KR20090120252A - 표시 장치 - Google Patents

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KR20090120252A KR1020080046192A KR20080046192A KR20090120252A KR 20090120252 A KR20090120252 A KR 20090120252A KR 1020080046192 A KR1020080046192 A KR 1020080046192A KR 20080046192 A KR20080046192 A KR 20080046192A KR 20090120252 A KR20090120252 A KR 20090120252A
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양효상
최동완
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삼성전자주식회사
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Abstract

수광 소자의 감도를 향상시킨 표시 장치가 제공된다. 표시 장치는 표시 영역 및 비표시 영역이 정의되는 표시 패널과, 표시 패널의 전면에 배치되는 보호 기판을 포함한다. 비표시 영역에는 적어도 하나의 수광 소자가 마련되고, 보호 기판에는 수광 소자의 형성 위치에 대응하는 집광 패턴이 마련된다.
액정 표시 패널, 보호 기판, 수광 소자, 포토 다이오드, 휘도, 밝기

Description

표시 장치{Display device}
본 발명은 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수광 소자를 구비하는 표시 패널의 전방에 집광 패턴이 마련되어 수광 소자의 감도를 향상시킬 수 있는 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치(Liquid Crystal Display)는 액정 분자의 광학적 이방성 및 편광판의 편광 특성을 이용하여 광원으로부터 입사되는 광의 투과량을 조절하여 화상을 구현하는 디스플레이 장치이다. 액정 표시 장치는 경량박형, 고해상도, 대화면화를 실현할 수 있고, 소비전력이 작아 최근 그 응용 범위가 확대되고 있다.
액정 표시 장치는 블랙 매트릭스, 컬러 필터, 공통 전극 등이 형성된 상부 기판과, 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT), 화소 전극 등이 형성된 하부 기판 및 두 기판 사이에 충진된 액정층으로 구성되며, 공통 전극과 화소 전극 사이에 형성된 전계에 의해 액정이 구동되어 광의 투과율이 제어됨으로써 화상이 표시된다. 한편, 액정 표시 장치는 스스로 광을 발하지 못하므로, 그 배면에서 광을 제공하는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 필요로 한다.
이러한 액정 표시 장치에서 표시 화상의 휘도는 백라이트의 휘도에 의해 좌 우된다. 일반적으로 주변 환경에 비해 표시 화상의 휘도가 지나치게 높으면 눈부심을 유발하고, 지나치게 낮으면 화상 인식이 어렵게 되므로, 백라이트의 휘도를 주변 환경에 적합하게 조절할 필요가 있다. 또한, 액정 표시 장치에서 대부분의 전력은 백라이트 유닛에서 소비되므로, 소비 전력의 절감 차원에서도 주변 환경에 따라 백라이트의 휘도를 능동적으로 조절할 필요가 있다.
따라서, 최근 출시되는 액정 표시 장치는 화상을 표시하는 표시 영역의 외측에 주변 밝기를 감지하는 수광 소자를 내장하고, 이를 통해 감지된 밝기 정보를 이용하여 백라이트의 휘도를 높이거나 낮춤으로써, 표시 화상의 휘도를 주변 환경에 적합하게 조절한다. 이때, 감도가 높은 수광 소자는 고가이므로, 일반 제품에는 다소 감도가 떨어지는 중저가의 수광 소자를 사용하게 된다. 수광 소자의 감도가 떨어지면, 주변 환경의 밝기가 약하거나 또는 주변 환경의 밝기가 서서히 변하는 경우와 같이, 미세한 밝기 변화에 대해서는 수광 소자가 이를 감지하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 수광 소자의 전방에 집광 패턴을 형성하여 수광 소자의 감도를 향상시킬 수 있는 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 다소 낮은 감도를 갖는 중저가의 수광 소자를 사용하더라도 높은 감도를 달성하여 제조 비용을 절감할 수 있는 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 주변 환경의 밝기 변화에 따라 표시 화상의 휘도를 능동적으로 제어하여 표시 화상의 표시 품질을 향상시키고, 소비 전력을 절감할 수 있는 표시 장치를 제공하는 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 기술적 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 표시 장치의 일 태양(aspect)은, 수광 소자의 감도를 향상시킨 표시 장치가 제공된다. 표시 장치는 표시 영역 및 비표시 영역이 정의되는 표시 패널과, 비표시 영역에 마련되는 적어도 하나의 수광 소자, 및 표시 패널의 전면에 배치되는 보호 기판을 포함한다. 보호 기판에는 수광 소자의 형성 위치에 대응하여 집광 패턴이 마련된다.상기 기술적 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 표시 장치의 다른 태양은, 표시 영역과 비표시 영역으로 구분되는 표시 패널로서, 적어도 하나의 수광 소자를 비표시 영역에 구비하는 광 측정부를 포함하는 표시 패널과, 표시 패널의 전면에 배치되는 보호 기판으로서, 수광 소자가 형성된 위치에 대응하여 집광 패턴이 마련된 보호 기판과, 표시 패널에 백라이트를 제공하는 발광 블록을 포함한다. 여기서, 수광 소자가 감지한 외부 광의 밝기에 대응하여, 백라이트의 휘도가 조절되어 제공된다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명은 수광 소자가 형성된 표시 패널의 전방에 보호 기판을 배치하고, 상기 보호 기판에 집광 패턴을 형성하여 상기 수광 소자의 감도를 향상시킴으로써 주변 환경의 미세한 밝기 변화를 신속하고 정확하게 감지할 수 있고, 이를 통해 표시 화상의 휘도를 능동적으로 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 중저가의 수광 소자를 사용하더라도 고가의 수광 소자를 사용하는 것과 같은 높은 감도를 달성할 수 있으므로, 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 주변 환경의 미세한 밝기 변화에 대하여서도 표시 화상의 휘도를 능동적으로 제어할 수 있으므로, 표시 품질을 더욱 향상시키고, 소비 전력을 더욱 절감할 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태 로 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"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
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 용어를 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.
이하, 표시 장치의 예로서 액정 표시 장치를 예로 들어 설명하나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 수광 소자가 마련된 표시 패널의 전면에 보호 기판이 마련된 구조라면 어떠한 표시 장치에도 적용 가능하다. 예를 들어, 유기 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Diode: OLED) 및 플라즈마 표시 장치(Plasma Display Pannel: PDP) 등의 다양한 표시 장치에도 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치가 포함하는 표시 패널의 평면도이다. 이하, 표시 패널의 예로서, 액정 표시 패널(100)을 예롤 들어 설명하나, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다.
도 1을 참조하면, 액정 표시 패널(100)은, 화상을 표시하는 표시 영역(A1)과, 상기 표시 영역(A1)의 외측에 마련되는 비표시 영역(A2)으로 구분된다. 상기 표시 영역(A1)에는 삼원색(적색, 녹색, 청색) 중 하나를 고유하게 표시하는 복수의 화소(P)가 마련되고, 상기 비표시 영역(A2)에는 표시 영역(A1)에 마련된 화소들을 제어하기 위한 구동 회로(미도시) 및 화상 표시 기능의 향상 및 각종 부가 기능의 제공을 위한 적어도 하나의 수광 소자(310,320,330; 300)가 마련된다.
상기 수광 소자(300)는 외부 광을 수득하여 이를 전기적 신호로 변환하는 것으로서, 이를 이용하여 다양한 부가 기능을 제공하기 위해 마련되는 것이다. 예를 들어, 본 실시예는 액정 표시 패널(100)이 설치되는 주변 환경에 적합하게 표시 화상의 휘도를 능동적으로 제어할 수 있도록 하기 위해 마련된다. 공지된 바와 같이, 액정 표시 패널(100)은 비발광 소자로서, 사용자가 액정 표시 패널(100)에 표시되는 화상을 용이하게 인지할 수 있게 하기 위해서는 외부 광이 필요하다. 예를 들어, 투과형 방식은 액정 표시 패널의 후방에서 화상 표시를 위한 광을 입사시켜 주어야 하고, 반사형 방식은 액정 표시 패널의 전방에서 화상 표시를 위한 광을 입사시켜 주어야 한다.
이때, 표시 화상의 휘도는 입사광의 휘도에 주로 의존하게 되는데, 투과형 방식의 경우 수광 소자(300)를 통해 주변 환경의 밝기 특성을 알아내어 입사광의 휘도를 제어할 수 있게 된다. 물론, 상기 수광 소자(300)는 반드시 표시 화상의 휘도 제어를 위한 목적으로 사용되는 것에 한정되지 않고, 수광 소자(300)를 이용하여 구현할 수 있는 모든 부가 기능을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 터치(touch)　감지 또는 이미지 스캔(image scan) 등을 위한 목적으로 사용될 수도 있을 것이다.
상기 수광 소자(300) 예를 들어, 포토 다이오드(Photo Diode)는 표시 영역(A1)의 화상 표시를 방해하지 않도록 비표시 영역(A2)에 마련되는 것이 바람직하고, 주변 환경의 밝기 특성을 정확히 감지할 수 있도록 비표시 영역(A2)의 전체 면적에 걸쳐 균일한 분포로 배치되고, 복수로 마련되는 것이 바람직하다. 본 실시예는 표시 영역(A1)을 중심으로 삼각형을 이루는 비표시 영역(A2)의 세 곳에 세 개의 수광 소자(310,320,330)가 마련되고, 세 개의 수광 소자(310,320,330)에서 감지된 각각의 밝기 정보를 평균하여 표시 화상의 휘도를 제어하게 된다.
도 2는 도 1의 단위 화소(P)에 대응하는 액정 표시 패널(100)의 단면도이고, 도 3은 도 1의 A-A' 선에 대응하는 액정 표시 패널(100)의 단면도이다. 도 2 및 도 3에서는 도 1의 액정 표시 패널(100)의 전면에 배치된 보호 기판(200)을 함께 도시하였다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 액정 표시 패널(100)은, 하부 기판(110)과 이에 대향하여 배치된 상부 기판(120) 및 상하 기판(110,120) 사이에 형성된 액정층(130) 및 상하 기판(110,120)의 외측면에 각각 부착된 제 1, 제 2 편광판(141,142)을 포함한다.
하부 기판(110)은 복수의 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor;TFT) 및 복수의 화소 전극(118)이 격자 구조로 형성되고, 이들에 연결된 복수의 게이트 라인(미도시) 및 복수의 데이터 라인(미도시)이 형성된 투광성 기판이다. 상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인의 교차 영역 또는 이의 인접 영역까지를 포함하여 각각의 단위 화소(P)가 한정되며, 단위 화소(P)에는 박막 트랜지스터, 화소 전극(118)이 형성되고, 유지 전극(112)이 더 형성될 수 있다. 상기 박막 트랜지스터는 게이트 전극(111), 보호막(113), 활성층(114), 소오스 전극(115) 및 드레인 전극(116)을 포함한다. 여기서, 상기 박막 트랜지스터의 게이트 전극(111)은 게이트 라인에 접속되고, 소오스 전극(115)은 데이터 라인에 접속되며, 드레인 전극(116)은 화소 전극(118)에 접속된다.
상기 화소 전극(118)은 대향하는 상부 기판(120)에 형성된 공통 전극(123)과 함께 액정 커패시터(liquid crystal capacitor)를 형성한다. 이러한 액정 커패시터는 화소 전압을 충전하여 액정층(130)의 분자 배열을 제어하는 역할을 수행한다. 상기 유지 전극(112)은 상부에 위치되는 화소 전극(124)과 함께 유지 커패시터(storage capacitor)를 형성한다. 이러한 유지 커패시터는 화소 전극(118)에 충전된 화소 전압을 다음 화소 전압이 충전될 때까지 안정적으로 유지하는 역할을 수행한다. 한편, 상기 유지 전극(112)은 대략 게이트 라인과 평행하게 연장된 유지 라인(미도시)에 연결되어 기준 전압을 인가받는다.
상부 기판(120)은 각 화소 영역 간의 빛샘을 방지하기 위한 블랙 매트릭스(121)와, 단위 화소(P)의 개구 영역으로 입사된 광을 채색하는 적색, 녹색, 청색 컬러 필터(122)가 격자 구조로 형성되고, 그 전면에 공통 전극(123)이 형성된 투광성 기판이다. 여기서, 상기 컬러 필터(122)와 공통 전극(123) 사이의 계면에는 부착성 및 평탄성을 개선하기 위한 오버 코트막(over coat layer)(미도시)이 추가로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 블랙 매트릭스(121) 상에는 셀갭(cell gap) 유지를 위해 소정 높이를 갖는 컬럼 스페이서(124)가 형성될 수 있다. 물론, 상기 컬럼 스페이서(124)는 하부 기판(110) 상에 형성될 수도 있으며, 다른 이격 부재 예를 들어, 유리 구술 형상의 구형 스페이서로 대체될 수도 있을 것이다.
상하 기판(110,120)은 표시 영역(A1)의 외곽 둘레를 따라 형성된 씰재(150)에 의해 합착되고, 상하 기판(110,120) 사이에는 주입 방식 또는 적하 방식 등에 의해 액정층(130)이 형성된다. 이때, 상하 기판(110,120)의 대향면에는 액정층(130)의 분자 배열을 규제하기 위하여 소정의 러빙 패턴을 갖는 배향막(미도시)이 형성될 수 있다.
제 1, 제 2 편광판(141,142)은 적어도 표시 영역(A1)을 커버하도록 배치되며, 각각의 편광축이 서로에 대해 교차하도록 구성되어 액정층(130)과 함께 저부로부터 입사되는 광의 출력을 제어한다. 즉, 단위 화소(P)에 구동 신호가 인가되지 않는 오프 모드(off mode)일 경우 제 1 편광판(141)을 통과하면서 직선 편광된 광은 위상 변환 없이 액정층(130)을 투과하게 되므로, 상기 제 1 편광판(141)과 수직인 편광축을 갖는 제 2 편광판(142)에 의하여 차단된다. 그러나, 단위 화소(P)에 구동 신호가 인가되는 온 모드(on mode)일 경우 제 1 편광판(141)을 통과하면서 직선 편광된 광은 액정층(130)에서 수직 위상 변환되므로 제 2 편광판(142)을 투과하 여 전방으로 출사된다. 이처럼, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제 1, 제 2 편광판(141,142)을 통한 광의 편광 제어 및 액정층(130)을 통한 광의 위상 변환을 이용하여 출사되는 광량을 조절하고, 상부 기판(120)에 형성된 컬러 필터(122)를 통해 출사되는 광을 채색하여 원하는 컬러 화상을 구현한다.
수광 소자(300)는 액정 표시 패널(100)의 가장자리, 보다 엄밀히 말하면, 액정 표시 패널(100)의 표시 영역(A1) 외측에 형성된 가장자리에 마련되는 것이 바람직하다. 이러한 수광 소자(300)는 하부 기판(110) 상에 형성하는 박막 트랜지스터와 함께 하부 기판(110) 상에 직접 형성되거나, 또는 이와는 별도로 제작된 후 하부 기판(110) 상에 실장될 수 있다.
보호 기판(200)은 전체적으로 평평하게 형성되어 액정 표시 패널(100)의 전면에 배치되고, 적어도 액정 표시 패널(100)의 표시 영역(A1)에 대응하는 투광 영역을 제공하며, 외부 환경으로부터 액정 표시 패널(100)을 보호할 수 있는 모든 보호 부재 예를 들어, 투광성 플라스틱판 또는 투광성 유리판 등을 의미한다. 한편, 상기 수광 소자(300)의 형성 위치에 대응하는 보호 기판(200)의 소정 영역에는 수광 소자(300)로 입사되는 광을 모아주는 집광 패턴(210)이 마련된다. 상기 집광 패턴(210)은 보호 기판(200)의 수평면을 기준으로 상하 양측으로 돌출되어, 돌출 외면이 구면을 이루는 적어도 하나의 볼록부를 포함한다. 이러한 집광 패턴(210)은 외부 광을 집광하여 수광 소자(300)에 제공하므로, 수광 소자(300)의 감도를 향상시킬 수 있다. 즉, 외부 광이 매우 미약하여 통상적인 환경에서는 수광 소자(300)의 정상적인 동작이 불가능한 경우에도 이를 정상적으로 감지할 수 있다.
한편, 상기 집광 패턴(210)은 수광 소자(300)가 마련된 소정 위치의 중심(이하 이를 '수광축' 이라 함)으로 외부 광을 집광할 수 있다면 어떠한 구조로도 형성될 수 있는데, 하기에서는 이러한 집광 패턴(210)의 다양한 구조를 보다 상세히 설명한다.
도 4 내지 도 8은 도 3에서, 본 발명의 다양한 변형예에 따른 집광 패턴(210)을 설명하기 위한 도면들이고, 도 9 내지 도 10은 본 발명의 다양한 변형예에 따른 집광 패턴(210)을 설명하기 위한 집광 패턴(210)의 일부 사시도이며, 도 11 내지 도 12는 본 발명의 다양한 변형예에 따른 집광 패턴(210)을 설명하기 위한 집광 패턴(210)의 일부 단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 집광 패턴(210)은 몰드 공정을 통해 보호 기판(200)과 일체로 형성되는데, 집광 패턴(210)의 볼록부는 보호 기판(200)의 상면 및 하면 중 적어도 어느 일측에 형성될 수 있다. 즉,　도 3과 같이 집광 패턴(210)의 볼록부가 보호 기판(200)의 상하 양면에 형성될 수 있다. 또한, 도 4와 같이 집광 패턴(210)의 볼록부가 보호 기판(200)의 상면에만 형성될 수 있고, 또는 도 5와 같이 집광 패턴(210)의 볼록부가 보호 기판(200)의 하면에만 형성될 수도 있다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 상기 집광 패턴(210)은 보호 기판(200)과 별도로 형성되어 평평한 보호 기판(200)의 상면 및 하면 중 적어도 어느 일측에 부착 또는 융착될 수 있다. 즉,　도 6과 같이 집광 패턴(210)의 볼록부가 보호 기판(200)의 상하 양면에 부착 또는 융착될 수 있고, 또는 도 7과 같이 집광 패턴(210)의 볼 록부가 보호 기판(200)의 상면에만 부착 또는 융착될 수 있다. 또한, 도 8과 같이 집광 패턴(210)의 볼록부가 보호 기판(200)의 하면에만 부착 또는 융착될 수 있다. 이때, 보호 기판(200)에 부착 또는 융착되는 볼록부는 투광성 수지 또는 투광성 유리로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 집광 패턴(210)은 단일의 볼록부가 아닌 복수의 볼록부로 구성될 수 있다. 즉, 도 9와 같이, 집광 패턴(510)은 복수의 볼록부가 독립적으로 형성되어 각각의 집광축을 제공할 수 있고, 도 10과 같이, 단일의 볼록부가 복수로 절개되어 단일의 집광축을 제공할 수도 있다. 이때, 도 9와 같이 복수의 볼록부가 각각의 집광축을 제공하는 구조는 수광 소자(300)가 복수로 사용되는 구조에 보다 적합할 것이고, 도 10과 같이 복수의 볼록부가 단일의 집광축을 제공하는 구조에서는 수광 소자(300)가 단수로 사용되는 구조에 보다 적합할 것이다.
또한, 상기 집광 패턴(210)을 이루는 볼록부는 전술한 바와 같이, 볼록부가 양측에 형성된 볼록 렌즈 구조 또는 볼록부가 일측에만 형성된 평볼록 렌즈 구조로 형성될 수 있지만, 도 11과 같이 볼록부의 표면에 복수의 동심원을 이루는 프레넬(Fresnel) 패턴이 형성된 구조, 또는 도 12와 같이 볼록부의 내부가 복수의 동심원을 이루는 프레넬 패턴으로 제거된 구조로 형성될 수도 있다. 특히, 프레넬(Fresnel) 패턴이 형성된 구조는 볼록부를 거의 평평하게 형성할 수 있어, 집광 패턴(120)의 형성으로 인한 두께 증가를 최소화할 수 있다.
도 13은 도 1 내지 도 12를 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 패널(100)과 보호 기판(200)을 포함하는 표시 장치(10)를 설명하기 위한 블록도이다.도 1 및 13을 참조하면, 표시 장치(10)는 표시 영역(A1)과 비표시 영역(A2)으로 구분되는 액정 표시 패널(100), 영상 신호 제어부(600_1)와 광데이터 신호 제어부(600_2)를 포함하는 신호 제어부(700), 게이트 드라이버(400), 데이터 드라이버(500), 백라이트 드라이버(800) 및 백라이트 드라이버(800)에 연결된 발광 블록(LB)을 포함할 수 있다.
액정 표시 패널(100)은 적어도 하나의 수광 소자(300)가 비표시 영역(A2)에 구비된 광 측정부(900)를 포함할 수 있다. 광 측정부(900)는 수광 소자(300)가 감지하는 외부 광의 밝기(IL)를 측정하여서 신호 제어부(700)에 제공할 수 있다.
신호 제어부(700)는 제1 영상 신호(R, G, B)를, 제2 영상 신호(IDAT)로 변환하여 출력할 수 있다. 신호 제어부(700)는 또한, 제1 영상 신호(R, G, B)의 표시를 제어하는 외부 제어 신호들(Vsync, Hsync, Mclk, DE)를 입력받아, 데이터 제어 신호(CONT1) 및 게이트 제어 신호(CONT2)를 출력할 수 있다. 신호 제어부(700)는 또한, 광 측정부(900)가 제공하는 외부 광의 밝기(IL)를 입력받아서, 외부 광의 밝기(IL)에 대응하는 광데이터 신호(LDAT)를 백라이트 드라이버(800)에 제공할 수 있다.
신호 제어부(700)는 기능적으로 영상 신호 제어부(600_1)와 광데이터 신호 제어부(600_2)로 구분될 수 있다. 영상 신호 제어부(600_1)는 액정 표시 표시 패널(100)에 표시되는 영상을 제어하고, 광데이터 신호 제어부(600_2)는 백라이트 드라이버(800)를 제어할 수 있다. 또한, 영상 신호 제어부(600_1)와 광데이터 신호 제어부(600_2)는 물리적으로 분리될 수도 있다.
영상 신호 제어부(600_1)는 제1 영상 신호(R, G, B)를 입력받아 이에 대응하는 제2 영상 신호(IDAT)를 출력할 수 있다. 제2 영상 신호(IDAT)는 표시 품질을 향상시키기 위해서 제1 영상 신호(R, G, B)를 변환한 신호일 수 있다. 제2 영상 신호(IDAT)는 예를 들어, 오버 드라이빙(overdriving) 구동을 위해서 제1 영상 신호(R, G, B)를 변환한 신호일 수 있다. 오버 드라이빙 구동에 대한 상세한 설명은 생략한다.
영상 신호 제어부(600_1)는 또한, 외부로부터 외부 제어 신호들(Vsync, Hsync, Mclk, DE)을 입력받아 데이터 제어 신호 (CONT1) 및 게이트 제어 신호(CONT2)를 생성할 수 있다. 외부 제어 신호의 예로는 수직 동기 신호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync), 메인 클럭 신호(Mclk), 데이터 인에이블 신호(DE) 등이 있다. 데이터 제어 신호(CONT1)는 데이터 드라이버(500)의 동작을 제어하기 위한 신호이고, 게이트 제어 신호(CONT2)는 게이트 드라이버(400)의 동작을 제어하기 위한 신호이다.
광데이터 신호 제어부(600_2)는 광 측정부(900)가 제공하는 외부 광의 밝기(IL)를 입력받아서, 외부 광의 밝기(IL)에 대응하는 광데이터 신호(LDAT)를 백라이트 드라이버(800)에 제공할 수 있다. 외부 광의 밝기(IL)에 대응하는 광데이터 신호(LDAT)를 제공하는 것은, 예를 들어 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation)를 통해서 광데이터 신호(LDAT)의 듀티비(Duty Ratio)를 조절하는 방식으로 행해질 수 있다. 즉, 외부 광의 밝기(IL)가 밝으면, 광데이터 신호(LDAT)의 펄스 폭을 넓히고, 외부 광의 밝기(IL)가 어두우면, 광데이터 신호(LDAT)의 펄스 폭을 좁힐 수 있 다. 이러한 펄스 폭 변조와 발광 블록(BL)이 제공하는 백라이트의 휘도 조절의 관계에 대해서는 도 14를 참조하여 후술한다.
게이트 드라이버(400)는 영상 신호 제어부(600_1)로부터 게이트 제어 신호(CONT2)를 제공받아 게이트 신호를 게이트 라인(G1~Gk)에 인가한다. 여기서 게이트 신호는 게이트 온/오프 전압 발생부(미도시)로부터 제공된 게이트 온 전압(Von)과 게이트 오프 전압(Voff)의 조합으로 이루어질 수 있다. 게이트 제어 신호(CONT1)는 게이트 드라이버(400)의 동작을 제어하기 위한 신호로써, 게이트 드라이버(500)의 동작을 개시하는 수직 시작 신호, 게이트 온 전압의 출력 시기를 결정하는 게이트 클럭 신호 및 게이트 온 전압의 펄스 폭을 결정하는 출력 인에이블 신호 등을 포함할 수 있다.
데이터 드라이버(500)는 영상 신호 제어부(600_1)로부터 데이터 제어 신호(CONT1)를 제공받아 제2 영상 신호(IDAT)에 대응하는 전압을 데이터 라인(D1~Dj)에 인가한다. 제2 영상 신호(IDAT)에 대응하는 전압은 계조 전압 발생부(미도시)로부터 제공된 전압일 수 있다. 곧, 제2 영상 신호(IDAT)가 가지는 계조에 따라서 계조 전압 발생부의 구동 전압을 분배한 전압일 수 있다. 데이터 제어 신호(CONT1)는 데이터 드라이버(500)의 동작을 제어하는 신호를 포함한다. 데이터 드라이버(500)의 동작을 제어하는 신호는 데이터 드라이버(500)의 동작을 개시하는 수평 개시 신호 및 영상 데이터 전압의 출력을 지시하는 출력 지시 신호 등을 포함할 수 있다.
백라이트 드라이버(800)는 광데이터 신호(LDAT)에 응답하여 발광 블록(LB)이 제공하는 백라이트의 휘도를 조절한다. 발광 블록(LB)이 제공하는 백라이트의 휘도 는 광데이터 신호(LDAT)가 가지는 듀티비에 따라서 달라질 수 있다. 백라이트 드라이버(800)의 내부 구조와 동작에 대해서는 도 14를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
발광 블록(LB)은 적어도 하나 이상의 광원을 포함하여서, 액정 표시 패널(100)에 백라이트를 제공할 수 있다. 예를 들어, 발광 블록(LB)은 도시한 바와 같이 점광원의 하나인 발광 다이오드(LED)를 포함할 수 있다. 이와 달리, 광원은 선광원이나 면광원일 수도 있다. 발광 블록(LB)이 제공하는 백라이트의 휘도는 발광 블록(LB)에 연결된 백라이트 드라이버(800)에 의해서 제어될 수 있다.
도 14는 도 13의 백라이트 드라이버(800)와 발광 블록(LB)의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 14를 참조하면, 백라이트 드라이버(800)는 스위칭 소자(BLQ)를 포함하여, 광데이터 신호(LDAT)에 응답하여 발광 블록(LB)의 휘도를 제어한다.
동작을 설명하면, 광데이터 신호(LDAT)가 하이 레벨이 되면, 백라이트 드라이버(800)의 스위칭 소자(BLQ)가 턴-온되고, 전원 전압(Vin)이 발광 블록(LB)에게 제공되므로, 전류가 발광 블록(LB) 및 인덕터(L)를 통해 흐르게 된다. 이때 인덕터(L)에는 전류에 의한 에너지가 저장된다. 광데이터 신호(LDAT)가 로우 레벨이 되면 스위칭 소자(BLQ)가 턴오프되고, 발광 블록(LB), 인덕터(L) 및 다이오드(D)가 폐회로를 이루어 전류가 흐르게 된다. 이때, 인덕터(L)에 저장된 에너지가 방전되면서 전류가 감소된다.
이와 같이, 광데이터 신호(LDAT)의 듀티비에 따라 스위칭 소자(BLQ)가 턴온 되는 시간이 조절되므로, 광데이터 신호(LDAT)의 듀티비에 따라서 발광 블록(LB)의 휘도가 제어된다. 광데이터 신호(LDAT)의 듀티비는, 전술한 바와 같이 외부 광의 밝기(IL)에 대응하는 펄스 폭 변조를 통해서 조절될 수 있다. 즉, 외부 광의 밝기(IL)가 밝으면 광데이터 신호(LDAT)의 펄스 폭을 넓히고, 외부 광의 밝기(IL)가 어두우면 광데이터 신호(LDAT)의 펄스 폭을 좁힐 수 있다. 따라서, 외부 광의 밝기(IL)가 밝으면 백라이트의 휘도를 높이고, 외부 광의 밝기(IL)가 어두우면, 백라이트의 휘도를 낮출 수 있다.
상술한 바와 같이, 외부 광의 밝기(IL) 즉, 주변 환경에 대응하여, 백라이트의 휘도를 조절하여 표시 화상의 휘도를 조절함으로써, 표시 장치의 표시 품질을 향상시킬 수 있다. 주변 환경에 비하여, 표시 장치가 표시하는 화상의 휘도가 지나치게 높으면 눈부심을 유발하고, 지나치게 낮으면 화상 인식이 어렵게 되기 때문이다. 또한, 주변 환경에 대응하여, 백라이트의 휘도를 능동적으로 조절함으로써, 전력 소비를 줄일 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치가 포함하는 표시 패널의 평면도이다.
도 2는 도 1의 단위 화소에 대응하는 액정 표시 패널의 단면도이다.
도 3은 도 1의 A-A' 선에 대응하는 액정 표시 패널의 단면도이다.
도 4 내지 도 8은 도 3에서, 본 발명의 다양한 변형예에 따른 집광 패턴을 설명하기 위한 도면들이다.
도 9 내지 도 10은 본 발명의 다양한 변형예에 따른 집광 패턴을 설명하기 위한 집광 패턴의 일부 사시도이다.
도 11 내지 도 12는 본 발명의 다양한 변형예에 따른 집광 패턴을 설명하기 위한 집광 패턴의 일부 단면도이다.
도 13은 도 1 내지 도 12를 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 패널과 보호 기판을 포함하는 표시 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 14는 도 13의 백라이트 드라이버와 발광 블록의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 액정 표시 패널 110: 하부 기판
120: 상부 기판 130: 액정층
141: 제 1 편광판 142: 제 2 편광판
210: 집광 패턴 200: 보호 기판
300: 수광 소자 400: 게이트 드라이버
500: 데이터 드라이버 600_1: 영상 신호 제어부
600_2: 광데이터 신호 제어부 700: 신호 제어부
800: 백라이트 드라이버 900: 광 측정부

Claims (15)

  1. 표시 영역 및 비표시 영역이 정의되는 표시 패널; 및
    상기 표시 패널의 전면에 배치되는 보호 기판을 포함하되,
    상기 비표시 영역에는 적어도 하나의 수광 소자가 마련되고, 상기 보호 기판에는 상기 수광 소자의 형성 위치에 대응하는 집광 패턴이 마련되는 표시 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 집광 패턴은 적어도 하나의 볼록부를 구비하는 표시 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 볼록부는 양면이 볼록한 구조, 일면만 볼록한 구조, 표면에 프레넬 패턴이 형성된 구조, 내부가 프레넬 패턴으로 제거된 구조 중 적어도 어느 하나의 구조로 형성되는 표시 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 볼록부는 상기 보호 기판과 일체로 형성되는 표시 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 볼록부는 상기 보호 기판과 별도로 형성되어, 상기 보호 기판에 부착 또는 융착되는 표시 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 집광 패턴은 독립적으로 형성되어 각각의 집광축을 제공하는 복수의 볼록부를 구비하는 표시 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 집광 패턴은 복수로 절개되어 단일의 집광축을 제공하는 단일의 볼록부를 구비하는 표시 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 보호 기판은 투광성 부재로 형성되는 표시 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 투광성 부재는 투광성 플라스틱판 또는 투광성 유리판인 표시장치.
  10. 표시 영역과 비표시 영역으로 구분되는 표시 패널로서, 적어도 하나의 수광 소자를 상기 비표시 영역에 구비하는 광 측정부를 포함하는 표시 패널;
    상기 표시 패널의 전면에 배치되는 보호 기판으로서, 상기 수광 소자가 형성된 위치에 대응하여 집광 패턴이 마련된 보호 기판; 및
    상기 표시 패널에 백라이트를 제공하는 발광 블록을 포함하되, 상기 수광 소자가 감지한 외부 광의 밝기에 대응하여, 상기 백라이트의 휘도가 조절되어 제공되는 표시 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 집광 패턴은 적어도 하나의 볼록부를 포함하는 표시 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 볼록부는 양면이 볼록한 구조, 일면만 볼록한 구조, 표면에 프레넬 패턴이 형성된 구조, 내부가 프레넬 패턴으로 제거된 구조 중 적어도 어느 하나의 구조로 형성되는 표시 장치.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 외부 광의 밝기가 밝으면, 상기 백라이트의 휘도를 높이고, 상기 외부 광의 밝기가 어두우면, 상기 백라이트의 휘도를 낮추는 표시 장치.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 발광 블록의 휘도를 제어하는 백라이트 드라이버와,
    상기 백라이트 드라이버에 광데이터 신호를 제공하는 광데이터 신호 제어부를 더 포함하되,
    상기 광데이터 신호의 펄스 폭은 상기 외부 광의 밝기에 대응하여 조절되는 표시 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 외부 광의 밝기가 밝으면, 상기 광데이터 신호의 펄스 폭이 넓어지고, 상기 외부 광의 밝기가 어두우면, 상기 광데이터 신호의 펄스 폭이 좁아지는 표시 장치.
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