KR20070118457A - 필드 시퀀셜 컬러 액정표시장치 및 그 구동방법 - Google Patents

필드 시퀀셜 컬러 액정표시장치 및 그 구동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 문서, 이미지 스캔, 터치 입력 및 입력된 이미지를 화상에 구현할 수 있는 필드 시퀀셜 컬러 액정표시장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 필드 시퀀셜 컬러 액정표시장치는 이미지 정보를 가지는 광을 센싱하는 포토센싱소자가 형성되어 디스플레이 모드(mode) 및 이미지 정보를 센싱하기 위한 위한 센서 모드 기능을 가지는 액정표시패널과; 상기 액정표시패널에 3원색의 광을 공급하는 백라이트를 구비하고, 상기 백라이트는 상기 액정표시패널이 디스플레이 모드인 경우 상기 액정표시패널에 3원색의 광을 순차적으로 공급하고, 센서 모드인 경우 상기 3원색의 광을 상기 액정표시패널에 동시에 공급하는 것을 특징으로 한다.

Description

필드 시퀀셜 컬러 액정표시장치 및 그 구동방법{Field Sequential Color Liquid Crystal Display Device And Method For Driving Thereof}
도 1은 종래 필드 시퀀셜 컬러 액정표시장치의 구동 파형을 나타내는 파형도.
도 2는 종래의 포토 센싱 소자를 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 필드 시퀀셜 컬러 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 블록로.
도 4는 본 발명에 따른 액정표시장치의 박막 트랜지스터 어레이 기판을 나타내는 도면.
도 5는 도 4의 Ⅱ-Ⅱ'선, Ⅲ-Ⅲ'선 및 Ⅳ-Ⅳ'선을 절취하여 도시한 단면도.
도 6은 도 4의 액정표시패널을 나타내는 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 FSC 액정표시장치의 디스플레이 및 센서 구동을 설명하기 위한 알고리즘.
도 8은 본 발명에 따른 백라이트 구동부 및 LED 백라이트의 구성을 구체적으로 나타내는 블록도.
도 9는 적색광원, 녹색광원, 청색광원으로부터 동시에 출사된 광이 센서 박 막 트랜지스터에 조사되는 과정을 나타내는 모식도.
도 10은 외부광이 센서 박막 트랜지스터로 입사되어 센싱되는 과정을 나타내는 회로도.
도 11은 센싱된 신호가 리드 아웃 집적회로(I.C)로 검출되는 과정을 나타내는 회로도.
도 12a 내지 도 12e는 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조방법을 설명하기 위한 공정도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
102 : 게이트 라인 104 : 데이터 라인
106 : 제1 박막 트랜지스터 108a,108b,108c : 게이트 전극
110a,110b,110c : 소스 전극 112a,112b,112c : 드레인 전극
14, 114a,114b,114c : 활성층 115a,115b,115c,115d,115e : 접촉홀
18, 118 : 화소전극 120 : 제1 스토리지 캐패시터
180 : 제2 스토리지 캐패시터 44,144 : 게이트 절연막
50,150 : 보호막 140 : 센서 박막 트랜지스터
170 : 제2 박막 트랜지스터 152 : 제1 구동전압 공급라인
171 : 제2 구동전압 공급라인 155 : 제1 투명전극 패턴
156 : 제2 투명전극 패턴 160 : 액정표시패널
162 : 데이터 드라이버 164 : 게이트 드라이버
166 : LED 백라이트 168 : 타이밍 콘트롤러
165 : 백라이트 구동부
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 문서, 이미지 스캔, 터치 입력 및 입력된 이미지를 화상에 구현할 수 있는 필드 시퀀셜 컬러 액정표시장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.
통상의 액정표시장치는 전계를 이용하여 액정의 광투과율을 조절함으로써 화상을 표시하게 된다. 이를 위하여 액정표시장치는 액정셀들이 매트릭스 형태로 배열되어진 액정표시패널과, 액정표시패널을 구동하기 위한 구동회로와, 액정표시패널에 광을 공급하기 위한 백라이트 유닛을 구비한다.
액정표시패널은 서로 대향하는 박막 트랜지스터 어레이 기판 및 컬러필터 어레이 기판과, 두 기판 사이에 일정한 셀갭 유지를 위해 위치하는 스페이서와, 그 셀갭에 채워진 액정을 구비한다.
박막 트랜지스터 어레이 기판은 게이트 라인들 및 데이터 라인들과, 그 게이트 라인들과 데이터 라인들의 교차부마다 스위치소자로 형성된 박막 트랜지스터와, 액정셀 단위로 형성되어 박막 트랜지스터에 접속된 화소 전극 등과, 그들 위에 도포된 배향막으로 구성된다. 게이트 라인들과 데이터 라인들은 각각의 패드부를 통 해 구동회로들로부터 신호를 공급받는다. 박막 트랜지스터는 게이트 라인에 공급되는 스캔신호에 응답하여 데이터 라인에 공급되는 화소전압신호를 화소 전극에 공급한다.
컬러필터 어레이 기판은 액정셀 단위로 형성된 컬러필터들과, 컬러필터들간의 구분 및 외부광 반사를 위한 블랙 매트릭스와, 액정셀들에 공통적으로 기준전압을 공급하는 공통 전극 등과, 그들 위에 도포되는 배향막으로 구성된다.
액정표시패널은 박막 트랜지스터 어레이 기판과 컬러필터 어레이 기판을 별도로 제작하여 합착한 다음 액정을 주입하고 봉입함으로써 완성하게 된다.
이러한, 액정표시장치는 수동소자로써 박라이트 유닛에서 공급되는 광의 투과량이 조절되어 화면에 화상을 표시하게 된다.
백라이트 유닛에 사용되는 램프로는 주로 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp : CCFL)가 사용된다. 이러한, CCFL을 사용하는 백라이트 유닛은 광을 발생시키는 램프와, 램프를 감싸는 형태로 설체되는 램프 하우징과, 램프로부터 반사되는 광을 평면광원으로 변환시키는 도광판과, 도광판의 하부에 위치하여 도광판의 하면 및 측면으로 진행하는 광을 상면 쪽으로 반사시키는 반사판과, 도광판을 경유한 광을 확산시키는 확산시이트 등을 포함한다.
이러한 백라이트 유닛은 소형화, 박형화, 경량화의 추세에 있으며, 이러한 추세에 따라 백라이트 유닛에 사용되는 CCFL 대신에 소비전력, 무게, 휘도 등에서 유리한 발광 다이오드(Light Emmitting Diode : LED) 등이 이용되기도 한다. 최근에는 LED를 사용하는 백라이트 유닛을 이용하여 보다 좋은 화질을 얻기 위한 백라 이트 구동방식으로 필드 시퀀셜 컬러(FIELD SEQUENTIAL COLOR : FSC) 구동방식이 제안되어 사용되고 있다.
FSC 구동방식은 컬러를 표시함에 있어, 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 컬러 필터를 사용하지 않고, 3원색(적색, 녹색 및 청색)의 광원을 순차적으로 구동시킴으로써 사람의 눈에 의한 잔상 효과를 이용하여 컬러를 표시할 수 있는 구동방법을 이용한다.
이하, FSC 구동방식을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하면, FSC 구동방식은 한 프레임 기간(1 Frame = 16.7㎳)이 R,G,B 3개의 서브 프레임(sub Frame) 기간으로 분할되고 R,G,B 각각의 서브 프레임에 대응되는 데이터 신호(data)가 액정표시패널의 데이터 라인에 순차적으로 공급됨과 동시에 R,G,B 각각의 데이터 신호에 동기되는 게이트 펄스(Vgh)가 게이트 라인에 공급된다. 이와 동시에 R,G,B 서브 프레임 데이터 신호에 동기 되어 LED 백라이트 유닛의 적색광원, 녹색광원, 청색광원이 순차적으로 점등된다. 이와 같이 적색, 녹색, 청색광원을 순차적으로 점등시키는 FSC 구동방식은 CCFL을 사용하는 백라이트 유닛, LED를 사용하는 백라이트 유닛 등을 프레임 내에 구동시키는 방식에 비해 휘도 및 표시품질이 좋은 장점을 가진다.
한편, 도 2는 종래의 이미지 센싱소자를 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 이미지 센싱소자는 포토 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor ; 이하 "TFT"라 함)(40), 포토 TFT(40)와 접속된 스토리지 캐패시터(80), 스토리지 캐패시터(80)를 사이에 두고 포토 TFT(40)와 반대방향에 위치하 는 스위치 TFT(6)를 구비한다.
포토 TFT(40)는 기판(42) 상에 형성된 게이트 전극(8)과, 게이트 절연막(44)을 사이에 두고 게이트 전극(8)과 중첩되는 활성층(14), 활성층(14)과 전기적으로 접속되는 구동 소스전극(60), 구동 소스전극(60)과 마주보는 구동 드레인 전극(62)을 구비한다. 활성층(14)은 구동 소스전극(60) 및 구동 드레인 전극(62)과 중첩되게 형성되고 구동 소스전극(60)과 구동 드레인전극(62) 사이의 채널부를 더 포함한다. 활성층(14) 위에는 구동 소스전극(60) 및 구동 드레인전극(62)과 오믹접촉을 위한 오믹접촉층(48)이 더 형성된다. 이러한, 포토 TFT(40)는 문서 또는 사람의 지문 등 소정의 이미지에 의한 입사되는 광을 센싱하는 역할을 한다.
스토리지 캐패시터(80)는 포토 TFT(40)의 게이트 전극(8)과 접속된 스토리지 하부전극(72), 절연막(44)을 사이에 두고 스토리지 하부전극(72)과 중첩되게 형성되며 포토 TFT(40)의 구동 드레인 전극(62)과 접속된 스토리지 상부전극(74)을 구비한다. 이러한, 스토리지 캐패시터(80)는 포토 TFT(40)에서 발생된 광전류에 의한 전하를 저장하는 역할을 한다.
스위칭 TFT(6)는 기판(42) 상에 형성된 게이트 전극(8)과, 스토리지 상부전극(74)과 접속된 소스전극(10), 소스전극(10)과 마주보는 드레인전극(12)과, 게이트 전극(8)과 중첩되고 소스전극(10)과 드레인전극(12) 사이에 채널을 형성하는 활성층(14)을 구비한다. 활성층(14)은 소스전극(10) 및 드레인전극(12)과 중첩되게 형성되고 소스전극(10)과 드레인전극(12) 사이의 채널부를 더 포함한다. 활성층(14) 위에는 소스전극(10) 및 드레인전극(12)과 오믹접촉을 위한 오믹접촉층(48) 이 더 형성된다.
이러한, 구조를 가지는 이미지 센싱 소자의 구동을 간략하게 설명하면, 포토 TFT(40)의 구동 소스전극(60)에 예를 들어 약, 10V 정도의 구동전압이 인가됨과 아울러 게이트 전극(8)에 예를 들어, 약 -5V 정도의 역바이어스 전압이 인가되고 활성층(14)에 광이 센싱되면 센싱된 광량에 따라 구동 소스전극(60)에서 채널을 경유하여 구동 드레인전극(62)으로 흐르는 광전류(Photo Current) 패스가 발생된다. 광전류 패스는 구동 드레인전극(62)에서 스토리지 상부전극(74)으로 흐르게 됨과 동시에 스토리지 하부전극(72)은 포토 TFT(40)의 게이트 전극(8)과 접속되어 있으므로 스토리지 캐패시터(80)에는 광전류에 의한 전하가 충전되게 된다. 이와 같이 스토리지 캐패시터(80)에 충전된 전하는 스위치 TFT(6)에 전달되어 포토 TFT(40)에 의해 센싱된 이미지를 읽어낼 수 있게 된다.
이와 같이, 종래의 액정표시장치는 디스플레이 기능만 가질 뿐 외부 문서 또는 이미지 등의 내용 화상으로 구현할 수 있는 등의 외부 이미지를 센싱하여 디스플레이할 수 있는 기능을 가지고 있지 않다. 또한, 종래의 센서 소자 또한 디스 플레이 기능을 수행하지 못하고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명의 목적은 디스플레이 기능을 가지는 액정표시장치에 외부 이미지를 센싱할 수 있는 기능을 추가하고자 한다.
특히, 본 발명에서는 FSC 액정표시장치에서 외부 이미지를 스캔할 수 있으며 사용자의 필요에 따른 스캔된 이미지를 디스플레이 할 수 있는 FSC 액정표시장치 및 그 구동방법을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 필드 시퀀셜 컬러 액정표시장치는 이미지 정보를 가지는 광을 센싱하는 포토센싱소자가 형성되어 디스플레이 모드(mode) 및 이미지 정보를 센싱하기 위한 위한 센서 모드 기능을 가지는 액정표시패널과; 상기 액정표시패널에 3원색의 광을 공급하는 백라이트를 구비하고, 상기 백라이트는 상기 액정표시패널이 디스플레이 모드인 경우 상기 액정표시패널에 3원색의 광을 순차적으로 공급하고, 센서 모드인 경우 상기 3원색의 광을 상기 액정표시패널에 동시에 공급하는 것을 특징으로 한다.
상기 액정표시패널에 게이트 전압을 공급하는 게이트 구동부와; 상기 액정표시패널에 데이터 전압을 공급하는 데이터 구동부와; 상기 백라이트를 구동시키는 백라이트 구동부와; 상기 게이트 구동부, 데이터 구동부 및 백라이트 구동부를 제어하는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 백라이트는 적색 발광다이오드, 녹색 발광다이오드 및 청색 발광다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 백라이트 구동부는 상기 액정표시패널이 디스플레이 모드인 경우 상기 제어부의 제어하에 상기 적색, 녹색 및 청색 발광다이오드를 순차적으로 점등시키는 것을 특징으로 한다.
상기 데이터 구동부는 상기 적색, 녹색 및 청색 발광다이오드의 순차적 점등에 따라 상기 액정표시패널에 적색, 녹색 및 청색 구현을 위한 데이터 전압들을 순차적으로 공급하는 것을 특징으로 한다.
상기 백라이트 구동부는 상기 액정표시패널이 센서모드인 경우 상기 제어부의 제어하에 상기 적색, 녹색 및 청색 발광다이오드를 동시에 모두 점등시키는 것을 특징으로 한다.
상기 데이터 구동부는 상기 액정표시패널이 센서모드인 경우 상기 액정표시패널에 화이트 계조에 대응되는 데이터 전압을 공급하는 것을 특징으로 한다.
상기 백라이트 구동부는 상기 적색 발광다이오드를 구동시키는 제1 인버터 회로부와; 상기 녹색 발광다이오드를 구동시키는 제2 인버터 회로부와; 상기 청색 발광다이오드를 구동시키는 제3 인버터 회로부와; 상기 제어부로부터의 제어신호를 이용하여 상기 제1 내지 제3 인버터 회로부를 제어하는 인버터 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 액정표시패널은 액정을 사이에 두고 합착된 박막 트랜지스터 어레이 기판 및 컬러필터 어레이 기판으로 구성되고, 상기 포토센싱소자는 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판에 형성된다.
상기 박막 트랜지스터 어레이 기판은 서로 교차되게 형성되어 화소영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인과; 상기 게이트 라인 및 데이터 라인의 교차영역에 위치하는 제1 박막 트랜지스터와; 상기 제1 박막 트랜지스터와 접속되며 상기 화소영역에 위치하는 화소전극과; 상기 화소전극에 충전되는 화소전압을 저장하는 제1 스토리지 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 포토 센싱소자는 상기 외부광을 센싱하기 위한 센서 박막 트랜지스터와; 상기 게이트 라인과 나란하게 형성되어 상기 센서 박막 트랜지스터에 제1 구동전압을 공급하는 제1 구동전압 공급라인과; 상기 제1 구동전압 공급라인과 나란하게 형성되어 상기 센서 박막 트랜지스터에 제2 구동전압을 공급하기 위한 제2 구동전압 공급라인과; 상기 센서 박막 트랜지스터에 의해 센싱된 신호를 저장하기 위한 제2 스토리지 캐패시터와; 상기 제1 스토리지 캐패시터와 상기 집적회로 사이에 위치하여 상기 센싱 신호를 선택적으로 상기 집적회로에 공급하기 위한 제2 박막 트랜지스터와; 제2 박막 트랜지스터로부터의 센싱 신호를 상기 집적회로부에 전달하기 위한 센싱신호전달라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 센서 박막 트랜지스터는 기판 상에 형성되며 상기 제2 구동전압 공급라인과 접속된 제1 게이트 전극과; 상기 제1 게이트 전극을 덮도록 형성된 게이트 절연막과; 상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 제1 게이트 전극과 중첩되는 제1 반도체 패턴과; 상기 제1 반도체 패턴과 접촉되며 상기 제1 구동전압 공급라인과 전기적으로 접속된 제1 소스전극과; 상기 제1 소스전극과 마주보는 제1 드레인 전극을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 센서 박막 트랜지스터를 덮도록 형성된 보호막과; 상기 보호막 및 게이트 절연막을 관통하여 상기 제1 구동전압 공급라인을 노출시키는 제1 홀과; 상기 제1 홀을 덮도록 형성되는 투명전극 패턴을 구비하고, 상기 제1 소스전극과 제1 구동전압 공급라인은 상기 투명전극 패턴에 의해 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 스토리지 캐패시터는 상기 제1 게이트 전극과 접속되는 제1 스토리지 하부전극과; 상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 제1 스토리지 하부전극과 중첩되며 상기 제1 드레인 전극과 접속된 제1 스토리지 상부전극을 포함한다.
상기 제2 박막 트랜지스터는 상기 게이트 라인에서 신장된 제2 게이트 전극과; 상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 제2 게이트 전극과 중첩되는 제2 반도체 패턴과; 상기 제2 반도체 패턴과 전기적으로 접속됨과 아울러 상기 제1 스토리지 상부전극에서 신장된 제2 소스전극과; 상기 제2 소스전극과 마주보며 상기 센싱신호전달라인과 접속된 제2 드레인 전극을 구비한다.
상기 제1 박막 트랜지스터는 상기 게이트 라인에서 신장된 제3 게이트 전극과; 상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 제3 게이트 전극과 중첩되게 형성되는 제3 반도체 패턴과; 상기 제3 반도체 패턴과 전기적으로 접속됨과 아울러 상기 데이터 라인에서 신장된 제3 소스전극과; 상기 제3 소스전극과 마주보며 상기 화소전극과 접속된 제3 드레인 전극을 구비한다.
본 발명에 따른 필드 시퀀셜 컬러 액정표시장치의 구동방법은 포토센싱소자를 포함하여 디스플레이 및 센서기능이 가능한 액정표시패널에 디스플레이 모드(mode) 및 센서 모드 중 어느 하나의 기능을 선택하는 단계와; 상기 액정표시패널이 디스플레이 모드인 경우 상기 액정표시패널에 3원색의 광을 순차적으로 공급하고, 센서 모드인 경우 상기 3원색의 광을 상기 액정표시패널에 동시에 공급하는 단계를 포함한다.
상기 액정표시패널의 디스플레이 모드인 경우 3원색의 광을 순차적으로 공급하는 단계는, 상기 액정표시패널에 적색, 녹색 및 청색 구현을 위한 데이터 전압들을 순차적으로 공급하는 단계와; 상기 적색, 녹색 및 청색 구현을 위한 데이터 전압에 동기되는 적색, 녹색 및 청색 발광다이오드를 순차적으로 점등시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 센서 모드인 경우 상기 3원색의 광을 상기 액정표시패널에 동시에 공급하는 단계는 적색, 녹색 및 청색 발광다이오드를 동시에 모두 점등시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 센서 모드인 경우 상기 3원색의 광을 상기 액정표시패널에 동시에 공급하는 단계는 상기 액정표시패널에 화이트 계조에 대응되는 데이터 전압을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 액정표시패널이 센서 모드인 경우, 상기 3원색의 광이 동시에 상기 액정표시패널을 투과하여 상기 액정표시패널의 디스플레이면 상에 위치하는 대상물에 반사되는 단계와; 상기 반사된 광이 상기 포토센싱소자에 조사되는 단계와; 상기 포토센싱소자에 조사된 광은 상기 대상물의 이미지 정보를 가지는 신호로 변환되는 단계와; 상기 변환된 신호를 이용하여 상기 이미지 정보를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도 3 내지 도 11을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 스캐너 기능 및 디스플레이 기능을 수행할 수 있는 FSC 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 블럭도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 FSC 액정표시장치는 m×n 개의 액정셀들(Clc)이 매트릭스 타입으로 배열되고 m 개의 데이터라인들(D1 내지 Dm)과 n 개의 게이트라인들(G1 내지 Gn)이 교차되며 그 교차부에 TFT가 형성된 액정표시패널(160)과, 액정표시패널(160)의 데이터라인들(D1 내지 Dm)에 데이터신호를 공급하기 위한 데이터 구동부(162)와, 게이트라인들(G1 내지 Gn)에 스캔신호를 공급하기 위한 게이트 구동부(162)와, 액정표시패널(160)에 독립적으로 R,G,B 광원을 공급하기 위한 LED 백라이트(166)와, LED 백라이트(166)를 구동시키는 백라이트 구동부(165)와, 데이터 구동부(162), 게이트 구동부(164) 및 백라이트 구동부(165)를 제어하기 위한 타이밍 콘트롤러(168)를 구비한다.
데이터 구동부(162)는 타이밍 콘트롤러(168)로부터의 제어신호(CS)에 응답하여 R,G,B 서브 프레임(sub Frame) 각각에 대응되는 R,G,B 디지털 비디오 데이터(R,G,B)를 계조값에 대응하는 아날로그 데이터 전압으로 변환하고, 이 아날로그 데이터 전압을 데이터라인들(D1 내지 Dm)에 공급한다.
게이트 구도부(164)는 타이밍 콘트롤러(168)로부터의 제어신호(CS)에 응답하여 R,G,B 서브 프레임 데이터 신호들 각각에 동기되는 게이트 펄스(Vgh)를 게이트 라인들(G1 내지 Gn)에 순차적으로 공급하여 RGB 서브 프레임 데이터신호가 공급되는 액정표시패널(160)의 수평라인을 선택한다.
백라이트 구동부(165)는 타이밍 콘트롤러(168)로부터의 제어신호(D1,D2,D3)에 의해 R,G,B 서브 프레임 데이터 신호들에 동기되어 LED 백라이트(166)의 적색광원(LED), 녹색광원(LED), 청색광원(LED)을 순차적으로 점등시키거나 모두 점등시킨다.
타이밍 콘트롤러(168)는 수직/수평 동기신호 및 클럭신호를 이용하여 게이트 구동부(164), 데이터 구동부(162) 및 백라이트 구동부(165)를 제어하기 위한 제어신호들을 생성한다.
도 4 및 도 5는 도 3에서의 FSC 액정표시패널의 구체적인 구조를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시패널의 하부 어레이 기판(또는 "박막 트랜지스터 어레이 기판" 이라 한다)을 나타내는 평면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 Ⅱ-Ⅱ'선, Ⅲ-Ⅲ'선, Ⅳ-Ⅳ'을 각각 절취하여 도시한 단면도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 하부 어레이 기판(190)은 하부기판(142) 위에 게이트 절연막(144)을 사이에 두고 교차하게 형성된 게이트 라인(102) 및 데이터 라인(104)과, 그 교차부마다 형성된 화소(Pixel)스위칭 TFT(이하 "제1 TFT"라 한다.)(106)와, 그 교차구조로 마련된 셀영역에 형성된 화소전극(118), 화소전극(118)을 사이에 두고 데이터 라인(104)과 나란하게 형성된 리드아웃 라인(Read-Out Line)(204), 게이트 라인(102)과 나란하게 형성되는 제1 및 제2 구동전압공급라인(152,171), 제1 및 제2 구동전압공급라인(152,171) 사이에 위치하며 제1 및 제2 구동전압공급라인(152,171)으로부터의 제1 및 제2 구동전압이 공급되는 센서 TFT(140), 전단 게이트 라인(102)과 리드아웃 라인(204)의 교차영역에 형성된 스위 칭 TFT(이하 "제2 TFT" 라 한다.)(170)와, 제2 구동전압공급라인(171)과 화소전극(118)의 중첩부에 형성된 화소 데이터 저장용 스토리지 캐패시터(이하, "제1 스토리지 캐패시터" 라 한다.)와, 제2 TFT(170)와 센서 TFT(140) 사이에 위치하는 센싱 신호 저장용 스토리지 캐패시터(이하, "제2 스토리지 캐패시터"라 한다)(180)를 구비한다.
제1 TFT(106)는 게이트 라인(102)에 접속된 게이트 전극(108a)과, 데이터 라인(104)에 접속된 소스 전극(110a)과, 화소 전극(118)에 접속된 드레인 전극(112a)과, 게이트 전극(108a)과 중첩되고 소스 전극(110a)과 드레인 전극(112a) 사이에 채널을 형성하는 활성층(114a)을 구비한다. 활성층(114a)은 소스전극(110a) 및 드레인전극(112a)과 부분적으로 중첩되게 형성되고 소스전극(110a)과 드레인전극(112a) 사이의 채널부를 더 포함한다. 활성층(114a) 위에는 소스전극(110a) 및 드레인전극(112a)과 오믹접촉을 위한 오믹접촉층(148a)이 더 형성된다. 여기서, 통상적으로 활성층(114a) 및 오믹접촉층(148a)을 반도체 패턴(145a)이라 명명한다.
이러한 제1 TFT(106)는 게이트 라인(102)에 공급되는 게이트 신호에 응답하여 데이터 라인(104)에 공급되는 화소전압 신호가 화소전극(118)에 충전되어 유지되게 한다.
화소전극(118)은 보호막(150)을 관통하는 제1 접촉홀(115a)을 통해 TFT(106)의 드레인전극(112a)과 접속된다. 화소전극(118)은 충전된 화소전압에 의해 도시하지 않은 상부 기판(예를 들어, 컬러필터 어레이 기판)에 형성되는 공통 전극과 전위차를 발생시키게 된다. 이 전위차에 의해 TFT 어레이 기판과 컬러필터 어레이 기 판 사이에 위치하는 액정이 유전 이방성에 의해 회전하게 되며 도시하지 않은 광원으로부터 화소전극(118)을 경유하여 입사되는 광을 상부 기판 쪽으로 투과시키게 된다.
제1 스토리지 캐패시터(120)는 제2 구동전압공급라인(171)에서 신장된 제1 스토리지 하부전극(121), 게이트 절연막(144)을 사이에 두고 제1 스토리지 하부전극(121)과 중첩되는 제1 스토리지 상부전극(123)으로 구성된다. 제1 스토리지 상부전극(123)은 보호막(150)을 관통하여 제2 접촉홀(115b)을 통해 화소전극(118)과 접촉된다.
이러한 제1 스토리지 캐패시터(120)는 화소 전극(118)에 충전된 화소전압이 다음 화소전압이 충전될 때까지 유지되게 한다.
센서 TFT(140)는 제2 구동전압 공급라인(171)에서 신장된 게이트 전극(108b)과, 게이트 절연막(144)을 사이에 두고 게이트 전극(108b)과 중첩되는 활성층(114b), 활성층(114b)과 전기적으로 접속됨과 아울러 제1 구동전압 공급라인(152)과 접속된 소스전극(110b), 소스전극(110b)과 마주보는 드레인전극(112b)을 구비한다. 센서 TFT(140)의 드레인 전극(112b)은 "U" 형으로 형성되어 광을 수광하기 위한 채널 영역이 넓게 형성될 수 있게 된다.
또한, 센서 TFT(140)는 보호막(150) 및 게이트 절연막(144)을 관통하여 제1 구동전압 공급라인(152)을 일부 노출시키는 제3 접촉홀(115c) 및 보호막(150)을 관통하여 소스전극(110b)을 노출시키는 제4 접촉홀(115d)을 구비하며, 제3 접촉홀(115c)을 통해 소스전극(110b)과 접촉되고 제4 접촉홀(115d)을 통해 제1 구동전 압 공급라인(152)과 접촉되는 제1 투명전극 패턴(155)을 구비한다. 이러한, 제1 투명전극 패턴(155)은 소스전극(110b)과 제1 구동전압 공급라인(152)을 전기적으로 연결시키는 역할을 한다. 활성층(114b)은 소스전극(110b) 및 드레인전극(112b)과 부분적으로 중첩되게 형성되고 소스전극(110b)과 드레인전극(112b) 사이의 채널부를 더 포함한다. 활성층(114b) 위에는 소스전극(110b) 및 드레인전극(112b)과 오믹접촉을 위한 오믹접촉층(148b)이 더 형성된다. 이러한, 센서 TFT(140)는 문서 또는 사람의 지문 등 소정의 이미지에 의한 입사되는 광을 센싱하는 역할을 한다.
제2 스토리지 캐패시터(180)는 적어도 3 이상의 스토리지 캐패시터로 이루어진다. 도 5에서는 게이트 절연막(144)을 사이에 두고 서로 중첩되는 제2 스토리지 전극(182)과 제2 구동전압공급라인(171)으로 이루어지는 제2-1 스토리지 캐패시터(180a), 게이트 절연막(144)을 사이에 두고 서로 중첩되는 제2 스토리지 전극(182)과 제1 구동전압공급라인(152)으로 이루어지는 제2-2 스토리지 캐패시터(180b), 보호막(150)을 사이에 두고 서로 중첩되는 제2 스토리지 전극(182)과 제2 투명전극 패턴(156)으로 이루어지는 제2-3 스토리지 캐패시터(180c)를 나타내었다. 여기서, 제2 스토리지 전극(182)은 제2 TFT(170)의 소스전극(110c) 및 센서 TFT(140)의 드레인 전극(112b)과 각각 연결되며, 제2 투명전극 패턴(156)은 게이트 절연막(144) 및 보호막(150)을 관통하는 제5 접촉홀(115e)을 통해 제2 구동전압공급라인(171)과 접촉된다.
이러한, 제2 스토리지 캐패시터(180)는 포토 TFT(140)에서 발생된 광전류에 의한 전하를 저장하는 역할을 한다.
제2 TFT(170)는 전단 게이트 라인(102)의 일부분인 게이트 전극(108c)과, 제2 스토리지 전극(182)과 접속된 소스전극(110c), 소스전극(110c)과 마주보는 드레인전극(112c)과, 게이트 전극(108c)과 중첩되고 소스전극(110c)과 드레인 전극(112c) 사이에 채널을 형성하는 활성층(114c)을 구비한다. 제2 TFT(170)에서의 게이트 전극(108c)은 제1 TFT(106)에서의 게이트 전극(108a)과는 구분된다. 즉, 제1 TFT(106)에서의 게이트 전극(108a)은 게이트 라인(102)에서 돌출된 형태를 가짐에 비하여, 제2 TFT(170)에서의 게이트 전극(108c)은 실질적으로 게이트 라인(102)의 일영역을 나타내고 있다. 활성층(114c)은 소스전극(110c) 및 드레인전극(112c)과 부분적으로 중첩되게 형성되고 소스 전극(110c)과 드레인전극(112c) 사이의 채널부를 더 포함한다. 활성층(114c) 위에는 소스전극(110c) 및 드레인전극(112c)과 오믹접촉을 위한 오믹접촉층(148c)이 더 형성된다.
한편, 이러한 본발명에서의 FSC 액정표시패널은 도 6에 도시된 바와 같이 상부 어레이 기판(190)과 대향되는 하부 어레이 기판(192)이 합착됨으로써 형성된다.
상부 어레이 기판(192)은 도 6에 도시된 바와 같이 상부기판(193) 상에 셀영역을 구획함과 아울러 빛샘을 방지하는 블랙 매트릭스(194)가 형성된다. 블랙 매트릭스(194)는 제2 TFT(170) 등은 마스킹하고 화소전극(118)과 대응되는 화소영역(P1) 및 센서 TFT(140)와 대응되는 수광영역(P2)은 개구시킨다. 여기서, FSC 액정표시장치는 디스플레이 모드(표시모드)에서 RGB별 LED를 순차적으로 발광시켜 그레이를 구현함으로써 상부 어레이 기판(192)에는 별도의 컬러필터를 구비하지 않게 된다.
여기서, 상부 어레이 기판(192)에는 공통전극, 배향막, 스페이서, 오버코트층 등이 선택적으로 더 형성될 수 있다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 FSC 액정표시장치는 화상을 구현하기 위한 디스플레이(display) 기능과 문서, 지문인식, OCR(Optical Charater Reading : 광학문자인식) 등의 기능을 수행하기 위한 센서 기능을 모두 수행할 수 있다.
이하, 도 7에 도시된 알고리즘을 참조하여 본 발명에 따른 FSC 액정표시장치의 디스플레이 및 센서 기능을 위한 구동에 대하여 설명한다.
먼저, 사용자에 의해 FSC 액정표시장치가 디스플레이 모드로 설정되면(S2), 데이터 구동부로부터 R 서브 프레임에 대응되는 데이터 신호(data)가 액정표시패널의 데이터 라인에 순차적으로 공급됨과 동시에 R 데이터 신호에 동기되는 게이트 펄스(Vgh)가 게이트 라인에 공급됨으로써 R 서브 프레임에 대응되는 데이터가 기입된다.(S4)
이와 동시에, 백라이트 구동부(165)는 타이밍 콘트롤러(168)로부터의 제어신호(D1,D2,D3) 및 별도의 전원공급원으로부터의 백라이트 구동전압(Vinv)을 이용하여 R 서브 프레임 데이터 신호들에 동기되어 적색광원 즉, 적색 LED 들만을 점등시킨다.(S6)
이하, 도 8을 참조하여 백라이트 구동부(165) 및 LED 백라이트(166)에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
LED 백라이트(166)는 액정표시패널(160) 뒤에서 매트릭스 형태로 배열되며 독립적으로 구동 가능한 적색 LED(166a)들, 녹색 LED(166b)들, 청색 LED(166c)들로 구성된다.
백라이트 구동부(165)는 적색 LED(166a)들을 구동시키는 제1 인버터 회로부(165a), 녹색 LED(166b)들을 구동시키는 제2 인버터 회로부(165b), 청색 LED(166c)들을 구동시키는 제3 인버터 회로부(165c)와, 제1 내지 제3 인버터 회로부(165a,165b,165c)를 제어하는 인버터 제어부(220)를 포함한다.
인버터 제어부(220)는 타이밍 콘트롤러(168)로부터의 LED 백라이트(166)의 온-오프(on-off) 제어신호(D1,D2,D3)를 이용하여 제1 내지 제3 인버터 회로부들(165a 내지 165c)을 제어한다.
따라서, S6 단계에서는 타이밍 콘트롤러(168)로부터 적색 LED(166a)는 턴-온시키고, 녹색 및 청색 LED(166b,166c)는 턴-오프시키는 제어신호(D1,D2,D3)가 인버터 제어부(220)로 공급되면 인버터 제어부(220)는 온-오프 제어신호(D1,D2,D3)를 이용하여 제1 내지 제3 인버터 회로부(165a,165b,175c)를 제어한다. 그 결과, 제1 인버터 회로부(165a)는 적색 LED(166a)를 턴-온시키고, 제2 인버터 회로부(165b)는 녹색 LED(166b)를 턴-오프시키고, 제3 인버터 회로부(165c)는 청색 LED(166c)를 턴-오프시킨다. 이러한, 일련의 구동방법에 따라, R 서브 프레임에 대응되는 데이터 신호(data)가 액정표시패널(160)의 데이터 라인에 기입되는 경우 적색 LED(166a)로부터의 적색 광이 액정표시패널(160)에 공급된다.
이어서, 데이터 구동부(162)로부터 G 서브 프레임에 대응되는 데이터 신호(data)가 액정표시패널(160)의 데이터 라인에 순차적으로 공급됨과 동시에 G 데 이터 신호에 동기되는 게이트 펄스(Vgh)가 게이트 라인에 공급됨으로써 G 서브 프레임에 대응되는 데이터가 액정표시패널(160)에 기입된다.(S8)
이와 동시에, S6 단계에서와 동일한 구동방식에 의해 적색 LED(166a)는 턴-오프되고, 녹색 LED(166b)는 턴-온되고, 청색 LED(166c)는 턴-오프된다.(S10)
이어서, 데이터 구동부(162)로부터 B 서브 프레임에 대응되는 데이터 신호(data)가 액정표시패널(160)의 데이터 라인에 순차적으로 공급됨과 동시에 B 데이터 신호에 동기되는 게이트 펄스(Vgh)가 게이트 라인에 공급됨으로써 B 서브 프레임에 대응되는 데이터가 액정표시패널(160)에 기입된다.(S12)
이와 동시에, S6 단계에서와 동일한 구동방식에 의해 적색 LED(166a)는 턴-오프되고, 녹색 LED(166b)는 턴-오프되고, 청색 LED(166c)는 턴-온된다.(S14)
그 결과, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러 필터를 사용하지 않고, 3원색(적색, 녹색 및 청색)의 광원을 순차적으로 구동시킴으로써 사람의 눈에 의한 잔상 효과를 이용하여 컬러 디스플레이를 구현할 수 있게 된다.
다음으로 FSC 액정표시장치가 센서 모드로 설정되면(S22), 타이밍 콘트롤러(168)의 온-오프 제어신호에 의해 적색 LED(166a), 녹색 LED(166b) 및 청색 LED(166c) 모두 동시에 턴-온됨에 따라(S14) LED 백라이트(166)는 백색광을 액정표시패널(160)에 공급하게 된다.
이하, 도 9 내지 도 11을 참조하여 본 발명에서의 FSC 액정표시장치의 센서모드 구동을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 9는 R,G,B LED(166a,166b,166c)의 동시 점등에 의해 센서 TFT(140)가 이 미지 정보를 가지는 광을 수광하는 과정을 나타내는 모식도이고, 도 10은 외부광이 센서 TFT(140)로 입사되어 센싱되는 과정을 나타내는 회로도이고, 도 11은 센싱된 신호가 리드 아웃 집적회로(I.C)로 검출되는 과정을 나타내는 회로도이다.
먼저, FSC 액정표시장치가 센서 모드로 설정되면(S2), 데이터 구동부(162)로부터 각각의 화소가 최대 투과율을 가지기 위해 특정 레벨의 데이터 신호(data)와 게이트 구동부(164)로부터의 게이트 신호가 액정표시패널(160)에 공급된다. 예를 들어, 노멀리 블랙 구동의 경우에는 낮은 레벨의 데이터 신호가 공급되고, 노멀리 화이트 구동의 경우에는 높은 레벨의 데이터 신호가 공급된다. 즉, 액정표시장치가 센서 모드인 경우 데이터 라인(104)에 풀 화이트를 구현하기 위한 데이터 전압이 공급된다. 이에 따라, 포토 센서 모드 동안 액정표시패널(160)에는 풀 화이트 상태를 유지하게 된다.
이와 동시에, 타이밍 콘트롤러(168)는 백라이트 구동부(165)에 적색 LED(166a), 녹색 LED(166b) 및 청색 LED(166c)를 턴-온시키기 위한 제어신호(D1,D2,D3)를 공급한다.
이에 따라, 인버터 제어부(220)는 제1 내지 제3 인버터 회로부(165a,165b,165c) 각각에 적색 LED(166a), 녹색 LED(166b) 및 청색 LED(166c)의 턴-온신호를 공급하며, 제1 내지 제3 인버터 회로부(165a,165b,165c)는 적색 LED(166a), 녹색 LED(166b) 및 청색 LED(166c)를 동시에 턴-온시킨다. 이에 따라, 도 9에 도시된 바와 같이 LED 백라이트(166)의 적색광, 녹색광 및 청색광이 액정표시패널(160)의 화소영역(P1)을 투과하여 흑백 문서, 지문 등의 대상물(185)에 반사 된 후 센서 TFT(140)의 수광부(채널)에 입사된다.
이와 동시에 도 10에 도시된 바와 같이 제1 구동전압 공급라인(152)으로부터 센서 TFT(140)의 소스전극(110b)에 예를 들어 약, 10V 정도의 구동전압이 인가됨과 아울러 제2 구동전압 공급라인(171)으로부터 센서 TFT(140)의 게이트 전극(108b)에 예를 들어, 약 -5V 정도의 전압이 인가된다. 이에 따라, 센서 TFT(140)의 활성층(114b)에 이미지 정보를 가지는 광이 센싱되면 센싱된 광량에 따라 센서 TFT(140)의 소스전극(110b)에서 활성층(114b)의 채널을 경유하여 드레인전극(112b)으로 흐르는 광전류(Photo Current) 패스가 형성된다. 광전류는 센서 TFT(140)의 드레인전극(112b)에서 제2 스토리지 전극(182)으로 흐르게 된다. 이에 따라, 제2 스토리지 캐패시터(180)를 이루는 제2-1 스토리지 캐패시터(180a), 제2-2 스토리지 캐패시터(180b), 제2-3 스토리지 캐패시터(180c)에 광전류에 의한 전하가 충전되게 된다. 여기서, 제2 스토리지 캐패시터(180)에 최대 충전량은 센서 TFT(140)의 소스전극(110b)과 제2 구동전압 공급라인(171)의 전압차 예를 들어, 15V 정도가 충전될 수 있게 된다.
이와 같이, 센서 TFT(140)가 광을 센싱하고 제2 스토리지 캐패시터(180)에 전하가 충전되는 동안 제2 TFT(170)의 게이트 전극(108c)에는 게이트 로우 전압 예를 들어 -5V 가 인가됨으써 제2 TFT(170)는 턴-오프(off) 상태를 유지하게 된다.
이후, 도 11에 도시된 바와 같이 제2 TFT(170)의 게이트 전극(108c)에 하이 전압 예를 들어, 약 20~25V 정도가 공급되는 제2 TFT(170)가 턴-온이 되면서 제2 스토리지 캐패시터(180)에 충전된 전하에 의한 전류패스가 제2 TFT(170)의 소스전 극(110c), 활성층(114c)의 채널, 드레인 전극(112c) 및 리드아웃라인(204)을 경유하여 리드아웃 집적회로(IC)로 공급된다. 이와 같이 공급된 전류 패스에 의한 센싱 신호를 리드아웃 집적회로(IC)에서 읽어내게 된다.
또한, 리드아웃 집적회로(IC)에는 대상물(185)의 특정 이미지가 저장되게 되고 사용자의 필요에 따라 디스플레이 될 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 FSC 액정표시장치는 화상을 구현하는 디스플레이 기능 뿐만 아니라 이미지 센서 능력을 가지게 됨으로써 외부 문서, 터치 등을 입력함과 아울러 입력된 이미지를 사용자의 요구에 따라 출력할 수 있는 기능을 모두 가질 수 있게 된다.
특히, 디스플레이 모드에서는 R,G,B 서브 프레임 데이터 기입에 따라 적색 LED(166a), 녹색 LED(166b), 청색 LED(166c)가 순차적으로 구동되고, 상대적으로 강한 광을 필요로하는 센서 모드에서는 적색 LED(166a), 녹색 LED(166b), 청색 LED(166c)가 모두 구동되어 턴-온 상태를 유지하게 된다. 그 결과, 디스플레이 모드에서는 FSC 방식에 의한 액정표시장치 구동이 가능하고, 센서모드에서는 적색 LED(166a), 녹색 LED(166b), 청색 LED(166c)이 모두 점등됨에 따라 흑백 이미지 등을 선명하게 스캐닝할 수 있고 지문 등을 좀더 세밀하게 인식할 수 있다.
이하, 도 12a 내지 도 12e를 참조하여 본 발명에 따른 이미지 센싱 기능을 가지는 액정표시장치의 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조방법을 구체적으로 살펴 본다.
먼저, 하부기판(142) 상에 스퍼터링 방법 등의 증착방법을 통해 게이트 금속 층이 형성된 후 포토리쏘그래피 공정과 식각공정으로 게이트 금속층이 패터닝됨으로써 도 12a에 도시된 바와 같이, 게이트라인(102), 제1 TFT(106)의 게이트전극(108a), 제2 TFT(170)의 게이트 전극(108c), 제1 구동전압 공급라인(152), 제2 구동전압 공급라인(171), 제2 구동전압 공급라인(171)에서 신장된 센서 TFT(140)의 게이트전극(108b) 및 제1 스토리지 하부 전극(121)을 포함하는 게이트 패턴들이 형성된다. 여기서, 제2 구동전압 공급라인(171)은 제1 스토리지 캐패시터(180)의 제1 스토리지 하부전극(121) 및 센서 TFT(140)의 게이트전극(108b)과 일체화된다.
게이트 패턴들이 형성된 하부기판(142) 상에 PECVD 등의 증착방법을 통해 게이트 절연막(144)이 형성된다. 게이트 절연막(144)이 형성된 하부기판(142) 상에 비정질 실리콘층, n+ 비정질 실리콘층이 순차적으로 형성된다.
이후, 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각공정으로 비정질 실리콘층, n+ 비정질 실리콘층이 패터닝됨으로써 도 12b에 도시된 바와 같이 제1, 제2 TFT(106,170) 및 센서 TFT(140)들에 각각 대응되는 반도체 패턴(145a,145b,145c)들이 형성된다. 여기서, 반도체 패턴(145a,145b,145c)들은 활성층(114a,114b,114c) 및 오믹접촉층(148a,148b,148c)의 이중층으로 이루어진다.
반도체 패턴(145a,145b,145c)들이 형성된 하부기판(142) 상에 소스/드레인 금속층이 순차적으로 형성된 후 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정 및 식각공정 등을 이용하여 도 12c에 도시된 바와 같이 데이터 라인(104), 제1 TFT(106)의 소스전극(110a) 및 드레인 전극(112a), 제2 TFT(170)의 소스전극(110c) 및 드레인 전극(112c), 센서 TFT(140)의 소스전극(110b) 및 드레인 전극(112b), 게이트 절연 막(144)을 사이에 두고 제1 스토리지 하부전극(121)과 중첩되는 제1 스토리지 상부전극(123), 센서 TFT(140)의 드레인 전극(112b)과 접속된 제2 스토리지 전극(182)을 포함하는 소스/드레인 패턴들이 형성된다.
이후, 소스/드레인 패턴들이 형성된 게이트 절연막(144) 상에 PECVD 등의 증착방법으로 보호막(150)이 전면 형성된 후 포토리쏘그래피 공정과 식각공정으로 패터닝됨으로써 도 12d에 도시된 바와 같이 제1 TFT(106)의 드레인 전극(112a)을 노출시키는 제1 접촉홀(115a), 제1 스토리지 상부전극(123)을 노출시키는 제2 접촉홀(115b), 제1 구동전압 공급라인(152)을 노출시키는 제3 접촉홀(115c), 센서 TFT(140)의 소스전극(110b)을 노출시키는 제4 접촉홀(115d), 제2 스토리지 캐패시터(180)에서의 제2 구동전압 공급라인(171)을 노출시키는 제5 접촉홀(115e)이 형성된다.
보호막(150) 상에 스퍼터링 등의 증착방법으로 투명전극 물질이 전면 증착된 후 포토리쏘그래피 공정과 식각공정을 통해 투명전극 물질이 패터닝됨으로써 도 12e에 도시된 바와 같이 화소전극(118), 제1 투명전극 패턴(155), 제2 투명전극 패턴(156)이 형성된다.
화소전극(118)은 제1 접촉홀(115a)을 통해 제1 TFT(106)의 드레인 전극(112a)과 접촉됨과 동시에 제2 접촉홀(115b)을 통해 제1 스토리지 상부전극(123)과 접촉된다.
제1 투명전극 패턴(155)은 제3 접촉홀(115c)을 통해 제1 구동전압 공급라인(152)과 접촉됨과 동시에 제4 접촉홀(115d)을 통해 센서 TFT(140)의 소스전 극(110b)과 접촉된다.
제2 투명전극 패턴(156)은 제2 스토리지 전극(182)과 일부 중첩됨과 동시에 제5 접촉홀(115e)을 통해 제1 구동전압 공급라인(171) 접촉된다.
이후, 별도의 공정에 의해 상부기판(193) 상에 셀영역을 구획하며 액정표시장치의 구동시 빛샘을 방지하는 블랙 매트릭스(194) 등을 포함하는 상부 어레이 기판(192)이 형성된다. 여기서, 컬러필터 어레이 기판(192)에는 공통전극, 배향막, 스페이서, 오버코트층 등이 선택적으로 더 형성될 수 있다.
이후, 합착공정에 의해 박막 트랜지스터 어레이 기판(190)과 상부 어레이 기판(192)이 액정(197)을 사이에 두고 합착됨으로써 도 6에 도시된 바와 같은 액정표시패널(160)이 형성된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 FSC 액정표시장치 및 그 구동방법과 이를 이용한 이미지 센싱 방법은 화상만을 구현할 수 있는 액정표시장치에 문서, 이미지 등을 센싱할 수 있는 센싱 소자를 포함할 수 있게 됨으로써 하나의 액정표시장치를 이용하여 이미지 등을 입력할 수 있을 뿐만 아니라 필요에 따라 입력된 이미지를 화상에 구현할 수 있게 된다. 특히, 액정표시장치에 이미지를 센싱 기능을 부가함으로써 액정표시장치 내로 이미지의 입, 출력이 가능하게 되어 비용면에서도 부피면에서도 매우 큰 장점을 가지게 된다.
또한, 본 발명에 따른 FSC 액정표시장치는 디스플레이 모드에서는 R,G,B 서 브 프레임 데이터 기입에 따라 적색 LED, 녹색 LED, 청색 LED가 순차적으로 구동되고, 상대적으로 강한 광을 필요로 하는 센서 모드에서는 적색 LED, 녹색 LED, 청색 LED가 모두 구동되어 턴-온 상태를 유지하게 된다. 그 결과, 디스플레이 모드에서는 FSC 방식에 의한 액정표시장치 구동이 가능하고, 센서모드에서는 적색 LED, 녹색 LED, 청색 LED이 모두 구동됨에 따라 흑백 이미지 등을 선명하게 스캐닝할 수 있고 지문 등을 좀더 세밀하게 인식할 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 기술적범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (21)

  1. 이미지 정보를 가지는 광을 센싱하는 포토센싱소자가 형성되어 디스플레이 모드(mode) 및 이미지 정보를 센싱하기 위한 위한 센서 모드 기능을 가지는 액정표시패널과;
    상기 액정표시패널에 3원색의 광을 공급하는 백라이트를 구비하고,
    상기 백라이트는
    상기 액정표시패널이 디스플레이 모드인 경우 상기 액정표시패널에 3원색의 광을 순차적으로 공급하고, 센서 모드인 경우 상기 3원색의 광을 상기 액정표시패널에 동시에 공급하는 것을 특징으로 하는 필드 시퀀셜 컬러 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정표시패널에 게이트 전압을 공급하는 게이트 구동부와;
    상기 액정표시패널에 데이터 전압을 공급하는 데이터 구동부와;
    상기 백라이트를 구동시키는 백라이트 구동부와;
    상기 게이트 구동부, 데이터 구동부 및 백라이트 구동부를 제어하는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 필드 시퀀셜 컬러 액정표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 백라이트는 적색 발광다이오드, 녹색 발광다이오드 및 청색 발광다이오 드를 포함하는 것을 특징으로 하는 필드 시퀀셜 컬러 액정표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 백라이트 구동부는
    상기 액정표시패널이 디스플레이 모드인 경우 상기 제어부의 제어하에 상기 적색, 녹색 및 청색 발광다이오드를 순차적으로 점등시키는 것을 특징으로 하는 필드 시퀀셜 컬러 액정표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 데이터 구동부는 상기 적색, 녹색 및 청색 발광다이오드의 순차적 점등에 따라 상기 액정표시패널에 적색, 녹색 및 청색 구현을 위한 데이터 전압들을 순차적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 필드 시퀀셜 컬러 액정표시장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 백라이트 구동부는
    상기 액정표시패널이 센서모드인 경우 상기 제어부의 제어하에 상기 적색, 녹색 및 청색 발광다이오드를 동시에 모두 점등시키는 것을 특징으로 하는 필드 시퀀셜 컬러 액정표시장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 데이터 구동부는 상기 액정표시패널이 센서모드인 경우 상기 액정표시패널에 화이트 계조에 대응되는 데이터 전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 필드 시퀀셜 컬러 액정표시장치.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 백라이트 구동부는
    상기 적색 발광다이오드를 구동시키는 제1 인버터 회로부와;
    상기 녹색 발광다이오드를 구동시키는 제2 인버터 회로부와;
    상기 청색 발광다이오드를 구동시키는 제3 인버터 회로부와;
    상기 제어부로부터의 제어신호를 이용하여 상기 제1 내지 제3 인버터 회로부를 제어하는 인버터 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 필드 시퀀셜 컬러 액정표시장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정표시패널은
    액정을 사이에 두고 합착된 박막 트랜지스터 어레이 기판 및 컬러필터 어레이 기판으로 구성되고,
    상기 포토센싱소자는 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판에 형성된 것을 특징으로 하는 필드 시퀀셜 컬러 액정표시장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터 어레이 기판은
    서로 교차되게 형성되어 화소영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인과;
    상기 게이트 라인 및 데이터 라인의 교차영역에 위치하는 제1 박막 트랜지스터와;
    상기 제1 박막 트랜지스터와 접속되며 상기 화소영역에 위치하는 화소전극과;
    상기 화소전극에 충전되는 화소전압을 저장하는 제1 스토리지 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 필드 시퀀셜 컬러 액정표시장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 포토 센싱소자는
    상기 외부광을 센싱하기 위한 센서 박막 트랜지스터와;
    상기 게이트 라인과 나란하게 형성되어 상기 센서 박막 트랜지스터에 제1 구동전압을 공급하는 제1 구동전압 공급라인과;
    상기 제1 구동전압 공급라인과 나란하게 형성되어 상기 센서 박막 트랜지스터에 제2 구동전압을 공급하기 위한 제2 구동전압 공급라인과;
    상기 센서 박막 트랜지스터에 의해 센싱된 신호를 저장하기 위한 제2 스토리지 캐패시터와;
    상기 제1 스토리지 캐패시터와 상기 집적회로 사이에 위치하여 상기 센싱 신호를 선택적으로 상기 집적회로에 공급하기 위한 제2 박막 트랜지스터와;
    제2 박막 트랜지스터로부터의 센싱 신호를 상기 집적회로부에 전달하기 위한 센싱신호전달라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 필드 시퀀셜 컬러 액정표시장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 센서 박막 트랜지스터는
    기판 상에 형성되며 상기 제2 구동전압 공급라인과 접속된 제1 게이트 전극과;
    상기 제1 게이트 전극을 덮도록 형성된 게이트 절연막과;
    상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 제1 게이트 전극과 중첩되는 제1 반도체 패턴과;
    상기 제1 반도체 패턴과 접촉되며 상기 제1 구동전압 공급라인과 전기적으로 접속된 제1 소스전극과;
    상기 제1 소스전극과 마주보는 제1 드레인 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 필드 시퀀셜 컬러 액정표시장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 센서 박막 트랜지스터를 덮도록 형성된 보호막과;
    상기 보호막 및 게이트 절연막을 관통하여 상기 제1 구동전압 공급라인을 노 출시키는 제1 홀과;
    상기 제1 홀을 덮도록 형성되는 투명전극 패턴을 구비하고,
    상기 제1 소스전극과 제1 구동전압 공급라인은 상기 투명전극 패턴에 의해 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 스토리지 캐패시터는
    상기 제1 게이트 전극과 접속되는 제1 스토리지 하부전극과;
    상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 제1 스토리지 하부전극과 중첩되며 상기 제1 드레인 전극과 접속된 제1 스토리지 상부전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 필드 시퀀셜 컬러 액정표시장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제2 박막 트랜지스터는
    상기 게이트 라인에서 신장된 제2 게이트 전극과;
    상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 제2 게이트 전극과 중첩되는 제2 반도체 패턴과;
    상기 제2 반도체 패턴과 전기적으로 접속됨과 아울러 상기 제1 스토리지 상부전극에서 신장된 제2 소스전극과;
    상기 제2 소스전극과 마주보며 상기 센싱신호전달라인과 접속된 제2 드레인 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 필드 시퀀셜 컬러 액정표시장치.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 박막 트랜지스터는
    상기 게이트 라인에서 신장된 제3 게이트 전극과;
    상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 제3 게이트 전극과 중첩되게 형성되는 제3 반도체 패턴과;
    상기 제3 반도체 패턴과 전기적으로 접속됨과 아울러 상기 데이터 라인에서 신장된 제3 소스전극과;
    상기 제3 소스전극과 마주보며 상기 화소전극과 접속된 제3 드레인 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 필드 시퀀셜 컬러 액정표시장치.
  17. 포토센싱소자를 포함하여 디스플레이 및 센서기능이 가능한 액정표시패널에 디스플레이 모드(mode) 및 센서 모드 중 어느 하나의 기능을 선택하는 단계와;
    상기 액정표시패널이 디스플레이 모드인 경우 상기 액정표시패널에 3원색의 광을 순차적으로 공급하고, 센서 모드인 경우 상기 3원색의 광을 상기 액정표시패널에 동시에 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 필드 시퀀셜 컬러 액정표시장치의 구동방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 액정표시패널의 디스플레이 모드인 경우 3원색의 광을 순차적으로 공급하는 단계는,
    상기 액정표시패널에 적색, 녹색 및 청색 구현을 위한 데이터 전압들을 순차적으로 공급하는 단계와;
    상기 적색, 녹색 및 청색 구현을 위한 데이터 전압에 동기되는 적색, 녹색 및 청색 발광다이오드를 순차적으로 점등시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 필드 시퀀셜 컬러 액정표시장치의 구동방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 센서 모드인 경우 상기 3원색의 광을 상기 액정표시패널에 동시에 공급하는 단계는
    적색, 녹색 및 청색 발광다이오드를 동시에 모두 점등시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 필드 시퀀셜 컬러 액정표시장치의 구동방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 센서 모드인 경우 상기 3원색의 광을 상기 액정표시패널에 동시에 공급하는 단계는
    상기 액정표시패널에 화이트 계조에 대응되는 데이터 전압을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 필드 시퀀셜 컬러 액정표시장치의 구동방법.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 액정표시패널이 센서 모드인 경우,
    상기 3원색의 광이 동시에 상기 액정표시패널을 투과하여 상기 액정표시패널의 디스플레이면 상에 위치하는 대상물에 반사되는 단계와;
    상기 반사된 광이 상기 포토센싱소자에 조사되는 단계와;
    상기 포토센싱소자에 조사된 광은 상기 대상물의 이미지 정보를 가지는 신호로 변환되는 단계와;
    상기 변환된 신호를 이용하여 상기 이미지 정보를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 필드 시퀀셜 컬러 액정표시장치의 구동방법.
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