KR20090025935A - 광 측정 회로와 이를 포함하는 액정 표시 장치 및 그 구동방법 - Google Patents

광 측정 회로와 이를 포함하는 액정 표시 장치 및 그 구동방법 Download PDF

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Abstract

외부 광을 실시간으로 정확하게 측정할 수 있는 광 측정 회로와 이를 포함하는 액정 표시 장치 및 그 구동 방법이 제공된다. 광 측정 회로는 제1 기준 광에 대응하는 제1 기준 전류를 출력하는 제1 광센서, 제2 기준 광에 대응하는 제2 기준 전류를 출력하는 제2 광센서, 외부 광에 대응하는 외부 광 전류를 출력하는 제3 광센서, 제1 기준 전류를 감지하여 재생하는 제1 전류 메모리, 제2 기준 전류와 제1 기준 전류의 차이를 감지하여 재생하는 제2 전류 메모리 및 제2 기준 전류와 제1 기준 전류의 차이가 제1 시간동안 유입되어 충전되고, 외부 광 전류와 제1 기준 전류의 차이가 제2 시간동안 유출되어 방전되는 스토리지 커패시터를 포함하는 리드 아웃 회로와, 제1 및 제2 기준 광의 세기와 상기 제1 및 제2 시간을 이용하여 외부 광을 세기를 계산하는 결정부를 포함한다.
Figure P1020070091145
액정 표시 장치, 광 측정 회로, 전류 메모리

Description

광 측정 회로와 이를 포함하는 액정 표시 장치 및 그 구동 방법{Photo sensor circuit, liquid crystal display comprising the same, and operating method of liquid crystal display}
본 발명은 광 측정 회로와 이를 포함하는 액정 표시 장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부 광을 실시간으로 정확하게 측정할 수 있는 광 측정 회로와 이를 포함하는 액정 표시 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 화소 전극이 구비된 제1 표시판, 공통 전극이 구비된 제2 표시판, 제1 표시판과 제2 표시판 사이에 주입된 유전율 이방성(dielectric anisotropy)을 갖는 액정층을 갖는 액정 패널을 포함한다.
화소 전극과 공통 전극 사이에 전계를 형성하고, 이 전계의 세기를 조절하여, 액정 패널을 투과하는 빛의 양을 제어함으로써, 원하는 영상을 표시한다. 여기서, 액정 표시 장치는 자체 발광형 표시 장치가 아니므로, 광원으로서 동작하는 백라이트 유닛을 액정 패널의 배면에 설치한다.
그런데, 액정 표시 장치의 소비 전력에 있어서, 백라이트의 소비 전력이 차지하는 비중은 크다. 예를 들면, 모바일 TFT-LCD의 경우 소비 전력의 80% 정도가 백라이트에서 소모된다. 이러한, 백라이트의 소비 전력을 줄이기 위하여 외부 조도에 따라서 백라이트의 휘도를 조절하는 방법이 개발되고 있다.
이러한 방법에 있어서, 외부 조도를 측정하기 위한 광 센서로서, 예를 들면, 폴리 실리콘 TFT 공정을 이용하여 LCD 패널 내에 핀 다이오드를 내장할 수 있다. 그런데, 핀 다이오드와 같은 광 센서는 그 광 특성이 각 패널에 따라서 다르게 나타난다. 각 패널마다 다른 광 센서의 광 특성을 반영하기 위해, 패널마다 광 센서의 광 특성을 사전에 측정한다면, 액정 표시 장치의 생산비가 늘어나고 생산성이 떨어진다. 그리고, 만약 각 패널마다 다른 광 센서의 광 특성을 반영하지 않는다면, 외부 광을 정확하게 측정하지 못하게 되고, 광 센서의 분해능(resolution)이 떨어진다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 외부 광을 실시간으로 정확하게 측정할 수 있는 광 측정 회로를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 외부 광을 실시간으로 정확하게 측정할 수 있는 광 측정 회로를 포함하는 액정 표시 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 외부 광을 실시간으로 정확하게 측정할 수 있는 액정 표시 장치의 구동 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 광 측정 회로는 제1 기준 광에 대응하는 제1 기준 전류를 출력하는 제1 광센서, 제2 기준 광에 대응하는 제2 기준 전류를 출력하는 제2 광센서, 외부 광에 대응하는 외부 광 전류를 출력하는 제3 광센서, 상기 제1 기준 전류를 감지하여 재생하는 제1 전류 메모리, 상기 제2 기준 전류와 상기 제1 기준 전류의 차이를 감지하여 재생하는 제2 전류 메모리 및 상기 제2 기준 전류와 상기 제1 기준 전류의 차이가 제1 시간 동안 유입되어 충전되고, 상기 외부 광 전류와 상기 제1 기준 전류의 차이가 제2 시간 동안 유출되어 방전되는 스토리지 커패시터를 포함하는 리드 아웃 회로 및 상기 제1 및 제 2 기준 광의 세기와 상기 제1 및 제2 시간을 이용하여 상기 외부 광의 세기를 계산하는 결정부를 포함한다.
상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 영상을 표시하는 액정 패널과, 외부 광의 세기를 측정하는 광 측정 회로로서, 제1 기준 광에 대응하는 제1 기준 전류를 출력하는 제1 광센서, 제2 기준 광에 대응하는 제2 기준 전류를 출력하는 제2 광센서, 상기 외부 광에 대응하는 외부 광 전류를 출력하는 제3 광센서, 상기 제1 기준 전류를 감지하여 재생하는 제1 전류 메모리, 상기 제2 기준 전류와 상기 제1 기준 전류의 차이를 감지하여 재생하는 제2 전류 메모리 및 상기 제2 기준 전류와 상기 제1 기준 전류의 차이가 제1 시간 동안 유입되어 충전되고, 상기 외부 광 전류와 상기 제1 기준 전류의 차이가 제2 시간 동안 유출되어 방전되는 스토리지 커패시터를 포함하는 리드 아웃 회로와, 상기 제1 및 제2 기준 광의 세기와 상기 제1 및 제2 시간을 이용하여 상기 외부 광의 세기를 계산하는 결정부를 포함하는 광 측정 회로 및 상기 액정 패널에 백라이트를 제공하는 백라이트 유닛으로서, 상기 백라이트의 휘도는 상기 외부 광의 세기에 따라 제어되는 백라이트 유닛을 포함한다.
상기 또 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구동 방법은 제1 구간의 제1 부분 동안 제1 기준 광에 대응되는 제1 기준 전류를 출력하고, 상기 제1 기준 전류를 감지하고, 제1 구간의 제2 부분 동안 상기 감지된 제1 기준 전류를 재생하고, 제2 구간의 제1 부분 동안 상기 제2 기준 전류를 출력하고, 상기 제1 및 제2 기준 전류의 차이를 감지하고, 제2 구간의 제2 부분 동안 상기 감지된 제1 및 제2 기준 전류의 차이를 재생하고, 제3 구간 동안 상기 재생된 제1 및 제2 기준 전류의 차이를 제1 시간 동안 입력받아 충전하고, 제4 구간 동안 외부 광에 대응하는 외부 광 전류와 상기 제1 기준 전류의 차이를 제2 시간 동안 출력하여 방전하고, 상기 제1 및 제2 기준 광의 세기와 상기 제1 및 제2 시간을 이용하여 상기 외부 광의 세기를 계산하고, 상기 계산된 외부 광의 세기에 따라 백라이트의 휘도를 제어하고, 상기 제어된 백라이트를 제공받아 영상을 표시하는 것을 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 광 측정 회로와, 이를 포함하는 액정 표시 장치, 및 그 구동 방법에 의하면, 외부 광을 실시간으로 정확하게 측정할 수 있다. 따라서, 각 패널마다 상이한 광 센서의 광 특성을 사전에 측정하여, 그 정보를 저장하지 않고도, 외부 광을 실시간으로 측정할 수 있으므로, 사전에 광 특성을 측정하는 비용과 시간을 절감할 수 있어서, 액정 표시 장치의 생산비를 절감하고 생산성을 제고할 수 있다. 또한 광 센서의 광 특성에 영향을 미치는 변수가 실시간으로 반영되므로, 외부 광을 정확하게 측정하고, 광센서의 분해능이 떨어지는 것을 막을 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발 명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한 "및/또는"는 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함하며, 또한 "커플링된(coupled to)"이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 전기적으로 연결되는 것을 의미한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용 어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도 1a 및 도 1b를 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 광 측정 회로를 포함하는 액정 표시 장치를 개괄적으로 설명한다. 도 1a는 본 발명의 실시예들에 따른 액정 표시 장치를 개괄적으로 나타내는 도면이다. 도 1b는 도 1a에서 나타낸 광 측정 회로를 개괄적으로 나타내는 도면이다.
액정 표시 장치는 액정 패널(100), 광 측정 회로(95), 및 백라이트 유닛(200)을 포함한다. 액정 패널(100)은 영상을 표시하는데, 자체 발광형 표시 장치가 아니므로, 백라이트를 필요로 한다. 광 측정 회로(95)는 외부 광의 세기를 측정하여, 백라이트 유닛(200)에 전달한다. 광 측정 회로(95)는 외부 광을 받아 리드아웃 신호를 출력하는 리드아웃 회로(80)와, 상기 리드아웃 신호를 입력 받아 외부 광을 세기를 계산하는 결정부(95)를 포함한다. 백라이트 유닛(200)은 액정 패널(100)의 배면에 설치되어, 액정 패널(100)에 백라이트를 공급하는데, 백라이트의 휘도는 광 측정 회로(95)가 산출한 외부 광의 세기에 따라 제어된다.
본 발명의 실시예들에 따른 광 측정 회로(95)를 포함하는 액정 표시 장치에서 광 측정 회로(95)는 외부 광을 실시간으로 정확하게 측정할 수 있으므로, 이에 따라서 백라이트의 휘도를 적절하게 제어할 수 있다.
도 2 내지 도 4h를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광 측정 회로가 포 함하는 리드 아웃 회로를 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 아웃 회로의 회로도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 아웃 회로를 구동하는 타이밍 선도와 그에 따른 스토리지 커패시터의 전압을 나타내는 도면이다. 도 4a 내지 도 4h는 도 2에 따른 타이밍 선도에 따라 구동된 리드 아웃 회로의 동작 과정을 설명하기 위한 회로도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 측정 회로가 포함하는 리드 아웃 회로는 제1 광센서(1), 제2 광센서(2), 제3 광센서(3), 제1 전류 메모리(60), 제2 전류 메모리(70) 및 스토리지 커패시터(Cstg)를 포함한다.
제1 광센서(1)는 제1 기준 광에 대응하는 제1 기준 전류(I1)를 출력하고, 제2 광센서(2)는 제2 기준 광에 대응하는 제2 기준 전류(I2)를 출력하며, 제3 광센서(3)는 외부 광에 대응하는 외부 광 전류(I3)를 출력한다. 여기서, 제1 및 제2 기준 광의 세기는 기 결정(preset)될 수 있다. 예를 들어, 제1 기준 광은 암실에서의 광이고, 제2 기준 광은 백라이트라고 하면, 제1 및 제2 기준 광의 세기는 미리 결정할 수 있다. 한편, 외부 광은 광 측정 회로가 그 세기를 측정하고자 하는 광이다.
제1 및 제2 전류 메모리(60, 70)는 각각 MOS 트랜지스터(62, 72)와, 상기 MOS 트랜지스터(62, 72)의 게이트에 접속된 메모리 커패시터(64, 74)와, 상기 MOS 트랜지스터(62, 72)의 게이트 전극과 드레인 전극 사이에 커플링된 스위치를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 전류 메모리(60, 70)는 입력된 전류를 감지하고, 상기 감지한 전 류를 재생하여 출력하는 회로이다. 제1 전류 메모리(60)는 제1 광센서(1)가 출력한 제1 기준 전류(I1)를 감지하여 이를 재생하고, 제2 전류 메모리(70)는 제2 광센서(2)가 출력한 제2 기준 전류(I2)와 제1 광센서(1)가 출력한 제1 기준 전류(I1)의 차이를 감지하여 이를 재생한다. 제1 및 제2 전류 메모리(60, 70)의 구체적인 동작에 대해서는 후술한다.
스토리지 커패시터(Cstg)는 제2 전류 메모리(70)가 재생한 제2 기준 전류(I2)와 제1 기준 전류(I1)의 차이가 제1 시간 동안 유입되어 충전되고, 제3 광센서(3)가 출력한 외부 광 전류(I3)와 제1 전류 메모리(60)가 재생한 제1 기준 전류(I1)의 차이가 제2 시간 동안 유출되어 방전된다.
이러한, 리드 아웃 회로는 제1, 제2, 또는 제3 광 센서(1, 2, 3)에 바이어스 전압(Vd)을 인가하는 회로로서, 버퍼드 다이렉트 인젝션(Buffered direct injection) 회로(50)를 더 포함할 수 있다.
버퍼드 다이렉트 인젝션 회로(50)는 연산 증폭기(52)와 MOS 트랜지스터(54)를 포함할 수 있다. 연산 증폭기(52)의 비반전 입력 단자에는 바이어스 전압(Vd)이 인가된다. 연산 증폭기(52)의 반전 입력 단자에는 제1, 제2, 또는 제3 광센서(1, 2, 3) 및 MOS 트랜지스터(54)의 소스가 접속된다. 그리고 연산 증폭기(52)의 출력단은 MOS 트랜지스터(54)의 케이트와 접속된다.
버퍼드 다이렉트 인젝션 회로(50)는 리드 아웃 회로에서 제1, 제2, 또는 제3 광 센서(1, 2, 3)에 바이어스 전압(Vd)을 인가한다. 여기서, 연산 증폭기(52)와 MOS 트랜지스터(54)가 네거티브 피드백으로 연결되어 있으므로, 바이어스 전압(Vd) 을 제1, 제2, 또는 제3 광 센서(1, 2, 3)에 안정적으로 인가할 수 있다.
또한, 리드 아웃 회로는 리셋 전압(Vrst)을 인가하는 리셋 전압 입력단(65)을 더 포함할 수 있다. 리셋 전압(Vrst)을 인가하는 이유에 대해서는 리드 아웃 회로의 동작을 설명하는 부분에서 후술한다.
도 3 내지 도 4h를 참조하여, 리드 아웃 회로의 동작을 설명한다. 리드 아웃 회로는 도 3에 도시된 타이밍 선도에 따라 구동될 수 있다.
먼저, 도 3 및 도 4a를 참조하면, 제1 구간의 제1 부분에서, 제1 기준 전류(I1)가 감지된다. 구체적으로 설명하면, SW1이 닫히고, 제1 광센서(1)는 제1 기준 광에 대응하는 제1 기준 전류(1)를 출력한다. 그리고 제1 전류 메모리(60)는 제1 광센서(1)가 출력한 제1 기준 전류(I1)를 감지한다. 제1 전류 메모리(60)의 동작을 설명하면, MOS 트랜지스터(62)의 드레인에 흐르는 전류가 변화하여, 이에 따라 MOS 트랜지스터(62)의 게이트의 전압이 변화하고, 이 변화하는 게이트 전압이 메모리 커패시터(64)에 인가된다.
이어서, 도 3 및 도 4b를 참조하면, 제1 구간의 제2 부분에서, 제1 기준 전류(I1)가 재생된다. 구체적으로 설명하면, SW1이 다시 열리고, 제1 전류 메모리(60)는 제1 구간의 제1 부분 동안 감지된 제1 기준 전류(I1)를 재생한다. 제1 전류 메모리(60)의 동작을 설명하면, 제1 전류 메모리(60)의 스위치가 열리면, 메모리 커패시터(64)에 걸리는 전압은 유지되고, 이 전압은 제1 구간의 제1 부분 동안 MOS 트랜지스터(62)가 감지한 전류, 즉 제1 기준 전류(I1)에 대응하는 전압이므로, 이 전압이 게이트에 인가되는 MOS 트랜지스터(62)의 드레인에는 제1 구간의 제1 부 분 동안 감지된 제1 기준 전류(I1)가 재생된다.
이어서, 도 3 및 도 4c를 참조하면, 제2 구간의 제1 부분에서 제1 및 제2 기준 전류(I2-I1)의 차이가 감지된다. 구체적으로 설명하면, SW2, SW4, SW5가 닫히고, 제2 광센서(2)는 제2 기준 광에 대응하는 제2 기준 전류(I2)를 출력한다. 그리고, 제1 전류 메모리(60)는 제1 기준 전류(I1)를 재생하고 있으므로, 키르히호프의 전류 법칙에 따라, 제2 전류 메모리(70)는 제2 광센서(2)가 출력한 제2 기준 전류(I2)와, 제1 전류 메모리(60)가 재생한 제1 기준 전류(I1)의 차이를 감지한다. 제2 전류 메모리(70)의 동작은 제1 전류 메모리(60)의 동작 원리와 동일하게 동작하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
이어서, 도 3 및 도 4d를 참조하면, 제2 구간의 제2 부분에서 제1 및 제2 기준 전류의 차이(I2-I1)가 재생된다. 구체적으로 설명하면, SW2가 열려서, SW4와 SW5만이 닫히는데, 제2 전류 메모리(70)는 제2 구간의 제1 부분 동안 감지된 제1 및 제2 기준 전류의 차이(I2-I1)를 재생한다. 제2 전류 메모리(70)의 동작은 제1 전류 메모리(60)의 동작 원리와 동일하게 동작하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
이어서, 도 3 및 도 4e를 참조하면, 제3 구간에서 스토리지 커패시터(Crst)가 리셋된다. 구체적으로 설명하면, SW3, SW4, SW5, SWrst가 닫히고, 스토리지 커패시터(Crst)에는 리셋 전압(Vrst)이 인가된다. 스토리지 커패시터(Crst)는 이전 과정에서 스토리지 커패시터(Crst)에 전류가 유입되어 임의의 전압으로 충전될 수 있다. 이 때 스토리지 커패시터에 축적된 전하는 SW3가 닫혀서 형성된 폐루프를 통해 유출되어 스토리지 커패시터(Crst)는 리셋 전압(Vrst)으로 리셋될 수 있다.
이어서, 도 3 및 도 4f를 참조하면, 제4 구간에서 스토리지 커패시터(Crst)의 전압이 Vx가 될 때까지 충전된다. 구체적으로 설명하면, SW3, SW4, SWrst가 닫히고, 스토리지 커패시터(Crst)에는 제2 전류 메모리(70)가 재생한 제1 및 제2 기준 전류의 차이(I2-I1)가 유입된다. 스토리지 커패시터(Crst)는 제1 시간(T1) 동안 충전되어, 그 전압이 Vx가 된다.
이어서, 도 3 및 도 4g를 참조하면, 제5 구간에서 스토리지 커패시터(Crst)의 전압이 Vx로 유지된다. 구체적으로 설명하면, SW3만 닫히고, 스토리지 커패시터(Crst)는 개방되어 있다. 스토리지 커패시터(Crst)에 유출입되는 전류가 없으므로, 스토리지 커패시터(Crst)의 전압은 Vx로 유지된다.
이어서, 도 3 및 도 4h를 참조하면, 제6 구간 동안 스토리지 커패시터(Crst)가 Vrst로 방전된다. 구체적으로 설명하면, SW3, SW5가 닫히고, 스토리지 커패시터(Crst)에 충전되어 있던 전하는 SW3, SW5가 닫혀서 형성된 폐루프를 따라 유출된다. 스토리지 커패시터(Crst)로부터 제3 광센서(3)가 출력한 외부 광 전류(I3)와 제1 전류 메모리(60)가 재생한 제1 기준 전류의 차이(I1)가 유출되어, 스토리지 커패시터(Crst)가 방전된다. 스토리지 커패시터(Crst)는 제2 시간(T2) 동안 방전되어, 그 전압이 리셋 전압(Vrst)이 된다.
이하, 상기 리드 아웃 회로를 이용하여, 외부 광의 세기를 측정하는 과정을 수학적으로 설명한다.
외부 광(X)에 의한 외부 광 전류(Ipd(X))는 일반적으로 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Ipd(X)= mX + n
여기서 기울기(m)와 오프셋(n)은 각 패널마다 다른 값을 갖는다
수학식 1에서 제1 및 제2 기준 광의 세기를 각각 A, B라고 하고, 제1 및 제2 기준 광에 대응하는 제1 및 제2 기준 전류를 각각 Ipd(A), Ipd(B)라고 하면, m, n은 다음과 같이 구할 수 있다.
m = (Ipd(B) -　Ipd(A)) / (B - A)
n = Ipd(A)
여기서, 제1 기준 전류는 암전류이며, 제1 기준 광의 세기는 0으로 가정되었다.
도 3의 리드 아웃 회로를 구동하는 타이밍 선도에 따른 스토리지 커패시터 전압(Vout)을 나타내는 도면에서 다음과 같은 수학식이 유도될 수 있다.
스토리지 커패시터(Crst)가 제1 시간(T1) 동안 리셋 전압(Vrst)에서 Vx까지 충전되었다가, 제2 시간(T2) 동안 Vx에서 리셋 전압(Vrst)으로 방전되므로, 제1 및 제2 시간(T1, T2) 동안 전압 변화량은 같다. 따라서, 스토리지 커패시터(Crst)에 제1 시간(T1) 동안 I2-I1이 유입되어 충전되는 전하량과, 제2 시간(T2) 동안 I3-I1이 유출되어 방전되는 전하량은 같다. 이로써, 하기 수학식 4가 도출된다.
[Ipd(B) - Ipd(A)]ㆍT1 = [Ipd(X) -　Ipd(A)]ㆍT2
상기 수학식 4에 상기 수학식 1 내지 수학식 3을 대입하면, 하기 수학식 5가 도출된다.
T2 = T1*(B - A) / X
수학식 5에서 A, B, T1은 기 결정할 수 있는 값이다. 따라서, T2를 측정하면, 외부 광의 세기 X를 계산해 낼 수 있다. 수학식 5를 이용하여 외부 광의 세기 X를 계산하면, 각 패널마다 다른 값을 가지는 각 패널의 특성치인 기울기(m)와 오프셋(n)이 자동으로 반영된다.
본 발명의 실시예들에 따른 외부 광 측정 회로가 포함하는 리드 아웃 회로는 아날로그 방식이므로, 설계가 간단하여 패널 상에 구현하기가 용이하다. 또한 실시간으로 외부 광을 측정하므로, 광센서를 보정하기 위한 데이터를 별도로 저장할 필요가 없다.
이하, 도 5를 참조하여, 이상 설명한 리드 아웃 회로를 포함하는 광 측정 회로를 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 측정 회로를 나타내는 블록도이다. 도 5에서 MCL은 메인 클락 신호를 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 측정 회로는 리드 아웃 회로(80)와 결정부(84, 86, 88)를 포함한다.
리드 아웃 회로(80)는 타이밍 컨트롤러(T-con)로부터 리드 아웃 회로(80)의 동작을 제어하는 신호들(Φ1, Φ2, Φ3, Φ4, Φ5, Φrst)을 입력 받아, 스토리지 커패시터 전압(Vout)을 출력한다.
결정부(84,86,88)는 비교기(84)와 카운터(86)와 연산부(88)를 포함하고, 제1 및 제2 기준 광의 세기와 제1 및 제2 시간(T2)을 이용하여 외부 광의 세기(X)를 계산한다.
비교기(84)는 리셋 전압(Vrst)을 리드 아웃 회로(80)로부터 출력된 스토리지 커패시터 전압(Vout)과 비교하여, 스토리지 커패시터의 전압(Vout)이 리셋 전압(Vrst)과 같아지면, 디스에이블 신호(DEN)를 제공한다.
카운터(86)는 스토리지 커패시터(Vout)가 방전을 시작할 때 인에이블되고, 비교기(84)로부터 디스에이블 신호(DEN)를 제공받을 때까지의 제2 시간(T2)을 측정한다.
연산부(88)는 카운터(86)로부터 제2 시간(T2) 값을 받고, 기 결정된 제1 및 제2 기준 광의 세기(A, B)의 차이에 기 결정된 제1 시간(T1)을 곱하고, 곱한 값을 측정된 제2 시간(T2)으로 나누어 외부광의 세기(X)를 산출한다.
산출된 외부광의 세기(X)는 백라이트 휘도 제어 장치(미도시)로 제공되고, 백라이트 휘도 제어 장치는 외부광의 세기(X)에 따라 백라이트의 휘도를 제어한다.
이하, 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 액정 표시 장치를 설명한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 평면도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 도 6의 절단선 V-V'을 따라 절단한 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 액 정 패널(100)와, 광 측정 회로(미도시)와, 백라이트 유닛(200)을 포함한다.
액정 패널(100)은 복수의 화소 전극(112)들이 배열된 제1 기판(110)과, 공통 전극(122)이 구비된 제2 기판(120)과, 상기 제1 기판(110)과 상기 제2 기판(120) 사이에 주입된 액정층(130)을 포함한다.
제1 기판(120)은 백라이트를 차단하는 제1 차광막 영역(30)을 포함할 수 있다. 제1 차광막 영역(30)은 예를 들면, 백 라이트 유닛 테이프(114)로 형성될 수 있다. 백 라이트 유닛 테이프(114)는 액정 패널(100)과 백라이트 유닛(200)을 접착하는 것으로서, 액정 패널(100)을 백라이트로부터 차단할 수 있다.
제2 기판은 외부 광을 차단하는 제2 차광막 영역(40)을 포함할 수 있다. 제2 차광막 영역(40)은 예를 들면, 블랙 매트릭스(124)로 형성될 수 있다. 블랙 매트릭스(124)는 화소와 화소 사이에 빛이 투과하는 것을 차단하고, 명암 대비비를 향상시키는 역할을 한다. 도면으로 따로 나타내지는 않았지만, 제2 차광막 영역(114)은 실(seal) 재(116)로 형성될 수도 있다. 실 재(116)는 제1 기판(110)과 제2 기판(120)을 서로 부착하는 역할을 한다.
한편, 액정 패널(100)은 표시 영역(10)과 비표시 영역(20)으로 구분될 수 있다. 표시 영역(10)은 화소 전극(112)이 구비되어 영상이 표현되는 영역이다. 표시 영역(10)은 수직 방향으로 배열된 복수의 게이트 선(미도시)과, 수평 방향으로 배열된 복수의 데이터 선(미도시)과, 복수의 게이트 선과 복수의 데이터 선이 교차하는 영역에 형성된 복수의 화소(미도시)로 구성된다.
비표시 영역(20)은 표시 영역(10)을 둘러싸고 있는 영역으로서, 영상이 표현 되지 않는 영역이다. 비표시 영역(20)은 제1 및 2 차광막 영역(30, 40)을 포함할 수 있다. 제1 차광막 영역(30)은 예를 들면, 백 라이트 유닛 테잎(114)이 부착되어 형성되는 영역일 수 있고, 제2 차광막 영역(40)은 예를 들면, 블랙 매트릭스(124)나 실 재(116)로 형성되는 영역일 수 있다. 제1 차광막 영역(30)에는 백 라이트가 차단되고, 제2 차광막 영역(40)은 외부 광이 차단되며, 제1 및 2 차광막 영역(30, 40)이 중첩되는 영역은 백 라이트 및 외부 광이 차단된다.
광 측정 회로(미도시)의 제1 내지 제3 광 센서(1, 2, 3)은 비표시 영역(20)에 내장될 수 있다. 제1 광 센서(1)는 제1 및 2 차광막 영역(30, 40)이 중첩되는 영역에, 제2 광 센서(2)는 제2 차광막 영역(40)에 내장하면, 제1 및 제2 광센서(1, 2)는 광의 세기에 대한 상대적인 표현으로서 각각 어두운 광과 밝은 광을 받는다. 이 어두운 광과 밝은 광을 각각 제1 기준 광과 제2 기준 광으로 할 수 있다. 그리고 제3 광 센서(3)를 제1 차광막 영역(30)에 내장하면, 백라이트가 차단된 채 외부 광에 대하여 노출되어, 외부 광 전류를 출력한다.
도면으로 따로 나타내지는 않았지만, 제2 광센서(2)는 백라이트가 아닌 별도의 다른 광원으로부터 밝은 광을 받을 수도 있다. 별도의 다른 광원을 사용하면, 백라이트가 아닌 임의의 광을 제2 기준 광으로 할 수 있다. 이 경우 제1 광센서(1) 및 제3 광센서(3)가 별도의 다른 광원으로부터 차단되어야 하는 것은 물론이다.
본 발명의 실시예들에 따른 액정 표시 장치에서, 제1 내지 제3 광센서(1, 2, 3)는 핀 포토 다이오드일 수 있다. 핀 포토 다이오드는 폴리 실리콘 TFT 공정을 이용하여 내장할 수 있는데, 이를 사용하면, 리드 아웃 회로를 간단히 구현할 수 있 다.
또한, 제1 내지 제3 광센서(1, 2, 3)는 액정 패널(100)의 제1 기판(110) 상에 서로 인접하게 내장될 수 있다. 제1 내지 제3 광센서(1, 2, 3)가 인접하게 내장되면, 각 광 센서의 광 특성에 영향을 미치는 변수들이 유사하게 될 것이므로, 이 변수들로 인한 오차가 개선된다. 변수의 예로서 액정 패널(100) 자체의 일정하지 못한 광 특성, 백라이트의 발열로 인한 온도 변화, 백라이트 유닛(200)의 밝기 편차 등을 들 수 있다.
백 라이트 유닛(200)은 액정 패널(100)에 백라이트를 제공하며, 광원(202), 도광판(204) 및 광학 시트(206)를 포함한다.
광원(202)은 복수의 발광 다이오드일 수 있으며, 도광판(204) 내에 광을 출사한다. 도광판(204)은 입사면으로 광원(202)이 출사한 광을 받아들이고, 다른 면들은 상기 광을 반사시키고 사방으로 흩어지게 하여, 결국 광학 시트(206)로 출사한다.
광학 시트(206)는 확산 시트(sheet), 프리즘 시트(prism sheet) 등을 포함하여, 도광판(204)으로부터의 광을 확산하고, 액정 패널(100)의 하면에 출사한다.
본 발명의 실시예들에 따른 액정 표시 장치에서, 백라이트의 휘도는 광 측정 회로(미도시)가 산출한 외부 광의 세기에 따라 제어된다. 광 측정 회로는 외부 광을 실시간으로 정확하게 측정할 수 있으므로, 이에 따라서 백라이트의 휘도를 적절하게 제어할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
도 1a는 본 발명의 실시예들에 따른 액정 표시 장치를 개괄적으로 나타내는 도면이다.
도 1b는 도 1a에서 나타낸 광 측정 회로를 개괄적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 아웃 회로의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 아웃 회로를 구동하는 타이밍 선도와 그에 따른 스토리지 커패시터의 전압을 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 4h는 도 3에 따른 타이밍 선도에 따라 구동된 리드 아웃 회로의 동작 과정을 설명하기 위한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 측정 회로를 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 도 6의 절단선 V-V'을 따라 절단한 단면도이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1: 제1 광센서 2: 제2 광센서
3: 제3 광센서 50: 버퍼드 다이렉트 인젝션
60: 제1 전류 메모리 70: 제2 전류 메모리
80: 리드 아웃 회로 90: 결정부
100: 액정 패널 114: 제1 차광막 영역
124: 제2 차광막 영역 200: 백라이트 유닛

Claims (20)

  1. 제1 기준 광에 대응하는 제1 기준 전류를 출력하는 제1 광센서, 제2 기준 광에 대응하는 제2 기준 전류를 출력하는 제2 광센서, 외부 광에 대응하는 외부 광 전류를 출력하는 제3 광센서, 상기 제1 기준 전류를 감지하여 재생하는 제1 전류 메모리, 상기 제2 기준 전류와 상기 제1 기준 전류의 차이를 감지하여 재생하는 제2 전류 메모리 및 상기 제2 기준 전류와 상기 제1 기준 전류의 차이가 제1 시간 동안 유입되어 충전되고, 상기 외부 광 전류와 상기 제1 기준 전류의 차이가 제2 시간 동안 유출되어 방전되는 스토리지 커패시터를 포함하는 리드 아웃 회로; 및
    상기 제1 및 제2 기준 광의 세기와 상기 제1 및 제2 시간을 이용하여 상기 외부 광의 세기를 계산하는 결정부를 포함하는 광 측정 회로.
  2. 제1 항에 있어서,
    제1 구간의 제1 부분 동안 상기 제1 광센서는 상기 제1 기준 전류를 출력하고, 상기 제1 전류 메모리는 상기 제1 기준 전류를 감지하고,
    제1 구간의 제2 부분 동안 상기 제1 전류 메모리는 상기 감지된 제1 기준 전류를 재생하고,
    제2 구간의 제1 부분 동안 상기 제2 광센서는 상기 제2 기준 전류를 출력하고, 상기 제2 전류 메모리는 상기 제1 및 제2 기준 전류의 차이를 감지하고,
    제2 구간의 제2 부분 동안 상기 제2 전류 메모리는 상기 감지된 제1 및 제2 기준 전류의 차이를 재생하고,
    제3 구간 동안 상기 스토리지 커패시터는 상기 재생된 제1 및 제2 기준 전류의 차이가 상기 제1 시간 동안 유입되어 충전되고,
    제4 구간 동안 상기 스토리지 커패시터는 상기 외부 광 전류와 상기 제1 기준 전류의 차이가 상기 제2 시간 동안 유출되어 방전되는 광 측정 회로.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 스토리지 커패시터는 상기 제3 구간 전에 리셋 전압이 인가되어 리셋되고, 상기 스토리지 커패시터는 상기 제2 시간 동안 방전되어 상기 리셋 전압을 가지는 광 측정 회로.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1, 제2, 또는 제3 광 센서에 바이어스 전압을 인가하는 버퍼드 다이렉트 인젝션(Buffered direct injection) 회로를 더 포함하는 광 측정 회로.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전류 메모리는 각각 MOS 트랜지스터와, 상기 MOS 트랜지스터의 게이트에 접속된 메모리 커패시터와, 상기 MOS 트랜지스터의 게이트와 드레인 사이에 커플링된 스위치를 포함하는 광 측정 회로.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 결정부는 상기 리셋 전압과 상기 스토리지 커패시터의 전압을 비교하여 상기 스토리지 커패시터의 전압이 상기 리셋 전압이 되면 디스에이블 신호를 제공하는 비교기와, 상기 방전이 시작할 때 인에이블되어 상기 디스에이블 신호가 제공될 때까지의 상기 제2 시간을 측정하는 카운터와, 상기 제1 및 제2 기준 광의 세기의 차이에 상기 제1 시간을 곱하고, 곱한 값을 상기 제2 시간으로 나누어 외부광의 세기를 산출하는 연산부를 포함하는 광 측정 회로.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 연산부는 기 설정된(preset) 상기 제1 및 제2 기준 광의 세기와 상기 제1 시간과 측정된 상기 제2 시간을 이용하여 외부광을 산출하는 광 측정 회로.
  8. 영상을 표시하는 액정 패널;
    외부 광의 세기를 측정하는 광 측정 회로로서, 제1 기준 광에 대응하는 제1 기준 전류를 출력하는 제1 광센서, 제2 기준 광에 대응하는 제2 기준 전류를 출력하는 제2 광센서, 상기 외부 광에 대응하는 외부 광 전류를 출력하는 제3 광센서, 상기 제1 기준 전류를 감지하여 재생하는 제1 전류 메모리, 상기 제2 기준 전류와 상기 제1 기준 전류의 차이를 감지하여 재생하는 제2 전류 메모리 및 상기 제2 기준 전류와 상기 제1 기준 전류의 차이가 제1 시간동안 유입되어 충전되고, 상기 외부 광 전류와 상기 제1 기준 전류의 차이가 제2 시간동안 유출되어 방전되는 스토 리지 커패시터를 포함하는 리드 아웃 회로와, 상기 제1 및 제2 기준 광의 세기와 상기 제1 및 제2 시간을 이용하여 상기 외부 광을 세기를 계산하는 결정부를 포함하는 광 측정 회로; 및
    상기 액정 패널에 백라이트를 제공하는 백라이트 유닛으로서, 상기 백라이트의 휘도는 상기 외부 광의 세기에 따라 제어되는 백라이트 유닛을 포함하는 액정 표시 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 광센서에는 상기 외부광 및 상기 백라이트가 차단되고,
    상기 제2 광센서에는 상기 백라이트가 제공되고,
    상기 제3 광센서에는 상기 외부 광이 제공되는 액정 표시 장치.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 액정 패널은 표시 영역과 비표시 영역으로 구분되고,
    상기 비표시 영역은 상기 백라이트를 차단하는 제1 차광막 영역과, 상기 외부 광을 차단하는 제2 차광막 영역을 포함하고,
    상기 제1 차광막 영역은 상기 외부 광으로부터 상기 제1 광센서와 상기 제2 광센서를 차단하고, 상기 제2 차광막 영역은 상기 백라이트로부터 상기 제1 광센서와 제3 광센서를 차단하는 액정 표시 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 차광막 영역은 상기 액정 패널과 상기 백라이트 유닛을 접착하는 백라이트 유닛 테이프로 형성되는 액정 표시 장치.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 제2 차광막 영역은 블랙 매트릭스로 형성되는 액정 표시 장치.
  13. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 광센서는 핀 포토 다이오드인 액정 표시 장치.
  14. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 광센서는 상기 액정 패널에 서로 인접하여 내장된 액정 표시 장치.
  15. 제8 항에 있어서,
    상기 리드 아웃 회로는 제1 구간의 제1 부분 동안 상기 제1 광센서는 상기 제1 기준 전류를 출력하고, 상기 제1 전류 메모리는 상기 제1 기준 전류를 감지하고,
    제1 구간의 제2 부분 동안 상기 제1 전류 메모리는 상기 제1 기준 전류를 재생하고,
    제2 구간의 제1 부분 동안 상기 제2 광센서는 상기 제2 기준 전류를 출력하고, 상기 제2 전류 메모리는 상기 제1 및 제2 기준 전류의 차이를 감지하고,
    제2 구간의 제2 부분 동안 상기 제2 전류 메모리는 상기 제1 및 제2 기준 전류의 차이를 재생하고,
    제3 구간 동안 상기 스토리지 커패시터는 상기 제1 및 제2 기준 전류의 차이가 상기 제1 시간 동안 유입되어 충전되고,
    제4 구간 동안 상기 스토리지 커패시터는 상기 외부 광 전류와 상기 제1 기준 전류의 차이가 상기 제2 시간 동안 유출되어 방전되는 액정 표시 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 스토리지 커패시터는 상기 제3 구간 전에 리셋 전압이 인가되어 리셋되고, 상기 제2 시간 동안 방전되어 상기 리셋 전압을 가지는 액정 표시 장치.
  17. 제8 항에 있어서,
    상기 광 측정 회로는 상기 제1 내지 제3 광 센서에 바이어스 전압을 인가하는 버퍼드 다이렉트 인젝션 회로를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  18. 제8 항에 있어서,
    상기 결정부는 상기 리셋 전압과 상기 스토리지 커패시터의 전압을 비교하여 상기 스토리지 커패시터의 전압이 상기 리셋 전압이 되면 디스에이블 신호를 제공 하는 비교기와, 상기 방전이 시작할 때 인에이블되어 상기 디스에이블 신호가 제공될 때까지의 상기 제2 시간을 측정하는 카운터와, 상기 제1 및 제2 기준 광의 세기의 차이에 상기 제1 시간을 곱하고, 곱한 값을 상기 제2 시간으로 나누어 외부광을 산출하는 연산부를 포함하는 액정 표시 장치.
  19. 제1 구간의 제1 부분 동안 제1 기준 광에 대응되는 제1 기준 전류를 출력하고, 상기 제1 기준 전류를 감지하고,
    제1 구간의 제2 부분 동안 상기 감지된 제1 기준 전류를 재생하고,
    제2 구간의 제1 부분 동안 상기 제2 기준 전류를 출력하고, 상기 제1 및 제2 기준 전류의 차이를 감지하고,
    제2 구간의 제2 부분 동안 상기 감지된 제1 및 제2 기준 전류의 차이를 재생하고,
    제3 구간 동안 상기 재생된 제1 및 제2 기준 전류의 차이를 제1 시간 동안 입력받아 충전하고,
    제4 구간 동안 외부 광에 대응하는 외부 광 전류와 상기 제1 기준 전류의 차이를 제2 시간 동안 출력하여 방전하고,
    상기 제1 및 제2 기준 광의 세기와 상기 제1 및 제2 시간을 이용하여 상기 외부 광의 세기를 계산하고,
    상기 계산된 외부 광의 세기에 따라 백라이트의 휘도를 제어하고,
    상기 제어된 백라이트를 제공받아 영상을 표시하는 것을 포함하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 외부 광의 세기를 계산하는 것은,
    상기 제2 시간을 측정하고, 상기 제1 및 제2 기준 광의 세기의 차이에 상기 제1 시간을 곱하고, 곱한 값을 상기 제2 시간으로 나누는 것을 포함하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
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