KR20190006382A - 광학센서 내장형 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 광학센서 내장형 표시장치는 픽셀, 광학센서, 디스플레이 구동부, 광학센서 구동부 및 타이밍 콘트롤러를 포함한다. 픽셀은 데이터라인 및 제k(k는 자연수) 게이트라인과 연결된다. 광학센서는 제k 게이트라인을 공유하고, 감지된 광을 광전류로 변환한다. 디스플레이 구동부는 제k 게이트라인에 제k 게이트펄스를 인가하고, 데이터라인에 데이터전압을 공급한다. 광학센서 구동부는 광전류의 변화량을 바탕으로 센싱로우 데이터를 생성한다. 타이밍 콘트롤러는 디스플레이 구동부의 동작 타이밍을 제어하고, 센싱로우 데이터를 바탕으로 데이터전압을 변조한다. 디스플레이 구동부는 제k 수평기간 동안 상기 제k 픽셀들에 데이터전압을 공급하고, 제(k-i)(i는 k보다 작은 자연수) 수평기간 및 제k 수평기간 동안 제k 게이트라인에 제k 게이트펄스를 공급한다. 광학센서 구동부는 제(k-i) 수평기간 동안 상기 광학센서를 구동한다.

Description

광학센서 내장형 표시장치{Display Device Having Optical Sensor}
본 발명은 광학센서 내장형 표시장치에 관한 것이다.
액정표시장치는 경량, 박형, 저소비 전력구동 등의 특징으로 인해 그 응용범위가 점차 넓어지고 있는 추세에 있다. 이 액정표시장치는 노트북 PC와 같은 휴대용 컴퓨터, 사무 자동화 기기, 오디오/비디오 기기, 옥내외 광고 표시장치 등으로 이용되고 있다. 액정표시장치의 대부분을 차지하고 있는 투과형 액정표시장치는 액정층에 인가되는 전계를 제어하여 백라이트 유닛으로부터 입사되는 빛을 데이터전압에 따라 조절하여 화상을 표시한다.
광학센서 내장형 표시장치는 표시패널 내부에 광학센서를 구비하고, 광학센서가 감지한 결과에 따라 표시패널에 표시되는 영상을 제어한다. 광학센서의 센싱결과를 영상에 반영하는 과정에서 센싱처리에 소요되는 시간으로 인해서 표시패널에 표시되는 영상은 한 프레임 이상 지연된다.
본 발명은 광학센서가 센싱한 결과를 바탕으로 표시패널에 표시되는 영상을 지연없이 변조할 수 있는 광학센서 내장형 표시장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 의한 광학센서 내장형 표시장치는 픽셀, 광학센서, 디스플레이 구동부, 광학센서 구동부 및 타이밍 콘트롤러를 포함한다. 픽셀은 데이터라인 및 제k(k는 자연수) 게이트라인과 연결된다. 광학센서는 제k 게이트라인을 공유하고, 감지된 광을 광전류로 변환한다. 디스플레이 구동부는 제k 게이트라인에 제k 게이트펄스를 인가하고, 데이터라인에 데이터전압을 공급한다. 광학센서 구동부는 광전류의 변화량을 바탕으로 센싱로우 데이터를 생성한다. 타이밍 콘트롤러는 디스플레이 구동부의 동작 타이밍을 제어하고, 센싱로우 데이터를 바탕으로 데이터전압을 변조한다. 디스플레이 구동부는 제k 수평기간 동안 상기 제k 픽셀들에 데이터전압을 공급하고, 제(k-i)(i는 k보다 작은 자연수) 수평기간 및 제k 수평기간 동안 제k 게이트라인에 제k 게이트펄스를 공급한다. 광학센서 구동부는 제(k-i) 수평기간 동안 상기 광학센서를 구동한다.
본 발명에 의한 광학센서 내장형 표시장치는 게이트라인을 공유하는 픽셀과 광학센서를 구동하는 과정에서, 픽셀의 스캔기간 이전에 광학센서를 구동하기 위한 게이트펄스를 공급함으로써, 광학센서의 센싱 결과를 픽셀의 스캔 기간에 반영할 수 있다. 따라서, 광학센서의 센싱결과를 빠르게 영상에 반영할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 광학센서 내장형 표시장치를 나타내는 도면.
도 2는 표시패널의 어레이 구조를 나타내는 도면.
도 3은 픽셀의 단면을 나타내는 도면.
도 4는 픽셀 및 광학센서의 등가회로도.
도 5는 광학센서 구동부의 회로도.
도 6은 제1 실시 예에 의한 게이트펄스 및 센서 구동신호의 타이밍을 나타내는 도면.
도 7은 제2 실시 예에 의한 게이트펄스 및 센서 구동신호의 타이밍을 나타내는 도면.
도 8은 제3 실시 예에 의한 게이트펄스 및 센서 구동신호의 타이밍을 나타내는 도면.
도 9는 제4 실시 예에 의한 게이트펄스 및 센서 구동신호의 타이밍을 나타내는 도면.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 실질적으로 동일한 구성 요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기술 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것일 수 있는 것으로서, 실제 제품의 부품 명칭과는 상이할 수 있다. 여러 실시예들을 설명함에 있어서, 실질적으로 동일한 구성요소에 대하여는 서두에서 대표적으로 설명하고 다른 실시예에서는 생략될 수 있다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명의 액정표시장치는 액정모드로 구분할 때 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 등의 액정모드로도 구현될 수 있다. 본 발명의 액정표시장치는 투과율 대 전압 특성으로 구분할 때 노말리 화이트 모드(Normally White Mode) 또는 노말리 블랙 모드(Normally Black mode)로 구현될 수 있다. 본 발명의 액정표시장치는 투과형 액정표시장치, 반투과형 액정표시장치, 반사형 액정표시장치 등 어떠한 형태로도 구현될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예는 액정표시장치를 중심으로 설명되어 있지만, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않는다. 즉, 게이트라인에 영상표시를 위한 픽셀과 광학센서가 연결되는 구조를 갖는 표시장치들에 모두 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 의한 광학센서 내장형 표시장치를 나타내는 도면이다. 도 2는 도 1에 도시된 표시패널의 어레이를 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 표시장치는 표시패널(100), 타이밍 콘트롤러(101), 디스플레이 구동부(102,103), 광학센서 구동부(ROIC), 전원부(130), 백라이트 유닛(140) 및 백라이트 구동부(141) 등을 구비한다.
표시패널(100)에는 다수의 픽셀(PXL)들 및 광학센서(PS)들을 포함한다.
픽셀(PXL)들은 픽셀라인들(HLk 내지 HL[k+1])을 따라 배열된다. 각각의 픽셀(PXL)은 컬럼라인(Column Line)을 따라 배열되는 데이터라인(DL)과 연결되고, 픽셀라인(HL)을 따라 배열되는 게이트라인(GL)에 연결된다. 즉, 동일한 픽셀라인(HL)에 배치된 픽셀(PXL)들은 동일한 게이트라인(GL)을 공유하여 동시에 구동된다. 그리고, 하나의 게이트라인(GL)에 연결되는 픽셀(PXL)들에 데이터를 기입하는 스캔기간을 1수평기간(1H)이라고 정의할 수 있다. 각각의 광학센서(PS)들은 픽셀(PXL)들과 게이트라인(GL)을 공유한다. 광학센서(PS)와 픽셀(PXL)들의 세부 구성에 대해서는 후술하기로 한다.
타이밍 콘트롤러(101)는 호스트 컴퓨터(120)로부터의 타이밍신호를 이용하여 디스플레이 구동부(102, 103)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들을 발생한다.
타이밍 제어신호들은 게이트 구동부(103)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 타이밍 제어신호와, 데이터 구동부(102)의 동작 타이밍과 데이터전압의 극성을 제어하기 위한 데이터 타이밍 제어신호를 포함한다.
게이트 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock, GSC), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함한다. 게이트 스타트 펄스(GSP)는 게이트 구동부(103)로부터 매 프레임기간마다 가장 먼저 게이트펄스를 출력하는 첫 번째 게이트 드라이브 IC에 인가되어 그 게이트 드라이브 IC의 쉬프트 시작 타이밍을 제어한다. 게이트 쉬프트 클럭(GSC)은 게이트 구동부(103)의 게이트 드라이브 IC들에 공통으로 입력되어 게이트 스타트 펄스(GSP)를 쉬프트시키기 위한 클럭신호이다. 게이트 출력 인에이블신호(GOE)는 게이트 구동부(103)의 게이트 드라이브 IC들의 출력 타이밍을 제어한다.
데이터 타이밍 제어신호는 소스 스타트 펄스(Source Start Pulse, SSP), 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity : POL), 및 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함한다. 소스 스타트 펄스(SSP)는 데이터 구동부(102)에서 가장 먼저 데이터를 샘플링하는 첫 번째 소스 드라이브 IC에 인가되어 데이터 샘플링 시작 타이밍을 제어한다. 소스 샘플링 클럭(SSC)은 라이징 또는 폴링 에지에 기준하여 소스 드라이브 IC들 내에서 데이터의 샘플링 타이밍을 제어하는 클럭신호이다. 극성제어신호(POL)는 소스 드라이브 IC들로부터 출력되는 데이터전압의 극성을 제어한다. 소스 출력 인에이블신호(SOE)는 소스 드라이브 IC들의 출력 타이밍을 제어한다. mini LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 인터페이스를 통해 데이터 구동부(102)에 디지털 비디오 데이터(RGB)가 입력된다면, 소스 스타트 펄스(SSP)와 소스 샘플링 클럭(SSC)은 생략될 수 있다.
디스플레이 구동부(102,103)는 디스플레이 모드와 터치 입력 모드에서 표시패널에 비디오 데이터를 표시한다. 디스플레이 구동부(102,103)는 데이터 구동부(102)와 게이트 구동부(103)를 포함한다.
데이터 구동부(102)는 타이밍 콘트롤러(101)의 제어 하에 디지털 비디오 데이터(RGB)를 샘플링하고 래치한다. 데이터 구동부(102)는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 정극성/부극성 감마보상전압(GMA1~N)으로 변환하여 데이터전압의 극성을 반전시킨다. 데이터 구동부(102)로부터 출력되는 정극성/부극성 데이터전압은 게이트 구동부(103)로부터 출력되는 게이트펄스에 동기된다. 데이터 구동부(102)의 소스 드라이브 IC(Integrated Circuit)들 각각은 COG(Chip On Glass) 공정이나 TAB(Tape Automated Bonding) 공정으로 표시패널(100)의 데이터라인들(104)에 접속될 수 있다. 소스 드라이브 IC는 타이밍 콘트롤러(101) 내에 집적되어 타이밍 콘트롤러(101)와 함께 원칩 IC로 구현될 수도 있다.
표시패널(100)이 노말리 화이트 모드로 구동된다면, 데이터 구동부(102)는 타이밍 콘트롤러(101)의 제어 하에 이미지 스캔 모드에서 표시패널(100)의 투과율이 최대가 될 수 있도록 최저 전압을 출력한다. 표시패널(100)이 노말리 블랙 모드로 구동된다면, 데이터 구동부(102)는 타이밍 콘트롤러(101)의 제어 하에 이미지 스캔 모드에서 표시패널(100)의 투과율이 최대가 될 수 있도록 최저 전압을 출력한다.
게이트 구동부(103)는 타이밍 콘트롤러(101)의 제어 하에 디스플레이 모드에서 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 순차적으로 출력을 발생하고 그 출력의 스윙전압을 게이트 하이 전압(VGH)과 게이트 로우 전압(VGH)으로 쉬프트시킨다. 게이트 구동부(103)로부터 출력되는 게이트펄스는 데이터 구동부(102)로부터 출력되는 데이터전압에 동기되어 게이트라인들(105)에 순차적으록 공급된다. 게이트 하이 전압(VGH)은 화소 어레이에 형성된 트랜지스터들(T1~T3)의 문턱 전압 이상의 전압이고, 게이트 로우 전압(VGL)은 화소 어레이에 형성된 트랜지스터들(T1~T3)의 문턱 전압보다 낮은 전압이다. 게이트 구동부(103)의 게이트 드라이브 IC들은 TAP 공정을 통해 표시패널(100)의 하부기판(GLS2)의 게이트라인들(105)에 연결되거나 GIP(Gate In Panel) 공정으로 화소 어레이와 함께 표시패널(100)의 하부기판(GLS2) 상에 직접 형성될 수 있다.
호스트 컴퓨터(120)는 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)와, 디스플레이 모드 구동에 필요한 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, MCLK) 등을 LVDS 인터페이스, TMDS 인터페이스 등의 인터페이스를 통해 타이밍 콘트롤러(101)에 전송한다.
전원부(130)는 PWM(Pulse Width Modulation) 변조회로, 부스트 컨버터(Boost converter), 레귤레이터(Regulater), 차지펌프(Charge pump), 분압회로 , 연산 증폭기(Operation Amplifier) 등을 포함한 DC-DC 컨버터(Convertor)로 구현된다. 전원부(130)는 호스트 컴퓨터(120)로부터의 입력 전압(Vin)을 조정하여 액정표시패널(100), 디스플레이 구동부(102, 103), 광학센서 구동부(110~114), 타이밍 콘트롤러(101), 백라이트 구동부(141)의 구동에 필요한 전원을 발생한다. 전원부(130)로부터 출원되는 전원들은 로직 전원전압(Vcc), 고전위 전원전압(VDD), 게이트 하이전압(VGH), 게이트 로우전압(VGL), 공통전압(Vcom), 정극성/부극성 감마기준전압들(VGMA1~VGMAi), 광학 센서의 스토리지 기준전압(Vsto), 광학 센서의 구동전압(Vdrv), 광학 센서의 기준 전압(Vref) 등을 포함한다.
백라이트 유닛(140)은 표시패널(100)의 아래에 배치된다. 백라이트 유닛(140)은 백라이트 구동부(141)에 의해 점등 및 소등되는 다수의 광원들을 포함하여 표시패널(100)로 빛을 조사한다.
백라이트 구동부(141)는 디스플레이 모드에서 타이밍 콘트롤러(101)의 제어 하에 입력 영상에 따라 달라지는 디밍신호(DIM)의 펄스폭 변조 신호에 응답하여 백라이트 유닛(140)의 광원들을 점등 및 소등한다. 백라이트 구동부(141)는 이미지 스캔 모드에서 타이밍 콘트롤러(101)의 제어 하에 백라이트 유닛(140)의 광원들을 최대 밝기로 점등한다.
광학센서 구동부(ROIC)는 광학센서(PS)로부터 출력되는 센싱전압을 바탕으로 센싱로우 데이터를 생성하고, 센싱로우 데이터를 통신 프로토콜에 적합한 데이터 포맷 단위로 변환하여 타이밍 콘트롤러(101)에 전송한다. 광학센서 구동부(ROIC)는 리드아웃라인(RL)을 통해 공급되는 광학센서(PS)의 출력 전압을 샘플링하여 그 전압을 증폭한 후에 디지털 데이터로 변환하여 센싱로우 데이터를 출력한다.
도 3은 픽셀의 단면을 나타내는 도면이다.
표시패널(100)은 상부기판(GLS1)과 하부기판(GLS2)을 포함한다. 상부기판(GLS1)과 하부기판(GLS2) 사이에는 액정층(LC)과, 액정층(LC)의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 스페이서(CS)가 형성된다. 상부기판(GLS1)에는 컬러필터(CF)와 블랙 매트릭스(BM)를 포함한 컬러필터 어레이가 형성되고, 컬러필터 어레이에 공통전극(COM)이 형성된다. 상부기판(GLS1)의 상면에는 상부 편광판(POL1)이 접착된다. 하부기판(GLS2)은 데이터라인(DL)들, 게이트라인(GL)들, 리드아웃라인(RL)들, 픽셀(10)들 및 광학센서(PS) 등을 포함한 화소 어레이를 포함한다. 화소 어레이는 광학센서들을 구동하기 위한 센서 구동전압 공급라인들을 더 포함한다. 하부기판(GLS2)의 하면에는 하부 편광판(POL2)이 접착된다.
도 4는 게이트라인을 공유하는 픽셀과 광학센서를 나타내는 등가회로도이다. 특히, 도 4는 제k(k는 자연수) 게이트라인(GLk)에 연결되는 광학센서(PS)를 도시하고 있다.
도 4를 참조하면, 픽셀(PXL)들 각각은 픽셀 트랜지스터(T1), 액정셀(Clc) 및 제1 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst1)를 포함한다.
픽셀 트랜지스터(T1)는 제(k+1) 게이트라인(105)으로부터의 게이트펄스(Vg(k+1))에 따라 턴-온되어 제m(m은 양의 정수) 데이터라인(104)으로부터 공급받는 데이터전압{Vd(m)}을 액정셀(Clc)의 화소전극에 공급한다. 픽셀 트랜지스터(T1)의 게이트전극은 제(k+1) 게이트라인(GL(k+1))에 접속된다. 픽셀 트랜지스터(T1)의 드레인전극은 제m 데이터라인(105)에 접속되고, 그 소스전극은 액정셀(Clc)의 화소전극에 접속된다. 제1 스토리지 커패시터(Cst1)는 화소전극 전압과 공통전극 전압의 차전압을 충전하여 액정셀(Clc)의 전압을 일정하게 유지한다.
광학센서(20)는 센서 트랜지스터(T2), 제2 스토리지 커패시터(Cst2), 및 스위치 트랜지스터(T3)를 포함한다.
센서 트랜지스터(T2)는 외부에서 조사되는 빛을 광전류로 변환하여 제2 스토리지 커패시터(Cst2)에 저장한다. 센서 트랜지스터(T2)의 게이트전극은 스토리지 기준전압 공급라인(116)에 접속된다. 스토리지 기준전압 공급라인(116)에는 0V의 스토리지 기준전압(Vsto)이 공급된다. 센서 트랜지스터(T2)의 드레인전극은 센서 구동전압 공급라인(115)에 접속되고, 그 소스전극은 노드 'S'를 경유하여 제2 스토리지 커패시터(Cst2)와 스위치 트랜지스터(T3)의 드레인전극에 접속된다. 센서 구동전압 공급라인(115)에는 12V의 센서 구동전압(Vdrv)이 공급된다.
제2 스토리지 커패시터(Cst2)는 센서 트랜지스터(T2)로부터의 전류(Is)를 축적하여 센서 출력 전압을 충전한다. 제2 스토리지 커패시터(Cst2)의 일측 전극은 노드 S를 경유하여 센서 트랜지스터(T2)의 소스전극에 접속되고, 그 타측 전극은 스토리지 기준전압 공급라인(116)에 접속된다.
스위치 트랜지스터(T3)는 제k 게이트라인(GL(k))으로부터의 게이트펄스(Vg(k))에 따라 턴-온되어 노드 S의 전압을 리드아웃라인(RL)을 통해 광학센서 구동부(ROIC)에 공급한다. 스위치 트랜지스터(T3)의 게이트전극은 제k 게이트라인(GL(k))에 접속된다. 스위치 트랜지스터(T3)의 드레인전극은 노드 S를 경유하여 제2 스토리지 커패시터(Cst2)와 센서 트랜지스터(T3)의 소스전극에 접속된다. 스위치 트랜지스터(T3)의 소스전극은 리드아웃라인(RL)에 접속된다.
도 5는 광학 센서와 광학센서 구동부를 나타내는 회로도이다. 도 6은 제1 실시 예에 의한 게이트펄스 및 센서 타이밍 제어신호의 타이밍을 나타내는 도면이다. 이하 제1 실시 예는 도 4에서와 같이, 제k 게이트라인(GL(k))과 연결되는 광학센서의 동작을 중심으로 설명하기로 한다. 즉, 제k 게이트라인(GL(k))에 연결되는 광학센서(PS)가 감지한 광을 바탕으로 제k 게이트라인(GL(k))에 연결되는 픽셀(PXL)에 인가되는 데이터를 변경하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 광학센서 구동부(ROIC)는 연산 증폭기, 제1 및 제2 샘플링 스위치(SW(SH0), SW(SH1)), 아날로그-디지털 컨버터(ADC) 등을 구비한다. 연산 증폭기의 반전 입력단자와 출력 단자 사이에는 리셋 스위치소자(SWC(Reset))와 피드백 커패시터(Cfb)가 접속된다. 연산 증폭기의 반전 입력단자는 커패시터(Co)와 스위치 트랜지스터(T3)의 소스 단자에 접속된다. 커패시터(Co)는 광학센서 구동부(ROIC)의 입력 단자와 기저전압원 사이에 접속되어 광학센서(PS)로부터 입력되는 전압의 노이즈 성분을 제거한다. 연산 증폭기의 비반전 입력단자에는 2V의 기준전압(Vref)이 공급된다.
광학센서(PS)가 연결되는 제k 게이트라인(GL(k))에 인가되는 제k 게이트펄스(Vg(k))는 제(k-i) 수평기간((k-1)th_H) 및 제k 수평기간(kth_H) 동안에 턴-온 전압이 된다. 이하, 제k 게이트펄스(Vg(k)) 중에서, 제(k-i) 수평기간((k-1)th_H)에 인가되는 턴-온전압을 센싱용 게이트펄스(Vg_S)로 명칭하고, 제k 수평기간(kth_H)에 인가되는 턴-온전압을 픽셀구동용 게이트펄스(Vg_D)로 명칭하기로 한다.
제(k-i) 수평기간((k-1)th_H) 이전에, 제1 샘플링 스위치(SW(SH0))는 제1 스위치 제어신호(SHO)에 따라 턴-온되어 피드백 커패시터(Cfb)에 저장된 기준전압(Vref)을 샘플링하여 제1 샘플링 전압(SD0)을 ADC(151)로 출력한다.
제(k-i) 수평기간((k-1)th_H) 동안에, 리셋 스위치소자(SWC(RST))는 로우 로직 레벨의 리셋신호(RST)에 따라 턴-온되어 피드백 커패시터(Cfb)의 양단 전압을 초기화시킨다. 제1 샘플링 스위치(SW(SH0))가 턴-오프되고, 제k 게이트라인(106)에 인가되는 센싱용 게이트펄스(Vg_S)가 공급되면 스위치 트랜지스터(T3)는 노드 S의 전압을 광학센서 구동부(ROIC)에 입력한다.
제(k-i) 수평기간((k-1)th_H) 이후에 인가되는 제2 스위치 제어신호(SH1)에 응답하여, 제2 샘플링 스위치(SW(SH1))는 턴-온되고 피드백 커패시터(Cfb)에 저장된 스캔 전압을 샘플링하여 제2 샘플링 전압(SD1)을 아날로그 디지털 컨버터(ADC)로 출력한다. 아날로그 디지털 컨버터(ADC)는 센싱처리기간(T_ch) 동안, 기준 데이터(SD0)와 로스캔 이미지 데이터(SD1)의 차 전압을 센싱로우 데이터(SDATA)로 변환하고 데이터 전송 제어신호(DTS)에 응답하여 센싱로우 데이터(SDATA)를 타이밍 콘트롤러(101)로 출력한다.
제k 수평기간(kth_H) 동안, 픽셀구동용 게이트펄스(Vg_D)에 의해서 제k 픽셀라인(HL(k))에 위치한 픽셀(PXL)들은 스캔된다. 데이터 구동부(102)는 픽셀구동용 게이트펄스(Vg_D)에 동기하여 데이터전압을 출력한다. 그 결과 제k 픽셀라인(HL(k))에 배치된 픽셀(PXL)들에는 데이터전압이 기입된다. 이때, 제k 픽셀라인(HL(k))에 배치된 픽셀(PXL)들 중에서 광학센서(PS)와 인접한 픽셀(PXL)에 공급되는 데이터전압은 광학센서(PS)의 센싱 결과에 의해서 변조된 데이터전압을 공급받는다.
살펴본 바와 같이, 제1 실시 예에서 광학센서(PS)와 픽셀(PXL)이 제k 게이트라인(GL(k))을 공유할 때, 제k 게이트라인(GL(k))에 공급되는 제k 게이트펄스(Vg_S)는 센싱용 게이트펄스(Vg_S)와 픽셀구동용 게이트펄스(Vg_D)를 포함한다. 그리고 센싱용 게이트펄스(Vg_S)가 인가되는 타이밍에 대응하여 광학센서(PS) 및 광학센서 구동부(ROIC)를 구동하고, 픽셀구동용 게이트펄스(Vg_D)가 인가되는 타이밍에 대응하여 픽셀을 구동한다. 따라서, 광학센서(PS)가 감지한 센싱결과에 따라 픽셀(PXL)에 공급되는 데이터를 지연없이 변조할 수 있다.
만약, 하나의 게이트라인을 공유하는 광학센서(PS)와 픽셀(PXL)을 동시에 구동하면, 광학센서(PS)의 센싱결과는 해당 광학센서(PS)가 위치한 픽셀(PXL)에 센싱 결과를 바로 반영하지 못한다. 이러한 이유는 광학센서 구동부(ROIC)의 센싱처리기간(T_ch)은 광학센서(PS)가 센싱동작을 수행한 이후이며, 센싱처리기간(T_ch)에 소정의 시간이 소요되기 때문이다. 따라서, 게이트라인(GL)을 공유하는 광학센서(PS)와 픽셀(PXL)을 동시에 구동하면, 광학센서(PS)의 센싱결과에 따라 변경된 데이터전압은 최소 1프레임 이상의 지연되어 픽셀(PXL)에 공급된다.
이에 반해서, 본 발명의 제1 실시 예는 픽셀(PXL)을 이후에 구동하기 이전에 광학센서(PS)를 구동함으로써, 광학센서(PS)의 센싱결과를 반영한 데이터전압을 빠르게 픽셀(PXL)에 반영할 수 있다.
센싱용 게이트펄스(Vg_S)와 픽셀 구동용 게이트펄스(Vg_D)의 간격은 센싱처리기간(T_ch) 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다. 센싱처리기간(T_ch)은 광학센서(PS)가 배치되는 컬럼라인의 개수 등에 따라 달라질 수 있다.
도 7은 제2 실시 예에 의한 게이트펄스 및 센서 타이밍 제어신호의 타이밍을 나타내는 도면이다. 제2 실시 예에서 전술한 실시 예와 실질적으로 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고 자세한 설명은 생략하기로 한다.
전술한 제1 실시 예에서는 광학센서(PS)와 픽셀(PXL)이 공유하는 제k 게이트라인(GL(k))에 인가되는 제k 게이트펄스(Vg(k))들만 한 프레임 내에서 두 번의 턴-온 전압으로 인가되었다.
이에 반해서, 제2 실시 예는 모든 게이트라인(GL)들에 인가되는 게이트펄스들이 한 프레임 내에서 두 번 턴-온 전압으로 된다. 즉, 게이트 구동부(103)는 모든 게이트라인(GL)들에 동일한 게이트펄스를 공급하기 때문에, 게이트 구동부(103)를 간소화시킬 수 있다.
제2 실시 예에서, 광학센서(PS)와 픽셀(PXL)이 공유하는 제k 게이트라인(GL(k))에 인가되는 제k 게이트펄스(Vg(k))는 전술한 제1 실시 예와 동일하고, 그 결과 구동방법 또한 제1 실시 예와 동일하다.
도 8은 제3 실시 예에 의한 게이트펄스 및 센서 타이밍 제어신호의 타이밍을 나타내는 도면이다. 제3 실시 예에서 전술한 실시 예와 실질적으로 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고 자세한 설명은 생략하기로 한다.
제3 실시 예에서, 광학센서(PS)와 픽셀(PXL)이 공유하는 제k 게이트라인(GL(k))에 인가되는 제k 게이트펄스(Vg(k))는 제(k-i) 수평기간((k-1)th_H)부터 제k 수평기간(kth_H) 동안 턴-온 전압을 유지한다. 즉, 제k 게이트라인(GL(k))에 인가되는 제k 게이트펄스(Vg(k))는 "(i+1)H"의 기간 동안 턴-온 전압을 유지한다.
제3 실시 예에서 제k 게이트라인(GL(k))과 연결되는 광학센서(PS)는 제(k-i) 수평기간((k-1)th_H) 동안에 센싱 동작을 수행하고, 제k 수평기간(kth_H) 동안 픽셀(PXL)을 구동한다. 이처럼, 제3 실시 예는 픽셀(PXL)을 구동하는 제k 수평기간(kth_H) 이전부터 미리 게이트펄스를 인가하여 광학센서(PS)를 구동함으로써, 한 프레임 내에서 픽셀(PXL)에 인가되는 데이터전압을 광학센서(PS)의 센싱결과에 따라 변조할 수 있다.
도 9는 제4 실시 예에 의한 게이트펄스 및 센서 타이밍 제어신호의 타이밍을 나타내는 도면이다. 제4 실시 예에서 전술한 실시 예와 실질적으로 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고 자세한 설명은 생략하기로 한다.
제4 실시 예에서 광학센서(PS)와 픽셀(PXL)이 공유하는 제k 게이트라인(GL(k))에 인가되는 제k 게이트펄스(Vg(k))는 제(k-i) 수평기간((k-1)th_H)부터 제k 수평기간(kth_H) 동안 턴-온 전압을 유지한다. 즉, 제k 게이트라인(GL(k))에 인가되는 제k 게이트펄스(Vg(k))는 "(i+1)H"의 기간 동안 턴-온 전압을 유지한다. 이와 더불어, 제4 실시 예에서 모든 게이트라인(GL)들에 인가되는 게이트펄스(Vg)는 "(i+1)H"의 기간 동안 턴-온 전압을 유지한다. 이에 따라, 제4 실시 예에 의한 게이트 구동부(103)는 제3 실시 예에 의한 게이트 구동부(103)에 비해서 간소화될 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양하게 변경 및 수정할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
100 : 액정표시패널 101 : 타이밍 콘트롤러
102 : 데이터 구동부 103 : 게이트 구동부
110 : 광학센서 구동부 120 : 호스트 컴퓨터
130 : 전원부 140 : 백라이트 유닛
141 : 백라이트 구동부 PS: 광학센서

Claims (5)

  1. 데이터라인 및 제k(k는 자연수) 게이트라인과 연결되는 픽셀;
    감지된 광을 광전류로 변환하고, 상기 제k 게이트라인을 공유하는 광학센서;
    상기 제k 게이트라인에 제k 게이트펄스를 인가하고, 상기 데이터라인에 데이터전압을 공급하는 디스플레이 구동부;
    상기 광전류의 변화량을 바탕으로 센싱로우 데이터를 생성하는 광학센서 구동부; 및
    상기 디스플레이 구동부의 동작 타이밍을 제어하고, 상기 센싱로우 데이터를 바탕으로 상기 데이터전압을 변조하는 타이밍 콘트롤러를 포함하고,
    상기 디스플레이 구동부는
    제k 수평기간 동안 상기 픽셀들에 데이터전압을 공급하고,
    제(k-i)(i는 k보다 작은 자연수) 수평기간 및 상기 제k 수평기간 동안 상기 제k 게이트라인에 제k 게이트펄스를 공급하며,
    상기 광학센서 구동부는, 상기 제(k-i) 수평기간 동안 상기 광학센서를 구동하는 광학센서 내장형 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제(k-i) 수평기간과 상기 제k 수평기간 간의 시간 간격은,
    상기 광학센서 구동부가 상기 센싱전압을 제공받아서 센싱 데이터로 변환하는 센싱처리기간 보다 길게 설정되는 광학센서 내장형 표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학센서는
    광을 감지하여 상기 광전류를 발생시키는 센서 트랜지스터;
    상기 광전류를 저장하는 스토리지 커패시터; 및
    상기 제(k-1) 수평기간에 턴-온전압인 상기 제k 게이트펄스에 응답하여, 상기 스토리지 커패시터에 저장된 전압을 상기 광학센서 구동부로 출력하는 스위치 트랜지스터를 포함하는 광학센서 내장형 표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 센싱전압을 증폭하는 연산 증폭기;
    상기 연산 증폭기의 반전 입력단자와 출력 단자 사이에 위치하는 피드백 커패시터;
    제(k-1) 수평기간 이전에 턴-온전압을 갖는 제1 스위치 제어신호에 응답하여, 상기 피드백 커패시터에 저장된 기준전압을 샘플링하는 제1 샘플링 스위치; 및
    제(k-1) 수평기간 이후에 턴-온전압을 갖는 제2 스위치 제어신호에 응답하여, 상기 센싱전압을 샘플링하는 제2 샘플링 스위치를 포함하는 광학센서 내장형 표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 광학센서 구동부는, 상기 제1 샘플링 스위치로부터 제공받는 상기 기준전압과 상기 제2 샘플링 스위치로부터 상기 센싱전압의 차이를 디지털 형태의 센싱로우 데이터로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터를 더 포함하고,
    상기 아날로그 디지털 컨버터는 상기 제k 수평기간 이전에 상기 센싱로우 데이터를 상기 타이밍 콘트롤러에 제공하는 광학센서 내장형 표시장치.
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