KR20130119614A - 센싱 장치 및 이미지 센싱 방법 - Google Patents

센싱 장치 및 이미지 센싱 방법 Download PDF

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Abstract

센싱 장치를 제공한다. 본 발명의 한 실시예에 따른 센싱 장치는 하부 표시판, 상기 하부 표시판에 대응하는 상부 표시판, 상기 하부 표시판 및 상기 상부 표시판 사이에 위치하는 액정층, 상기 하부 표시판 및 상기 상부 표시판 중 적어도 하나에 형성되는 적외선 센서, 상기 하부 표시판 및 상기 상부 표시판 중 적어도 하나에 형성되는 가시광 센서 그리고 상기 하부 표시판의 외측면에 위치하는 백라이트 장치를 포함하고, 상기 백라이트 장치는 서로 다른 색상을 나타내는 복수의 발광체 및 적외선 발광체를 포함한다.

Description

센싱 장치 및 이미지 센싱 방법{SENSING DEVICE AND METHOD FOR SENSING IMAGE}
본 발명은 센싱 장치 및 이미지 센싱 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 화소 전극과 공통 전극 등 전기장 생성 전극(field generating electrode)이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 들어 있는 액정층을 포함한다. 액정 표시 장치는 전기장 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고 이를 통하여 액정층의 액정 분자들의 방향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
근래에 터치 센싱 기능이나 이미지 센싱 기능을 추가로 갖는 액정 표시 장치가 활발히 연구되고 있다. 그러나 종래의 액정 표시 장치에서는 주로 물리적인 변화를 통해 터치 센싱이나 이미지 센싱 기능을 구현하여 높은 신뢰성을 얻을 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 컬러 이미지 센싱이 가능한 센싱 장치 및 이미지 센싱 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 장치는 하부 표시판, 상기 하부 표시판에 대응하는 상부 표시판, 상기 하부 표시판 및 상기 상부 표시판 사이에 위치하는 액정층, 상기 하부 표시판 및 상기 상부 표시판 중 적어도 하나에 형성되는 적외선 센서, 상기 하부 표시판 및 상기 상부 표시판 중 적어도 하나에 형성되는 가시광 센서 그리고 상기 하부 표시판의 외측면에 위치하는 백라이트 장치를 포함하고, 상기 백라이트 장치는 서로 다른 색상을 나타내는 복수의 발광체 및 적외선 발광체를 포함한다
상기 하부 표시판 및 상기 상부 표시판은 모두 색필터를 포함하지 않을 수 있다.
상기 하부 표시판은 화소 트랜지스터를 포함할 수 있다.
상기 하부 표시판은 블랙 매트릭스를 포함하고, 상기 블랙 매트릭스는 상기 적외선 센서 및 상기 가시광 센서 중 적어도 하나와 중첩할 수 있다.
상기 적외선 센서 및 상기 가시광 센서는 상기 상부 표시판에 형성될 수 있다.
상기 복수의 발광체는 적색 발광체, 청색 발광체, 녹색 발광체, 청록색(cyan) 발광체, 자홍색(magenta) 발광체 및 황색(yellow) 발광체 가운데 적어도 2 이상을 포함할 수 있다.
상기 적외선 센서를 사용하여 이미지 영역에 피사체가 존재하는지 판단할 수 있다.
상기 백라이트 장치에 포함된 복수의 발광체 중에서 서로 다른 색상을 발광하는 발광체를 시분할하여 구동할 수 있다.
상기 복수의 발광체를 구동하여 상기 가시광 센서를 통해 각 색상별 영상 데이터를 얻을 수 있다.
상기 각 색상별 영상 데이터를 종합하여 하나의 영상을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 방법은 하부 표시판, 상기 하부 표시판에 대응하는 상부 표시판, 상기 하부 표시판 및 상기 상부 표시판 사이에 위치하는 액정층, 상기 하부 표시판 및 상기 상부 표시판 중 적어도 하나에 형성되는 적외선 센서와 가시광 센서 그리고 상기 하부 표시판의 외측면에 위치하고, 서로 다른 색상을 나타내는 복수의 발광체 및 적외선 발광체를 포함하는 백라이트 장치를 포함하는 센싱 장치를 준비하는 단계, 상기 적외선 센서를 이용하여 이미지 영역에 피사체가 있는지 판단하는 단계, 상기 백라이트 장치에 포함되는 서로 다른 색상을 나타내는 상기 복수의 발광체를 시분할하여 구동하는 단계, 상기 가시광 센서를 이용하여 상기 복수의 발광체를 순차적으로 구동함으로써 각 색상별 영상 데이터를 획득하는 단계 그리고 상기 각 색상별 영상 데이터를 종합하여 하나의 영상을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 센싱 장치는 색필터를 포함하지 않을 수 있다.
상기 하부 표시판은 화소 트랜지스터를 포함할 수 있다.
상기 하부 표시판은 블랙 매트릭스를 포함하고, 상기 블랙 매트릭스는 상기 적외선 센서 및 상기 가시광 센서 중 적어도 하나와 중첩하도록 형성할 수 있다.
상시 적외선 센서 및 상기 가시광 센서는 상기 상부 표시판에 형성할 수 있다.
상기 복수의 발광체는 적색 발광체, 청색 발광체, 녹색 발광체, 청록색(cyan) 발광체, 자홍색(magenta) 발광체 및 황색(yellow) 발광체 가운데 적어도 2 이상을 포함할 수 있다.
상기 적외선 센서를 이용하여 이미지 영역에 피사체가 있는지 판단하는 단계에서, 상기 피사체가 없는 것으로 판단된 경우에는 상기 이미지 영역에 피사체를 배치할 것을 요청하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 한 실시예에 따르면, 시분할에 의해 컬러 이미지를 분리하기 때문에 센싱 전류에 대한 해석이 용이하다. 따라서, 피사체의 색상을 측정할 수 있고, 색필터를 형성하지 않음으로써 색필터에 포함된 분산제에 의해 피사체 이미지 손상을 방지할 수 있다.
도 1 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 장치를 설명하기 위한 도면들이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
도 1 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 장치를 설명하기 위한 도면들이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 장치를 설명하기 위한 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 백라이트 유닛의 부분 절개 사시도이다. 도 3은 도 1의 “A” 부분의 확대도이다. 도 4 및 5는 도 1의 “B” 부분의 확대도이다. 도 6 및 7은 도 1의 “C” 부분의 확대도이다.
도 1을 참조하면, 센싱 장치는 하부 표시판(100), 하부 표시판(100)의 위에 위치하는 액정층(3) 및 액정층(3) 위에 위치하는 상부 표시판(200)을 포함할 수 있다.
하부 표시판(100)은 하부 기판(110)과 하부 기판(110) 위에 위치하는 화소 트랜지스터(Tr1)를 포함한다. 화소 트랜지스터(Tr1)가 위치하는 도 1의 “A” 부분을 확대한 도 3을 참고하면, 화소 트랜지스터(Tr1)는 게이트 전극(124a), 게이트 전극(124a) 위에 위치하는 게이트 절연막(140a), 게이트 절연막(140a) 위에 게이트 전극(124a)과 중첩되게 위치하는 반도체층(154a), 반도체층(154a) 위에 위치하는 저항성 접촉층(164a), 저항성 접촉층(164a) 위에 위치하는 소스 전극(173a), 저항성 접촉층(164a) 위에 소스 전극(173a)과 떨어져 위치하는 드레인 전극(175a)을 포함할 수 있다.
하부 표시판(100)은 하부 기판(110) 위에 위치하는 게이트선과 게이트선과 교차하는 데이터선을 더 포함할 수 있다. 여기서 게이트선은 화소 트랜지스터(Tr1)의 게이트 전극(124a)와 연결될 수 있다. 그리고 데이터선은 화소 트랜지스터(Tr1)의 소스 전극(173a)과 연결될 수 있다.
하부 표시판(100)은 화소 트랜지스터(Tr1)의 위에 위치하는 보호층(180), 보호층(180) 위에 위치하는 유기막(230), 유기막(230) 사이에 위치하는 블랙 매트릭스(BM) 및 유기막(230) 위에 위치하는 절연막(193) 및 절연막(193) 위에 위치하는 화소 전극(190)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 화소 전극(190)은 절연막(193) 및 보호층(180)을 관통하여 화소 트랜지스터(Tr1)의 드레인 전극(175a)과 연결될 수 있다. 여기서, 유기막(230)은 생략될 수 있다.
하부 표시판(100)은 색필터를 포함하지 않는다. 이미지 센싱을 할 때, 백라이트 장치(910)에서 발생한 빛이 색필터를 통과할 때 색필터에 포함된 분산제에 의해 피사체의 이미지가 손상될 수 있다. 본 실시예에서는 색필터를 형성하지 않음으로써 색필터의 분산제에 따른 노이즈 등으로 인해 이미지 센싱을 하려는 피사체가 가진 순수한 색상이 손상되는 것을 막을 수 있다.
상부 표시판(200)은 상부 기판(210) 및 감광 소자(Tr2, Tr3)를 포함한다. 감광 소자(Tr2, Tr3)는 하나 이상의 적외선 센서(Tr2) 및 하나 이상의 가시광 센서(Tr3)를 포함할 수 있다. 상부 표시판(200)에 형성되는 적외선 센서(Tr2) 및 가시광 센서(Tr3)는 하부 표시판(100)의 블랙 매트릭스(BM)과 중첩하도록 위치할 수 있다. 즉, 하부 표시판(100)에 형성된 블랙 매트릭스(BM)와 감광 소자(Tr2, Tr3)는 수직으로 대응할 수 있다. 이 경우, 개구율을 향상시킬 수 있다.
적외선 센서(Tr2) 및 가시광 센서(Tr3)는 서로 교대로 배열될 수 있다. 다른 예로, 적외선 센서(Tr2) 및 가시광 센서(Tr3)는 무질서하게 배열될 수 있다. 또 다른 예로, 적외선 센서(Tr2) 및 가시광 센서(Tr3)는 소정의 비율로 배열될 수 있다. 이 경우, 적외선 센서(Tr2)와 가시광 센서(Tr3)의 개수의 비는 약 1:1일 수 있으며 교대로 형성될 수 있다.
상부 표시판(200)은 감광 소자(Tr2, Tr3)와 연결되어 감광 소자(Tr2, Tr3)로부터 검출 신호를 전달하기 위해 리드아웃선과 감광 소자(Tr2, Tr3) 사이에 위치하는 리드아웃 트랜지스터(Trreadout)를 더 포함할 수 있다. 여기서 리드아웃 트랜지스터(Trreadout)는 감광 소자(Tr2, Tr3)와 동일층에 인접하여 위치할 수 있다.
본 실시예에 따른 센싱 장치는 하부 표시판(100)의 아래쪽에 위치하는 백라이트 유닛(910)을 더 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 백라이트 유닛(910)의 부분 절개 사시도인 도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 백라이트 유닛(910)은 적색 발광체(911), 녹색 발광체(912), 청색 발광체(913)를 포함하는 가시광 발광체(911, 912, 913)와 적어도 하나의 적외선 발광체(914)를 포함할 수 있다. 적외선 발광체(914)와 가시광 발광체(911, 912, 913)는 발광 다이오드(LED, Light Emitting Diode)와 같은 점광원일 수 있다. 그리고 적외선 발광체(914)와 가시광 발광체(911, 912, 913)로부터 각각 출사되는 적외선과 가시광은 실질적으로 하부 표시판(100)에 수직하게 입사될 수 있다.
본 실시예에서 가시광 발광체(911, 912, 913)와 적외선 발광체(914)가 직하형으로 형성된 것으로 설명하였으나, 에지형으로 형성하는 것도 가능하다. 그리고, 가시광 발광체로 적색, 녹색, 청색 발광체를 설명하였으나, 청록색(cyan) 발광체, 자홍색(magenta) 발광체 및 황색(yellow) 발광체를 포함할 수도 있다.
가시광 발광체(911, 912, 913)와 적외선 발광체(914)는 백라이트 유닛(910)의 모든 부분에서 적외선과 가시광이 제공될 수 있도록 백라이트 유닛(910)의 전체에 균일하게 분포할 수 있다. 일 예로, 가시광 발광체(911, 912, 913)와 적외선 발광체(914)는 서로 교대로 배열될 수 있다. 다른 예로, 적외선 발광체(914)와 가시광 발광체(911, 912, 913)는 무질서하게 배열될 수 있다. 또 다른 예로, 가시광 발광체(911, 912, 913)와 적외선 발광체(914)는 소정의 비율로 배열될 수 있다. 이 경우, 1:1의 비율로 교대로 적외선 발광체(914)와 가시광 발광체(911, 912, 913)가 배열될 수 있다.
상부 표시판(200) 위에 위치하는 피사체의 이미지를 센싱하기 위해 본 실시예에서는 우선 적외선 센서(Tr2)를 사용하여 상부 표시판(200) 위에 위치하는 피사체가 존재하는지 판단한다. 피사체가 존재하는 상부 표시판(200) 위의 영역을 이미지 영역이라고 할 수 있다.
이미지 영역에 피사체의 위치를 확인한 후에 복수의 가시광 발광체(911, 912, 913) 중에서 서로 다른 색상을 발광하는 발광체를 시분할하여 구동하여 가시광 센서(Tr3)를 통해 영상 데이터를 얻을 수 있다. 예를 들어, 적색 발광체(911)를 구동하여 피사체의 이미지를 가시광 센서(Tr3)를 통해 센싱하여 제1 영상 데이터를 획득하고, 그 다음 녹색 발광체(912)를 구동하여 피사체의 이미지를 가시광 센서(Tr3)를 통해 센싱하여 제2 영상 데이터를 획득하며, 그 다음 청색 발광체(913)를 구동하여 피사체의 이미지를 가시광 센서(Tr3)를 통해 센싱하여 제3 영상 데이터를 획득한다.
앞에서 얻어진 제1 영상 데이터, 제2 영상 데이터, 제3 영상 데이터를 합쳐서 하나의 영상으로 만든다. 기존에 이미지 센싱 패널에서는 가시광 영역에서 파장에 따른 감지 전류를 검출하는 방법으로 이미지 센싱을 하였으나, 이러한 방법으로는 피사체의 색상을 분간하기 어렵다. 본 실시예에 따르면, 시분할에 대한 피사체의 컬러 이미지를 확실히 분리하여 이에 따른 이미지를 해석하기 때문에 시분할에 의한 감지 전류 해석이 용이하다. 따라서, 피사체의 이미지가 어떤 색상을 가지는지 센싱할 수 있다.
적외선 센서(Tr2) 및 가시광 센서(Tr3)는 상부 기판(210)의 아래에 위치할 수 있다. 도 1의 “B”부분에 위치한 적외선 센서(Tr2)와 리드아웃 트랜지스터(Trreadout)를 확대한 도 4를 참고하면, 상부 기판(210)의 아래에 적외선 센서(Tr2)가 위치하고 적외선 센서(Tr2)와 동일층에 적외선 센서(Tr2)와 전기적으로 연결된 리드아웃 트랜지스터(Trreadout)가 위치한다.
보다 구체적으로, 적외선 센서(Tr2)는 활성층(154b), 저항성 접촉층(164b), 소스 전극(173b), 드레인 전극(175b), 게이트 절연막(140b), 및 게이트 전극(124b)을 포함할 수 있다.
활성층(154b)은 상부 기판(210) 아래에 위치하고 비정질 게르마늄, 비정질 실리콘게르마늄 및 미세 결정질(micro-crystalline) 실리콘으로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 저항성 접촉층(164b)은 활성층(154b)의 아래에 위치할 수 있다. 소스 전극(173b)은 저항성 접촉층(164b) 아래에 위치할 수 있다. 드레인 전극(175b)은 저항성 접촉층(164b) 아래에 소스 전극(173b)과 떨어져 위치할 수 있다. 게이트 절연막(140b)은 활성층(154b), 소스 전극(173b) 및 드레인 전극(175b) 아래에 위치할 수 있다. 게이트 전극(124b)은 게이트 절연막(140b) 아래에 활성층(154b)과 중첩되게 위치할 수 있다.
적외선 센서(Tr2)는 활성층(154b)의 위쪽에 활성층(154b)과 중첩되게 위치하는 가시광 차단막(111)을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 가시광 차단막(111)은 상부 기판(210)과 활성층(154b) 사이에 위치할 수 있다. 여기서 가시광 차단막(111)과 활성층(154b) 사이에는 실리콘 질화물과 같은 절연 물질을 포함하는 절연막(194)이 위치할 수 있다.
가시광 차단막(111)은 센싱 장치의 외부로부터 제공되는 가시광을 차단할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 가시광 차단막(111)은 흑색 안료를 포함하는 유기 물질 또는 비정질 실리콘을 포함할 수 있다.
가시광 차단막(111)은 외부로부터 센싱 장치로 입사되는 가시광을 차단하여 신호와 잡음의 크기비(SNR, Signal to Noise Ratio)를 향상시키며 비정질 실리콘게르마늄을 포함하는 활성층(154b)의 감도를 적외선 영역에 최적화함으로서 가시광에 의한 영향을 효율적으로 차단한다.
리드아웃 트랜지스터(Trreadout)는 반도체층(154r), 저항성 접촉층(164r), 소스 전극(173r), 드레인 전극(175r), 게이트 절연막(140r), 및 게이트 전극(124r)을 포함할 수 있다.
반도체층(154r)은 상부 기판(210) 아래에 위치할 수 있다. 저항성 접촉층(164r)은 반도체층(154r)의 아래에 위치할 수 있다. 소스 전극(173r)은 저항성 접촉층(164r) 아래에 위치할 수 있다. 드레인 전극(175r)은 저항성 접촉층(164r) 아래에 소스 전극(173r)과 떨어져 위치할 수 있다. 게이트 절연막(140r)은 반도체층(154r), 소스 전극(173r) 및 드레인 전극(175r) 아래에 위치할 수 있다. 게이트 전극(124r)은 게이트 절연막(140r) 아래에 반도체층(154r)과 중첩되게 위치할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적외선 센서(Tr2)와 리드아웃 트랜지스터(Trreadout)를 확대한 단면도이다.
도 5에 도시된 적외선 센서(Tr2)와 리드아웃 트랜지스터(Trreadout)는 도 4에 도시된 것과 위치 관계를 제외하고 실질적으로 동일하기 때문에 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.
도 5를 참고하면, 상부 기판(210)의 아래에 적외선 센서(Tr2)가 위치하고 적외선 센서(Tr2)와 동일층에 적외선 센서(Tr2)와 전기적으로 연결된 리드아웃 트랜지스터(Trreadout)가 위치한다.
보다 구체적으로, 적외선 센서(Tr2)는 활성층(154b), 저항성 접촉층(164b), 소스 전극(173b), 드레인 전극(175b), 게이트 절연막(140b), 및 게이트 전극(124b)을 포함할 수 있다.
상부 기판(210) 아래에 소스 전극(173b) 및 드레인 전극(175b)이 서로 이격하도록 위치한다. 활성층(154b)은 소스 전극(173b) 및 드레인 전극(175b)과 중첩하도록 소스 전극(173b) 및 드레인 전극(175b)의 아래에 위치한다.
저항성 접촉층(164b)은 활성층(154b)과 소스 전극(173b) 사이 그리고 활성층(154b)과 드레인 전극(175b) 사이에 위치한다.
게이트 절연막(140b)은 활성층(154b), 소스 전극(173b) 및 드레인 전극(175b) 아래에 위치할 수 있다. 게이트 전극(124b)은 게이트 절연막(140b) 아래에 활성층(154b)과 중첩되게 위치할 수 있다.
적외선 센서(Tr2)는 활성층(154b)의 위쪽에 활성층(154b)과 중첩되게 위치하는 가시광 차단막(111)을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 가시광 차단막(111)은 상부 기판(210)과 활성층(154b) 사이에 위치할 수 있다. 여기서 가시광 차단막(111)과 활성층(154b) 사이에는 실리콘 질화물과 같은 절연 물질을 포함하는 절연막(194)이 위치할 수 있다.
리드아웃 트랜지스터(Trreadout)는 반도체층(154r), 저항성 접촉층(164r), 소스 전극(173r), 드레인 전극(175r), 게이트 절연막(140r), 및 게이트 전극(124r)을 포함할 수 있다.
소스 전극(173r) 및 드레인 전극(175r)은 상부 기판(210) 아래에 이격하여 위치한다. 반도체층(154r)은 소스 전극(173r) 및 드레인 전극(175r)과 중첩하도록 소스 전극(173r) 및 드레인 전극(175r)의 아래에 위치한다.
저항성 접촉층(164r)은 반도체층(154r)과 소스 전극(173r) 사이 그리고 반도체층(154r)과 드레인 전극(175r) 사이에 위치할 수 있다. 게이트 절연막(140r)은 반도체층(154r), 소스 전극(173r) 및 드레인 전극(175r) 아래에 위치할 수 있다. 게이트 전극(124r)은 게이트 절연막(140r) 아래에 반도체층(154r)과 중첩되게 위치할 수 있다.
도 1의 “C”부분에 위치한 가시광 센서(Tr3)와 리드아웃 트랜지스터(Trreadout)를 확대한 도 6을 참조하면, 상부 기판(210)의 아래에 가시광 센서(Tr3)가 위치하고 가시광 센서(Tr3)와 동일층에 가시광 센서(Tr3)와 전기적으로 연결된 리드아웃 트랜지스터(Trreadout)가 위치한다.
보다 구체적으로 가시광 센서(Tr3)는 활성층(154c), 저항성 접촉층(164c), 소스 전극(173c), 드레인 전극(175c), 게이트 절연막(140c), 및 게이트 전극(124c)을 포함할 수 있다.
활성층(154c)은 상부 기판(210) 아래에 위치하고 비정질 실리콘을 포함할 수 있다. 저항성 접촉층(164c)은 활성층(154c)의 아래에 위치할 수 있다. 소스 전극(173c)은 저항성 접촉층(164c)아래에 위치할 수 있다. 드레인 전극(175c) 저항성 접촉층(164c) 아래에 소스 전극(173c)과 떨어져 위치할 수 있다. 게이트 절연막(140c)은 활성층(154c), 소스 전극(173c) 및 드레인 전극(175c) 아래에 위치할 수 있다. 게이트 전극(124c)은 게이트 절연막(140c) 아래에 활성층(154c)과 중첩되게 위치할 수 있다. 그리고 리드아웃 트랜지스터(Trreadout)는 도 4에 설명된 것과 실질적으로 동일한 바 이에 대한 더 이상의 설명은 생략한다.
액정 표지 장치의 구조로서 하부 표시판에 화소 트랜지스터, 감광 소자 및 리드아웃 트랜지스터를 모두 형성할 수 있으나, 이 경우 하부 표시판의 배선 관계가 복잡하게 되어 인접한 배선간에 신호 커플링(signal coupling) 현상이 발생한다는 문제점이 있다. 또한, 감광 소자가 하부 표시판에 위치하기 때문에 광에 대한 감응도가 낮아서 실질적으로 감광 기능의 신뢰도가 낮다는 문제점이 있다.
그러나 본 실시예에서는 상부 표시판(200)에 감광 소자(Tr2, Tr3)와 리드아웃 트랜지스터(Trreadout)를 위치시키고, 하부 표시판(100)에는 화소 트랜지스터(Tr1)를 위치시킴으로써 하부 표시판에서 발생하였던 신호 커플링 문제를 해결할 수 있다. 그리고, 감광 소자(Tr2, Tr3)가 상부 표시판(200)에 위치하기 때문에 광에 대한 감응도가 높아 실질적으로 감광 기능에 대한 신뢰도를 높일 수 있다.
또한, 적외선 센서(Tr2)를 통해서 터치 센싱 기능을 수행하기 때문에 물체가 실제로 센싱 장치에 가까이 근접한 상태이거나 접하지 않은 상태에서도 물체의 접촉 정보가 수득될 수 있다.
그리고, 본 실시예에서는 감광 소자(Tr2, Tr3)와 리드아웃 트랜지스터(Trreadout)를 상부 기판(210)의 아래에 위치시킴으로써 외부 충격에 감광 소자(Tr2, Tr3)와 리드아웃 트랜지스터(Trreadout)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가시광 센서(Tr3)와 리드아웃 트랜지스터(Trreadout)를 확대한 도면이다. 도 7에 도시된 적외선 센서(Tr3)와 리드아웃 트랜지스터(Trreadout)는 도 6에 도시된 것과 위치 관계를 제외하고 실질적으로 동일하기 때문에 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.
도 7을 참조하면, 가시광 센서(Tr3)는 활성층(154c), 저항성 접촉층(164c), 소스 전극(173c), 드레인 전극(175c), 게이트 절연막(140c), 및 게이트 전극(124c)을 포함할 수 있다. 소스 전극(173c) 및 드레인 전극(175c)은 상부 기판(210)의 아래에 서로 이격되도록 위치한다. 활성층(154c)은 소스 전극(173c) 및 드레인 전극(175c)와 중첩하도록 소스 전극(173c) 및 드레인 전극(175c)의 아래에 위치한다. 저항성 접촉층(164c)은 활성층(154c)과 소스 전극(173c) 사이 및 활성층(154c)과 드레인 전극(175c)의 사이에 위치할 수 있다. 게이트 절연막(140c)은 활성층(154c), 소스 전극(173c) 및 드레인 전극(175c) 아래에 위치할 수 있다. 게이트 전극(124c)은 게이트 절연막(140c) 아래에 활성층(154c)과 중첩되게 위치할 수 있다. 그리고 리드아웃 트랜지스터(Trreadout)는 도 5에 설명된 것과 실질적으로 동일한 바 이에 대한 더 이상의 설명은 생략한다.
센싱 장치는 하부 표시판(100) 아래에 위치하는 하부 편광판(12) 및 상부 표시판(200) 위에 위치하는 상부 편광판(22)을 더 포함할 수 있다. 하부 편광판(12) 및 상부 편광판(22)의 편광 성질을 이용하여 하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200)에 제공되는 광의 세기를 조절할 수 있다.
도 8을 참조하면, 센싱 장치는 하부 표시판(100)의 구동을 위해 화소 트랜지스터(Tr1)와 전기적으로 연결되며 하부 표시판(100)의 측부에 위치하는 하부 집적 회로부(540a) 및 상부 표시판(200)의 구동을 위해 감광 소자(Tr2, Tr3)와 전기적으로 연결되며 상부 표시판(200)의 측부에 위치하는 상부 집적 회로부(540b)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 하부 집적 회로부(540a) 및 상부 집적 회로부(540b)는 서로 중첩되지 않도록 위치한다. 예를 들어, 하부 집적 회로부(540a) 및 상부 집적 회로부(540b)는 액정층(3)을 기준으로 서로 반대편에 위치할 수 있다.
하부 집적 회로부(540a)는 화소 트랜지스터(Tr1)의 소스 전극(173a)과 연결된 데이터선과 연결되어 화소 트랜지스터(Tr1)와 전기적 신호를 주고 받을 수 있다. 상부 집적 회로부(540b)는 적외선 센서(Tr2)의 소스 전극(173b) 또는 가시광 센서(Tr3)의 소스 전극(173c)와 연결된 데이터선과 연결되어 적외선 센서(Tr2) 또는 가시광 센서(Tr3)와 전기적 신호를 주고 받을 수 있다. 이와 다르게, 상부 집적 회로부(540b)는 리드아웃 트랜지스터(Trreadout)의 소스 전극(173r)과 연결되는 리드아웃선과 연결되어 리드아웃 트랜지스터(Trreadout)와 전기적 신호를 주고받을 수 있다.
액정 표지 장치의 구조로서 하부 표시판에 화소 트랜지스터, 감광 소자 및 리드아웃 트랜지스터를 모두 형성할 수 있으나, 이 경우 하부 표시판의 배선 관계가 복잡할 뿐만 아니라 배선들이 연결되는 집적 회로부들도 하부 표시판의 측부에 형성하여야 하기 때문에 집적 회로부들 간의 EMI 현상이 발생된다는 문제점이 있다.
그러나 본 실시예에 따르면, 하부 표시판(100)에는 화소 트랜지스터(Tr1)를 형성하여 하부 집적 회로부(540a)를 구성하고 상부 표시판(200)에는 감광 소자(Tr2, Tr3)와 리드아웃 트랜지스터(Trreadout)를 형성하여 상부 집적 회로부(540b)를 하부 집적 회로부(540a)와 분리되게 구성하였을 뿐만 아니라 하부 집적 회로부(540a)가 상부 집적 회로부(540b)와 중첩되지 않게 배치함으로써 EMI 현상을 최소화 할 수 있다.
상술한 실시예들에서는 적외선 센서(Tr2) 및 가시광 센서(Tr3)가 모두 상부 표시판(200)에 형성되는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 적외선 센서(Tr2) 및 가시광 센서(Tr3)의 위치는 다양하게 변경될 수 있다.
즉, 적외선 센서(Tr2)는 하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200) 중 적어도 하나에 형성될 수 있으며, 가시광 센서(Tr3)도 하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200) 중 적어도 하나에 형성될 수 있다.
일 예로, 적외선 센서(Tr2)는 상부 표시판(200)에 형성되고, 가시광 센서(Tr3)는 하부 표시판(100)에 형성될 수 있다. 다른 예로, 가시광 센서(Tr3)는 상부 표시판(200)에 형성되고, 적외선 센서(Tr2)는 하부 표시판(100)에 형성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 실시예에 따르면, 앞에서 설명한 도 1 내지 도 8에 따른 센싱 장치를 사용하여 피사체 이미지 센싱을 할 수 있다.
본 실시예에서 우선 적외선 센서를 이용하여 이미지 영역에 피사체가 존재하는지 판단한다(S100).
이미지 영역에 피사체가 없다면 피사체를 이미지 영역에 배치하도록 재요청할 수 있다. 이미지 영역에 피사체가 존재하는 것으로 파악된 후에 가시광 센서를 사용하여 피사체의 이미지뿐만 아니라 색상을 센싱할 수 있다.
피사체의 이미지 센싱을 위해 백라이트 장치의 서로 다른 색을 발광하는 복수의 발광체를 순차적으로 구동한다(S200).
백라이트 장치의 서로 다른 색을 발광하는 발광체는 적색 발광 다이오드, 청색 발광 다이오드, 녹색 발광 다이오드, 청록색(cyan) 발광 다이오드, 자홍색(magenta) 발광 다이오드 및 황색(yellow) 발광 다이오드 가운데 적어도 2 이상을 포함할 수 있다. 적색 발광 다이오드, 청색 발광 다이오드, 녹색 발광 다이오드, 청록색(cyan) 발광 다이오드, 자홍색(magenta) 발광 다이오드 및 황색(yellow) 발광 다이오드 각각은 적색 발광체, 청색 발광체, 녹색 발광체, 청록색 발광체, 자홍색 발광체 및 황색 발광체를 포함할 수 있다.
예를 들어, 적색 발광 다이오드를 일정 시간 동안 구동한 후에 녹색 발광 다이오드를 구동하고, 이후 청색 발광 다이오드를 구동한다. 적색 발광 다이오드, 녹색 발광 다이오드, 청색 발광 다이오드를 시분할하여 순차적으로 구동함으로써 컬러 이미지를 확실하게 분리할 수 있다.
가시광 센서를 통해 각 색상별 영상 데이터를 얻는다(S300).
순차적으로 구동된 발광 다이오드에서 발생된 빛은 하부 표시판(100), 액정층(3) 및 상부 표시판(200)을 통과하여 상부 표시판(200) 위에 위치하는 피사체(미도시)에서 반사되어 주변의 가시광 센서(Tr3)에 의해 센싱된다.
예를 들어, 적색 발광 다이오드를 구동하여 피사체의 이미지를 센싱하여 제1 영상 데이터를 얻고, 그 다음 녹색 발광 다이오드를 구동하여 피사체의 이미지를 센싱하여 제2 영상 데이터를 얻으며, 그 다음 청색 발광 다이오드를 구동하여 피사체의 이미지를 센싱하여 제3 영상 데이터를 얻는다.
각 색상별 영상 데이터를 종합하여 하나의 영상을 형성한다(S400).
복수의 발광 다이오드를 시분할 구동함으로써 얻어진 제1 영상 데이터, 제2 영상 데이터, 제3 영상 데이터를 합쳐서 하나의 영상 데이터를 형성할 수 있다. 이처럼 본 실시예에서는 화이트 발광 다이오드를 사용하지 않고, 복수의 서로 다른 색상을 나타내는 발광체를 시분할 구동함으로써 피사체의 깨끗한 컬러 이미지 센싱을 가능하게 한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
3 액정층 12 하부 편광판
22 상부 편광판 100 하부 표시판
110 하부 기판 111 가시선 차단막
124a, 124b, 124c, 124r 게이트 전극
140a, 140b, 140c, 140r 게이트 절연막
154a 반도체층 154r 반도체층
154b, 154c 활성층
164a, 164b, 164c, 164r 저항성 접촉층
173a, 173b, 173c, 173r 소스 전극
175a, 175b, 175c, 175r 드레인 전극
180 보호층 190 화소 전극
193, 194 절연막 200 상부 표시판
210 상부 기판 540a 하부 집적 회로부
540b 상부 집적 회로부 910 백라이트 유닛
911, 912, 913 가시광 발광체
914 적외선 발광체

Claims (17)

  1. 하부 표시판,
    상기 하부 표시판에 대응하는 상부 표시판,
    상기 하부 표시판 및 상기 상부 표시판 사이에 위치하는 액정층,
    상기 하부 표시판 및 상기 상부 표시판 중 적어도 하나에 형성되는 적외선 센서,
    상기 하부 표시판 및 상기 상부 표시판 중 적어도 하나에 형성되는 가시광 센서 그리고
    상기 하부 표시판의 외측면에 위치하는 백라이트 장치를 포함하고,
    상기 백라이트 장치는 서로 다른 색상을 나타내는 복수의 발광체 및 적외선 발광체를 포함하는 센싱 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 하부 표시판 및 상기 상부 표시판은 모두 색필터를 포함하지 않는 센싱 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 하부 표시판은 화소 트랜지스터를 포함하는 센싱 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 하부 표시판은 블랙 매트릭스를 포함하고, 상기 블랙 매트릭스는 상기 적외선 센서 및 상기 가시광 센서 중 적어도 하나와 중첩하는 센싱 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 적외선 센서 및 상기 가시광 센서는 상기 상부 표시판에 형성되는 센싱 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 복수의 발광체는 적색 발광체, 청색 발광체, 녹색 발광체, 청록색(cyan) 발광체, 자홍색(magenta) 발광체 및 황색(yellow) 발광체 가운데 적어도 2 이상을 포함하는 센싱 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 적외선 센서를 사용하여 이미지 영역에 피사체가 존재하는지 판단하는 센싱 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 백라이트 장치에 포함된 복수의 발광체 중에서 서로 다른 색상을 발광하는 발광체를 시분할하여 구동하는 센싱 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 복수의 발광체를 구동하여 상기 가시광 센서를 통해 각 색상별 영상 데이터를 얻는 센싱 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 각 색상별 영상 데이터를 종합하여 하나의 영상을 형성하는 센싱 장치.
  11. 하부 표시판,
    상기 하부 표시판에 대응하는 상부 표시판,
    상기 하부 표시판 및 상기 상부 표시판 사이에 위치하는 액정층,
    상기 하부 표시판 및 상기 상부 표시판 중 적어도 하나에 형성되는 적외선 센서와 가시광 센서 그리고
    상기 하부 표시판의 외측면에 위치하고, 서로 다른 색상을 나타내는 복수의 발광체 및 적외선 발광체를 포함하는 백라이트 장치를 포함하는
    센싱 장치를 준비하는 단계,
    상기 적외선 센서를 이용하여 이미지 영역에 피사체가 있는지 판단하는 단계,
    상기 백라이트 장치에 포함되는 서로 다른 색상을 나타내는 상기 복수의 발광체를 시분할하여 구동하는 단계,
    상기 가시광 센서를 이용하여 상기 복수의 발광체를 순차적으로 구동함으로써 각 색상별 영상 데이터를 획득하는 단계 그리고
    상기 각 색상별 영상 데이터를 종합하여 하나의 영상을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센싱 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 센싱 장치는 색필터를 포함하지 않는 이미지 센싱 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 하부 표시판은 화소 트랜지스터를 포함하는 이미지 센싱 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 하부 표시판은 블랙 매트릭스를 포함하고, 상기 블랙 매트릭스는 상기 적외선 센서 및 상기 가시광 센서 중 적어도 하나와 중첩하도록 형성하는 이미지 센싱 방법.
  15. 제14항에서,
    상시 적외선 센서 및 상기 가시광 센서는 상기 상부 표시판에 형성하는 이미지 센싱 방법.
  16. 제11항에서,
    상기 복수의 발광체는 적색 발광체, 청색 발광체, 녹색 발광체, 청록색(cyan) 발광체, 자홍색(magenta) 발광체 및 황색(yellow) 발광체 가운데 적어도 2 이상을 포함하는 이미지 센싱 방법.
  17. 제11항에서,
    상기 적외선 센서를 이용하여 이미지 영역에 피사체가 있는지 판단하는 단계에서, 상기 피사체가 없는 것으로 판단된 경우에는 상기 이미지 영역에 피사체를 배치할 것을 요청하는 단계를 더 포함하는 이미지 센싱 방법.
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