스터와 상기 가시광 감지 트랜지스터에 연결되어 있는 제1 축전기를 포함하는 표시 장치.
  19. 제16항에서,
    상기 광학 센서는 적외선 감지 센서를 포함하는 표시 장치.
  20. 제19항에서,
    상기 적외선 감지 센서는 적외선 감지 트랜지스터와 상기 적외선 감지 트랜지스터에 연결되어 있는 제2 축전기를 포함하는 표시 장치.
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