KR102581718B1 - 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 표시 장치는, 영상 데이터를 표현하는 복수 개 픽셀과 빛에 대응하여 전기 신호를 출력하는 복수 개의 포토 센서를 구비하는 표시 패널; 데이터 라인을 통해 픽셀에 영상 데이터에 대응하는 데이터 전압을 제공하기 위한 데이터 구동 회로; 제1 게이트 라인을 통해 픽셀과 데이터 라인의 연결을 제어하기 위한 스캔 신호를 공급하기 위한 게이트 구동 회로; 및 픽셀에 데이터 전압을 인가하여 계조를 표현하는 디스플레이 기간 사이의 블랭크 기간에 제1 게이트 라인을 통해 포토 센서로부터 전기 신호를 수신하여 센싱 데이터로 출력하기 위한 센싱 구동 회로를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

표시 장치{DISPLAY DEVICE}
본 발명은 표시 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 데이터 표시와 포토 센서 검출을 시분할하여 구동하는 표시 장치에 관한 것이다.
최근 포토 센서를 표시 패널에 내장하여 터치 입력이나 지문 센서와 같은 입력 장치로 활용하려는 시도가 있다. 포토 센서는 빛의 세기에 따른 전하량을 정보로 저장하고 저장된 정보를 제어 신호에 따라 출력하는 소자이다.
포토 센서가 출력하는 신호를 입력 신호로 이용하기 위해서는, 포토 센서가 표시 패널에 고르게 배치되어야 하고, 포토 센서를 구동하기 위한 구동 신호를 인가해야 하고, 또한 포토 센서를 검출 회로로 연결하기 위한 센싱 라인이 마련되어야 한다.
포토 센서를 내장하는 일반적인 표시 장치는, 포토 센서가 게이트 라인에 연결되어 게이트 라인에 공급되는 스캔 신호를 포토 센서의 구동 신호로 사용하고, 데이터 라인과 나란하게 진행하는 별도의 센싱 라인을 통해 포토 센서의 출력을 검출 회로로 인출한다.
스캔 신호에 반응하여 포토 센서에 저장된 전하가 센싱 라인을 통해 검출 회로로 전달되는데, 스캔 신호에 맞추어 데이터 라인을 통해 픽셀에 데이터 전압도 인가되기 때문에, 데이터 라인의 전압 변동이 센싱 라인에 노이즈로 유입되는 문제가 발생한다.
본 발명은 이러한 상황을 감안한 것으로, 본 발명의 목적은 데이터 라인의 전압 변동 노이즈가 포토 센싱 신호에 유입되지 않도록 하는 표시 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 포토 센서의 구동과 출력을 위한 배선을 늘리지 않고 픽셀과 포토 센서의 구동을 분리하는 구조를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는, 영상 데이터를 표현하는 복수 개 픽셀과 빛에 대응하여 전기 신호를 출력하는 복수 개의 포토 센서를 구비하는 표시 패널; 데이터 라인을 통해 픽셀에 영상 데이터에 대응하는 데이터 전압을 제공하기 위한 데이터 구동 회로; 제1 게이트 라인을 통해 픽셀과 데이터 라인의 연결을 제어하기 위한 스캔 신호를 공급하기 위한 게이트 구동 회로; 및 픽셀에 데이터 전압을 인가하여 계조를 표현하는 디스플레이 기간 사이의 블랭크 기간에 제1 게이트 라인을 통해 포토 센서로부터 전기 신호를 수신하여 센싱 데이터로 출력하기 위한 센싱 구동 회로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 표시 장치는 블랭크 기간에 포토 센서와 제1 게이트 라인의 연결을 제어하기 위한 제2 스캔 신호를 생성하기 위한 제2 게이트 구동 회로를 더 포함하여 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 제2 게이트 구동 회로는 데이터 라인에 평행한 제2 게이트 라인을 통해 제2 스캔 신호를 포토 센서에 공급할 수 있다.
일 실시예에서, 제2 게이트 구동 회로는 포토 센서에 연결된 데이터 라인을 통해 제2 스캔 신호를 포토 센서에 공급하고, 제2 스캔 신호의 제1 레벨과 제2 레벨은 각각 포토 센서와 제1 게이트 라인의 연결을 제어하기 위한 스위칭 트랜지스터를 턴-오프 시키는 레벨과 턴-온 시키는 레벨이고, 디스플레이 기간에 데이터 라인에 공급되는 데이터 전압은 스위칭 트랜지스터를 턴-온 시키지 않을 레벨일 수 있다.
일 실시예에서, 데이터 구동 회로의 출력과 제2 게이트 구동 회로의 출력을 데이터 라인에 연결하기 위한 먹스를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 데이터 구동 회로와 제2 게이트 구동 회로는 통합하여 하나로 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 데이터 구동 회로는, 디스플레이 기간에 데이터 라인에 데이터 전압을 공급하고, 블랭크 기간에 포토 센서에 연결된 데이터 라인에 포토 센서와 제1 게이트 라인의 연결을 제어하기 위한 제2 스캔 신호를 출력하고, 제2 스캔 신호의 제1 레벨과 제2 레벨은 각각 포토 센서와 제1 게이트 라인의 연결을 제어하기 위한 스위칭 트랜지스터를 턴-오프 시키는 레벨과 턴-온 시키는 레벨이고, 디스플레이 기간에 데이터 라인에 공급되는 데이터 전압은 스위칭 트랜지스터를 턴-온 시키지 않을 레벨일 수 있다.
일 실시예에서, 포토 센서는, 입사되는 빛에 상응하는 전류를 출력하는 포토 TFT, 포토 TFT가 출력하는 전류를 충전하는 포토 커패시터, 및 제2 스캔 신호에 대응하여 포토 커패시터와 제1 게이트 라인의 연결을 제어하는 스위칭 TFT를 포함하여 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 센싱 구동 회로는, 제1 게이트 라인에 연결되어 포토 센서의 전기 신호를 센싱 하기 위한 복수 개의 센싱 유닛, 복수 개의 센싱 유닛이 출력하는 신호를 디지털 데이터로 변환하기 위한 아날로그-디지털 변환기(ADC), 및 복수 개의 센싱 유닛과 ADC를 연결하기 위한 먹스를 포함하여 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 센싱 유닛은 대응하는 제1 게이트 라인의 포토 센서의 출력 신호를 전압으로 변환하기 위한 적분 회로 및 적분 회로의 출력을 샘플링 하기 위한 샘플/홀드 회로를 포함하여 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 적분 회로는, 반전 단자가 제1 게이트 라인에 연결되고 비반전 단자가 기준 전압에 연결되는 OP 앰프, 및 OP 앰프의 출력 단자와 반전 단자를 연결하는 피드백 커패시터와 리셋 스위치를 포함하여 구성되고, 샘플/홀드 회로는, 직렬로 연결되는 2개의 스위치와 그 사이 커패시터를 포함하는 경로를 2개 포함하여 2개의 경로가 샘플/홀드 동작을 교대로 수행하는 더블 샘플/홀드 유형으로 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 게이트 구동 회로와 센싱 구동 회로는 통합하여 하나로 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 표시 장치는 영상 데이터를 데이터 구동 회로에 공급하고, 센싱 데이터를 센싱 구동 회로로부터 수신하고, 데이터 구동 회로, 게이트 구동 회로, 및 센싱 구동 회로의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하여 공급하기 위한 타이밍 컨트롤러를 더 포함하여 구성되고, 타이밍 컨트롤러는, 센싱 구동 회로로부터 전송되는 센싱 데이터를 기준 값과 비교하여, 기준 값 이상의 센싱 데이터를 출력하는 포토 센서의 좌표를 생성하고 생성된 좌표를 연결된 호스트 시스템에 전송할 수 있다.
일 실시예에서, 포토 센서는 복수 개의 픽셀로 구성되는 픽셀 유닛 그룹마다 하나씩 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치를 구동하는 방법은, 디스플레이 기간에, 제1 게이트 라인을 통해 공급되는 스캔 신호에 따라 표시 패널에 포함된 픽셀에 데이터 라인을 통해 영상 데이터에 대응하는 데이터 전압을 인가하여 계조를 표현하는 단계; 및 두 디스플레이 기간 사이 블랭크 기간에, 표시 패널에 포함되고 빛에 대응하여 전기 신호를 출력하는 포토 센서로부터 제1 게이트 라인을 통해 전기 신호를 수신하고 이를 센싱 데이터로 변환하여 출력하는 단계를 포함하여 이루어지고, 출력하는 단계는 포토 센서와 제1 게이트 라인의 연결을 제어하기 위한 제2 스캔 신호를 데이터 라인 또는 데이터 라인과 평행한 제2 게이트 라인을 통해 포토 센서에 공급하는 것을 특징으로 한다.
픽셀 구동을 위한 게이트 라인과 포토 센서 구동을 위한 게이트 라인을 분리하고 시분할로 구동함으로써, 데이터 라인을 통해 포토 센서의 센싱 라인에 노이즈가 유입되는 것을 줄일 수 있다.
또한, 픽셀 구동을 위한 게이트 라인을 포토 센서의 센싱 라인으로 함께 사용함으로써, 배선의 추가 없고 데이터 라인의 노이즈 유입 없이 포토 센서의 출력을 검출 회로로 인출할 수 있다.
도 1과 2는 각각 데이터 기입을 위한 게이트 신호를 포토 센서의 구동을 위해 사용하는 구조 및 포토 센서와 포토 센싱 블록 구동을 위한 신호의 타이밍을 도시한 것이고,
도 3은 게이트 라인을 센싱 라인으로 사용하는 본 발명의 실시예를 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 구조에서 포토 센서와 포토 센싱 블록 구동을 위한 신호의 타이밍을 도시한 것이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 블랭크 기간에 포토 센싱 동작을 수행하는 타이밍을 도시한 것이고,
도 6은 본 발명에 따른 표시 장치를 기능 블록으로 도시한 것이고,
도 7은 픽셀과 포토 센서의 해상도를 비교 도시한 것이고,
도 8은 데이터 라인 구동을 위한 데이터 구동 회로와 포토 센서 구동을 위한 제2 게이트 구동 회로를 하나의 구동 회로에 집적한 구조를 도시한 것이고,
도 9는 도 8 구조에서 포토 센서를 구동하기 위한 포토 센싱용 게이트 라인에 인가되는 스캔 신호를 도시한 것이고,
도 10은 데이터 라인 구동을 위한 데이터 구동 회로와 포토 센서 구동을 위한 제2 게이트 구동 회로를 하나의 구동 회로에 집적하고 데이터 라인과 포토 센싱용 게이트 라인을 통합한 구조를 도시한 것이고,
도 11은 도 10 구조에서 데이터 공급과 포토 센서를 구동하기 위한 통합 라인에 인가되는 데이터와 스캔 신호를 도시한 것이고,
도 12는 게이트 구동 회로와 포토 센서용 센싱 구동 회로를 하나의 구동 회로로 집적한 구조를 도시한 것이고,
도 13은 도 12의 센싱 유닛을 구동하기 위한 제어 신호를 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 실질적으로 동일한 구성 요소들을 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.
손가락, 펜, 눈동자와 같은 물체(object)가 포토 센서에 근접하거나 터치되면, 포토 센서에 입사되는 광량이 변화하고, 광량의 변화를 처리하면 접근 또는 터치된 물체를 인식할 수 있게 된다. 또한, 레이저 포인터로부터 레이저 빔이 포토 센서에 입사하면 마찬가지로 포토 센서가 이를 감지하여 레이저 빔이 입사하는 위치 정보를 얻을 수 있다. 따라서, 포토 센서는, 표시 패널에 내장되어, 터치 인식, 지문 인식, 홍채 인식, 레이저 포인터 인식 등과 같은 입력 장치로 사용될 수 있다.
포토 센서가, 표시 패널에 내장되어 터치나 포인터 인식을 위한 입력 장치로 사용되기 위해서는, 픽셀 단위(픽셀마다 하나의 포토 센서) 또는 소정 개수의 픽셀 그룹 단위(예를 들어 nXm개 픽셀마다 하나의 포토 센서)로 포토 센서가 장착되어야 하고, 또한 포토 센서의 출력을 인출하기 위한 배선이 필요하다.
도 1과 2는 각각 데이터 기입을 위한 게이트 신호를 포토 센서의 구동을 위해 사용하는 구조 및 포토 센서와 포토 센싱 블록 구동을 위한 신호의 타이밍을 도시한 것이다.
도 1에서, 제1 포토 센서(Photo Sensor)는 제6 게이트 라인(6th Gate Line)에 연결되고, 제2 포토 센서는 제12 게이트 라인(12th Gate Line)에 연결되어 있다. 세로 방향, 즉 데이터 라인(Data Line)이 진행하는 방향으로 6개의 수평 라인 간격으로 하나의 수평 라인에 포토 센서가 배치된다. 제1 포토 센서는 제6 게이트 라인에 스캔 펄스가 인가될 때 센싱 라인(Sensing Line)에 연결되고, 제2 포토 센서는 제12 게이트 라인에 스캔 펄스가 인가될 때 센싱 라인에 연결된다.
포토 센서는 포토 TFT(PT), 포토 커패시터(CPT) 및 스위칭 TFT(ST)를 포함하여 구성되는데, 포토 TFT(PT)는 외부에서 빛이 입사되면 전류가 흐르게 되고, 포토 커패시터(CPT)는 스위칭 TFT(ST)가 오프 상태를 유지하는 동안 포토 TFT(PT)에 흐르는 전류에 따라 전하를 충전하고, 스위칭 TFT(ST)는 게이트 라인을 통해 인가되는 스캔 신호에 따라 턴-온 되어 포토 커패시터(CPT)의 전압을 센싱 라인에 공급한다.
센싱 라인은 센싱 블록에 연결되는데, 센싱 블록은 센싱 라인에 흐르는 전류를 적분하기 위한 적분 회로로, 센싱 라인이 반전 단자에 연결되고 기준 전압(VREF)이 연결되는 비반전 단자를 포함하는 OP 앰프, 반전 단자와 출력 단자를 연결하는 피드백 커패시터(CF) 및 리셋 스위치(RESET)로 구성될 수 있다.
센싱 블록의 리셋 스위치는, 도 2에 도시한 것과 같이, 센싱 라인이 포토 센서에 연결되는 동안(도 1과 도 2에서 제6 게이트 라인과 제12 게이트 라인에 스캔 펄스가 인가되는 동안) 턴-오프 되어 OP 앰프의 반전 단자와 출력 단자의 연결을 끊고, 센싱 라인이 포토 센서에 연결되지 않는 동안 턴-온 되어 OP 앰프의 반전 단자와 출력 단자를 연결하여 출력 단자를 비반전 단자의 기준 전압(VREF)으로 초기화시킨다.
포토 센서에 연결되는 게이트 라인에 게이트 신호(또는 스캔 신호)의 펄스가 인가되는 동안, 센싱 블록은 포토 센서의 포토 커패시터에 저장된 전하를 검출하는 센싱 동작을 수행하는데, 포토 센서의 포토 커패시터(CPT)에 저장된 전하가 센싱 라인을 통해 센싱 블록으로 공급되고, 전하가 피드백 커패시터(CF)에 저장되면서 출력 단자의 전압이 기준 전압(VREF)에서 점점 낮아지고, 출력 단자의 전압의 변화로 포토 센서에 빛이 인가되었는지 여부를 검출할 수 있다.
도 1에서 픽셀과 포토 센서는 각각 데이터 전압 기입과 포토 센서 출력을 위해 게이트 라인에 함께 연결된다. 게이트 라인에 스캔 펄스가 인가될 때 데이터 전압을 데이터 라인에 공급하기 위해 데이터 트랜지션이 발생하고 동시에 포토 센서에 저장된 전하가 센싱 라인을 통해 센싱 블록으로 전달된다. 따라서, 센싱 라인이 데이터 라인의 트랜지션에 영향을 받아 포토 센서의 출력 신호에 영향을 미치게 된다.
따라서, 본 발명은, 데이터 라인의 데이터 트랜지션이 센싱 라인에 영향을 미치지 않도록, 데이터 라인이 동작하지 않아 데이터 트랜지션이 없는 시간, 즉 블랭크 기간(Blank Time)에 포토 센서를 센싱 라인에 연결하여 포토 센서에 저장된 전하를 읽어 들이는 포토 센싱 동작을 수행한다.
또한, 본 발명은, 픽셀에 데이터 전압을 공급하는 것을 제어하기 위한 데이터 게이트 라인과 포토 센서를 센싱 라인에 연결하는 것을 제어하기 위한 센싱 게이트 라인을 수평과 수직으로 서로 분리하되, 데이터 게이트 라인을 센싱 라인으로 사용함으로써, 배선 추가 없이 디스플레이 동작과 포토 센싱 동작을 시분할로 구동할 수 있다.
도 3은 게이트 라인을 센싱 라인으로 사용하는 본 발명의 실시예를 도시한 것이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 구조에서 포토 센서와 포토 센싱 블록 구동을 위한 신호의 타이밍을 도시한 것이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 블랭크 기간에 포토 센싱 동작을 수행하는 타이밍을 도시한 것이다.
도 3에서, 도 1과 마찬가지로, 세로 방향, 즉 데이터 라인이 진행하는 방향으로 6개의 수평 라인 간격으로 하나의 수평 라인에 포토 센서가 배치된다. 또한, 가로 방향, 즉 픽셀에 데이터 공급을 제어하는 데이터 게이트 라인이 진행하는 방향으로 소정 개수의 데이터 라인마다, 예를 들어 세로 방향과 마찬가지로 6개의 데이터 라인마다 하나의 포토 센서가 배치될 수 있다. 이 경우, 포토 센서의 해상도는 픽셀 해상도의 1/6에 해당한다.
포토 센서는, 도 1과 마찬가지로, 포토 TFT(PT), 포토 커패시터(CPT) 및 스위칭 TFT(ST)를 포함하여 구성되지만, 도 1과 달리 스위칭 TFT(ST)는 데이터 게이트 라인이 아니라 예를 들어 6개의 데이터 라인마다 1개씩 데이터 라인과 평행하게 진행하는 센싱 게이트 라인을 통해 인가되는 센싱 스캔 신호에 응답하여 동작한다. 도 3에서 센싱 게이트 라인은 640개가 마련되어 있고, 각 센싱 게이트 라인은 같은 열에 있는 포토 센서에 센싱 스캔 신호를 제공한다.
도 3에서, 360개의 수평 라인에 360개의 포토 센서 행이 배치되고, 640개의 센싱 게이트 라인을 따라 640개의 포토 센서 열이 배치된다.
또한, 스위칭 TFT(ST)의 제2 전극, 예를 들면 드레인 전극은, 도 1에서는 데이터 라인과 평행한 별도의 센싱 라인에 연결되지만, 본 발명에 따른 도 3의 실시예에서는, 데이터 게이트 라인에 연결되어 포토 커패시터(CPT)에 저장된 전하를 전달한다. 같은 픽셀 라인 또는 수평 라인에 배치되는 포토 센서들은 해당 픽셀 라인의 데이터 게이트 라인을 공유하고 해당 데이터 게이트 라인을 통해 센싱 블록에 연결된다.
도 3에서 픽셀(Pixel)은 스위칭 TFT와 스토리지 커패시터(CST)로 구성되는 전형적인 액정 픽셀 회로에 해당하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않고, 유기 발광 다이오드(OLED) 및 이를 구동하기 위한 구동 소자를 포함하는 OLED 픽셀 회로가 될 수도 있다.
센싱 블록은, 도 1과 마찬가지로, OP 앰프, 피드백 커패시터 및 리셋 스위치로 구성되어, 데이터 게이트 라인을 통해 인가되는 포토 센서의 전하를 전압으로 변환한다. 도 3에서, 포토 센서 행의 개수인 360개의 센싱 블록이 데이터 게이트 라인에 연결되어 마련된다.
각 센싱 블록은, 센싱 게이트 라인에 센싱 스캔 신호의 펄스가 인가할 때마다, 대응하는 데이터 게이트 라인을 공유하는 포토 센서들 중에서 펄스가 인가되는 센싱 게이트 라인에 연결되는 포토 센서에 저장된 전하를 받아 이를 전압으로 변환하는 센싱 동작을 수행한다.
센싱 게이트 라인에는, 도 4와 같이, 첫 번째 게이트 라인, 두 번째 게이트 라인 순서로 640번째 게이트 라인까지 순차적으로 펄스가 인가되어, 패널에 배치되는 모든 포토 센서가 센싱 블록에 연결된다.
첫 번째 센싱 게이트 라인부터 마지막 센싱 게이트 라인까지 순차적으로 센싱 스캔 신호의 펄스를 인가할 수도 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 그 순서를 랜덤 하게 하거나 또는 소정의 추적 알고리즘에 따라 이전 단위 기간(예를 들어 이전 프레임)에 빛을 받은 포토 센서 부근의 센싱 게이트 라인에서 시작하여 멀어지는 방향으로 스캔 신호의 펄스를 인가할 수도 있다.
반면, 센싱 블록은 센싱 게이트 라인에 인가되는 펄스 사이마다 리셋 스위치를 턴-온 하여 출력 단자를 초기화시킨다.
한편, 도 3의 실시예에서는 데이터 게이트 라인을 포토 센서와 센싱 블록을 연결하는 센싱 라인으로 이용하기 때문에, 포토 센서의 구동, 즉 포토 센싱(Photo Sensing)은, 도 5와 같이, 픽셀에 데이터를 기입하여 영상을 표시하는 디스플레이 기간(Display Period)이 아니라 디스플레이 기간 사이의 블랭크 기간(Blank Period)에 이루어진다.
도 6은 본 발명에 따른 표시 장치를 기능 블록으로 도시한 것이다.
본 발명에 따른 표시 장치는 표시 패널(10), 타이밍 컨트롤러(11), 데이터 구동 회로(12), 제1 게이트 구동 회로(13), 제2 게이트 구동 회로(14) 및 센싱 구동 회로(15)를 구비할 수 있다.
도 6의 표시 장치는, 외부 전원을 이용하여 표시 패널(10), 데이터 구동 회로(12), 제1 게이트 구동 회로(13) 등의 동작에 필요한 전압을 생성하여 인가하는 전원 회로(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있고, 터치 센서들을 구동하기 위한 터치 구동 회로(미도시)를 더 구비할 수 있다.
표시 패널(10)에는 열 방향(제1 방향)으로 배열되는 다수의 데이터 라인들(16)과 다수의 제2 게이트 라인(또는 센싱 게이트 라인)(18) 및 행 방향(제2 방향)으로 배열되는 다수의 제1 게이트 라인(또는 데이터 게이트 라인)(17)이 교차하고, 교차 영역마다 픽셀들(PXL)이 매트릭스 형태로 배치되어 픽셀 어레이를 형성한다. 제1 게이트 라인들(17)에는 데이터 전압 인가를 제어하기 위한 제1 스캔 신호가 공급된다.
픽셀 어레이에서, 같은 수평 라인에 배치되는 픽셀(PXL)은 데이터 라인들(16) 중 어느 하나, 제1 게이트 라인들(17) 중 어느 하나에 접속되어 픽셀 라인 또는 수평 라인을 형성한다. 픽셀은, 제1 게이트 라인(17)을 통해 입력되는 스캔 신호에 응답하여 데이터 라인(16)과 전기적으로 연결되어 데이터 전압을 입력 받는다. 동일 픽셀 라인에 배치된 픽셀들은 같은 제1 게이트 라인(17)으로부터 인가되는 스캔 신호에 따라 동시에 동작한다.
하나의 픽셀 유닛은 적색 서브픽셀, 녹색 서브픽셀, 청색 서브픽셀을 포함하는 3개의 서브 픽셀 또는 적색 서브픽셀, 녹색 서브픽셀, 청색 서브픽셀, 백색 서브픽셀을 포함한 4개의 서브픽셀로 구성될 수 있으나, 그에 한정되지 않는다.
표시 패널(10)은 제1 게이트 구동 회로(12)로부터 공급되는 스캔 신호와 데이터 구동 회로(12)로부터 공급되는 데이터 신호에 대응하여 영상을 표시하는데, 표시 패널(10)에 포함된 픽셀들(PXL)은 자체적으로 빛을 발광하거나 외부의 빛을 제어한다.
하나의 픽셀에는 제1 게이트 라인(17)과 데이터 라인(16)에 연결되는 스위칭 TFT 및 스위칭 TFT를 통해 공급되는 데이터 신호에 상응하여 동작하는 픽셀 회로가 포함된다. 표시 패널은, 픽셀 회로의 구성에 따라 액정 소자를 포함하면 액정 표시 패널로 구성되고 유기 발광 소자를 포함하면 유기 발광 표시 패널로 구성될 수 있다.
표시 패널(10)은, 액정 표시 패널로 구성되는 경우, TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 또는 ECB(Electrically Controlled Birefringence) 모드 등으로 구현될 수 있다. 표시 패널(10)은, 유기 발광 표시 패널로 구성되는 경우, 전면 발광(Top-Emission) 방식, 배면 발광(Bottom-Emission) 방식 또는 양면 발광(Dual-Emission) 방식으로 구현될 수 있다.
또한, 표시 패널(10)에는, 가로 n개와 세로 m개의 픽셀 유닛 그룹에 하나의 포토 센서(PS)가 배치될 수 있다. 각 포토 센서(PS)는 세로 방향으로 진행하는 제2 게이트 라인들(17) 중 하나에 연결되고 가로 방향으로 진행하는 제1 게이트 라인들(17) 중 하나에 연결될 수 있다. 또한, 각 포토 센서에는 포토 TFT의 동작을 위한 소정의 전압 라인(도 1과 도 3에서 V1, V2)이 연결될 수 있다. 포토 센서는 포토 TFT, 포토 커패시터, 스위칭 TFT로 구성될 수 있다.
픽셀과 포토 센서를 구성하는 트랜지스터(또는 TFT)들은 P 타입 또는 N 타입의 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 구조로 구현되거나, 또는 P 타입과 N 타입이 혼용된 하이브리드 타입으로 구현될 수 있다. MOSFET의 소스와 드레인은 고정된 것이 아니라는 것에 주의하여야 한다. 예를 들어, MOSFET의 소스와 드레인은 인가 전압에 따라 변경될 수 있다. 이하의 실시예에서 트랜지스터의 소스와 드레인으로 인하여 발명이 제한되어서는 안 되고, 소스와 드레인 전극을 구분 없이 제1 및 제2 전극으로 칭하기도 한다.
표시 패널(10)에 터치 센서들이 배치될 수 있다. 터치 입력은 별도의 터치 센서들을 이용하여 센싱 되거나 픽셀들을 통해 센싱 될 수 있다. 터치 센서들은 온-셀(On-cell type) 또는 애드 온 타입(Add on type)으로 표시 패널(10) 위에 배치되거나 픽셀 어레이에 내장되는 인-셀(In-cell type) 터치 센서들로 구현될 수 있다.
타이밍 컨트롤러(11)는, 외부 호스트 시스템(미도시)으로부터 전달되는 영상 데이터(RGB)를 데이터 구동 회로(12)에 공급한다. 또한, 타이밍 컨트롤러(11)는 호스트 시스템으로부터 수직 동기 신호(Vsync), 수평 동기 신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 도트 클럭(CLK) 등의 타이밍 신호를 입력 받아, 데이터 구동 회로(12)와 제1 게이트 구동 회로(13)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 제어 신호들을 생성한다. 제어 신호들은 제1 게이트 구동 회로(13)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 타이밍 제어 신호(GCS)와 데이터 구동 회로(12)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 데이터 타이밍 제어 신호(DCS)를 포함한다.
타이밍 컨트롤러(11)는, 픽셀에 데이터 전압을 인가하고 이에 대응하는 계조를 표현하는 디스플레이 구동과 입사하는 빛에 의해 포토 센서에 저장되는 전하를 검출하는 포토 센싱 구동을 시간적으로 분리하여 수행할 수 있는데, 포토 센싱 구동을 디스플레이 기간 사이 블랭크 기간에 수행할 수 있다.
타이밍 컨트롤러(11)는, 블랭크 기간에, 제2 게이트 구동 회로(14)와 센싱 구동 회로(15)를 제어하여 포토 센싱 구동을 수행하여, 디지털 포토 데이터(PD)를 센싱 구동 회로(15)로부터 입력 받고, 이에 소정의 좌표 알고리즘을 적용하여 포토 센서를 통한 입력에 대응하는 좌표 데이터를 생성하고, 이를 연결된 호스트 시스템에 전송하여 터치 입력 또는 포인터 입력으로 사용할 수 있다.
즉, 타이밍 컨트롤러(11)는, 입력되는 디지털 포토 데이터(PD)를 기준 값과 비교하여, 기준 값을 넘는 디지털 포토 데이터(PD)를 출력하는 포토 센서에 터치나 포인터 입력이 있다고 판단하고 해당 포토 센서의 좌표를 구할 수 있는데, 하나의 클러스터를 이루는 복수 개의 포토 센서에서 출력되는 디지털 포토 데이터(PD)가 기준 값보다 클 때 해당 영역에 터치 또는 포인터 입력이 있다고 더 명확하게 판단하고 해당 영역의 중심 좌표를 계산할 수 있다.
호스트 시스템은, 타이밍 컨트롤러(11)로부터 디지털 포토 데이터(PD)에 대응하는 좌표 정보를 전달 받으면, 해당 좌표에 발생하는 터치에 따른 동작을 수행하거나, 또는 해당 좌표에 터치 또는 포인터 입력이 있는 것을 표현하는 이미지(예를 들어 소정 크기를 갖는 붉은 색의 원)를 생성하고 표시 패널(10)에 표시할 영상 데이터에 중첩하고 중첩된 영상 데이터를 타이밍 컨트롤러(11)에 출력할 수 있다.
데이터 구동 회로(12)는, 타이밍 컨트롤러(11)의 제어에 따라, 타이밍 컨트롤러(11)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 샘플링 하고 래치 하여 병렬 데이터로 바꾸고, 감마 기준 전압에 따라 아날로그 데이터 전압으로 변환하여 출력 채널을 거쳐 데이터 라인들(16)로 출력한다. 데이터 전압은 픽셀이 표현할 계조에 대응되는 값일 수 있다. 데이터 구동 회로(12)는 복수 개의 소스 드라이브 IC로 구성될 수 있다.
제1 게이트 구동 회로(13)는, 게이트 제어 신호(GDC)를 기반으로 게이트 구동 전압의 레벨을 시프트 시키면서 스캔 신호를 행 순차 방식으로 생성하여 픽셀 라인마다 연결된 제1 게이트 라인(17)에 순차적으로 제공한다.
제1 게이트 구동 회로(13)는, 시프트 레지스터, 시프트 레지스터의 출력 신호를 픽셀의 TFT 구동에 적합한 스윙 폭으로 변환하기 위한 레벨 시프터 및 출력 버퍼 등을 각각 포함하는 다수의 게이트 드라이브 집적 회로들로 구성될 수 있다. 또한, 제1 게이트 구동 회로(13)는 GIP(Gate Drive IC in Panel) 방식으로 표시 패널(10)의 하부 기판에 직접 형성될 수도 있다. GIP 방식의 경우, 레벨 시프터는 PCB(Printed Circuit Board) 위에 실장되고, 시프트 레지스터는 표시 패널(10)의 하부 기판에 형성될 수 있다.
제2 게이트 구동 회로(14)는, 포토 센서의 스위칭 TFT를 제어하기 위한 센싱용 스캔 신호를 생성하여 제2 게이트 라인(18)에 제공하는데, 열 순차 방식으로 순차적으로 제공하거나 랜덤 하게 또는 소정의 알고리즘에 의해 정해지는 순서로 제공할 수 있다.
제2 게이트 라인(18)이 데이터 라인(16)과 나란히 진행하기 때문에, 제2 게이트 구동 회로(14)는 데이터 구동 회로(12)와 하나의 구동 회로로 집적될 수 있다.
센싱 구동 회로(15)는, 복수 개의 센싱 유닛, 아날로그-디지털 컨버터(ADC) 및 복수 개의 센싱 유닛과 ADC를 연결하기 위한 멀티플렉서를 포함하여 포토 센싱 구동을 수행하는데, 포토 센서가 배치되는 수평 라인의 픽셀에 스캔 신호를 제공하는 제1 게이트 라인(17)에 연결된다. 또한, 센싱 구동 회로(15)는 포토 센싱 구동에 따라 디지털 포토 데이터(PD)를 생성하고 이를 타이밍 컨트롤러(11)에 제공한다.
센싱 구동 회로(15)가 제1 게이트 라인(17)에 연결되기 때문에, 센싱 구동 회로(15)는 제1 게이트 구동 회로(13)와 하나의 구동 회로로 집적될 수 있다.
도 7은 픽셀과 포토 센서의 해상도를 비교 도시한 것이다.
도 7에서 표시 패널(10)은, 가로 방향과 세로 방향으로 각각 X개와 Y개의 픽셀을 포함하고, 가로 방향과 세로 방향으로 각각 N개와 M개의 포토 센서를 포함하여, 픽셀의 해상도는 XxY이고 포토 센서의 해상도는 NxM이 된다. 일반적으로 픽셀의 해상도가 포토 센서의 해상도보다 높다.
도 8은 데이터 라인 구동을 위한 데이터 구동 회로와 포토 센서 구동을 위한 제2 게이트 구동 회로를 하나의 구동 회로에 집적한 구조를 도시한 것이고, 도 9는 도 8 구조에서 포토 센서를 구동하기 위한 포토 센싱용 게이트 라인에 인가되는 스캔 신호를 도시한 것이다.
도 8에서, 데이터 구동 회로(12)는 픽셀의 가로 방향 해상도에 해당하는 X개의 채널에서 데이터 라인(DATA)을 통해 픽셀에 데이터 전압을 공급하고, 제2 게이트 구동 회로(14)는 포토 센서의 가로 방향의 해상도에 해당하는 N개의 채널에서 포토 센싱용 게이트 라인(PS_SCAN)을 통해 포토 센서에 센싱용 스캔 신호를 출력한다.
데이터 라인(DATA)과 포토 센싱용 게이트 라인(PS_SCAN)이 평행하게 진행하기 때문에, 데이터 구동 회로(12)와 제2 게이트 구동 회로(14)가 하나의 구동 회로로 집적될 수 있다.
데이터 구동 회로(12)는, 픽셀에 데이터 전압을 인가하고 계조를 표현하는 디스플레이 구동이 이루어지는 디스플레이 기간에, 하나의 데이터 라인(DATA)에 패널의 세로 방향 해상도에 해당하는 회수(도 7에서 Y)만큼의 데이터 전압을 공급하므로, 하나의 데이터 라인(DATA)에는 Y번의 데이터 트랜지션이 발생한다.
또한, 데이터 구동 회로(12)는, 포토 센싱 구동이 이루어지는 블랭크 기간에는 데이터 라인에 데이터 전압을 인가하지 않기 때문에, 데이터 라인에 데이터 트랜지션이 없다.
제2 게이트 구동 회로(14)는, 디스플레이 기간에는 모든 센싱용 게이트 라인(PS_SCAN)에 포토 센서의 스위칭 TFT를 턴-오프 시킬 게이트 로우 전압(VGL)을 인가하고, 포토 센싱 구동이 이루어지는 블랭크 기간에는 제1 내지 제N 센싱용 게이트 라인(PS_SCAN)에 센싱용 스캔 펄스를 순차적으로 또는 소정의 추적 알고리즘에 따라 정해지는 순서에 따라 공급하는데, 센싱용 스캔 펄스의 턴-온 구간 전압은 포토 센서의 스위칭 TFT를 턴-온 시킬 게이트 하이 전압(VGH)이 되고 턴-오프 구간 전압은 게이트 로우 전압(VGL)이 될 수 있다.
제2 게이트 구동 회로(14)는, 소정 개수의 이전 프레임에서 빛을 받아 유효한 포토 센싱 데이터를 출력한 포토 센서 열에 해당하는 센싱용 게이트 라인에 먼저 스캔 펄스를 인가하고, 해당 센싱용 게이트 라인에서 멀어지는 방향으로 다른 센싱용 게이트 라인에 차례로 스캔 펄스를 인가할 수도 있다.
또한, 제2 게이트 구동 회로(14)는, 블랭크 기간에 모든 센싱용 게이트 라인을 구동하지 않고 일부 센싱용 게이트 라인만 구동할 수도 있는데, 소정 개수의 이전 프레임에서 빛을 받아 유효한 포토 센싱 데이터를 출력한 포토 센서 열 부근의 센싱용 게이트 라인들에 대해서는 모든 센싱용 게이트 라인을 구동하고, 그 밖의 센싱용 게이트 라인들에 대해서는 2 또는 3개의 센싱용 게이트 라인 중 하나씩만을 구동할 수 있다. 이러한 구동을 통해, 블랭크 기간에 구동하는 센싱용 게이트 라인의 개수를 줄이고 하나의 센싱용 게이트 라인을 구동하는 시간을 늘려 포토 센서 또는 센싱 유닛의 센싱 신호의 크기를 키울 수 있다.
도 10은 데이터 라인 구동을 위한 데이터 구동 회로와 포토 센서 구동을 위한 제2 게이트 구동 회로를 하나의 구동 회로에 집적하고 데이터 라인과 포토 센싱용 게이트 라인을 통합한 구조를 도시한 것이고, 도 11은 도 10 구조에서 데이터 공급과 포토 센서를 구동하기 위한 통합 라인에 인가되는 데이터와 스캔 신호를 도시한 것이다.
도 10에서, 데이터 구동 회로(12)는 픽셀의 가로 방향 해상도에 해당하는 X개의 채널에서 데이터 라인(DATA)을 통해 픽셀에 데이터 전압을 공급한다.
제2 게이트 구동 회로(14)는 포토 센서의 가로 방향의 해상도에 해당하는 N개의 채널을 통해 대응하는 포토 센서에 센싱용 스캔 신호를 출력하지만, 별도의 센싱용 게이트 라인을 마련하지 않고 데이터 라인을 공유한다.
제2 게이트 구동 회로(14)의 채널과 이에 대응하는 데이터 구동 회로(12)의 채널은 제1 먹스(MUX1)를 통해 데이터 라인에 연결될 수 있다. 제1 먹스(MUX1)는, 디스플레이 기간에는 데이터 구동 회로(12)의 채널을 데이터 라인에 연결하고, 블랭크 기간에는 제2 게이트 구동 회로(14)의 채널을 데이터 라인에 연결한다.
데이터 구동 회로(12)는, 디스플레이 기간에 각 채널을 통해 세로 방향 해상도에 해당하는 회수만큼의 데이터 전압을 공급하고, 블랭크 기간에 각 채널을 통해 데이터 전압을 인가하지 않는다.
제2 게이트 구동 회로(14)는, 신호를 출력하지 않아도 되고, 블랭크 기간에는 제1 내지 제N 센싱용 게이트 라인(PS_SCAN)에 게이트 하이 전압(VGH)의 턴-온 구간 전압을 갖는 센싱용 스캔 펄스를 순차적으로 또는 수정의 순서에 따라 공급하는데, 센싱용 스캔 펄스의 턴-오프 구간 전압은 게이트 로우 전압(VGL)이 될 수 있다.
데이터 구동 회로(12)의 채널에 직접 연결되는 데이터 라인(DATA)에는, 디스플레이 기간에는 데이터 전압이 공급되고, 블랭크 기간에는 데이터 전압이 공급되지 않는다.
데이터 구동 회로(12)의 채널과 제2 게이트 구동 회로(14)의 채널을 먹스(MUX1)를 통해 공유하는 데이터 라인(DATA & PS_SCAN)에는, 디스플레이 기간에는 세로 방향 해상도에 해당하는 회수만큼의 데이터 전압이 공급되고, 블랭크 기간에는 센싱용 스캔 펄스가 공급된다.
픽셀에 인가되는 최고 계조에 해당하는 데이터 전압과 최저 계조에 해당하는 데이터 전압 모두 포토 센서에 포함된 스위칭 TFT를 턴-온 시킬 레벨보다 낮아야 한다. 즉, 픽셀에 인가되는 데이터 전압은 포토 센서의 스위칭 TFT를 구동하는 게이트 로우 전압(VGL)과 게이트 하이 전압(VGH) 사이에 형성되는 것이 유리하다.
도 10의 실시예도, 도 8의 실시예와 마찬가지로, 데이터 구동 회로(12)와 제2 게이트 구동 회로(14)가 하나의 구동 회로로 집적될 수 있다.
한편, 데이터 라인과 센싱용 게이트 라인을 공유하는 실시예에서, 데이터 구동 회로(12) 채널의 데이터 전압의 출력 범위를 최저 계조보다 낮거나 또는 최고 계조보다 높게 한다면, 별도의 제2 게이트 구동 회로(14)와 제1 먹스(MUX1) 없이 데이터 구동 회로(12)만으로 픽셀에 데이터 전압을 인가하는 디스플레이 동작과 포토 센서를 센싱 라인, 즉 제1 게이트 라인에 연결하는 포토 센싱 동작을 구현할 수도 있다.
즉, 데이터 구동 회로(12)는, 디스플레이 기간에 최저 계조에서 최고 계조에 대응하는 데이터 전압을 출력하고, 블랭크 기간에 포토 센서에 연결되는 데이터 라인에 최저 계조와 최고 계조가 나타내는 데이터 전압 범위보다 높은 데이터 전압(포토 센서의 스위칭 TFT를 턴-온 시킬 전압)을 인가할 수 있다.
도 12는 게이트 구동 회로와 포토 센서용 센싱 구동 회로를 하나의 구동 회로로 집적한 구조를 도시한 것이고, 도 13은 도 12의 센싱 유닛을 구동하기 위한 제어 신호를 도시한 것이다.
제1 게이트 라인(또는 데이터 게이트 라인)은, 제2 먹스(MUX2)를 통해 제1 게이트 구동 회로(13) 또는 센싱 구동 회로(15)에 선택적으로 연결될 수 있는데, 디스플레이 기간에는 제1 게이트 구동 회로(13)에 연결되고 블랭크 기간에는 센싱 구동 회로(15)에 연결될 수 있다. 제2 먹스(MUX)는 포토 센서의 세로 해상도에 해당하는 개수(도 7에서 M개)만큼 마련될 수 있다.
또는 제2 먹스(MUX2)는 생략될 수 있는데, 디스플레이 기간에 제1 게이트 라인이 센싱 구동 회로(15)의 센싱 유닛(SU)에 연결되더라도 리셋 스위치를 조절하여 제1 게이트 라인의 스캔 펄스가 센싱 회로에 영향을 미치지 않게 할 수도 있다.
센싱 구동 회로는, 대응하는 데이터 게이트 라인을 통해 포토 센서에 연결되어 포토 센서에 저장되는 전하를 검출하는데, 표시 패널(10)의 포토 센서의 세로 해상도에 해당하는 개수(도 7에서 M개)의 센싱 유닛(SU), 제3 먹스(MUX3) 및 아날로그-디지털 컨버터(ADC)를 포함하여 구성될 수 있고, 제3 먹스(MUX3)는 M개의 센싱 유닛을 시분할하여 ADC에 연결한다.
센싱 유닛(SU)은 포토 센서로부터 인가되는 전하를 전압으로 변환하기 위한 적분 회로와 적분 회로의 출력을 샘플링 하기 위한 샘플/홀드 회로로 구성될 수 있다.
적분 회로는, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 센싱 블록에 해당하여, OP 앰프, 피드백 커패시터 및 리셋 스위치로 구성되어, 제1 게이트 라인을 통해 인가되는 포토 센서의 전하를 전압으로 변환한다.
도 12의 샘플/홀드 회로는 다른 경로를 통해 샘플/홀드 동작을 교대로 수행하는 더블 샘플/홀드 유형의 회로에 해당하고, 스위치 SH11, 스위치 SH21 및 커패시터 C1으로 구성되는 제1 경로와 스위치 SH12, 스위치 SH22 및 커패시터 C2로 구성되는 제2 경로가 서로 번갈아 가면서 적분 회로의 출력을 커패시터 C1과 C2에 저장하고 번갈아 가면서 커패시터 C1과 C2에 저장된 전압을 출력한다.
도 12는 센싱 유닛에 순차적으로 연결되는 2개의 포토 센서를 센싱 하기 위해 센싱 유닛에 포함된 스위치를 제어하기 위한 제어 신호를 도시한 것으로, 도 12에서 10usec는 하나의 포토 센서 열에 할당되는 샘플링/홀딩 시간에 해당한다. 예를 들어 표시 패널의 가로 방향으로 640개의 포토 센서가 있다면, 즉 도 8의 실시예에서 N이 640이라면, 640개의 포토 센서 전체를 샘플링 하고 홀딩 하는데 640 x 10usec = 6.4msec 시간이 소요된다. 디스플레이 기간을 10.3msec로 하고 블랭크 기간을 6.4msec로 하면 1 프레임이 10.7msec가 되어 60Hz 구동이 가능하다.
도 12에서, 첫 번째 기간(t1)에, 리셋 스위치(RESET)와 스위치 SH11을 순차적으로 턴-온 하여 가로 방향으로 n번째 포토 센서의 출력을 적분 회로를 거쳐 스위치 SH11에 연결된 커패시터 C1에 샘플링 하고(Sampling), 동시에 스위치 SH22를 턴-온 하여 스위치 SH22에 연결된 커패시터 C2에 저장된 전압(첫 번째 기간(t1)보다 앞선 기간에 가로 방향으로 (n-1)번째 포토 센서의 출력을 저장한 값)을 출력한다(Holding & outputting).
첫 번째 기간(t1)에 스위치 SH11을 턴-온 할 때, n번째 센싱용 게이트 라인(도 8에서 PS_SCAN[n])에 스캔 펄스를 인가하여, 가로 방향으로 n번째 포토 센서가 대응되는 제1 게이트 라인을 통해 센싱 유닛에 연결되도록 한다. 즉, 스위치 SH11을 턴-온 시키는 타이밍과 센싱용 게이트 라인에 스캔 펄스를 인가하는 타이밍을 일치시킨다.
마찬가지로, 두 번째 기간(t2)에, 리셋 스위치(RESET)와 스위치 SH12을 순차적으로 턴-온 하여 가로 방향으로 (n+1)번째 포토 센서의 출력을 적분 회로를 거쳐 스위치 SH12에 연결된 커패시터 C2에 샘플링 하고, 동시에 스위치 SH21을 턴-온 하여 스위치 SH21에 연결된 커패시터 C1에 첫 번째 기간(t1)에 저장된 n번째 포토 센서의 출력에 대응하는 전압을 출력한다.
비슷하게, 두 번째 기간(t2)에 스위치 SH12을 턴-온 할 때, (n+1)번째 센싱용 게이트 라인(도 8에서 PS_SCAN[n+1])에 스캔 펄스를 인가하여, 가로 방향으로 (n+1)번째 포토 센서가 대응되는 제1 게이트 라인을 통해 센싱 유닛에 연결되도록 한다.
제3 먹스(MUX3)는, 각 기간(도 13에서 10usec) 동안 표시 패널의 세로 방향의 포토 센서의 개수(도 7에서 M)만큼 스위칭 하여 제1 센싱 유닛(SU#1)부터 제M 센싱 유닛(SU#M)을 차례로 또는 소정 알고리즘에 따른 순서에 따라 ADC에 연결할 수 있다.
또는, 제3 먹스(MUX3)는, 각 센싱 게이트 라인에 할당된 기간(도 13에서는 10usec) 동안 제1 센싱 유닛(SU#1)부터 제M 센싱 유닛(SU#M)까지 M개의 센싱 유닛을 모두 ADC에 연결하지 않고 일부 센싱 유닛만 ADC에 연결할 수 있는데, 소정 개수의 이전 프레임에서 빛을 받아 유효한 포토 센싱 데이터를 출력한 센싱 유닛 부근의 센싱 유닛에 대해서는 모든 센싱 유닛을 ADC에 연결하고, 다른 센싱 유닛에 대해서는 일부만, 예를 들어 둘 또는 셋을 건너 뛰면서 센싱 유닛을 ADC에 연결할 수 있다.
ADC는 제3 먹스(MUX3)를 통해 순차적으로 연결되는 센싱 유닛의 출력을 디지털 포토 데이터(PD)로 변환하여 타이밍 컨트롤러(11)로 전송할 수 있는데, M개의 디지털 포토 데이터(PD) 전송은 센싱 동작이 이루어지는 블랭크 기간이 아니라 다음 디스플레이 기간에 이루어질 수도 있다.
게이트 구동 회로와 센싱 구동 회로는 제1 게이트 라인을 통해 서로 연결되므로, 도 12와 같이 하나의 구동 회로에 집적될 수 있다.
따라서, 배선 추가를 최소화하고 데이터 라인의 노이즈 유입 없이 포토 센서의 출력 신호를 검출할 수 있게 된다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 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.
10: 표시 패널 11: 타이밍 컨트롤러
12: 데이터 구동 회로 13: 제1 게이트 구동 회로
14: 제2 게이트 구동 회로 15: 센싱 구동 회로
16: 데이터 라인 17: 제1 게이트 라인
18: 제2 게이트 라인

Claims (15)

  1. 영상 데이터를 표현하는 복수 개 픽셀과 빛에 대응하여 전기 신호를 출력하는 복수 개의 포토 센서를 구비하는 표시 패널;
    데이터 라인을 통해 상기 픽셀에 상기 영상 데이터에 대응하는 데이터 전압을 제공하기 위한 데이터 구동 회로;
    제1 게이트 라인을 통해 상기 픽셀과 상기 데이터 라인의 연결을 제어하기 위한 스캔 신호를 공급하기 위한 게이트 구동 회로; 및
    상기 픽셀에 상기 데이터 전압을 인가하여 계조를 표현하는 디스플레이 기간 사이의 블랭크 기간에 상기 제1 게이트 라인을 통해 상기 포토 센서로부터 상기 전기 신호를 수신하여 센싱 데이터로 출력하기 위한 센싱 구동 회로를 포함하여 구성되고,
    상기 데이터 구동 회로는, 상기 디스플레이 기간에 상기 데이터 라인에 상기 데이터 전압을 공급하고, 상기 블랭크 기간에 상기 포토 센서에 연결된 데이터 라인에 상기 포토 센서와 상기 제1 게이트 라인의 연결을 제어하기 위한 제2 스캔 신호를 출력하고,
    상기 제2 스캔 신호의 제1 레벨과 제2 레벨은 각각 상기 포토 센서와 상기 제1 게이트 라인의 연결을 제어하기 위한 스위칭 트랜지스터를 턴-오프 시키는 레벨과 턴-온 시키는 레벨이고, 상기 디스플레이 기간에 상기 데이터 라인에 공급되는 데이터 전압은 상기 스위칭 트랜지스터를 턴-온 시키지 않을 레벨인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 블랭크 기간에 상기 포토 센서와 상기 제1 게이트 라인의 연결을 제어하기 위한 제2 스캔 신호를 생성하기 위한 제2 게이트 구동 회로를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 게이트 구동 회로는 상기 데이터 라인에 평행한 제2 게이트 라인을 통해 상기 제2 스캔 신호를 상기 포토 센서에 공급하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 게이트 구동 회로는 상기 포토 센서에 연결된 데이터 라인을 통해 상기 제2 스캔 신호를 상기 포토 센서에 공급하고,
    상기 제2 스캔 신호의 제1 레벨과 제2 레벨은 각각 상기 포토 센서와 상기 제1 게이트 라인의 연결을 제어하기 위한 스위칭 트랜지스터를 턴-오프 시키는 레벨과 턴-온 시키는 레벨이고, 상기 디스플레이 기간에 상기 데이터 라인에 공급되는 데이터 전압은 상기 스위칭 트랜지스터를 턴-온 시키지 않을 레벨인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 데이터 구동 회로의 출력과 상기 제2 게이트 구동 회로의 출력을 상기 데이터 라인에 연결하기 위한 먹스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 데이터 구동 회로와 상기 제2 게이트 구동 회로는 통합하여 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  7. 삭제
  8. 제2 항에 있어서,
    상기 포토 센서는, 입사되는 빛에 상응하는 전류를 출력하는 포토 TFT, 상기 포토 TFT가 출력하는 전류를 충전하는 포토 커패시터, 및 상기 제2 스캔 신호에 대응하여 상기 포토 커패시터와 상기 제1 게이트 라인의 연결을 제어하는 스위칭 TFT를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 센싱 구동 회로는, 상기 제1 게이트 라인에 연결되어 상기 포토 센서의 전기 신호를 센싱 하기 위한 복수 개의 센싱 유닛, 상기 복수 개의 센싱 유닛이 출력하는 신호를 디지털 데이터로 변환하기 위한 아날로그-디지털 변환기(ADC), 및 상기 복수 개의 센싱 유닛과 상기 ADC를 연결하기 위한 먹스를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 센싱 유닛은 대응하는 제1 게이트 라인의 포토 센서의 출력 신호를 전압으로 변환하기 위한 적분 회로 및 상기 적분 회로의 출력을 샘플링 하기 위한 샘플/홀드 회로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 적분 회로는, 반전 단자가 상기 제1 게이트 라인에 연결되고 비반전 단자가 기준 전압에 연결되는 OP 앰프, 및 상기 OP 앰프의 출력 단자와 상기 반전 단자를 연결하는 피드백 커패시터와 리셋 스위치를 포함하여 구성되고,
    상기 샘플/홀드 회로는, 직렬로 연결되는 2개의 스위치와 그 사이 커패시터를 포함하는 경로를 2개 포함하여 상기 2개의 경로가 샘플/홀드 동작을 교대로 수행하는 더블 샘플/홀드 유형으로 구현되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 게이트 구동 회로와 상기 센싱 구동 회로는 통합하여 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 영상 데이터를 상기 데이터 구동 회로에 공급하고, 상기 센싱 데이터를 상기 센싱 구동 회로로부터 수신하고, 상기 데이터 구동 회로, 상기 게이트 구동 회로, 및 상기 센싱 구동 회로의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하여 공급하기 위한 타이밍 컨트롤러를 더 포함하여 구성되고,
    상기 타이밍 컨트롤러는, 상기 센싱 구동 회로로부터 전송되는 센싱 데이터를 기준 값과 비교하여, 상기 기준 값 이상의 센싱 데이터를 출력하는 포토 센서의 좌표를 생성하고 상기 생성된 좌표를 연결된 호스트 시스템에 전송하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 포토 센서는 복수 개의 픽셀로 구성되는 픽셀 유닛 그룹마다 하나씩 배치되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  15. 디스플레이 기간에, 제1 게이트 라인을 통해 공급되는 스캔 신호에 따라 표시 패널에 포함된 픽셀에 데이터 라인을 통해 영상 데이터에 대응하는 데이터 전압을 인가하여 계조를 표현하는 단계; 및
    두 디스플레이 기간 사이 블랭크 기간에, 상기 표시 패널에 포함되고 빛에 대응하여 전기 신호를 출력하는 포토 센서로부터 상기 제1 게이트 라인을 통해 전기 신호를 수신하고 이를 센싱 데이터로 변환하여 출력하는 단계를 포함하여 이루어지고,
    상기 출력하는 단계는, 상기 포토 센서와 상기 제1 게이트 라인의 연결을 제어하기 위한 제2 스캔 신호를 상기 데이터 라인을 통해 상기 포토 센서에 공급하는 것을 특징으로 하고,
    상기 제2 스캔 신호의 제1 레벨과 제2 레벨은 각각 상기 포토 센서와 상기 제1 게이트 라인의 연결을 제어하기 위한 스위칭 트랜지스터를 턴-오프 시키는 레벨과 턴-온 시키는 레벨이고, 상기 디스플레이 기간에 상기 데이터 라인에 공급되는 데이터 전압은 상기 스위칭 트랜지스터를 턴-온 시키지 않을 레벨인 것을 특징으로 하는 표시 장치를 구동하는 방법.
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