KR102482552B1

KR102482552B1 - 액정 표시장치

Info

Publication number: KR102482552B1
Application number: KR1020160065301A
Authority: KR
Inventors: 한예슬; 김가경; 김강일; 김원두
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2016-05-27
Filing date: 2016-05-27
Publication date: 2022-12-30
Also published as: KR20170134848A

Abstract

본 발명은 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터와 연결된 픽셀 전극, 픽셀 전극과 전계를 형성하는 공통 전극, 전계를 통해 구동하는 액정셀, 및 컬러필터들을 갖는 픽셀 어레이를 포함하는 액정 표시장치에 관한 것으로, 표시패널, 백라이트 유닛, 광학 센서를 포함한다. 표시패널은 픽셀 어레이 내에 정의된 제1 영역 및 제2 영역을 갖는다. 백라이트 유닛은 표시패널 후방에 배치되어 표시패널의 제1 영역에 빛을 조사한다. 광학 센서는 표시패널의 후방에서 제2 영역과 대응하는 위치에 배치된다. 액정셀은 제1 영역의 제1 액정셀과 제2 영역의 제2 액정셀을 포함하며, 제2 액정셀은 수직배향 액정들을 포함한다.

Description

액정 표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

본 발명은 액정 표시장치에 관한 것이다.

액정표시장치(Liquid Crystal Display Device: LCD), 유기 발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Diode Display : OLED Display), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel : PDP), 전기영동 표시장치(Electrophoretic Display Device: EPD) 등 각종 평판 표시장치가 개발되고 있다. 액정표시장치는 액정 분자에 인가되는 전계를 데이터 전압에 따라 제어하여 화상을 표시한다. 액티브 매트릭스(Active Matrix) 구동방식의 액정표시장치에는 픽셀 마다 박막트랜지스터(Thin Film Transistor: 이하 "TFT"라 함)가 형성되어 있다.

액정표시장치는 액정표시패널, 액정표시패널에 빛을 조사하는 백라이트 유닛(Backlight unit), 액정표시패널의 데이터 라인들에 데이터전압을 공급하기 위한 소스 드라이브 집적회로(Integrated Circuit, 이하 "IC"라 함), 액정표시패널의 게이트 라인들(또는 스캔라인들)에 게이트 펄스(또는 스캔 펄스)를 공급하기 위한 게이트 드라이브 IC, 및 상기 IC들을 제어하는 제어회로, 백라이트 유닛의 광원을 구동하기 위한 광원 구동회로 등을 구비한다.

본 발명의 목적은 풀 스크린 디스플레이를 구현하면서도, 표시패널의 배면에 배치된 광학 센서의 성능을 저하시키지 않는 표시장치를 제공하는 데 있다. 또한, 본 발명의 목적은 화면의 일부에 정보를 항상 표시할 수 있으면서도 소비 전력과 발열을 줄일 수 있는 표시장치를 제공하는 데 있다.

본 발명은 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터와 연결된 픽셀 전극, 픽셀 전극과 전계를 형성하는 공통 전극, 전계를 통해 구동하는 액정셀, 및 컬러필터들을 갖는 픽셀 어레이를 포함하는 액정 표시장치에 관한 것으로, 표시패널, 표시패널 구동회로를 포함한다. 표시패널은 픽셀 어레이 내에 정의된 제1 영역 및 제2 영역을 갖는다. 표시패널 구동회로는 전면 구동 모드(Full display mode)에서 제1 영역과 제2 영역의 픽셀들에 입력 영상의 데이터를 기입하고, 상시 구동 모드(Always on mode)에서 제2 영역의 픽셀들에만 미리 설정된 정보의 데이터를 기입한다. 표시패널의 제2 영역은, 노멀리 화이트 모드(Nomally White mode)로 구동된다.

본 발명에 의한 액정 표시장치는 표시패널의 픽셀 어레이를 제1 영역과 제2 영역으로 분할 구동하되, 제2 영역의 배면에 광학 센서을 배치하여 풀 스크린 디스플레이(Full Screen Display)를 구현할 수 있다. 본 발명에 의한 액정 표시장치는 제2 영역에 수직배향 액정을 주입하여 광학 센서 동작 시 광 산란 인자를 줄일 수 있다.

본 발명에 의한 액정 표시장치는 표시패널의 픽셀 어레이를 제1 영역과 제2 영역으로 분할 구동하고, 상시 구동 모드에서 제2 영역에만 소비 전력의 큰 증가 없이 사용자가 선택한 정보를 항상 표시할 수 있다. 본 발명에 의한 액정 표시장치는 제2 영역을 노멀리 화이트 모드로 구현함으로써 소비 전력을 줄일 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모바일 기기를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 표시장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 의한 표시장치의 개략적인 배치 예를 보여 주는 도면이다.
도 5는 표시패널의 단면 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 격벽 형성 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 의한 표시 장치를 개략적으로 보여 주는 평면도이다.
도 8은 표시패널 구동 회로를 보여 주는 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 멀티플렉서의 일 예를 보여 주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 의한 표시장치의 제어 방법을 보여 주는 흐름도이다.
도 11은 상시 구동 모드(Always on mode)와 전면 구동 모드(Full display mode)에서 표시장치의 동작을 보여 주는 도면이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 제2 실시예에 의한 표시장치의 구동 방법을 설명하기 위한 도면들이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모바일 기기를 개략적으로 보여 준다. 도 1 및 도 2에서 모바일 기기의 구조를 풀 터치 스크린 구조의 바 타입 단말기 구조로 예시하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다는 것에 주의하여야 한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 모바일 기기는 표시 모듈(DIS), 프론트 커버(front cover, 101), 백 커버(back cover, 103), 미드 프레임(mid frame), 메인 보드(104), 배터리(105) 등을 포함한다. 여기서, "커버"는 케이스(case), 하우징(housing)으로 표현될 수 있다.

표시 모듈(DIS)은 이러한 표시장치의 표시패널(100)과, 표시패널(100) 구동회로를 포함한다. 표시패널(100)에는 터치 센서들이 화면 전체에 배치될 수 있다. 표시패널(100) 구동회로는 드라이브 IC(DIC, 46)와, 드라이브 IC(46)를 메인 보드(104)에 연결하는 연성 회로 기판(30)을 포함한다. 표시패널(100) 구동회로는 도 4에 도시된 게이트 구동부(40, 42)를 더 포함한다. 연성 회로 기판(30)은 FPC(Flexible Printed Circuit board), FFC(Flexible Flat Cable) 중 어느 하나일 수 있다.

프론트 커버(101)는 모바일 기기의 전면을 덮는다. 모바일 기기의 전면에는 표시패널(100)의 화면이 노출된다. 프론트 커버(101)는 표시패널(100)을 덮는 강화 유리를 포함할 수 있다. 모바일 기기의 전면에는 카메라와 각종 센서들이 배치될 수 있다.

백 커버(103)는 모바일 기기의 배면을 덮는다. 모바일 기기의 배면에는 후방 카메라와 각종 센서들이 배치될 수 있다. 센서들은 모바일 기기에 적용 가능한 센서들 예를 들어, 근접 센서, 자이로 센서, 지자기 센서, 모션 센서, 조도 센서, RGB 센서, 홀 센서(Hall sensor), 온도/습도 센서, 심장 박동 센서, 지문 인식 센서 등 다양한 센서들을 포함한다.

프론트 커버(101)와 백 커버(103) 사이의 공간에 표시 모듈(DIS), 미드 프레임(102), 메인 보드(104), 배터리(105) 등이 배치된다. 미드 프레임(102)은 표시패널(100)을 지지하고, 표시패널(100)과 메인 보드(104)를 공간적으로 분리한다. 연성 회로 기판(30)은 미드 프레임(102)의 슬롯을 통해 메인 보드(104)에 연결된다. 프론트 커버(101)와 백 커버(103)에는 A/V(Audio/Video) 입력부, 사용자 입력부, 스피커, 마이크 등이 설치된다. A/U 입력부, 사용자 입력부, 스피커, 및 마이크는 메인 보드(104)에 연결된다. 사용자 입력부는 터치 키 패드(touch key pad), 돔 스위치(dome switch), 터치 패드, 조그 휠, 조그 스위치 등으로 구성될 수 있다.

메인 보드(104)에는 호스트 시스템의 회로들이 실장된다. 호스트 시스템은 표시 모듈, 무선 통신 모듈, 근거리 통신 모듈, 이동 통신 모듈, 방송 수신 모듈, A/U 입력부, GPS(Global Position System) 모듈, 전원 회로 등을 포함한다. 호스트 시스템에는 사용자 입력부, 스피커, 마이크, 배터리(105) 등이 연결된다. 전원 회로는 배터리(105)의 전압에서 노이즈를 제거하여 호스트 시스템과 표시패널(100) 구동회로의 모듈 전원부에 공급한다.

호스트 시스템은 이 실시예에서 폰 시스템(Phone system)으로 예시되었으나 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 본 발명의 표시장치는 TV(Television) 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템 등에 적용될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 통하여, 본 발명의 특징을 자세하게 설명하기로 한다.

<제1 실시예>

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 의한 표시장치를 설명한다. 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 표시장치를 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 의한 표시장치의 개략적인 배치 예를 보여 주는 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 의한 표시장치는 표시패널(100), 드라이브 IC(Integrated Circuit), 타이밍 콘트롤러(Timing Controller, TCON)(50) 등을 포함한다.

표시패널(100)은 액정셀(Clc)을 사이에 두고 대향하는 상부 기판(SUBU)과 하부 기판(SUBL)을 포함한다. 표시패널(100)에서 영상 데이터는 매트릭스 형태로 픽셀들이 배치된 픽셀 어레이 영역의 적어도 일부에 표시된다. 픽셀 어레이 영역은 제1 영역(AR1)과 제2 영역(AR2)으로 구분되어 정의된다. 픽셀 어레이는 하부 기판(SUBL)에 형성된 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; 이하 "TFT"라 함) 어레이와, 상부 기판(SUBU)에 형성된 컬러필터 어레이를 포함한다. COT(Color filter on TFT) 공정을 이용하면, 컬러 필터는 하부 기판(SUBL)의 TFT 어레이에 형성될 수 있다.

TFT 어레이에는 데이터 라인(DL)들과 게이트 라인(GL)들을 포함한다. 데이터 라인(DL)들은 제1 방향(예를 들어, y축 방향)을 따라 형성된다. 데이터 라인(DL)들에는 데이터 전압이 인가된다. 게이트 라인(GL)들은 제1 방향과 교차하는 제2 방향(예를 들어, x축 방향)을 따라 형성된다. 게이트 라인(GL)들에는 게이트 펄스가 인가된다.

TFT 어레이에서, 데이터 라인들(DL)과 게이트 라인들(GL)의 교차부에는 TFT들이 형성된다. TFT는 게이트 라인(GL)으로부터의 게이트 펄스에 응답하여 데이터 라인(DL)으로부터의 데이터 전압을 액정셀(Clc)의 픽셀 전극(1)에 공급한다. 액정셀들(Clc) 각각은 TFT를 통해 데이터 전압을 충전하는 픽셀 전극(1)과 공통전압(Vcom)이 인가되는 공통전극(2)의 전압차에 의해 구동된다. 액정셀(Clc)에는 액정셀의 전압을 1 프레임 기간 동안 유지시키는 스토리지 커패시터(Cst)가 접속된다. 표시패널(100)의 상부 기판(SUBU)과 하부 기판(SUBL) 각각에는 편광판이 부착되고, 액정의 프리틸트각(pre-tilt angle)을 설정하기 위한 배향막이 형성된다.

드라이브 IC는 소스 드라이브 IC(SIC, 46)와 게이트 드라이브 IC(GIC, 40)를 포함하는 표시패널(100)의 구동회로이다. 소스 드라이브 IC(SIC)와 게이트 드라이브 IC(GIC)는 COF(Chip on film)와 같은 연성회로기판 상에 함께 실장될 수 있다. COF의 입력단은 PCB(Printed Circuit Board)에 접합되고, COF의 출력단은 표시패널(100)의 하부 기판(SUBL)에 접합될 수 있다. 게이트 드라이브 IC(GIC)는 GIP(Gate-driver In Panel) 회로의 방식에 따라 표시패널(100)의 베젤 영역 상에 직접 배치될 수 있다.

소스 드라이브 IC(SIC)는 타이밍 콘트롤러(50)의 제어 하에 입력 영상의 디지털 비디오 데이터들을 샘플링한 후에 래치(Latch)하여 병렬 데이터 체계의 데이터로 변환한다. 소스 드라이브 IC(SIC)는 타이밍 콘트롤러(50)의 제어 하에 디지털-아날로그 변환기(Digital to Analog converter, ADC)를 이용하여 디지털 비디오 데이터들을 아날로그 감마보상전압으로 변환하여 데이터 전압을 발생하고 그 데이터 전압을 데이터 라인들(DL)에 공급한다. 게이트 드라이브 IC(GIC)는 타이밍 콘트롤러(50)의 제어 하에 데이터 전압에 동기되는 게이트 펄스(또는 스캔펄스)를 제1 게이트 라인으로부터 제n 게이트 라인까지 순차적으로 공급한다.

타이밍 콘트롤러(50)는 호스트 시스템(60)으로부터 수신한 입력 영상의 디지털 비디오 데이터를 소스 드라이브 IC들(SIC)에 전송한다. 타이밍 콘트롤러(50)는 호스트 시스템(60)으로부터 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(CLK) 등의 타이밍 신호들을 입력받는다. 이러한 타이밍 신호들은 입력 영상의 디지털 비디오 데이터와 동기된다. 타이밍 콘트롤러(50)는 타이밍 신호(Vsync, Hsync, DE, CLK)를 이용하여 소스 드라이브 IC들(SIC)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 소스 타이밍 제어신호와, 게이트 드라이브 IC들(GIC)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 타이밍 제어신호를 발생한다.

호스트 시스템(Host System, SYSTEM)(60)은 텔레비젼 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 호스트 시스템(60)은 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)를 표시패널(100)에 적합한 포맷으로 변환한다. 호스트 시스템(60)은 입력 영상의 디지털 비디오 데이터와 함께 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, MCLK)을 타이밍 콘트롤러(50)로 전송한다.

도 4를 더 참조하면, 본 발명에 의한 표시장치는 표시패널(100), 표시패널(100)에 빛을 조사하는 백라이트 유닛(200), 및 광학 센서(300)를 포함한다.

표시패널(100)은 픽셀 어레이 영역에 정의된 제1 영역(AR1) 및 제2 영역(AR2)을 포함한다. 제1 영역(AR1)은 제1 액정셀(LC1, 도 5)을 포함하고, 제2 영역(AR2)은 제2 액정셀(LC2, 도 5)을 포함한다.

제1 영역(AR1)은 입력 영상이 구현되는 영역이다. 제1 영역(AR1)에 대응하는 표시패널(100)의 후방에는 백라이트 유닛(200)이 배치된다. 본 발명의 제1 실시예에 의한 표시장치는 제1 액정셀(LC1)에 인가되는 전계를 제어하여 백라이트 유닛(200)으로부터 입사되는 빛을 변조함으로써 화상을 표시한다.

백라이트 유닛(200)은 직하형(direct type) 및 에지형(edge type) 중 적어도 하나로 구현될 수 있다. 에지형 백라이트 유닛(200)은 도광판의 측면에 대향되도록 광원이 배치되고 액정표시패널(100)과 도광판 사이에 다수의 광학시트들이 배치되는 구조를 갖는다. 직하형 백라이트 유닛(200)은 액정표시패널(100)의 아래에 다수의 광학시트들과 확산판이 적층되고 확산판 아래에 다수의 광원들이 배치되는 구조를 갖는다.

제2 영역(AR2)에 대응하는 표시패널(100)의 후방에는 광학 센서(300)가 배치되어 표시장치의 보조 기능을 수행하는 영역이다. 광학 센서(300)는 제2 영역(AR2)의 배면에 구비된다. 본 발명의 제1 실시예에 의한 표시장치는 제2 액정셀(LC2)에 인가되는 전계를 제어하여 입사된 빛을 투과시키거나 차단함으로써, 투과율이 높은 일 영역을 제공할 수 있다. 제2 액정셀(LC2)과 광학 센서(300)는 서로 연동된다. 예를 들어, 제2 영역(AR2)은, 광학 센서(300)의 ON/OFF 신호에 동기하여 액정에 전계를 인가해 액정 배열을 변형시킴으로써 제2 액정셀(LC2)에 입사된 빛을 투과하거나 차단하는 광 변조기 기능을 수행할 수 있다.

광학 센서(300)는 카메라(또는, 이미지 센서) 또는 조도 센서일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 영역(AR2)은, 빛이 충분히 투과할 수 있는 표시패널(100)의 일부 영역이다. 이는, 제2 영역(AR2)에서 빛의 경로가 방해되지 않아, 표시패널(100)의 배면에 위치하는 광학 센서(300)가 본연의 기능을 수행할 수 있음을 의미한다.

제2 영역(AR2)의 제2 액정셀(LC2)은 수직배향 액정들을 포함한다. 제2 액정셀(LC2)은 VA(Vertical Alignment) 모드로 구현될 수 있다. VA 모드는 MVA(Multi-domain Vertical Alignment)와 PVA(Patterned Vertical Alignment)모드를 포함할 수 있다. 본 발명의 제1 실시예는, 제2 영역(AR2)에 수직배향 액정을 주입함으로써, 광학 센서(300)의 동작을 위한 광 산란 인자를 줄일 수 있는 이점을 갖는다. 즉, 광 인자의 직진성을 살펴보면, 광은 액정을 만나 굴절을 일으키게 되고, 굴절된 빛은 빛샘을 유발한다. 굴절되는 빛의 양은 수평배향 액정 대비 수직배향 액정에서 적은 점을 고려할 때, 본 발명의 제1 실시예는 제2 영역(AR2)에 수직배향 액정을 주입함으로써 광 산란 인자를 줄일 수 있고, 이에 따라, 제품 신뢰성이 향상된 표시장치를 제공할 수 있다.

제2 영역(AR2)에서의 빛 투과 여부는 광학 센서(300)의 구동 여부와 연동된다. 따라서, 광학 센서(300)가 미구동 상태에 있음에도 불구하고 주변광으로부터의 빛이 제2 영역(AR2)을 투과한다면, 사용자는 이를 불량으로 인지할 수 있다.

이를 방지하기 위해, 제2 영역(AR2)의 제2 액정셀(LC2)은 노멀리 블랙 모드(Nomally Black mode)로 구동되는 것이 바람직하다. 노멀리 블랙 모드는, 전압을 인가한 상태보다 전압을 인가하지 않은 상태의 밝기가 더 어두운 모드로, 전압이 인가되지 않은 상태에서는 빛이 통과하지 않고 전압이 인가된 상태에서 빛이 통과하는 모드를 의미한다. 예를 들어, 제2 액정셀(LC2)은 노멀리 블랙 모드로 구동되는 VA 모드로 구현될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 제1 실시예는, 광학 센서(300)가 미구동 상태에 있는 경우 제2 영역(AR2)에 완벽한 블랙을 구현할 수 있어, 제품 신뢰성이 향상된 표시장치를 제공할 수 있다.

제2 영역(AR2)은 픽셀 어레이 영역 외곽이 아닌, 픽셀 어레이 영역 내에 정의된다. 따라서, 본 발명의 제1 실시예는 광학 센서(300)를 실장하기 위한 영역(또는, 비 표시 영역)을 별도로 확보할 필요 없기 때문에, 풀 스크린 디스플레이(Full Screen Display)를 구현할 수 있다.

제1 영역(AR1)의 제1 액정셀(LC1)은 수평배향 액정들을 포함할 수 있다. 즉, 제1 액정셀(LC1)은 IPS(In-Plane switching) 모드 및 FFS(Fringe-Field switching) 모드와 같은 수평배향 모드로 구현될 수 있다. IPS 모드 및 FFS 모드와 같은 수평배향 모드로 구현되는 경우, 고 시야각을 확보할 수 있는 이점이 있다. 이 경우, 제1 영역(AR1)과 제2 영역(AR2)에는 각각 서로 다른 종류의 액정이 주입된다.

구체적으로, 액정은, 전기장에 의해 유도되는 분극 정도가 액정의 장축 방향 및 단축 방향에 따라 상이하기 때문에 나타나는 유전율 이방성 관점에서, 유전율 이방성이 0보다 큰 양(positive) 액정과 0보다 작은 음(negative) 액정으로 대별될 수 있다. 다시 말해, 양 액정은 장축의 유전율이 단축의 유전율보다 큰 값을 갖는 액정을 의미하며, 음 액정은 장축의 유전율이 단축의 유전율보다 작은 값을 갖는 액정을 의미한다.

양 액정은 전기장 인가 시 유도 쌍극자 모멘트가 액정 분자의 장축 방향으로 발생해 전기장 방향으로 액정 분자들이 정렬하려는 특성을 갖기 때문에, IPS 모드 및 FFS 모드를 포함하는 수평배향 모드에 사용될 수 있다. 반대로, 음 액정은 유도 쌍극자 모멘트가 액정의 장축에 대해 수직한 방향으로 발생해 액정분자들이 전기장에 수직방향으로 정렬하려는 특성을 갖기 때문에, VA 모드에 사용될 수 있다.

따라서, 제1 영역(AR1)의 제1 액정셀(LC1)은 양 액정들을 포함하고, 제2 영역(AR2)의 제2 액정셀(LC2)은 음 액정들을 포함할 수 있다. 이 경우, 이종의 액정이 서로 섞이는 불량을 방지하기 위해, 제1 영역(AR1)과 제2 영역(AR2)을 구획하는 격벽(BAR)이 더 구비될 수 있다.

이하, 도 5 및 도 6을 더 참조하여, 격벽(BAR)에 의해 구획된 제1 영역(AR1)과 제2 영역(AR2)을 포함하는 표시패널(100)의 구조를 설명한다. 도 5는 표시패널의 단면 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 6은 격벽 형성 예를 설명하기 위한 도면이다.

표시패널(100)은 제1 영역(AR1)과 제2 영역(AR2)으로 구분된다. 표시패널(100)은 서로 대향 배치된 하부 기판(SUBL)과 상부 기판(SUBU)을 포함하며, 상부 기판(SUBU)과 하부 기판(SUBL)은 액정셀을 사이에 두고 일정한 간격을 유지한 채 합착된다. 하부 기판(SUBL)에는 하부 편광판(POLL)이 부착되고, 상부 기판(SUBU)에는 상부 편광판(POLU)이 부착된다. 상부 편광판(POLU)은 하부 편광판(POLL)과 직교하는 방향의 광 투과축을 가질 수 있다. 예를 들어, 하부 편광판(POLL)의 광 투과축은 90도이고, 상부 편광판(POLU)의 광 투과축은 0도로 설정될 수 있다.

하부 기판(SUBL) 상에는 TFT(T)가 배치된다. TFT(T)는 게이트 전극(G), 반도체층(A), 소스 전극(S), 드레인 전극(D)을 포함한다. 게이트 전극(G)이 형성된 하부 기판(SUBL) 위에는 게이트 절연막(GI)이 형성된다. 게이트 절연막(GI) 위에는 게이트 전극(G)과 중첩되도록 반도체층(A)이 형성된다. 반도체층(A) 위에는 소정 간격 이격되어 서로 대향 배치된 소스 전극(S)과 드레인 전극(D)이 형성된다. 소스 전극(S)은 반도체층(A)의 일측과 접촉되며, 드레인 전극(D)은 반도체층(A)의 타측과 접촉된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 적용되는 TFT(T)의 구조는 도면에 도시된 구조에 한정되는 것은 아니며, 탑 게이트(top gate) 구조, 바텀 게이트(bottom gate) 구조, 더블 게이트(double gate) 구조 등 다양한 구조를 모두 포함할 수 있다. 또한, TFT(T)들은 비정질 실리콘(amorphose Si, a-Si) TFT, LTPS(Low Temperature Poly Silicon) TFT, 산화물 TFT(Oxide TFT) 등으로 구현될 수 있다.

게이트 절연막(GI), 반도체층(A), 소스 전극(S), 및 드레인 전극(D) 위에는 절연층(PASSI)이 형성된다. 절연층(PASSI)은 하나 이상의 절연막을 포함할 수 있다. 예를 들어, 절연층은 도시한 바와 같이 제1 절연막 및 제2 절연막을 포함할 수 있다. 제1 절연막은 무기 절연 물질을 포함할 수 있고, 제2 절연막은 유기 절연 물질을 포함할 수 있다. 제2 절연막은 유기 절연 물질을 포함하여 평탄화층으로써 기능할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 제1 절연막만이 형성된 구조를 예로 들어 설명한다.

제1 영역(AR1)에서, 절연층(PASSI) 위에는 도전 물질을 포함하는 제1 픽셀 전극(PXL1)과 제1 공통 전극(COM1)이 형성된다. 제1 픽셀 전극(PXL1)과 제1 공통 전극(COM1)의 위치와 모양은 설계 환경과 목적에 맞게 선택될 수 있다.

일 예로, 제1 픽셀 전극(PXL1)과 제1 공통 전극(COM1)은 동일한 물질로 동일한 층에 형성될 수 있다. 제1 픽셀 전극(PXL1)과 제1 공통 전극(COM1) 소정 간격 이격되어 형성된다. 제1 픽셀 전극(PXL1)과 제1 공통 전극(COM1)은 수평 전계를 형성하며, 전극 상부에 구비되는 액정은 수평 전계에 의해 구동된다.

다른 예로, 제1 픽셀 전극(PXL1)과 제1 공통 전극(COM1)은 제3 절연막을 사이에 두고 서로 다른 층에 구비될 수 있다. 즉, 절연층(PASSI) 위에는, 제1 픽셀 전극(PXL1)과, 제1 픽셀 전극(PXL1)을 덮는 제3 절연막이 차례로 형성될 수 있고, 제1 공통 전극(COM1)은 제3 절연막 위에 형성되어 제1 픽셀 전극(PXL1)과 수평 전계를 형성할 수 있다. 또는, 절연층(PASSI) 위에는, 제1 공통 전극(COM1)과, 제1 공통 전극(COM1)을 덮는 제3 절연막이 차례로 형성될 수 있고, 제1 픽셀 전극(PXL1)은 제3 절연막 위에 형성되어 제1 공통 전극(COM1)과 수평 전계를 형성할 수 있다.

이하에서는, 설명의 편의를 위해, 제1 픽셀 전극(PXL1)과 제1 공통 전극(COM1)이 동일층에 형성된 경우를 예로 들어 설명한다.

제1 픽셀 전극(PXL1)은 절연층(PASSI)을 관통하는 화소 콘택홀을 통해 노출된 드레인 전극(D)의 일부와 접촉된다. 따라서, 제1 픽셀 전극(PXL1)은 드레인 전극(D)과 전기적으로 연결된다.

제2 영역(AR2)에서, 절연층(PASSI) 위에는 제2 픽셀 전극(PXL2)이 형성된다. 제2 픽셀 전극(PXL2)은 제1 영역(AR1)의 제1 픽셀 전극(PXL1)과 동일 층에 동일 물질로 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 픽셀 전극, 제1 공통 전극, 제2 픽셀 전극이 형성된 하부 기판(SUBL) 위에는 하부 배향막(ALGL)이 형성된다.

상부 기판(SUBU) 위에는 컬러 필터(CF)가 형성된다. 컬러 필터(CF)는 픽셀 배열에 맞추어 R/G/B 또는 R/G/B/W 배열을 갖도록 형성될 수 있다. 상부 기판(SUBU) 상에는, R 컬러필터, G 컬러필터, B 컬러필터를 구획할 수 있는 블랙 매트릭스가 더 구비될 수 있다.

제2 영역(AR2)에서, 컬러 필터(CF) 위에는 제2 공통 전극(COM2)이 형성된다. 제2 공통 전극(COM2)은 제2 픽셀 전극(PXL2)과 수직 전계를 형성한다. 제2 공통 전극(COM2)과와 컬러 필터(CF)가 형성된 상부 기판(SUBU) 위에는 상부 배향막(ALGU)이 형성된다.

액정셀은 제1 영역(AR1)에 위치하는 제1 액정셀(LC1)과, 제2 영역(AR2)에 위치하는 제2 액정셀(LC2)을 포함한다. 제1 액정셀(LC1)은 양 액정(LCM1)들을 포함한다. 양 액정(LCM1)들은 수평 방향으로 배향된다. 양 액정(LCM1)들의 배열은 제1 픽셀 전극(PXL1)과 제1 공통 전극(COM1)사이에 형성된 수평 전계에 의해 제어된다. 제2 액정셀(LC2)은 음 액정(LCM2)들을 포함한다. 음 액정(LCM2)들은 수직 방향으로 배향된다. 음 액정(LCM2)들의 배열은 제2 픽셀 전극(PXL2)과 제2 공통 전극(COM2)사이에 형성된 수직 전계에 의해 제어된다.

제1 액정셀(LC1)과 제2 액정셀(LC2)은 격벽(BAR)에 의해 구획된다. 격벽(BAR)은 실런트(sealant)일 수 있다.

제2 영역(AR2)은 광학 센서(300)가 배치되는 영역과 대응되는 영역으로, 제2 영역(AR2)에는 표시패널(100)을 관통하는 오픈 홀만 가공되어도 무방할 수 있다. 예를 들어, 표시패널(100)을 관통하는 오픈 홀만 구비하면, 카메라는 오픈 홀과 대응되는 표시패널(100)의 배면에 구비되어 표시패널(100)의 앞면 방향에 위치하는 객체를 촬상하는 본연의 기능을 수행할 수 있다. 이 경우, 액정이 외부로 유출되지 않도록, 오픈 홀 주위에는 실런트가 도포된다.

다만, 상기와 같은 방법으로 오픈 홀을 형성하는 경우, 액정이 채워지지 않는 오픈 홀 영역과 액정이 채워지는 그 외 영역 사이에서 압력 차이가 발생한다. 이는, 셀 합착 공정이 진행되는 진공 챔버(chamber)내에서 특히 문제된다. 오픈홀 영역과 그 외 영역의 압력 차이는, 실런트의 터짐 이슈를 야기하여 액정을 유출시킬 수 있고, 실런트의 도포 형상이 고르지 않게 되는 이슈를 야기하여 심미성을 저하시킬 수 있다.

본 발명의 제1 실시예는 격벽(BAR)에 의해 구획된 제1 영역(AR1)과 제2 영역(AR2)에 모두 액정들을 주입한다. 본 발명의 제1 실시예는 격벽(BAR)을 사이에 두고 배치된 제1 영역(AR1)과 제2 영역(AR2)의 압력 차이를 줄일 수 있기 때문에, 전술한 불량을 방지할 수 있다.

도 6을 더 참조하면, 격벽(BAR)은 컬러필터(CF)들을 적층하는 방법으로 형성될 수 있다. 이 경우에 기존 컬러 필터(CF) 재료 이외, 격벽(BAR)을 형성하기 위한 별도의 추가 재료가 필요 없고 기존 컬러 필터(CF) 공정에 추가되는 공정이 없다. 따라서, 본 발명의 제1 실시예는 공정 시간, 공정 비용 등을 저감할 수 있는 효과를 갖는다.

도시하지는 않았으나, 제1 영역(AR1)의 제1 액정셀(LC1)은 수직배향 액정들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 액정셀(LC1)은 VA 모드로 구현될 수 있다. 이 경우, 제1 영역(AR1)과 제2 영역(AR2)에는 각각 서로 같은 종류의 액정이 주입될 수 있다.

본 발명의 제1 실시예는 표시패널(100)의 픽셀 어레이를 제1 영역(AR1)과 제2 영역(AR2)으로 구분하여 구동함으로써, 풀 스크린 디스플레이를 구현하면서도 표시패널의 배면에 배치된 광학 센서의 성능을 저하시키지 않는 표시장치를 제공할 수 있다.

<제2 실시예>

이하, 도 7 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 의한 표시장치를 설명한다. 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 의한 표시 장치를 개략적으로 보여 주는 평면도이다. 도 8은 표시패널 구동 회로를 보여 주는 도면이다. 도 9는 도 8에 도시된 멀티플렉서의 일 예를 보여 주는 도면이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 표시패널(100)은 기본적으로 사각형 형태로 제작될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 표시패널(100)에서 양측 변이 만나는 코너부들 중 하나 이상의 제1 코너부(CNR)는 모따기 형태로 오목하게 가공되어 180°이상 300°이하의 내각(內角, θ)을 가질 수 있다. 제1 코너부(CNR)에 의해 확보된 공간에 전방 카메라 및/또는 하나 이상의 센서들이 배치될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 표시패널(100)은 하나 이상의 제2 코너부(CNR')를 포함할 수 있다. 제2 코너부(CNR')는 종래 기술과 같이 90° 내각(θ')을 가질 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.

표시패널(100)은 입력 영상을 표시하는 픽셀 어레이 영역을 포함한다. 픽셀 어레이 영역은 제1 영역과 제2 영역으로 구분되어 정의된다. 표시패널(100)은 액정셀(LC)을 사이에 두고 대향하는 상부 기판과 하부 기판을 포함한다.

표시패널(100)의 하부 기판에는 TFT 어레이가 형성될 수 있다. TFT 어레이는 데이터 라인들(DL), 게이트 라인들(GL), 데이터 라인들(DL)과 게이트 라인들(GL)의 교차부에 형성된 TFT, TFT에 접속된 픽셀 전극(PIX), 및 픽셀 전극(PIX)에 접속된 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등을 포함한다. TFT들은 비정질 실리콘(amorphose Si, a-Si) TFT, LTPS(Low Temperature Poly Silicon) TFT, 산화물 TFT(Oxide TFT) 등으로 구현될 수 있다. TFT들은 서브 픽셀들의 픽셀 전극에 1:1로 연결된다. 도 8에서 "Clc"는 픽셀 전극(PIX)과 공통 전극(COM) 사이에서 전계가 인가되는 액정셀(LC)의 용량(capacitance)을 나타낸다.

TFT는 게이트 라인(GL)으로부터의 게이트 펄스에 응답하여 데이터 라인(DL)을 통해 인가되는 데이터 전압을 픽셀 전극(11)에 공급하는 스위치 소자이다. 픽셀들 각각은 TFT를 통해 데이터전압을 충전하는 데이터 전압이 공급되는 픽셀 전극(PIX)과, 공통전압(Vcom)이 인가되는 공통 전극(COM)의 전압차에 의해 구동되는 액정 분자들을 이용하여 빛의 투과양을 조절함으로써 입력 영상을 표시한다.

픽셀 어레이는 데이터 라인들(DL)과 게이트 라인들(GL)의 교차 구조에 의해 매트릭스 형태로 배열되는 픽셀들을 포함한다. 픽셀들 각각은 컬러 구현을 위하여, 적색(Red, R), 녹색(Green, G), 및 청색(Blue, B) 서브 픽셀들을 포함할 수 있다. 또한, 픽셀들은 백색 서브 픽셀을 더 포함할 수 있다. 픽셀들은 청자색(Cyan, C), 적자색(Magenta, M), 황색(Yellow, Y) 서브 픽셀들 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

표시패널(100)은 픽셀 어레이 영역에 정의된 제1 영역과 제2 영역을 포함한다. 제1 영역은 메인 표시부(10)이다. 제2 영역은 보조 표시부(12)이다. 데이터 라인들(DL)은 메인 표시부(10)와 보조 표시부(12)를 가로 질러 메인 표시부(10)의 픽셀들과 보조 표시부(12)의 픽셀들에 연결될 수 있다. 게이트 라인들(GL)은 메인 표시부(10)의 픽셀들에 연결된 게이트 라인들(GL)과, 보조 표시부(12)의 픽셀들에 연결된 게이트 라인들(GL)로 나뉘어질 수 있다.

보조 표시부(12)는 제1 코너부(CNR)를 포함한 이웃한 두 개의 코너부들(CNR, CNR') 사이에 배치될 수 있다. 메인 표시부(10)는 제1 코너부(CNR) 아래에 배치될 수 있다. 실시예에서, 보조 표시부(12)는 메인 표시부(10) 위에 배치되어 있으나 이에 한정되지 않는다. 보조 표시부(12)의 위치와 형태는 다양하게 변형될 수 있다.

보조 표시부(12)는 전면 구동 모드(Full display mode)와 상시 구동 모드(Always on mode)에서 데이터를 표시한다. 상시 구동 모드(Always on mode)에서 메인 표시부(10)가 구동되지 않고 보조 표시부(12)만 구동된다. 상시 구동 모드(Always on mode)에서, 보조 표시부(12)는 사용자가 자주 보는 데이터 예를 들면, 통신 상태, 배터리 전원 상태, SNS(Social Network Service) 메시지, 시계 등의 정보를 보여 주는 데이터이다. 보조 표시부(12)에 표시되는 정보는 유저 인터페이스를 통해 사용자에 의해 선택될 수 있다.

소비전력을 줄이기 위하여, 보조 표시부(12)는 반사형 또는 반투과형 픽셀들을 포함할 수 있다. 또한, 보조 표시부(12)의 픽셀들에 내장된 TFT들 중 적어도 일부는 산화물 TFT로 제작될 수 있다. 산화물 TFT는 비정질 실리콘 TFT나 LTPS TFT에 비하여 누설 전류가 작기 때문에 소비 전력을 줄일 수 있다.

종래 기술은 표시패널(100)의 네 코너부들 모두를 90°내각으로 가공하고, 카메라나 센서들이 배치되는 위치에서 블랙 매트릭스를 제거한다. 종래 기술은 메인 표시부(10)에만 픽셀 어레이가 형성되어 있다. 따라서, 종래 기술의 경우에 영상은 메인 표시부(10)에만 표시된다. 종래 기술의 표시패널에서, 카메라나 센서가 배치되는 양측 코너부들 사이에는 픽셀들이 형성되지 않기 때문에 영상을 표시할 수 없다.

본 발명의 보조 표시부 영역은 종래의 모바일 기기에서 카메라 센서 위치만 제외하고 블랙 매트릭스로 덮여지고 픽셀들이 없는 비 표시 영역이었다. 본 발명은 종래 기술에서 표시 영역으로 사용하지 않고 보조 표시부(12)에 픽셀들을 배치하여 영상 표시부를 보조 표시부(12)까지 확대한다.

메인 표시부(10)는 전면 구동 모드(Full display mode)에서 입력 영상 데이터를 표시한다. 본 발명은 상시 구동 모드(Always on mode)에서 소비 전력을 줄이기 위하여 메인 표시부(10)를 구동하지 않는다. 따라서, 메인 표시부(10)는 상시 구동 모드(Always on mode)에서 구동되지 않고 동작을 멈춘다.

도 8에서 "Ct"는 픽셀 어레이에 내장된 인셀 타입 터치 센서(In-cell type touch sensor)이다. 이 터치 센서(Ct)는 정전 용량(capacitance) 타입의 터치 센서들로 구현될 수 있다. 정전 용량 타입 터치 센서들은 자기 정전 용량(Self capacitance)이나 상호 정전 용량(Mutual capacitance)으로 나뉘어질 수 있다. 인셀 터치 기술은 터치 센서들(Ct)이 픽셀들의 신호 배선들(DL, GL)과 픽셀 전극(PIX)에 커플링(coupling)되기 때문에 픽셀들에 인가되는 신호가 터치 센서들에 노이즈로 작용할 수 있다. 픽셀들과 터치 센서들의 상호 영향을 줄이기 위하여, 표시패널의 1 프레임 기간(Frame period)을 픽셀들에 입력 영상의 데이터를 기입하는 디스플레이 기간과, 터치 센서들을 구동하는 터치 센싱 기간으로 시분할된다. 공통 전극(COM)은 터치 센서들의 전극들로 분할되어 디스플레이 기간 동안 픽셀들의 기준 전압인 공통 전압(Vcom)을 픽셀들에 공급하고, 터치 센싱 기간 동안 터치 센서들에 전하를 공급하는 터치 센서 전극으로 활용된다.

표시패널(100)의 상부 기판(SUBS1)에는 컬러 필터 어레이가 형성될 수 있다. 컬러 필터 어레이는 블랙 매트릭스(Black matrix, BM)와 컬러 필터(Color filter, CF)를 포함한다. 공통 전극(COM)은 TN(Twisted Nematic) 모드와 VA(Vertical Alignment) 모드와 같은 구동 방식의 경우에 상부 기판 상에 형성되며, IPS(In-Plane Switching) 모드와 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같은 구동 방식의 경우에 픽셀 전극(PIX)과 함께 하부 기판 상에 형성될 수 있다.

표시패널 구동회로는 표시패널(100)의 픽셀들에 입력 영상의 데이터를 기입한다. 표시패널 구동회로는 전면 구동 모드(Full display mode)에서 메인 표시부(10)와 보조 표시부(12)의 픽셀들에 입력 영상의 데이터를 기입하고, 상시 구동 모드(Always on mode)에서 보조 표시부(12)의 픽셀들에만 미리 설정된 정보의 데이터를 기입한다. 따라서, 전면 구동 모드(Full display mode)에서 메인 표시부(10)와 보조 표시부(12)의 픽셀들이 구동되는데 비하여, 상시 구동 모드(Always on mode)에서 메인 표시부(10)는 구동되지 않고 보조 표시부(12)만 구동된다.

표시패널 구동회로는 데이터 구동부, 게이트 구동부(40, 42), 타이밍 콘트롤러 및 모듈 전원부를 포함한다. 데이터 구동부, 타이밍 콘트롤러, 모듈 전원부 등은 드라이브 IC(46) 내에 집적될 수 있다.

표시패널 구동 회로는 백라이트 구동부를 더 포함할 수 있다. 백라이트 구동부는 입력 영상에 따라 디밍 신호의 듀티비(duty ratio)를 가변하여 백라이트 휘도를 조절한다. 디밍 신호는 PWM(Pulse Width Module) 신호로 발생된다.

데이터 구동부는 타이밍 콘트롤러로부터 입력 영상의 데이터를 수신 받아 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 정극성/부극성 데이터전압을 출력한다. 데이터 구동부로부터 출력된 데이터 전압은 표시패널(100)의 데이터 라인들(DL)에 공급된다.

데이터 구동부와 데이터 라인들(DL) 사이에 도 8 및 도 9와 같은 멀티플렉서(Multiplexer, MUX)가 배치될 수 있다. 멀티플렉서(44)는 표시패널(100)의 하부 기판(SUBS2) 상에 형성되거나 드라이브 IC(46)에 내장될 수 있다. 멀티플렉서(44)는 타이밍 콘트롤러의 제어 하에 데이터 구동부로부터 입력되는 데이터 전압을 데이터 라인들(DL)에 분배한다. 도 9와 같은 1:3 멀티플렉서(44)의 경우에, 멀티플렉서(44)는 데이터 구동부의 한 개 출력 채널을 통해 입력되는 데이터 전압을 시분할하여 세 개의 데이터 라인들(DL)로 공급한다. 따라서, 1:3 멀티플렉서를 사용하면, 드라이브 IC(46)의 채널 개수를 1/3로 줄일 수 있다. 도 9에서, M1~M3는 멀티플렉서(44)의 TFT들이고, C1~C3는 타이밍 콘트롤러로부터 출력된 MUX 선택 신호이다. 멀티플렉서(44)의 TFT들(M1~M3)은 MUX 선택 신호(C1~C3)에 응답하여 데이터 전압을 데이터 라인들에 공급한다. 도 9에서, S1 및 S2는 드라이브 IC(46)의 채널들이고, D1~D6은 데이터 라인들이다.

데이터 구동부와 멀티플렉서(44)는 타이밍 콘트롤러의 제어 하에 상시 구동 모드(Always on mode)에서 보조 표시부(12)의 픽셀들에 표시될 데이터 전압만 데이터 라인들(DL)에 공급할 수 있다. 데이터 구동부와 멀티플렉서(44)는 타이밍 콘트롤러의 제어 하에 전면 구동 모드(Full display mode)에서 메인 표시부(10)와 보조 표시부(12)의 픽셀들에 표시될 데이터 전압을 데이터 라인들(DL)에 공급한다.

게이트 구동부(40, 42)는 타이밍 콘트롤러의 제어 하에 게이트 라인들(GL)에 게이트 펄스를 순차적으로 공급한다. 게이트 구동부(40, 42)로부터 출력된 게이트 펄스는 데이터 전압에 동기된다. 게이트 구동부(40, 42)는 GIP(Gate in panel) 공정으로 도 8과 같이 픽셀 어레이와 함께 표시패널(100)의 하부 기판(SUBS2) 상에 직접 형성될 수 있다.

게이트 구동부(40, 42)는 메인 표시부(10)의 게이트 라인들(GL)에 게이트 펄스를 공급하는 메인 게이트 구동부(40)와, 보조 표시부(12)의 게이트 라인들(GL)에 게이트 펄스를 공급하는 보조 게이트 구동부(42)로 나뉘어진다. 메인 게이트 구동부(40)와 보조 게이트 구동부(42)는 타이밍 콘트롤러의 제어 하에 개별 제어될 수 있다. 상시 구동 모드(Always on mode)에서, 보조 게이트 구동부(42)가 동작하여 보조 표시부(12)의 게이트 라인들에 게이트 펄스가 공급된다. 상시 구동 모드(Always on mode)에서, 메인 표시부(10)의 픽셀들이 구동하지 않기 때문에 소비 전력을 줄이기 위하여 메인 게이트 구동부(40)는 동작되지 않는다. 따라서, 상시 구동 모드(Always on mode)에서, 게이트 구동부(40, 42) 중에서 보조 게이트 구동부(42)만 게이트 펄스를 출력한다.

전면 구동 모드(Full display mode)에서, 메인 표시부(10)와 보조 표시부(12)의 픽셀들이 구동된다. 따라서, 메인 게이트 구동부(40)와 보조 게이트 구동부(42)가 모두 동작하여 메인 표시부(10)와 보조 표시부(12)의 게이트 라인들에 게이트 펄스가 공급된다.

타이밍 콘트롤러는 입력 영상의 데이터와 동기되는 타이밍 신호들을 수신한다. 타이밍 신호들은 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(DE), 메인 클럭(CLK) 등을 포함한다. 타이밍 콘트롤러는 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, DCLK)을 바탕으로 데이터 구동부, 게이트 구동부, 및 멀티플렉서(40)의 동작 타이밍을 제어한다.

타이밍 콘트롤러는 호스트 시스템(60)으로부터 입력되는 모드 신호에 따라 모듈 전원부의 기준 주파수를 변경하여 전면 구동 모드(Full display mode)에 비하여 상시 구동 모드(Always on mode)에서 표시패널(100)에 공급되는 구동 전압을 낮추거나, 프레임 레이트(frame rate)를 낮추어 소비 전력을 낮출 수 있다. 표시패널(100)에 공급되는 구동 전압은 데이터 라인들(DL)에 인가되는 데이터 전압과, 게이트 라인들(GL)에 인가되는 게이트 펄스의 전압 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 타이밍 콘트롤러의 제어 하에 상시 구동 모드(Always on mode)의 프레임 레이트는 전면 구동 모드(Full display mode)에 비하여 더 낮게 제어될 수 있다. 예를 들어, 전면 구동 모드(Full display mode)의 프레임 레이트가 60Hz일 때, 상시 구동 모드(Always on mode)의 프레임 레이트는 1Hz~30Hz 로 낮아질 수 있다. 표시패널 구동회로는 프레임 레이트의 주파수로 픽셀들에 기입되는 데이터를 업데이트(Update)한다. 예를 들어, 표시패널 구동회로는 프레임 레이트가 60Hz일 때 1초에 60회 픽셀들에 데이터를 기입한다.

모듈 전원부는 직류-직류 변환기(DC-DC converter)를 포함한다. 모듈 전원부는 호스트 시스템(60)으로부터의 입력 전압을 조정하여 표시패널(100)의 구동 전압을 발생한다. DC-DC 변환기는 PWM 변조회로, 부스트 컨버터(Boost converter), 레귤레이터(Regulater), 차지펌프(Charge pump) 등을 이용하여 정극성/부극성 감마전압(VDH, VDL), 게이트 하이 전압(Gate high voltage, VGH), 게이트 로우 전압(Gate low voltage, VGL), 공통 전압(Vcom), 로직 전원 전압(Vcc) 등을 발생한다. 로직 전원전압(Vcc)은 드라이브 IC(46)의 구동 전압이다. 게이트 하이 전압(VGH)은 픽셀 어레이와 게이트 구동부(40, 42)에 형성된 TFT들의 문턱전압 이상으로 설정된 게이트 펄스의 하이 전압이고, 게이트 로우 전압(VGL)은 TFT들의 문턱 전압 보다 낮은 전압으로 설정된 게이트 펄스의 로우 전압이다. 공통 전압(Vcom)은 액정셀들(Clc)의 공통 전극(COM)에 공급된다. 정극성/부극성 감마전압(VDH, VDL)은 분압 회로를 통해 계조별로 분압되어 데이터 구동부의 디지털-아날로그 변환기(Digital to Analog Converter, 이하 “DAC”라 함)에 입력된다. DAC는 디지털 데이터에 따라 정극성/부극성 감마전압의 전압 레벨을 선택하여 데이터 전압을 발생한다. 모듈 전원부는 타이밍 콘트롤러로부터 입력되는 기준 주파수에 따라 PWM 신호의 주파수(또는 스텝업 주파수)를 가변함으로써 출력 전압을 조정할 수 있다.

호스트 시스템(60)은 모바일 기기의 폰 시스템일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 호스트 시스템(60)은 TV(Television) 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나일 수 있다. 호스트 시스템(60)은 입력 영상의 데이터를 표시 모듈(DIS)의 드라이브 IC(46)로 전송할 수 있다. 호스트 시스템(60)은 유저 인터페이스(user interface)를 통해 입력되는 사용자 명령에 따라 상시 구동 모드(Always on mode)로 표시 모듈을 제어할 수 있다. 유저 인터페이스는 GUI(Graphic user interface), 터치 UI 등으로 구현될 수 있다.

본 발명은 표시패널(100)에 빛을 균일하게 조사하기 위한 백라이트 유닛(Backlight unit)을 더 포함할 수 있다. 표시장치는 투과형(transmissive) 픽셀 구조, 반투과형(transflective) 픽셀 구조, 반사형(reflective) 픽셀 구조로 구현될 수 있다. 투과형 픽셀과 반투과형 픽셀은 백라이트 유닛으로부터 입사되는 빛의 광량을 입력 영상의 데이터에 따라 조절하여 영상을 표시하기 때문에 백라이트 유닛이 필요하다.

백라이트 유닛은 직하형(direct type) 백라이트 유닛 또는, 에지형(edge type) 백라이트 유닛으로 구현될 수 있다. 백라이트 유닛은 투과형 픽셀과 반투과형 픽셀의 아래에 배치되어 표시패널(100)에 빛을 조사한다.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 의한 표시장치의 제어 방법을 보여 주는 흐름도이다. 도 11은 상시 구동 모드(Always on mode)와 전면 구동 모드(Full display mode)에서 표시장치의 동작을 보여 주는 도면이다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 표시장치는 상시 구동 모드(Always on mode)에서 보조 표시부(12)의 픽셀들과 보조 광원(22)을 구동하는 반면에, 메인 표시부(10)의 픽셀들과 메인 광원(20)의 구동을 멈춘다(S1 및 S2). 표시패널 구동회로는 상시 구동 모드(Always on mode)에서 보조 표시부(12)의 픽셀들에 데이터를 기입하고 업데이트한다. 백라이트 구동부는 상시 구동 모드(Always on mode)에서 보조 광원(22)만 점등한다. 표시패널 구동회로와 백라이트 구동부는 호스트 시스템(60)으로부터 수신된 모드 신호에 따라 구동 모드를 판단할 수 있다. 한편, 보조 표시부(12)이 반사형 픽셀들로만 구성되면 보조 광원(22)이 생략될 수 있다.

본 발명의 표시장치는 전면 구동 모(Full display mode)에서 메인 표시부(10)와 보조 표시부(12)의 픽셀들에 데이터를 기입하고, 메인 광원(20)과 보조 광원(22)을 점등한다(S3 및 S4).

도 12 및 도 13은 본 발명의 제2 실시예에 의한 표시장치의 구동 방법을 설명하기 위한 도면들이다.

도 12 및 도 13을 참조하면, 표시패널(100)은 메인 표시부(10)와 보조 표시부(12)를 포함한다. 메인 표시부(10)는 노멀리 블랙 모드(Nomally Black mode)로 동작한다. 노멀리 블랙 모드는, 전압을 인가한 상태보다 전압을 인가하지 않은 상태의 밝기가 더 어두운 모드로, 전압이 인가되지 않은 상태에서는 빛이 통과하지 않고 전압이 인가된 상태에서 빛이 통과하는 구동 모드를 의미한다. 노멀리 블랙 모드는 액정에 인가되는 전압이 없을 때 광 투과율이 최소이고, 액정에 인가되는 전압이 클수록 광 투과율이 높아진다.

일 예로, 메인 표시부(10)는 노멀리 블랙 모드로 구동되는 IPS(In-Plane Swiching) 모드, FFS(Fringe-Field switching) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드 등으로 구현될 수 있다. 이 경우, 고 화질, 고 해상도, 고 CR(Contrast Ratio), 고 시야각 등을 확보할 수 있는 이점이 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 메인 표시부(10)에는 노멀리 블랙 모드로 동작할 수 있는 액정들이 선택되어 주입될 수 있다.

보조 표시부(12)는 노멀리 화이트 모드(Nomally White mode)로 동작한다. 노멀리 화이트 모드는, 전압을 인가한 상태보다 전압을 인가하지 않은 상태의 밝기가 더 밝은 모드로, 전압이 인가되지 않은 상태에서는 빛이 통과하고 전압이 인가된 상태에서 빛이 통과하지 않는 구동 모드를 의미한다. 노멀리 화이트 모드는 액정에 인가되는 전압이 없을 때 광 투과율이 최대이고, 액정에 인가되는 전압이 클수록 광 투과율이 낮아진다.

일 예로, 보조 표시부(12)는 노멀리 화이트 모드로 구동되는 TN(Twisted Nematic) 모드, OCB(Optically Compensated Bend) 모드 등으로 구현될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 보조 표시부(12)에는 노멀리 화이트 모드로 동작할 수 있는 액정들이 선택되어 주입될 수 있다.

메인 표시부(10)와 보조 표시부(12)에 주입되는 액정의 종류가 서로 상이한 경우, 메인 표시부(10)와 보조 표시부(12) 사이에는 격벽이 배치된다. 격벽은 실런트 및/또는 적층된 컬러필터들로 구성될 수 있다. 격벽은 메인 표시부(10)와 보조 표시부(12)를 구획하고, 메인 표시부(10)와 보조 표시부(12)에 주입된 이종의 액정이 서로 혼합되지 않도록 하는 배리어 기능을 수행한다. 일 예로, 메인 표시부(10)는 음 액정들을 포함하여 VA 모드로 구현될 수 있고, 보조 표시부(12)는 양 액정들을 포함하여 TN 모드로 구현될 수 있다.

보조 표시부(12)는 상시 구동되기 때문에, 보조 표시부(12)의 소비 전력을 최소화하는 방안이 강구될 필요가 있다. 본 발명은 상시 구동되는 보조 표시부(12)의 소비 전력을 낮추기 위하여, 보조 표시부(12)를 노멀리 화이트 모드로 구동한다.

구체적으로, 액정셀이 노멀리 화이트 모드로 구동되면 액정의 인가 전압이 없어도 픽셀들의 광투과율이 최대이다.　 따라서, 보조 표시부(12)의 액정이 노멀리 화이트 모드로 구동되면, 상시 구동 모드에서 데이터가 업데이트될 때에만 픽셀에 데이터를 기입하면 충분하고 그 이외의 시간에는 픽셀의 액정에 전압이 인가될 필요가 없다.

따라서, 본 발명의 제2 실시예는 보조 표시부(12)의 액정이 노멀리 화이트 모드로 구동되면 상시 구동 모드에서 드라이브 IC(46)가 구동 시간을 최소로 관리할 수 있기 때문에 드라이브 IC(46)에서 흐르는 전류량을 줄일 수 있고 그 결과, 소비 전력 및 드라이브 IC(46)의 발열을 줄일 수 있다. 　드라이브 IC(46)의 발열을 줄일 수 있으므로 드라이브 IC(46)의 방열을 위한 추가 부품이 필요 없다.

본 발명의 제2 실시예에 의한 표시장치는 표시패널(100)의 화면을 메인 표시부(10)와 보조 표시부(12)로 분할 구동하고, 상시 구동 모드에서 보조 표 시부(12)에만 소비 전력의 큰 증가 없이 사용자가 선택한 정보를 항상 표시할 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

AR1 : 제1 영역 AR2 : 제2 영역
10 : 메인 표시부 12 : 보조 표시부
20 : 메인 광원 22 : 보조 광원
30 : 연성 회로 기판 40, 42 : 게이트 구동부
44 : 멀티플렉서 46 : 드라이브 IC
60 : 호스트 시스템 100 : 표시패널
200 : 백라이트 유닛 300 : 광학 센서

Claims

박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터와 연결된 픽셀 전극, 상기 픽셀 전극과 전계를 형성하는 공통 전극, 상기 전계를 통해 구동하는 액정셀, 및 컬러필터들을 갖는 픽셀 어레이를 포함하는 액정 표시장치에 있어서,
상기 픽셀 어레이 내에 정의된 제1 영역 및 제2 영역을 갖는 표시패널;
상기 표시패널 후방에 배치되어 상기 표시패널의 제1 영역에 빛을 조사하는 백라이트 유닛; 및
상기 표시패널의 후방에서 상기 제2 영역과 대응하는 위치에 배치된 광학 센서를 포함하고,
상기 액정셀은 상기 제1 영역의 제1 액정셀과, 상기 제2 영역의 제2 액정셀을 포함하며,
상기 제2 액정셀은 수직배향 액정들을 포함하고,
상기 표시패널은 하부 기판, 상기 액정셀을 사이에 두고 상기 하부 기판과 대향하는 상부 기판을 더 포함하고,
상기 광학 센서는 상기 하부 기판의 하부에 배치되고,
상기 광학 센서는 ON/OFF 신호에 따라 상기 제2 영역의 상기 제2 액정셀에 인가되는 전계를 제어하여 입사된 빛을 투과시키거나 차단하는 액정 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 표시패널의 제2 영역은,
노멀리 블랙 모드(Normally Black mode)로 구동되는 액정 표시장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 영역과 상기 제2 영역을 구획하는 격벽을 더 포함하고,
상기 제1 액정셀의 액정은 양 액정이고, 상기 제2 액정셀의 액정은 음 액정인 액정 표시장치.
제 3 항에 있어서,
상기 격벽은,
실런트(sealant) 또는 상기 컬러필터들이 적층된 것인 액정 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광학 센서는,
카메라 및 조도 센서 중 어느 하나인 액정 표시장치.
박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터와 연결된 픽셀 전극, 상기 픽셀 전극과 전계를 형성하는 공통 전극, 상기 전계를 통해 구동하는 액정셀, 및 컬러필터들을 갖는 픽셀 어레이를 포함하는 액정 표시장치에 있어서,
상기 픽셀 어레이 내에 정의된 제1 영역 및 제2 영역을 갖는 표시패널; 및
전면 구동 모드(Full display mode)에서 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 픽셀들에 입력 영상의 데이터를 기입하고, 상시 구동 모드(Always on mode)에서 상기 제2 영역의 픽셀들에만 미리 설정된 정보의 데이터를 기입하는 표시패널 구동회로를 포함하고,
상기 표시패널의 제2 영역은,
노멀리 화이트 모드(Normally White mode)로 구동되고,
상기 액정셀은 상기 제1 영역의 제1 액정셀과, 상기 제2 영역의 제2 액정셀을 포함하며,
상기 표시패널은 하부 기판, 상기 액정셀을 사이에 두고 상기 하부 기판과 대향하는 상부 기판을 더 포함하고,
상기 제2 영역의 상기 하부 기판의 하부에 배치된 광학 센서를 더 포함하고,
상기 광학 센서는 ON/OFF 신호에 따라 상기 제2 영역의 상기 제2 액정셀에 인가되는 전계를 제어하여 입사된 빛을 투과시키거나 차단하는 액정 표시장치.
제 6 항에 있어서,
상기 제1 영역은,
노멀리 블랙 모드로 구동되는 액정 표시장치.
제 6 항에 있어서,
상기 제1 영역과 상기 제2 영역을 구획하는 격벽을 더 포함하고,
상기 제1 액정셀의 액정은 음 액정이고, 상기 제2 액정셀의 액정은 양 액정인 액정 표시장치.
제 8 항에 있어서,
상기 격벽은,
실런트 또는 상기 컬러필터들이 적층된 것인 액정 표시장치.
제 6 항에 있어서,
상기 상시 구동 모드의 프레임 레이트가 상기 전면 구동 모드에 비하여 낮은 액정 표시장치.