KR20110136679A

KR20110136679A - 능동 감광 픽셀

Info

Publication number: KR20110136679A
Application number: KR1020100124031A
Authority: KR
Inventors: 첸-팡 쿵; 웬-젠 치앙
Original assignee: 인더스트리얼 테크놀로지 리서치 인스티튜트
Priority date: 2010-06-15
Filing date: 2010-12-07
Publication date: 2011-12-21
Also published as: US20110304598A1; TWI436137B; JP5256277B2; KR101278899B1; TW201144916A; US8717335B2; JP2012005102A

Abstract

2-단자 감광 트랜지스터가 제1 노드에 연결된 제1 단자, 선택 라인에 연결된 제2 단자 및 제1 단자에 연결된 제어 단자를 포함하는 능동 감광 픽셀(active photosensing pixel)을 개시한다. 구동 트랜지스터는 제1 기준 전압에 연결된 제1 단자, 출력 라인에 연결된 제2 단자 및 제1 노드에 연결된 제어 단자를 포함한다.

Description

능동 감광 픽셀{ACTIVE PHOTOSENSING PIXEL}

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 여기서 그 전체가 참조로서 통합되는 2010년 6월 15일에 출원된 대만 특허 출원번호 099119405의 우선권을 요구한다.

본 발명은 디스플레이, 특히 감광 픽셀 디스플레이(photosensing pixel display)에 관한 것으로, 선택 라인(selection line)이 선정될 때 감광 픽셀(photosensing pixel)이 동시에 노출 및 해독 과정을 수행한다.

최근에, E-북이 개발되어 제품화되었다. E-북을 위한 한가지 가능한 디스플레이 구성으로 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor liquid crystal display; TFT-LCD)를 채택한다. 즉, 뒤판(backplane)에 배치되는, TFT 또는 감광 장치와 같은 전자 부품을 사용해서 E-북이 이미지를 표시한다. E-북은 빛을 감지할 수 있어서 E-북의 스크린에서 마크(mark)를 드로잉(drawing)할 수도 있다. 그러나, 예를 들면, 감광 기능(photosensing function)을 가진 E-북에, 감광 장치(photosensing device)가 뒤판의 아래에 설치되기 때문에, 감광 장치에 대한 빛 투과율이 감소한다. 따라서, E-북은 스크린에서 마크를 드로잉(drawing)하기 위해 노출될 시간이 필요하다.

E-북의 스크린에서 빨리 드로잉(drwing)할 수 있는 능동 감광 픽셀(active photosensing pixel)이 요구된다.

동반된 도면을 참조하면서 다음의 구체예에서 더 상세히 설명한다.

일 구체예는 2-단자(two-terminal) 감광 트랜지스터 및 구동 트랜지스터를 포함하는, 능동 감광 픽셀(active photosensing pixel)을 개시한다. 2-단자 감광 트랜지스터는 제1 노드(node)에 연결된 제1 단자(terminal), 선택 라인에 연결된 제2 단자(terminal) 및 제1 노드(node)에 연결된 제어 단자(terminal)를 포함한다. 구동 트랜지스터는 제1 기준 전압(reference voltage)에 연결된 제1 단자, 출력 라인에 연결된 제2 단자 및 제1 노드에 연결된 제어 단자를 포함한다.

일 구체예는 다수의 선택 라인, 출력 라인 및 능동 감광 픽셀(active photosensing pixel)을 포함하는 다른 능동 감광 어레이(active photosensing array)를 개시한다. 각 능동 감광 픽셀(active photosensing pixel)은 2-단자 감광 트랜지스터 및 구동 트랜지스터를 포함한다. 2-단자 감광 트랜지스터는 제1 노드에 연결된 제1 단자, 선택 라인에 연결된 제2 단자 및 제1 노드에 연결된 제어 단자를 포함한다. 구동 트랜지스터는 제1 기준 전압(reference voltage)에 연결된 제1 단자, 대응하는 출력 라인에 연결된 제2 단자 및 제1 노드에 연결된 제어 단자를 포함한다.

일 구체예는 또한 능동 감광 픽셀(active photosensing pixel)에서의 감광 방법(photosensing method)을 개시하며, 능동 감광 픽셀은 제1 노드에 연결된 제1 단자, 선택 라인에 연결된 제2 단자 및 제1 노드에 연결된 제어 단자를 포함하고, 구동 트랜지스터는 제1 기준 전압(reference voltage)에 연결된 제1 단자, 출력 라인에 연결된 제2 단자 및 제1 노드에 연결된 제어 단자를 포함한다. 감광 방법(photosensing method)은 다음의 단계를 포함한다. 먼저, 노출과 해독 주기 동안, 각각, 제1 전압이 선택 라인으로 제공되어서, 2-단자 감광 트랜지스터가 감광 레지스터(photosensitive resistor)로 작용한다. 다음, 2-단자 트랜지스터가 입사광을 받으면 제1 노드를 충전하기 위해 감광 전류(photosensing current)가 생성되어서, 선택 라인으로 출력 전류를 생성하기 위해 제1 노드(node)의 전압 레벨에 따라 구동 트랜지스터를 켠다.

첨부된 도면을 참조하면서 이어지는 상세한 설명 및 예를 통해 본 발명을 더 완전히 이해할 수 있다:
도 1a는 2-단자 감광 트랜지스터를 위한 제1 작동 모드의 구체예를 보여주는 개요도이다;
도 1b는 제1 작동 모드에서 2-단자 감광 트랜지스터의 제1 단자에서의 감광 전류(I_photo) 및 전압(V_N1)의 관계를 나타내는 구체예이다;
도 2a는 2-단자 감광 트랜지스터를 위한 제2 작동 모드의 구체예를 보여주는 개요도이다;
도 2b는 제2 작동 모드에서 2-단자 감광 트랜지스터의 제2 단자(terminal)에서의 다이오드 전류(I_diode) 및 전압(V_N2)의 관계를 나타내는 구체예이다;
도 3은 능동 감광 픽셀(active photosensing pixel)의 구체예를 보여주는 개요도이다;
도 4는 선택 라인의 구체예를 보여주는 순차도(sequence diagram)이다;
도 5는 능동 감광 픽셀(active photosensing pixel)의 다른 구체예를 보여주는 개요도이다;
도 6은 대응하는 선택 라인의 능동 감광 어레이(active photosensing array) 및 순차도(sequence diagram)의 구체예를 보여주는 개요도이다;
도 7은 대응하는 선택 라인의 능동 감광 어레이(active photosensing array) 및 순차도(sequence diagram)를 가지는 디스플레이의 구체예를 보여주는 개요도이다.

다음과 같이 구체예를 설명할 것이다. 다음의 설명은 구체예를 설명할 목적으로 형성되며, 제한하는 것으로 이해해서는 안 된다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항을 참조하여 가장 잘 결정된다.

도 1a는 제1 작동 모드에서 2-단자 센싱 트랜지스터(two-terminal sensing transistor)의 구체예를 보여주는 개요도이다. 이 구체예에서, 2-단자 감광 트랜지스터(이하에서 Q₁로 쓰여지는)는 N-타입 a-Si:H TFT이지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)는 제1 단자(N₁), 제2 단자(N₂) 및 제어 단자를 포함한다. 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)의 제어 단자는 제2 단자(N₂)에 연결되어, 제어 단자가 2-단자 감광 트랜지스터를 형성함을 주의해야 한다. 즉, 제1 단자(N₁) 및 제어 단자에 연결된 제2 단자(N₂). 제1 작동 모드에서, 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)의 제1 단자(N₁)에 고전압(V_H)이 적용되고, 제2 단자(N₂)에 저전압(V_L)이 적용된다. 제1 작동 모드에서 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)가 입사광(hν)을 받으면 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)가 제1 단자(N₁)에서 제2 단자(N₂)로 감광 전류(photosensing current; I_photo)를 생성한다. 일반적으로 말하면, 감광 전류(I_photo)의 세기는 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)의 반도체 층 및 물질의 표면 치수에 의해 결정된다. 또한, 감광 전류(I_photo)의 세기는 입사광(hν)의 세기에 의해 결정될 수 있다. 즉, 입사광(hν)이 강할수록, 감광 전류(I_photo)는 커질 것이다. 그러므로, 제1 작동 모드에서 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)는 감광 레지스터(photosensitive resistor)로 작용한다. 다른 구체예에 있어서, 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)는 P-타입 a-Si:H TFT이지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 구체예에서, 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)는 양극 접합 트랜지스터(bipolar junction transistor; BJT) 또는 다른 스위칭 장치(switching device)일 수도 있다.

도 1b는 제1 작동 모드 동안, 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)의 제1 단자에서의 감광 전류(I_photo) 및 전압(V_N1)의 관계를 나타낸다. 도 1b에 도시한 것처럼, (다이아몬드 점으로 연결된 선으로 표시된 것처럼) 입사광(hν)이 없으면 감광 전류(I'_photo)의 크기는 0이다(또한 커트-오프 영역(cut-off region)이라고 불린다). 반대로, (사각형 점으로 연결된 선으로 표시된 것처럼) 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)가 입사광(hν)을 받으면, (삼극관(triode) 영역으로 알려진) 서서히 감소하기 전에, 감광 전류(I_photo)가 선형으로 증가할 것이며, 마지막에 포화될 것이다(포화 영역(saturation region)으로 알려졌다). 그러므로, 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)의 상기 설명은 일반적인 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor; FET)와 유사하다. 일 구체예에서, 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)가 입사광을 받고 제1 단자(N₁)의 전압 레벨이 16V인 경우, 감광 전류(I_photo)는 약 7.5E-09A이고, 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)가 입사광을 받지 않고 제1 단자(N₁)의 전압 레벨이 16V인 경우, 감광 전류(I'_photo)는 약 0A이다. 제1 작동 모드 동안 감광 전류(I_photo)를 검출해서 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)가 입사광을 받았는지 여부를 결정할 수 있다.

도 2a는 제2 작동 모드 하에서 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)의 구체예를 보여주는 개요도이다. 도 1a과 유사하게, 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)의 제어 단자가 제2 단자(N₂)에 연결된다. 제1 작동 모드와 비교하면, 제2 작동 모드 동안 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)의 제1 단자(N₁)에 저전압(V_L)이 적용되고 제2 단자(N₂)에 고전압(V_H)이 적용된다. 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)의 제어 단자 및 제2 단자(N₂) 둘 다 고전압(V_H)에 연결되기 때문에(MOS 다이오드), 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)는 제2 작동 모드에서 다이오드로 작용하고 제2 단자(N₂)를 통해서 제1 단자(N₁)에 다이오드 전류(I_diode)(즉 포워드 전도 전류(forward conducting current))를 생성한다.

도 2b는 제2 작동 모드에서 2-단자 감광 트랜지스터의 제2 단자 하에서 다이오드 전류(I_diode)와 전압(V_N2) 사이의 관계를 나타낸다. 일반 다이오드와 유사하게, 처음에 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)의 다이오드 전류(I_diode)는 0이고, 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)가 커진 후에 급격하게 증가한다. 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)가 전도된 후(V_N2>10V), 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)가 입사광(hν)을 받았는지 여부와 상관없이 제1 단자(N₁)에서 제2 단자(N₂)를 통해 다이오드 전류(I_diode)가 항상 흐를 것이다. (사각형 점으로 표시되는) 입사광(hν)을 받은 트랜지스터의 감광 전류(I_photo)는 (다이아몬드 점으로 표시되는) 입사광(hν)을 받지 않은 트랜지스터의 전류(I'_photo)보다 크다는 점을 주목해야 한다. 일 구체예에서, 제2 단자(V_N2)가 15V인 경우 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)가 입사광을 받으면 다이오드 전류(I_diode)는 약 1.0E-09A이다. 반대로, 제2 단자(V_N2)가 15V인 경우 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)가 입사광을 받지 않으면, 다이오드 전류(I'_diode)는 약 0.5E-09A일 것이다. 그러므로, 제2 작동 모드는 2가지 기능을 가진다: 첫 번째는 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)가 다이오드 전류의 크기를 검출/결정해서 입사광을 받았는지 여부를 결정하는 것이고; 두 번째는 다이오드 전류를 제2 단자(N₂)를 방전(discharge)시키기 위한 것이다(즉, 제2 단자(N₂)의 양전하가 제1 단자(N₁)로 이동한다). 일반적으로 말하자면, 다이오드 전류(I_diode)의 크기는 감광 전류(I_photo)의 크기보다 매우 크기 때문에(약 1.0E+03~1.0E+04 유닛), 제2 작동 모드에서 다이오드 전류에 의해 제2 단자(N₂)를 방전하는 과정은 제1 작동 모드에서 감광 전류(photosensing current)에서 제1 단자(N₁)를 충전하는 과정에 비해 더 빠르다.

도 3은 일 구체예의 능동 감광 픽셀(active photosensing pixel)을 나타내는 개요도이다. 이 구체예에서, 능동 감광 픽셀(P₂₂)은 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁) 및 구동 트랜지스터(Q₂)를 포함한다. 선택 라인(Sel_2) 및 선택 라인(Sel_2)에 수직인 출력 라인(Out_2) 사이에서 능동 감광 픽셀(P₂₂)이 연결된다.

도 3에서, 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)는 제1 노드(X₁)에 연결된 제1 단자(N₁), 선택 라인(Sel_2)에 연결된 제2 단자(N₂) 및 제1 노드(X₁)에 연결된 제어 단자를 포함한다. 구동 트랜지스터(Q₂)는 제1 기준 전압(V_ref1)에 연결된 제1 단자, 출력 라인(Out_2)에 연결된 제2 단자 및 제1 노드(X₁)에 연결된 제어 단자를 포함한다

이어서, 감광 측정(photosensing measure)을 설명한다. 도 4에 선택 라인의 순차도(sequence diagram) 및 제1 노드(X₁)의 파형을 나타낸 것처럼, 제1 노드(X₁)의 파형은 능동 감광 픽셀(P₂₂)을 위한 두 상황을 포함한다: 하나는 입사광(hν)을 받은 것이고; 다른 하나는 입사광(hν)을 받지 않는 것이다. 도 4에서, 실선은 선택 라인(Sel_2)의 순차도(sequence diagram)를 나타낸다. 점선은 능동 감광 픽셀(P₂₂)이 입사광(hν)을 받을 때 제1 노드의 전압 파형(V_X1)을 나타낸다.

계속해서, 2-단자 감광 트랜지스터의 작동 모드에 관하여 설명한다. (노출 및 해독 주기로 알려진) 제1 주기 동안, 제1 노드(X₁)의 전압보다 높은 고전압((구동 고전압(V_GH))까지 선택 라인(Sel_2)의 전압 레벨을 올린다. 입사광(hν)이 능동 감광 픽셀(P₂₂)에 조사되어, 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)가 감광 레지스터(photosensitive resistor)로서 작용하고 입사광(hν)에 따라 감광 전류(I_photo)를 생성하고 고전압(V_X1)까지 제1 노드(X₁)를 더 충전한다. 전압(V_X1)이 구동 트랜지스터(Q₂)의 임계값보다 높으면, 구동 트랜지스터를 전압(V_X1)으로 전도할 것이며 출력 라인(Out_2)에서 출력 전류를 생성할 것이다; 그러므로, 제1 주기(T₁)는 또한 해독 주기이다. 반면에, 제1 주기(T₁) 동안, 선택 라인(Sel_2)의 전압 레벨을 제1 노드(X₁)의 전압보다 높게 (구동 고전압(V_GH)과 같이) 올리고, 입사광을 능동 감광 픽셀(P₂₂)을 조사하면, 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)는 감광 전류(I_photo)를 생성하지 않을 것이다. 상기의 설명에서, 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)의 제1 작동 모드가 채택되었음이 명확하다. 그러므로, 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)가 감광 레지스터(photosensitive resistor)로 작용할 때, 입사광이 능동 감광 픽셀(P₂₂)에 조사되면 구동 트랜지스터(Q₂)의 임계값은 제1 노드(X₁)에서 구동 트랜지스터(Q₂)에 의해 생성된 대응하는 전압보다 낮게 (또는 동일하게) 디자인되어서, 구동 트랜지스터(Q₂)가 감광 전류(I_photo)에 의해 전도되고 출력 전류를 생성한다. 따라서, 능동 감광 픽셀(P₂₂)이 입사광(hν)에 의해 조사되었는지를 결정하는 것은 능동 감광 픽셀(P₂₂)에 의해 생성된 출력 전류에 근거를 둘 수 있다.

(일반적으로 리셋(reset) 주기라고 하는) 제2 주기(T₂) 동안, 선택 라인(Sel_2)의 전압 레벨을 (구동 저전압(V_GL)과 같이) 제1 노드(X₁)의 전압보다 낮게 내려서, 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)는 다이오드로 작용하고 급속하게 다이오드 전류(I_diode)를 통해서 선택 라인(Sel_2)의 전압 레벨로 전압(V_X1)을 방전한다. 제1 노드에서의 제1 노드 전압(V_X1)이 구동 트랜지스터(Q₂)의 임계값보다 낮아지도록 방전될 때, 구동 트랜지스터(Q₂)는 꺼진다.

제2 주기(T₂) 동안, 구동 트랜지스터(Q₂)는 전도되지 않기 때문에, 비록 입사광(hν)이 조사되어도, 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)는 감광 전류를 생성하지 않는다. 이 구체예에서 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)의 다이오드 전류(I_diode)(즉, 제2 작동 모드)에 의하여 제1 노드(X₁)에서 전압(V_X1)이 리셋된다는 것을 유의해야 한다. 이 구체예에서, 선택 라인의 구동 고전압(V_GH)은 10V이고, 선택 라인의 구동 저전압(V_GL)은 0V이다. 제1 노드(X1)에서의 전압 파형은 구동 저전압(V_GL)의 전압 파형보다 높은 적어도 V_th _{_} _Q1이며, V_th _{_} _Q1는 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)의 임계값이다.

도 5는 능동 감광 픽셀(active photosensing pixel)의 개요도이다. 이 구체예는 도 3의 구체예와 유사하다. 단순화를 위해, 선택 라인의 회로 및 순차(sequence)는 여기에서 상세히 기술되지 않을 것이다. 능동 감광 픽셀(P₂₂)은 감도 제어 캐패시터(sensitivity control capacitor; C_sensitivity ₎를 더 포함할 수 있고, 감도 제어 캐패시터(C_sensitivity)는 제1 노드(X₁)에 연결된 제1 단자 및 제2 기준 전압(V_ref2)에 연결되는 제2 단자를 포함한다.

이어서 감도 제어 캐패시터(C_sensitivity)의 기능을 설명한다. 상술한 것처럼, 구동 트랜지스터(Q₂)의 전압(즉, 제1 노드(X₁)에 대응하는 V_X1)을 조정해서, 능동 감광 픽셀(P₂₂)이 입사광을 받았는지 여부를 결정할 수 있다. 이 구체예에서, 감광 전류(I_photo)가 높으면(즉, ΔV_X1가 크게 차이가 날 때), 큰 용량을 가지는 감도 제어 캐패시터(C_sensitivity)를 채택하고, 감광 전류(I_photo)가 낮으면(즉, ΔV_X1가 약간 차이가 날 때), 작은 용량을 가지는 감도 제어 캐패시터(C_sensitivity)를 채택한다. 그러므로, 비록 입사광(hν)이 약해도, 낮은 다이오드 전류(I_diode)의 결과로, 작은 용량을 가진 감도 제어 캐패시터(C_sensitivity)를 채택해서 구동 트랜지스터(Q₂)는 약한 입사광(hν)을 감지할 수 있다. 따라서, 종래 방법과 비교하면, 본 발명은 더 양호한 신호-대-잡음 비율(SNR)을 가진다.

도 6은 대응하는 선택 라인의 능동 감광 어레이(active photosensing array) 및 순차도(sequence diagram)를 나타낸 개요도이다. 능동 감광 어레이(M_photosensing)는 다수의 선택 라인(Sel_1-Sel_4), 다수의 출력 라인(Out_0-Out_3), 다수의 능동 감광 픽셀(P₁₁-P₄₃), 구동 회로(50) 및 감지 회로(51)를 포함한다. 이 구체예에서, 일반적으로 각 능동 감광 픽셀(P₁₁-P₄₃)은 도 5의 능동 감광 픽셀과 유사하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 구체예에서, 각 능동 감광 픽셀(P₁₁-P₄₃)은 또한 도 3의 구체예일 수 있다. 단순화를 위해, 회로 연결 및 선택 라인(Sel_1-Sel_4)의 순차도(sequence diagram)를 상세히 기술하지 않을 것이다. 구동 회로(50)는 대응하는 선택 신호에 따라 선택 라인(Sel_1-Sel_4)을 순서대로 선택할 수도 있다. 예를 들면, 제1 주기(T₁)(노출 및 해독 주기) 동안, 선택 라인(Sel_2)의 전압 레벨을 제1 노드(X₁)의 전압(즉, 구동 고전압(V_GH))보다 크게 올린다. 그 후, 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)가 다이오드로 작용하고 입사광(hν)의 세기에 따라 감광 전류(I_photo)를 생성하여, 감광 전류(I_photo)에 의해 제1 노드(X₁)가 고전압(V_X1/V'_X1)으로 충전된다. 이 구체예에서, 입사광이 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)에 조사되지 않으면 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)는 감광 전류(I_photo)를 생성할 수 없다. 제1 노드(X₁)의 전압이 구동 트랜지스터(Q₂)의 임계값보다는 높으면, 구동 트랜지스터가 전도되고 출력 라인(Out_2)으로 출력 전류를 생성한다. 그 후에, 출력 전류를 검출 또는 결정하여 감지 회로(51)는 능동 감광 픽셀(P₂₂)이 입사광(hν)을 받았는지 여부를 결정한다. 따라서, 제1 주기(T₁)는 또한 해독 주기이다. 게다가, 제2 주기 동안, 선택 라인(Sel_2)의 전압 레벨을 제1 노드(X₁)의 전압보다 낮게 내리고(구동 저전압(V_GL)), 구동 트랜지스터(Q₂)를 끄기 위해 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)의 다이오드 전류(I_diode)에 의해 구동 트랜지스터(Q₂)가 제1 노드의 전압을 리셋한다. 제1 주기(T₁) 하에서 선택 라인(Sel_2)의 전압 레벨을 내리면, 제2 주기(T₂) 하에서 선택 라인(Sel_1, Sel_3, Sel_4)의 전압 레벨을 낮게 내릴 것이다. 즉, 선택 라인(Sel_1, Sel_3, Sel_4)에 대응하는 스캔 어레이(scan array)가 꺼져서, 선택 라인(Sel_2)에 인접한 선택 라인(Sel_1, Sel_3)은 선택 라인(Sel_2)을 방해하지 않을 것이다. 다른 구체예에서, 능동 감광 어레이(M_photosensing)는 적어도 4개의 선택 라인, 3개의 스캔 라인(scan line) 및 12개 이상의 감광 픽셀(photosensing pixel)을 포함한다. 기술분야에서 숙련되는 자는 제품 필요에 따라 능동 감광 어레이(M_photosensing)를 디자인할 수도 있다.

도 7은 대응하는 선택 라인의 능동 감광 어레이(active photosensing array) 및 순차도(sequence diagram)를 가지는 디스플레이를 보여주는 개요도이다. 능동 감광 어레이를 가지는 디스플레이(M_sensing _- _display)는 다수의 선택 라인(Sel_1-Sel_4), 다수의 출력 라인(Out_0-Out_3), 다수의 데이터 라인(data_1-data_4), 다수의 능동 감광 및 디스플레이 유닛(U₁₁-U₄₃), 구동 회로(50), 감지 회로(51) 및 데이터 구동 회로(52)를 포함한다. 도 7에 도시한 것처럼, 다수의 능동 감광 및 디스플레이 유닛(U₁₁-U₄₃)의 각각은 (P₂₂과 같은) 능동 감광 픽셀 및 (S₂₂와 같은) 디스플레이 픽셀을 포함하며, 각 능동 감광 픽셀은 본 발명의 상술한 구체예에 따라 설치될 수 있다. 그러므로, 간결성을 위해 여기서는 능동 감광 픽셀(active photosensing pixel) 및 디스플레이 픽셀의 상세한 설명을 생략할 것이다. 디스플레이 픽셀(S₂₂)은 스위치 트랜지스터(Q₃) 및 액정 캐패시터(C_LC)를 포함하며, 스위치 트랜지스터(Q₃)는 제2 데이터 라인(data_2)에 연결된 제1 단자, 제2 단자, 선택 라인(Sel_2)에 연결된 제어 단자를 포함한다. 반면에, 액정 캐패시터(C_LC)는 스위치 트랜지스터(Q₃)의 제2 단자에 연결된 제1 단자 및 제3 기준 전압(V_ref3)에 연결된 제2 단자를 포함한다.

이어서, 능동 감광 어레이(active photosensing array)를 가진 디스플레이의 작동에 대해 설명한다. 예를 들면, 제1 주기 동안, (구동 고전압(V_GH)과 같은) 감광 픽셀(P₂₂)의 제1 노드(X₁)보다는 높이기 위하여 선택 라인(Sel_1)의 전압 레벨을 올린다. 그 후, 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)가 감광 레지스터(photosensitive resistor)로 작용하고 입사광(hν)에 따라 감광 전류(I_photo)를 생성하여, 감광 전류(I_photo)에 의해 제1 노드(X₁)가 고전압(V_X1)으로 충전된다. 제1 노드(X₁)의 전압이 구동 트랜지스터(Q₂) 전압의 임계값보다 크면, 구동 트랜지스터(Q₂)가 켜지고 출력 라인(Out_2)에서 출력 전류를 생성하고 나서, 출력 전류를 검출 또는 결정하여 능동 감광 픽셀(P₂₂)이 입사광(hν)을 받았는지 여부를 감지 회로(51)가 결정한다. 그러므로, 제1 주기(T₁)는 또한 해독 주기이다. 이 구체예에서, 제1 노드의 전압(V_X1)이 구동 트랜지스터(Q₂)의 임계값보다 크면, 구동 트랜지스터(Q₂)가 켜진다. 반대로, 입사광이 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)에 조사되지 않으면, 감광 전류(I_photo)가 생성되지 않아서, 제1 노드(X₁)의 전압(V_X1)이 구동 트랜지스터(Q₂)의 임계값보다 작다. 따라서, 구동 트랜지스터(Q₂)가 꺼진다.

그 후에, 제2 주기(T₂) 동안, (구동 저전압(V_GL)과 같이) 제1 노드(X₁)의 전압보다 작게 선택 라인(Sel_1)의 전압 레벨을 내린다. 구동 트랜지스터(Q₂)를 끄기 위하여 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)의 다이오드 전류(I_diode)에 의해 제1 노드(X₁)의 전압(V_X1)을 리셋한다. 또한, 구동 회로(50)가 선택 라인(Sel_2)을 선택할 수 있어서, 디스플레이 픽셀(S₂₂)의 스위치 트랜지스터(Q₃)를 켠다. 그러므로, 디스플레이 픽셀(S₂₂)을 디스플레이하기 위하여 제2 데이터 라인(data_2)에서 수신된 데이터에 따라 입사광(hν)이 능동 감광 픽셀(P₂₂)을 조사한다.

구체예는 능동 감광 픽셀(active photosensing pixel) 및 감광 방법(photosensing method)을 제공한다. 종래의 수동 감광 픽셀(passive photosensing pixel)과 비교하면, 구체예의 감광 픽셀은 큰 치수의 디스플레이의 필요를 충족시킬 수 있는, 높은 신호-대-잡음 비율(signal-to-noise ratio) 및 구동 능력을 가진다. 또한, 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)의 제어 단자는 제2 단자에 연결된다; 그러므로, 2-단자 감광 트랜지스터(Q₁)의 전압 임계값의 차이는 디스플레이 장치에 영향을 주지 않을 것이다. 구체예에서, 감광 픽셀(photosensing pixel) 및 어레이는 디스플레이 장치의 뒤판에 배치되어, 종래의 전하결합장치(charge coupled device; CCD), 광센서(photo sensor) 및 CMOS 광센서를 대체할 수 있다.

본 발명은 예로 설명되고 바람직한 구체예의 측면에서 기술되었지만, 본 발명품은 개시된 구체예로 한정되지 않는다. 반대로, (기술분야의 숙련자에에 명백한) 각종 수정 및 유사한 구성을 포함하는 것으로 예정된다. 그러므로, 첨부된 청구항의 범위는 그런 수정 및 유사한 구성을 모두 포함하는 것으로 해석해야 할 것이다.

Claims

능동 감광 픽셀(active photosensing pixel)로서,
제1 노드에 연결된 제1 단자, 선택 라인에 연결된 제2 단자 및 상기 제1 단자에 연결된 제어 단자를 포함하는 2-단자 감광 트랜지스터(two-terminal photosensing transistor); 및
제1 기준 전압에 연결된 제1 단자, 출력 라인에 연결된 제2 단자 및 제1 노드에 연결된 제어 단자를 포함하는 구동 트랜지스터(driving transistor)를 포함하는 능동 감광 픽셀.
제1항에 있어서,
상기 제1 노드에 연결된 제1 단자 및 제2 기준 전압에 연결된 제2 단자를 포함하는 감지 제어 캐패시터(sensitivity control capacitor)를 더 포함하는 능동 감광 픽셀.
제1항에 있어서,
노출 및 해독 주기 동안, 상기 제1 노드의 전압 레벨보다 커지도록 상기 선택 라인의 전압 레벨을 올리고, 입사광에 따른 감광 전류(photosensing current)를 생성하기 위해 상기 2-단자 감광 트랜지스터가 감광 레지스터(photosensitive resistor)로서 작용하며,
상기 제1 노드가 상기 감광 전류로 충전되어서 상기 구동 트랜지스터가 출력 라인으로 출력 전류를 생성하는 능동 감광 픽셀.
제3항에 있어서,
상기 노출 및 해독 주기가 완료된 후, 리셋 주기 동안, 상기 제1 노드의 전압 레벨을 내리기 위해 선택 라인의 전압 레벨을 내리고, 다이오드 전류를 생성하기 위해 상기 2-단자 감광 트랜지스터가 다이오드로서 작용해서, 상기 구동 트랜지스터를 끄기 위해 상기 제1 노드를 방전하는 능동 감광 픽셀.
제1항에 있어서,
상기 2-단자 감광 트랜지스터는 N-유형 a-Si:H TFT인 능동 감광 픽셀.
능동 감광 어레이(active photosensing array)로서,
다수의 선택 라인;
다수의 출력 라인; 및
다수의 능동 감광 픽셀;을 포함하며,
각 상기 능동 감광 픽셀은
제1 노드에 연결된 제1 단자, 대응하는 선택 라인에 연결된 제2 단자; 및 상기 제1 단자에 연결된 제어 단자를 포함하는 2-단자 감광 트랜지스터(two-terminal photosensing transistor) 및
제1 기준 전압에 연결된 제1 단자, 대응하는 출력 라인에 연결된 제2 단자 및 상기 제1 노드에 연결된 제어 단자를 포함하는 구동 트랜지스터(driving transistor)를 포함하는 능동 감광 어레이.
제6항에 있어서,
상기 능동 감광 픽셀은 각각 상기 제1 노드에 연결된 제1 단자 및 제2 기준 전압에 연결된 제2 단자를 가지는 감지 제어 캐퍼시터를 포함하는 능동 감광 어레이.
제6항에 있어서,
노출 및 해독 주기 동안, 상기 제1 노드의 전압 레벨을 높이기 위해 대응하는 선택 라인의 전압 레벨을 올리고, 입사광에 따라 감광 전류를 생성하기 위해 상기 2-단자 감광 트랜지스터는 감광 레지스터(photosensing resistor)로서 작용하며,
상기 제1 노드가 감광 전류에 의해 충전되어서, 대응하는 출력 라인에 출력 전류를 생성하기 위해 구동 트랜지스터를 켜는 능동 감광 어레이.
제8항에 있어서,
상기 노출 및 해독 주기가 완료된 후 리셋 주기 동안, 상기 제1 노드의 전압 레벨을 낮추기 위해 대응하는 선택 라인의 전압 레벨을 내리고, 다이오드 전류를 생성하기 위해 상기 2-단자 감광 트랜지스터가 다이오드로 작용하여, 상기 구동 트랜지스터를 끄기 위해 상기 제1 노드가 방전되는 능동 감광 어레이.
제6항에 있어서,
상기 2-단자 감광 트랜지스터는 N-타입 a-Si:H TFT인 능동 감광 어레이.
능동 감광 픽셀에 있어 감광 방법으로서,
능동 감광 픽셀은 제1 노드에 연결된 제1 단자, 선택 라인에 연결된 제2 단자 및 상기 제1 단자에 연결된 제어 단자를 포함하는 2-단자 감광 트랜지스터(two-terminal photosensing transistor); 및 제1 기준 전압에 연결된 제1 단자, 출력 라인에 연결된 제2 단자 및 상기 제1 노드에 연결된 제어 단자를 포함하는 구동 트랜지스터(driving transistor);를 포함하고,
노출 및 해독 주기 동안 상기 선택 라인에 제1 전압을 제공해서, 상기 2-단자 감광 트랜지스터가 감광 레지스터로서 작용하며,
상기 2-단자 트랜지스터가 입사광을 받으면 상기 제1 노드를 충전하도록 감광 전류를 생성해서, 상기 선택 라인에 출력 전류를 생성하도록 상기 제1 노드의 전압 레벨에 따라서 구동 트랜지스터를 켜는 감광 방법.
제11항에 있어서,
상기 노출 및 해독 주기가 완료된 후의 리셋 주기 동안 상기 선택 라인에 제2 전압을 제공해서, 다이오드 전류를 생성하기 위해 상기 2-단자 감광 트랜지스터가 다이오드로서 작용하며, 상기 다이오드 전류에 따라 상기 구동 트랜지스터를 끄기 위해 상기 제1 노드가 방전되는 감광 방법.
제11항에 있어서,
제1 전압은 상기 제1 노드의 전압 레벨보다 큰 감광 방법.
제12항에 있어서,
제2 전압은 상기 제1 노드의 전압 레벨보다 작은 감광 방법.
제11항에 있어서,
상기 2-단자 감광 트랜지스터는 N-유형 a-Si:H TFT인 감광 방법.