KR101279275B1 - 액정표시장치 및 그 구동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 문서, 이미지 스캔, 터치 입력 및 입력된 이미지를 화상에 구현할 수 있는 이미지 센싱 기능을 가지는 액정표시장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 액정표시장치는 하나의 화소가 적색, 녹색, 청색 및 백색 서브화소를 포함하고 백색 서브화소에는 이미지 정보를 가지는 광을 센싱하는 포토센싱소자가 구비된 액정표시패널과; 상기 액정표시패널 뒤에 위치하여 상기 액정표시패널에 3원색의 광을 공급하는 백라이트를 구비하고, 상기 백라이트는

상기 액정표시패널의 포토센싱소자가 광을 센싱하는 센서 모드(mode)인 경우 3 원색의 광을 상기 액정표시패널에 순차적으로 공급하고, 상기 액정표시패널이 디스플레이 모드(mode)인 경우 상기 액정표시패널에 3 원색의 광을 동시에 공급하는 것을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시장치 및 그 구동방법{Liquid Crystal Display Device And Method For Driving Thereof}

도 1은 통상적인 TFT 어레이 기판의 일부를 도시한 평면도.

도 2은 도 1에 도시된 TFT 어레이 기판을 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절단하여 도시한 단면도.

도 3은 종래의 포토 센싱 소자를 나타내는 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 도면.

도 5는 도 4에서의 액정표시패널을 개략적으로 나타내는 평면도.

도 6은 도 5에서의 백색(White) 서브화소(sub-pixel)에서의 하부 어레이 기판을 나타내는 평면도이고, 도 7은 도 6에 도시된 Ⅱ-Ⅱ'선, Ⅲ-Ⅲ'선, Ⅳ-Ⅳ'을 각각 절취하여 도시한 단면도.

도 8은 도 5에서의 상부 어레이 기판을 나타내는 단면도.

도 9는 디스플레이 및 컬러 센서 기능이 가능한 액정표시장치의 구동순서를 개략적으로 나타내는 알고리즘.

도 10은 제1 서브 스캐닝 단계에서의 구동 특성을 모식화한 도면.

도 11은 도 4에서의 백라이트 구동부 및 백라이트의 구성을 구체적으로 나태 는 도면.

도 12는 센서 박막 트랜지스터에 이미지 정보를 가진 광이 조사됨을 모식화한 도면.

도 13 및 도 14는 본 발명에서의 포토센싱과정을 구체적으로 설명하기 위한 회로도들.

도 15은 제2 서브 스캐닝 단계에서의 구동 특성을 모식화한 도면.

도 16는 제3 서브 스캐닝 단계에서의 구동 특성을 모식화한 도면.

도 17a 내지 도 17e는 본 발명에서의 포토센싱소자를 구비하는 하부 어레이 기판의 제조방법을 설명하기 위한 공정도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

102 : 게이트 라인 104 : 데이터 라인

106 : 제1 TFT 108 : 게이트 전극

10, 110 : 소스 전극 12, 112 : 드레인 전극

14, 114 : 활성층 16,116 : 접촉홀

18, 118 : 화소전극 180 : 제1 스토리지 캐패시터

120 : 제2 스토리지 캐패시터 44,144 : 게이트 절연막

50,150 : 보호막 40 : 포토 TFT

170 : 제1 TFT 152 : 제1 구동전압 공급라인

172 : 제2 스토리지 하부전극 174 : 제2 스토리지 상부전극

155 : 제2 접촉홀 160 : 액정표시패널

168 : 타이밍 콘트롤러 164 : 게이트 구동부

165 : 백라이트 구동부 166 : LED 백라이트

202 : 리드 아웃 집적회로부 140 : 센서 박막 트랜지스터

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 문서, 이미지 스캔, 터치 입력을 할 수 있는 이미지 센싱 기능을 가지는 액정표시장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.

통상의 액정표시장치는 전계를 이용하여 액정의 광투과율을 조절함으로써 화상을 표시하게 된다. 이를 위하여 액정표시장치는 액정셀들이 매트릭스 형태로 배열되어진 액정표시패널과, 액정표시패널을 구동하기 위한 구동회로를 구비한다.

액정표시패널은 서로 대향하는 박막 트랜지스터 어레이 기판 및 칼러필터 어레이 기판과, 두 기판 사이에 일정한 셀갭 유지를 위해 위치하는 스페이서와, 그 셀갭에 채워진 액정을 구비한다.

박막 트랜지스터 어레이 기판은 게이트 라인들 및 데이터 라인들과, 그 게이트 라인들과 데이터 라인들의 교차부마다 스위치소자로 형성된 박막 트랜지스터와, 액정셀 단위로 형성되어 박막 트랜지스터에 접속된 화소 전극 등과, 그들 위에 도 포된 배향막으로 구성된다. 게이트 라인들과 데이터 라인들은 각각의 패드부를 통해 구동회로들로부터 신호를 공급받는다. 박막 트랜지스터는 게이트 라인에 공급되는 스캔신호에 응답하여 데이터 라인에 공급되는 화소전압신호를 화소 전극에 공급한다.

칼라필터 어레이 기판은 액정셀 단위로 형성된 칼라필터들과, 칼러필터들간의 구분 및 외부광 반사를 위한 블랙 매트릭스와, 액정셀들에 공통적으로 기준전압을 공급하는 공통 전극 등과, 그들 위에 도포되는 배향막으로 구성된다.

액정표시패널은 박막 트랜지스터 어레이 기판과 칼라필터 어레이 기판을 별도로 제작하여 합착한 다음 액정을 주입하고 봉입함으로써 완성하게 된다.

도 1은 종래 액정표시패널의 박막 트랜지스터 어레이 기판을 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 박막 트랜지스터 어레이 기판을 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절단하여 도시한 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 박막 트랜지스터 어레이 기판은 하부기판(42) 위에 게이트 절연막(44)을 사이에 두고 교차하게 형성된 게이트 라인(2) 및 데이터 라인(4)과, 그 교차부마다 형성된 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor ; 이하 "TFT"라 함)(6)와, 그 교차구조로 마련된 셀영역에 형성된 화소 전극(18)을 구비한다. 그리고, TFT 어레이 기판은 화소전극(18)과 이전단 게이트 라인(2)의 중첩부에 형성된 스토리지 캐패시터(20)를 구비한다.

TFT(6)는 게이트 라인(2)에 접속된 게이트 전극(8)과, 데이터 라인(4)에 접속된 소스 전극(10)과, 화소 전극(18)에 접속된 드레인 전극(12)과, 게이트 전 극(8)과 중첩되고 소스 전극(10)과 드레인 전극(12) 사이에 채널을 형성하는 활성층(14)을 구비한다. 활성층(14)은 데이터 라인(4), 소스 전극(10) 및 드레인 전극(12)과 중첩되게 형성되고 소스 전극(10)과 드레인 전극(12) 사이의 채널부를 더 포함한다. 활성층(14) 위에는 데이터 라인(4), 소스 전극(10) 및 드레인 전극(12)과 오믹접촉을 위한 오믹접촉층(48)이 더 형성된다. 여기서, 통상적으로 활성층(14) 및 오믹접촉층(48)을 반도체 패턴(45)이라 명명한다.

이러한 TFT(6)는 게이트 라인(2)에 공급되는 게이트 신호에 응답하여 데이터 라인(4)에 공급되는 화소전압 신호가 화소 전극(18)에 충전되어 유지되게 한다.

화소전극(18)은 보호막(50)을 관통하는 접촉홀(16)을 통해 TFT(6)의 드레인 전극(12)과 접속된다. 화소 전극(18)은 충전된 화소전압에 의해 도시하지 않은 상부 기판에 형성되는 공통 전극과 전위차를 발생시키게 된다. 이 전위차에 의해 TFT 어레이 기판과 컬러필터 어레이 기판 사이에 위치하는 액정이 유전 이방성에 의해 회전하게 되며 도시하지 않은 광원으로부터 화소전극(18)을 경유하여 입사되는 광을 상부 기판 쪽으로 투과시키게 된다.

스토리지 캐패시터(20)는 전단 게이트라인(2)과 화소전극(18)의해 형성된다. 게이트라인(2)과 화소전극(18) 사이에는 게이트 절연막(44) 및 보호막(50)이 위치하게 된다. 이러한 스토리지 캐패시터(20)는 화소 전극(18)에 충전된 화소전압이 다음 화소전압이 충전될 때까지 유지되도록 도움을 주게 된다.

이러한, 종래의 액정표시장치는 디스플레이 기능만을 가질 뿐 외부 문서 또는 이미지 등의 내용 화상으로 구현할 수 있는 등의 외부 이미지를 센싱하여 디스 플레이 할 수 있는 기능을 가지고 있지 않다.

도 3은 종래의 이미지 센싱소자를 나타내는 도면이다.(도 3에 도시된 이미지 센싱소자 내의 각 구성요소 들 중 통상의 TFT에 포함되는 구성요소는 도 1 및 2에 도시된 TFT의 구성요소와 동일한 도면부호를 부여하기로 한다.)

도 3에 도시된 이미지 센싱소자는 포토 TFT(40), 포토 TFT(40)와 접속된 스토리지 캐패시터(80), 스토리지 캐패시터(80)를 사이에 두고 포토 TFT(40)와 반대방향에 위치하는 스위치 TFT(6)를 구비한다.

포토 TFT(40)는 기판(42) 상에 형성된 게이트 전극(8)과, 게이트 절연막(44)을 사이에 두고 게이트 전극(8)과 중첩되는 활성층(14), 활성층(14)과 전기적으로 접속되는 구동 소스전극(60), 구동 소스전극(60)과 마주보는 구동 드레인 전극(62)을 구비한다. 활성층(14)은 구동 소스전극(60) 및 구동 드레인 전극(62)과 중첩되게 형성되고 구동 소스전극(60)과 구동 드레인전극(62) 사이의 채널부를 더 포함한다. 활성층(14) 위에는 구동 소스전극(60) 및 구동 드레인전극(62)과 오믹접촉을 위한 오믹접촉층(48)이 더 형성된다. 이러한, 포토 TFT(40)는 문서 또는 사람의 지문 등 소정의 이미지에 의한 입사되는 광을 센싱하는 역할을 한다.

스토리지 캐패시터(80)는 포토 TFT(40)의 게이트 전극(8)과 접속된 스토리지 하부전극(72), 절연막(44)을 사이에 두고 스토리지 하부전극(72)과 중첩되게 형성되며 포토 TFT(40)의 구동 드레인 전극(62)과 접속된 스토리지 상부전극(74)을 구비한다. 이러한, 스토리지 캐패시터(80)는 포토 TFT(40)에서 발생된 광전류에 의한 전하를 저장하는 역할을 한다.

스위칭 TFT(6)는 기판(42) 상에 형성된 게이트 전극(8)과, 스토리지 상부전극(74)과 접속된 소스전극(10), 소스전극(10)과 마주보는 드레인전극(12)과, 게이트 전극(8)과 중첩되고 소스전극(10)과 드레인전극(12) 사이에 채널을 형성하는 활성층(14)을 구비한다. 활성층(14)은 소스전극(10) 및 드레인전극(12)과 중첩되게 형성되고 소스전극(10)과 드레인전극(12) 사이의 채널부를 더 포함한다. 활성층(14) 위에는 소스전극(10) 및 드레인전극(12)과 오믹접촉을 위한 오믹접촉층(48)이 더 형성된다.

이러한, 구조를 가지는 이미지 센싱 소자의 구동을 간략하게 설명하면, 포토 TFT(40)의 구동 소스전극(60)에 예를 들어 약, 10V 정도의 구동전압이 인가됨과 아울러 게이트 전극(8)에 예를 들어, 약 -5V 정도의 역바이어스 전압이 인가되고 활성층(14)에 광이 센싱되면 센싱된 광량에 따라 구동 소스전극(60)에서 채널을 경유하여 구동 드레인전극(62)으로 흐르는 광전류(Photo Current) 패스가 발생된다. 광전류 패스는 구동 드레인전극(60)에서 스토리지 상부전극(74)으로 흐르게 됨과 동시에 스토리지 하부전극(72)은 포토 TFT(40)의 게이트 전극(8)과 접속되어 있으므로 스토리지 캐패시터(80)에는 광전류에 의한 전하가 충전되게 된다. 이와 같이 스토리지 캐패시터(80)에 충전된 전하는 스위치 TFT(6)에 전달되어 포토 TFT(40)에 의해 센싱된 이미지를 읽어낼 수 있게 된다.

이와 같이 종래의 액정표시장치는 디스플레이를 위한 기능만을 가지고 종래의 이미지 센싱소자는 이미지를 센싱하는 기능만을 가진다.

따라서, 본 발명의 목적은 문서, 사람의 지문 등의 이미지가 입력됨과 아울러 입력된 컬러 이미지를 화상에 나타낸 수 있는 액정표시장치 및 그 구동방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 액정표시장치는 하나의 화소가 적색, 녹색, 청색 및 백색 서브화소를 포함하고 백색 서브화소에는 이미지 정보를 가지는 광을 센싱하는 포토센싱소자가 구비된 액정표시패널과; 상기 액정표시패널 뒤에 위치하여 상기 액정표시패널에 3원색의 광을 공급하는 백라이트를 구비하고, 상기 백라이트는 상기 액정표시패널의 포토센싱소자가 광을 센싱하는 센서 모드(mode)인 경우 3 원색의 광을 상기 액정표시패널에 순차적으로 공급하고, 상기 액정표시패널이 디스플레이 모드(mode)인 경우 상기 액정표시패널에 3 원색의 광을 동시에 공급하는 것을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 이미지 정보를 가지는 광은 상기 백라이트에서 출사된 광이 상기 액정표시패널을 경유하여 상기 액정표시패널 앞에 위치하는 이미지 정보를 가지는 대상물에 반사된 것을 특징으로 한다.

상기 백라이트는 적색 발광다이오드, 녹색 발광다이오드 및 청색 발광다이오드를 포함한다.

상기 액정표시패널에 게이트 신호를 공급하는 게이트 구동부와; 상기 액정표 시패널에 데이터 신호를 공급하는 데이터 구동부와; 상기 센서 모드에서 상기 포토센서소자에 센싱된 이미지 정보를 리딩(reading)하는 리드아웃 집적회로부와; 상기 백라이트를 구동시키는 백라이트 구동부와; 상기 게이트 구동부, 데이터 구동부, 리드아웃 집적회로부 및 백라이트 구동부를 제어하는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 백라이트 구동부는 상기 포토센싱소자가 이미지 정보를 가지는 광을 센싱하는 경우 상기 제어부의 제어하에 상기 적색, 녹색 및 청색 발광다이오드를 순차적으로 점등시키고, 상기 액정표시패널이 디스플레이 모드(mode)인 경우 상기 적색, 녹색 및 청색 발광다이오드를 모두 점등시키는 것을 특징으로 한다.

상기 데이터 구동부는 상기 포토센싱소자가 이미지 정보를 가지는 광을 센싱하는 경우, 상기 적색 발광다이오드가 점등되는 제1 기간 동안 상기 적색 및 백색 서브화소에 화이트 데이터를 공급함과 아울러 상기 녹색 및 청색 서브화소에 블랙 데이터를 공급하고, 상기 녹색 발광다이오드가 점등되는 제2 기간 동안 상기 녹색 및 백색 서브화소에 화이트 데이터를 공급함과 아울러 상기 적색 및 청색 서브화소에 블랙 데이터를 공급하고, 상기 청색 발광다이오드가 점등되는 제3 기간 동안 상기 청색 및 백색 서브화소에 화이트 데이터를 공급함과 아울러 상기 적색 및 녹색 서브화소에 블랙 데이터를 공급하는 것을 특징으로 한다.

상기 리드아웃 집적회로부는 제1 내지 제3 기간 동안 상기 포토센싱소자로부터 센싱된 컬러 정보들을 저장 및 조합하는 것을 특징으로 한다.

상기 백라이트 구동부는 상기 적색 발광다이오드를 구동시키는 제1 인버터 회로부와; 상기 녹색 발광다이오드를 구동시키는 제2 인버터 회로부와; 상기 청색 발광다이오드를 구동시키는 제3 인버터 회로부와; 상기 제어부로부터의 제어신호를 이용하여 상기 제1 내지 제3 인버터 회로부를 제어하는 인버터 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 액정표시패널은 상기 포토센싱소자가 형성된 하부 어레이 기판과; 액정을 사이에 두고 상기 하부 어레이 기판과 합착된 상부 어레이 기판을 구비하고, 상기 하부 어레이 기판은 하부기판 상에 서로 교차되게 형성되며 각각의 서브화소영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인과; 상기 게이트 라인 및 데이터 라인의 교차영역에 위치하는 제1 박막 트랜지스터와; 상기 제1 박막 트랜지스터와 접속되며 상기 서브화소영역에 위치하는 화소전극과; 상기 화소전극에 충전되는 화소전압을 저장하는 제1 스토리지 캐패시터를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 하부 어레이 기판은 상기 적색, 녹색, 청색 서브화소 각각과 대응되는 영역에 형성된 적색, 녹색 및 청색 컬러필터를 포함하고, 상기 백색 서브화소와 대응되는 영역에는 컬러필터가 비존재하는 것을 특징으로 한다.

상기 포토센싱소자는 상기 이미지 정보를 가지는 광을 수광하는 센서 박막 트랜지스터와; 상기 게이트 라인과 나란하게 형성되어 상기 센서 박막 트랜지스터에 제1 구동전압을 공급하는 제1 구동전압 공급라인과; 상기 제1 구동전압 공급라인과 나란하게 형성되어 상기 센서 박막 트랜지스터에 제2 구동전압을 공급하기 위한 제2 구동전압 공급라인과; 상기 센서 박막 트랜지스터에 의해 센싱된 신호를 저장하기 위한 제2 스토리지 캐패시터와; 상기 제1 스토리지 캐패시터와 상기 리드 아웃 집적회로부 사이에 위치하여 상기 센싱 신호를 선택적으로 상기 집적회로에 공급하기 위한 제2 박막 트랜지스터와; 제2 박막 트랜지스터로부터의 센싱 신호를 상기 리드아웃 집적회로부에 전달하기 위한 센싱신호전달라인을 포함한다.

상기 센서 박막 트랜지스터는 기판 상에 형성되며 상기 제2 구동전압 공급라인과 접속된 제1 게이트 전극과; 상기 제1 게이트 전극을 덮도록 형성된 게이트 절연막과; 상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 제1 게이트 전극과 중첩되는 제1 반도체 패턴과; 상기 제1 반도체 패턴과 접촉되며 상기 제1 구동전압 공급라인과 전기적으로 접속된 제1 소스전극과; 상기 제1 소스전극과 마주보는 제1 드레인 전극을 구비한다.

본 발명에 따른 액정표시장치의 구동방법은 하나의 화소가 적색, 녹색, 청색 및 백색 서브화소를 포함하고 백색 서브화소에는 이미지 정보를 가지는 광을 센싱하는 포토센싱소자가 구비된 액정표시패널의 앞면 상에 스캐닝 대상물을 정렬하는 단계와; 순차적으로 상기 액정표시패널을 투과하여 상기 스캐닝 대상물에 순차적으로 반사되어 상기 스캐닝 대상물에서의 제1 내지 제3 컬러 정보를 가지게 되는 3원색의 광들이 상기 포토센싱소자에 순차적으로 센싱되는 단계와; 상기 포토센싱소자에 센싱된 제1 내지 제3 컬러 정보를 조합하여 상기 대상물의 이미지를 화상에 구현하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 3원색의 광들이 상기 포토센싱소자에 순차적으로 센싱되는 단계는 제1 기간 동안 적색 발광 다이오드가 점등되고 상기 적색 및 백색 서브화소에 화이트 데이터가 공급됨과 아울러 상기 녹색 및 청색 서브화소에 블랙 데이터가 공급되는 단계와; 상기 적색 발광 다이오드에서의 적색 광이 상기 적색 및 백색 서브화소만을 선택적으로 투과하여 상기 스캐닝 대상물에서 반사된 후 상기 포토센싱소자에 조사되는 단계와; 제2 기간 동안 녹색 발광 다이오드가 점등되고 상기 녹색 및 백색 서브화소에 화이트 데이터가 공급됨과 아울러 상기 적색 및 청색 서브화소에 블랙 데이터가 공급하는 단계와; 상기 녹색 발광 다이오드에서의 녹색 광이 상기 녹색 및 백색 서브화소만을 선택적으로 투과하여 상기 스캐닝 대상물에서 반사된 후 상기 포토센싱소자에 조사되는 단계와; 제3 기간 동안 청색 발광 다이오드가 점등되고 상기 청색 및 백색 서브화소에 화이트 데이터가 공급됨과 아울러 상기 적색 및 녹색 서브화소에 블랙 데이터가 공급되는 단계와; 상기 청색 발광 다이오드에서의 청색 광이 상기 청색 및 백색 서브화소만을 선택적으로 투과하여 상기 스캐닝 대상물에서 반사된 후 상기 포토센싱소자에 조사되는 단계를 포함한다.

상기 제1 컬러는 적색이고, 상기 제2 컬러는 녹색이고, 상기 제3 컬러는 청색인 것을 특징으로 한다.

상기 스캐닝 대상물에서의 제1 내지 제3 컬러 정보를 가지게 되는 3원색의 광들이 상기 포토센싱소자에 순차적으로 센싱되는 단계는, 상기 제1 내지 제3 컬러 정보를 가지는 광들이 상기 포토센싱소자의 센서 박막 트랜지스터에 순차적으로 조사되는 단계와; 상기 센서 박막 트랜지스터에 조사된 광은 상기 제1 내지 제3 컬러 정보를 가지는 신호로 순차적으로 변환되는 단계를 포함한다.

상기 액정표시패널이 디스플레이 모드(mode)인 경우 상기 액정표시패널에 3 원색의 광이 동시에 공급되는 것을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도 4 내지 도 17e를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 4는 컬러 이미지 센서 기능 및 디스플레이 기능을 수행할 수 있는 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 블럭도이고, 도 5는 도 4에서의 액정표시패널을 개략적으로 나타내는 평면도이다.

도 4에 도시된 액정표시장치는 m 개의 데이터라인들(D1 내지 Dm) 및 리드아웃 라인(read-out line)(RL1 내지 RLm)들과 n 개의 게이트라인들(G1 내지 Gn)이 교차되며 그 교차부에 정의되는 화소셀(pixel)들이 매트릭스 타입으로 배열되는 액정표시패널(160)과, 액정표시패널(160)의 데이터라인들(D1 내지 Dm)에 데이터신호를 공급하기 위한 데이터 구동부(162)와, 게이트라인들(G1 내지 Gn)에 스캔신호를 공급하기 위한 게이트 구동부(162)와, 리드아웃 라인(read-out line)(RL1 내지 RLm)들이 공통으로 접속된 리드아웃 집적회로부(202)와, 액정표시패널(160)에 독립적으로 R,G,B 광원을 공급하기 위한 LED 백라이트(166)와, LED 백라이트(166)를 구동시키는 백라이트 구동부(165)와, 데이터 구동부(162), 게이트 구동부(164), 리드아웃 집적회로부(202) 및 백라이트 구동부(165)를 제어하기 위한 타이밍 콘트롤러(168)를 구비한다.

액정표시패널은 도 5에 도시된 바와 같이, 하나의 화소가 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue) 및 백색(White) 서브화소로 이루어지는 쿼드 형태이며, 백 색(White) 서브화소에는 컬러 이미지 센싱 기능을 가지는 포토센싱소자(200)가 구비된다.

데이터 구동부(162)는 타이밍 콘트롤러(168)로부터의 제어신호(CS)에 응답하여 액정표시장치가 디스플레이 모드(mode)일 경우에는 액정표시패널(160)의 데이터 라인에 비디오 데이터 신호를 공급하고, 액정표시장치가 센서 모드(mode)일 경우 센서 모드를 위한 데이터 신호를 공급한다.

게이트 구동부(164)는 타이밍 콘트롤러(168)로부터의 제어신호(CS)에 응답하여 데이터 신호들 각각에 동기되는 게이트 펄스(Vgh)를 게이트 라인들(G1 내지 Gn)에 순차적으로 공급함으로써 데이터신호가 공급되는 액정표시패널(160)의 수평라인을 선택한다.

백라이트 구동부(165)는 타이밍 콘트롤러(168)로부터의 제어신호(D1,D2,D3)에 의해 액정표시장치가 디스플레이 모드일 경우에는 LED 백라이트(166)의 적색광원(LED), 녹색광원(LED), 청색광원(LED)을 모두 점등시키고, 액정표시장치가 센서 모드일 경우 LED 백라이트(166)의 적색광원(LED), 녹색광원(LED), 청색광원(LED)을 순차적으로 점등시킨다.

리드 아웃 집적회로부(202)는 액정표시패널(160)의 리드 아웃라인(204)으로부터 공급되는 이미지 정보를 가지는 센싱전압을 리딩하고 이미지 정보들을 저장하고 조합한다.

타이밍 콘트롤러(168)는 수직/수평 동기신호 및 클럭신호를 이용하여 게이트 구동부(164), 데이터 구동부(162), 리드 아웃 집적회로부(202) 및 백라이트 구동 부(165)를 제어하기 위한 제어신호들을 생성한다.

도 6은 도 5의 액정표시패널(160)의 하부 어레이 기판(또는 "박막 트랜지스터 어레이 기판" 이라 한다)에서 백색(White) 서브화소(sub-pixel)를 나타내는 평면도이고, 도 7은 도 6에 도시된 Ⅱ-Ⅱ'선, Ⅲ-Ⅲ'선, Ⅳ-Ⅳ'을 각각 절취하여 도시한 단면도이다.

도 6 및 도 7에 도시된 하부 어레이 기판(190)은 하부기판(142) 위에 게이트 절연막(144)을 사이에 두고 교차하게 형성된 게이트 라인(102) 및 데이터 라인(104)과, 그 교차부마다 형성된 화소(Pixel)스위칭 TFT(이하 "제1 TFT"라 한다.)(106)와, 그 교차구조로 마련된 셀영역에 형성된 화소전극(118), 화소전극(118)을 사이에 두고 데이터 라인(104)과 나란하게 형성된 리드아웃 라인(Read-Out Line)(204), 게이트 라인(102)과 나란하게 형성되는 제1 및 제2 구동전압공급라인(152,171), 제1 및 제2 구동전압공급라인(152,171) 사이에 위치하며 제1 및 제2 구동전압공급라인(152,171)으로부터의 제1 및 제2 구동전압이 공급되는 센서 TFT(140), 전단 게이트 라인(102)과 리드아웃 라인(204)의 교차영역에 형성된 스위칭 TFT(이하 "제2 TFT" 라 한다.)(170)와, 제2 구동전압공급라인(171)과 화소전극(118)의 중첩부에 형성된 화소 데이터 저장용 스토리지 캐패시터(이하, "제1 스토리지 캐패시터" 라 한다.)와, 제2 TFT(170)와 센서 TFT(140) 사이에 위치하는 센싱 신호 저장용 스토리지 캐패시터(이하, "제2 스토리지 캐패시터"라 한다)(180)를 구비한다.

여기서, 도 5에 도시된 포토센싱소자(200)는 리드아웃 라인(Read-Out Line)(204), 제2 TFT(170), 제2 스토리지 캐패시터(180), 제1 및 제2 구동전압공급라인(152,171), 센서 TFT(140) 등 포토센싱에 관여하는 소자 및 박막 패턴 등을 모두 포함한다.

제1 TFT(106)는 게이트 라인(102)에 접속된 게이트 전극(108a)과, 데이터 라인(104)에 접속된 소스 전극(110a)과, 화소 전극(118)에 접속된 드레인 전극(112a)과, 게이트 전극(108a)과 중첩되고 소스 전극(110a)과 드레인 전극(112a) 사이에 채널을 형성하는 활성층(114a)을 구비한다. 활성층(114a)은 소스전극(110a) 및 드레인전극(112a)과 부분적으로 중첩되게 형성되고 소스전극(110a)과 드레인전극(112a) 사이의 채널부를 더 포함한다. 활성층(114a) 위에는 소스전극(110a) 및 드레인전극(112a)과 오믹접촉을 위한 오믹접촉층(148a)이 더 형성된다. 여기서, 통상적으로 활성층(114a) 및 오믹접촉층(148a)을 반도체 패턴(145a)이라 명명한다.

이러한 제1 TFT(106)는 게이트 라인(102)에 공급되는 게이트 신호에 응답하여 데이터 라인(104)에 공급되는 화소전압 신호가 화소전극(118)에 충전되어 유지되게 한다.

화소전극(118)은 보호막(150)을 관통하는 제1 접촉홀(115a)을 통해 TFT(106)의 드레인전극(112a)과 접속된다. 화소전극(118)은 충전된 화소전압에 의해 도시하지 않은 상부 기판(예를 들어, 컬러필터 어레이 기판)에 형성되는 공통 전극과 전위차를 발생시키게 된다. 이 전위차에 의해 TFT 어레이 기판과 컬러필터 어레이 기판 사이에 위치하는 액정이 유전 이방성에 의해 회전하게 되며 도시하지 않은 광원으로부터 화소전극(118)을 경유하여 입사되는 광을 상부 기판 쪽으로 투과시키게 된다.

제1 스토리지 캐패시터(120)는 제2 구동전압공급라인(171)에서 신장된 제1 스토리지 하부전극(121), 게이트 절연막(144)을 사이에 두고 제1 스토리지 하부전극(121)과 중첩되는 제1 스토리지 상부전극(123)으로 구성된다. 제1 스토리지 상부전극(123)은 보호막(150)을 관통하여 제2 접촉홀(115b)을 통해 화소전극(118)과 접촉된다.

이러한 제1 스토리지 캐패시터(120)는 화소 전극(118)에 충전된 화소전압이 다음 화소전압이 충전될 때까지 유지되게 한다.

센서 TFT(140)는 제2 구동전압 공급라인(171)에서 신장된 게이트 전극(108b)과, 게이트 절연막(144)을 사이에 두고 게이트 전극(108b)과 중첩되는 활성층(114b), 활성층(114b)과 전기적으로 접속됨과 아울러 제1 구동전압 공급라인(152)과 접속된 소스전극(110b), 소스전극(110b)과 마주보는 드레인전극(112b)을 구비한다. 센서 TFT(140)의 드레인 전극(112b)은 "U" 형으로 형성되어 광을 수광하기 위한 채널 영역이 넓게 형성될 수 있게 된다.

또한, 센서 TFT(140)는 보호막(150) 및 게이트 절연막(144)을 관통하여 제1 구동전압 공급라인(152)을 일부 노출시키는 제3 접촉홀(115c) 및 보호막(150)을 관통하여 소스전극(110b)을 노출시키는 제4 접촉홀(115d)을 구비하며, 제3 접촉홀(115c)을 통해 소스전극(110b)과 접촉되고 제4 접촉홀(115d)을 통해 제1 구동전압 공급라인(152)과 접촉되는 제1 투명전극 패턴(155)을 구비한다. 이러한, 제1 투명전극 패턴(155)은 소스전극(110b)과 제1 구동전압 공급라인(152)을 전기적으로 연결시키는 역할을 한다. 활성층(114b)은 소스전극(110b) 및 드레인전극(112b)과 부분적으로 중첩되게 형성되고 소스전극(110b)과 드레인전극(112b) 사이의 채널부를 더 포함한다. 활성층(114b) 위에는 소스전극(110b) 및 드레인전극(112b)과 오믹접촉을 위한 오믹접촉층(148b)이 더 형성된다. 이러한, 센서 TFT(140)는 문서 또는 사람의 지문 등 소정의 이미지에 의한 입사되는 광을 센싱하는 역할을 한다.

제2 스토리지 캐패시터(180)는 적어도 3 이상의 스토리지 캐패시터로 이루어진다. 도 5에서는 게이트 절연막(144)을 사이에 두고 서로 중첩되는 제2 스토리지 전극(182)과 제2 구동전압공급라인(171)으로 이루어지는 제2-1 스토리지 캐패시터(180a), 게이트 절연막(144)을 사이에 두고 서로 중첩되는 제2 스토리지 전극(182)과 제1 구동전압공급라인(152)으로 이루어지는 제2-2 스토리지 캐패시터(180b), 보호막(150)을 사이에 두고 서로 중첩되는 제2 스토리지 전극(182)과 제2 투명전극 패턴(156)으로 이루어지는 제2-3 스토리지 캐패시터(180c)를 나타내었다. 여기서, 제2 스토리지 전극(182)은 제2 TFT(170)의 소스전극(110c) 및 센서 TFT(140)의 드레인 전극(112b)과 각각 연결되며, 제2 투명전극 패턴(156)은 게이트 절연막(144) 및 보호막(150)을 관통하는 제5 접촉홀(115e)을 통해 제2 구동전압공급라인(171)과 접촉된다.

이러한, 제2 스토리지 캐패시터(180)는 포토 TFT(140)에서 발생된 광전류에 의한 전하를 저장하는 역할을 한다.

제2 TFT(170)는 전단 게이트 라인(102)의 일부분인 게이트 전극(108c)과, 제2 스토리지 전극(182)과 접속된 소스전극(110c), 소스전극(110c)과 마주보는 드레 인전극(112c)과, 게이트 전극(108c)과 중첩되고 소스전극(110c)과 드레인 전극(112c) 사이에 채널을 형성하는 활성층(114c)을 구비한다. 제2 TFT(170)에서의 게이트 전극(108c)은 제1 TFT(106)에서의 게이트 전극(108a)과는 구분된다. 즉, 제1 TFT(106)에서의 게이트 전극(108a)은 게이트 라인(102)에서 돌출된 형태를 가짐에 비하여, 제2 TFT(170)에서의 게이트 전극(108c)은 실질적으로 게이트 라인(102)의 일영역을 나타내고 있다. 활성층(114c)은 소스전극(110c) 및 드레인전극(112c)과 부분적으로 중첩되게 형성되고 소스 전극(110c)과 드레인전극(112c) 사이의 채널부를 더 포함한다. 활성층(114c) 위에는 소스전극(110c) 및 드레인전극(112c)과 오믹접촉을 위한 오믹접촉층(148c)이 더 형성된다.

도 8은 도 5에 도시된 액정표시패널에서의 상부 어레이 기판(또는 "컬러필터 어레이 기판" 이라 한다.)을 나타내는 단면도이다.

도 8에 도시된 상부 어레이 기판은 상부기판(252) 위에 블랙 매트릭스(254), 블랙 매트릭스(254)에 의해 구획되는 화소영역에 형성된 컬러필터(256), 컬러필터(256) 위에 형성된 공통전극(286) 등을 구비한다.

블랙 매트릭스(254)는 액정표시패널(160)의 적색, 녹색, 청색 및 백색 서브화소들 간의 경계 영역에 위치하여 이웃하는 서브화소들 간의 간섭을 방지하고 빛샘을 방지함과 아울러 각각의 서브화소들의 컬러필터(256)들의 형성영역을 정의하는 역할을 한다.

컬러필터(256)는 블랙 매트릭스(254)가 형성된 상부기판(252) 상에 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정을 이용하여 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue) 컬러 필터를 형성하고, 백색을 구현하기 위한 백색 서브화소에는 컬러필터를 형성하지 않게 된다. 이에 따라, 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue) 및 백색(White)을 구현할 수 있는 컬러필터가 형성될 수 있게 된다. 여기서, TN 모드의 액정표시장치의 경우에는 컬러필터(256) 상에 공통전극(286)이 형성되게 되고, IPS 모드의 경우에는 오버코트 층 등이 형성될 수 있다.

이와 같이 도 8에 도시된 구조를 가지는 상부 어레이 기판과 도 6 및 도 7에 도시된 하부 어레이 기판이 액정층을 사이에 두고 합착됨으로써 도 5에 도시된 액정표시패널(160)이 완성된다. 여기서, 도 8에서의 백색 서브화소 영역 하나가 도 6에 도시된 하부 어레이 기판(190)과 대응된다. 한편, 액정표시패널(160)의 하부 어레이 기판(190)에는 배향막이 더 형성될 수 있으며, 상부 어레이 기판에는 배향막, 스페이서 등이 더 형성될 수 있다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 액정표시장치는 화상을 구현하기 위한 디스플레이(display) 기능과 문서, 지문인식, OCR(Optical Charater Reading : 광학문자인식) 등을 센싱할 수 있을 뿐만 아니라 컬러 센싱 및 컬러 스캔 등을 모두 수행할 수 있다.

이하, 도 9에 도시된 알고리즘을 참조하여 디스플레이 및 컬러 센서 기능이 가능한 액정표시장치의 구동에 대하여 설명한다.

사용자에 의해 액정표시장치가 센서 모드로 설정되면(S2), 또는 한 화면을 스캔하거나 한장의 컬러문서를 스캔하기 위해서는 3번의 서브 스캐닝(scanning)이 실시된다. 즉, 하나의 컬러문서를 스캔하기 위해서는 적색컬러 센싱을 위한 제1 서 브 스캐닝, 녹색컬러 센싱을 위한 제2 서브 스캐닝, 청색컬러 센싱을 위한 제3 서브 스캐닝이 요구된다.

도 10은 제1 서브 스캐닝에서의 구동 특성을 모식화한 도면이다.

제1 서브 스캐닝 기간에서는 타이밍 콘트롤러(168)의 제어에 의해 데이터 구동부(162)로부터 제1 서브 스캐닝 데이터 신호가 액정표시패널(160)의 데이터 라인(D1 내지 Dm)에 순차적으로 공급됨과 동시에 제1 서브 스캐닝 데이터 신호에 동기되는 게이트 펄스(Vgh)가 게이트 구동부(164)로부터 게이트 라인(G1 내지 Gn)에 공급됨으로써 제1 스캐닝 데이터가 각각의 서브화소에 기입된다.(S4)

좀더 구체적으로, 도 10에 도시된 바와 같이 적색(RED) 및 백색(WHITE) 서브화소에 화이트(white) 데이터 신호가 공급되고, 녹색(GREEN) 및 청색(BLUE) 서브화소에서는 블랙(Black) 데이터 신호가 공급된다. 이와 동시에, 백라이트 구동부(165)는 타이밍 콘트롤러(168)로부터의 제어신호(D1,D2,D3) 및 별도의 전원공급원으로부터의 백라이트 구동전압(Vinv)을 이용하여 제1 서브 스캐닝 데이터 신호들에 동기되어 적색(Red) LED 들만을 점등(on)시키고 녹색(Green) 및 청색(Blue) LED는 소등(off)시킨다.(S6)

도 11은 백라이트 구동부(165) 및 LED 백라이트(166)를 좀더 상세히 나타내었다.

LED 백라이트(166)는 액정표시패널(160) 뒤에서 매트릭스 형태로 배열되며 독립적으로 구동 가능한 적색 LED(166a)들, 녹색 LED(166b)들, 청색 LED(166c)들로 구성된다.

백라이트 구동부(165)는 적색 LED(166a)들을 구동시키는 제1 인버터 회로부(165a), 녹색 LED(166b)들을 구동시키는 제2 인버터 회로부(165b), 청색 LED(166c)들을 구동시키는 제3 인버터 회로부(165c)와, 제1 내지 제3 인버터 회로부(165a,165b,165c)를 제어하는 인버터 제어부(220)를 포함한다.

인버터 제어부(220)는 타이밍 콘트롤러(168)로부터의 LED 백라이트(166)의 온-오프(on-off) 제어신호(D1,D2,D3)를 이용하여 제1 내지 제3 인버터 회로부들(165a 내지 165c)을 제어한다.

따라서, S6 단계에서는 타이밍 콘트롤러(168)로부터 적색 LED(166a)는 턴-온시키고, 녹색 및 청색 LED(166b,166c)는 턴-오프시키는 제어신호(D1,D2,D3)가 인버터 제어부(220)로 공급되면 인버터 제어부(220)는 온-오프 제어신호(D1,D2,D3)를 이용하여 제1 내지 제3 인버터 회로부(165a,165b,175c)를 제어한다. 그 결과, 제1 인버터 회로부(165a)는 적색 LED(166a)를 턴-온시키고, 제2 인버터 회로부(165b)는 녹색 LED(166b)를 턴-오프시키고, 제3 인버터 회로부(165c)는 청색 LED(166c)를 턴-오프시킨다. 이러한, 일련의 구동방법에 따라, 제1 서브 스캐닝 데이터가 액정표시패널(160)의 데이터 라인에 공급되는 경우 적색 LED(166a)로부터의 적색 광이 액정표시패널(160)에 공급된다.

그 결과, 도 10에 도시된 바와 같이 적색 LED(166a)로부터의 적색 광은 블랙 계조가 구현되는 녹색(GREEN) 및 청색(BLUE) 서브화소는 투과하지 못하고 적색(RED) 서브화소 및 백색(WHITE) 서브화소는 투과하여 이미지 정보를 가지는 문서 등(277)에 반사된 후 백색(WHITE) 서브화소의 포토센싱소자(200)로 입사된다. 좀더 정확하게는 도 12에 도시된 바와 같이 적색 LED(166a)로부터의 적색 광은 컬러 이미지 정보를 가지는 문서 등(277) 등에 반사되어 센서 TFT(140)의 채널 영역으로 조사된다.

이와 동시에 도 13의 회로도에 나타낸 바와 같이 제1 구동전압 공급라인(152)으로부터 센서 TFT(140)의 소스전극(110b)에 예를 들어 약, 10V 정도의 구동전압이 인가됨과 아울러 제2 구동전압 공급라인(171)으로부터 센서 TFT(140)의 게이트 전극(108b)에 예를 들어, 약 -5V 정도의 전압이 인가된다. 이에 따라, 센서 TFT(140)의 활성층(114b)에 이미지 정보를 가지는 광이 센싱되면 센싱된 광량에 따라 센서 TFT(140)의 소스전극(110b)에서 활성층(114b)의 채널을 경유하여 드레인전극(112b)으로 흐르는 광전류(Photo Current) 패스가 형성된다. 광전류는 센서 TFT(140)의 드레인전극(112b)에서 제2 스토리지 전극(182)으로 흐르게 된다. 이에 따라, 제2 스토리지 캐패시터(180)를 이루는 제2-1 스토리지 캐패시터(180a), 제2-2 스토리지 캐패시터(180b), 제2-3 스토리지 캐패시터(180c)에 광전류에 의한 전하가 충전되게 된다. 여기서, 제2 스토리지 캐패시터(180)에 최대 충전량은 센서 TFT(140)의 소스전극(110b)과 제2 구동전압 공급라인(171)의 전압차 예를 들어, 15V 정도가 충전될 수 있게 된다.

이와 같이, 센서 TFT(140)가 광을 센싱하고 제2 스토리지 캐패시터(180)에 전하가 충전되는 동안 제2 TFT(170)의 게이트 전극(108c)에는 게이트 로우 전압 예를 들어 -5V 가 인가됨으써 제2 TFT(170)는 턴-오프(off) 상태를 유지하게 된다.

이후, 도 14에 도시된 바와 같이 제2 TFT(170)의 게이트 전극(108c)에 하이 전압 예를 들어, 약 20~25V 정도가 공급되는 제2 TFT(170)가 턴-온이 되면서 제2 스토리지 캐패시터(180)에 충전된 전하에 의한 전류패스가 제2 TFT(170)의 소스전극(110c), 활성층(114c)의 채널, 드레인 전극(112c) 및 리드아웃라인(204)을 경유하여 리드아웃 집적회로(IC)로 공급된다. 이와 같이 공급된 전류 패스에 의한 센싱 신호를 리드아웃 집적회로(IC)에서 읽어내게 됨으로써 제1 서브 스캐닝 기간이 종료된다. 그 결과, 리드아웃 집적회로(IC) 에는 문서 등의 이미지 정보 중 적색컬러에 대한 정보가 저장된다.

도 15 및 도 16은 제2 및 제3 서브 스캐닝에서의 구동 특성을 각각 모식화한 도면이다.

제2 서브 스캐닝에서의 구동 특성은 제1 서브 스캐닝 구동 특성과 비교하여 제2 서브 스캐닝 데이터가 기입(S8)되는 경우, 녹색(GREEN) 및 백색(WHITE) 서브화소에 화이트(white) 데이터 신호가 공급되고, 적색(RED) 및 청색(BLUE) 서브화소에서는 블랙(Black) 데이터 신호가 공급된다. 이와 동시에 LED 백라이트(166)에서는 제2 서브 스캐닝 데이터 신호들에 동기되어 녹색(Green) LED 들만을 점등(on)시키고 적색(Red) 및 청색(Blue) LED는 소등(off)시킨다.(S10)

그 결과, 도 15에 도시된 바와 같이 녹색 LED(166b)로부터의 녹색 광은 블랙 계조가 구현되는 적색(RED) 및 청색(BLUE) 서브화소는 투과하지 못하고 녹색(GREEN) 서브화소 및 백색(WHITE) 서브화소는 투과할 수 있게 된다. 이때 투과된 녹생 광은 이미지 정보를 가지는 컬러 문서 등(277)에 반사된 후 백색(WHITE) 서브화소의 센서 TFT(140)의 채널 영역으로 조사된다.

이와 동시에 도 13 및 도 14에서의 구동 과정이 동일하게 진행됨에 따라 제2 서브 스캐닝 기간이 종료된다. 그 결과, 리드아웃 집적회로(IC) 에는 문서 등의 이미지 정보 중 녹색컬러에 대한 정보가 저장된다.

제3 서브 스캐닝 구동 특성 또한 제1 및 제2 서브 스캐닝 구동 특성과 비교하여 제3 서브 스캐닝 데이터가 기입(S12)되는 경우, 청색(BLUE) 및 백색(WHITE) 서브화소에 화이트(white) 데이터 신호가 공급되고, 적색(RED) 및 녹색(GREEN) 서브화소에서는 블랙(Black) 데이터 신호가 공급된다. 이와 동시에 LED 백라이트(166)에서는 제3 서브 스캐닝 데이터 신호들에 동기되어 청색(Blue) LED 들만을 점등(on)시키고 적색(Red) 및 녹색(Green) LED는 소등(off)시킨다.(S14)

그 결과, 도 16에 도시된 바와 같이 청색 LED(166c)로부터의 청색 광은 블랙 계조가 구현되는 적색(RED) 및 녹색(GREEN) 서브화소는 투과하지 못하고 청색(BLUE) 서브화소 및 백색(WHITE) 서브화소는 투과할 수 있게 된다. 이때 투과된 청색 광은 이미지 정보를 가지는 컬러 문서 등(277)에 반사된 후 백색(WHITE) 서브화소의 센서 TFT(140)의 채널 영역으로 조사된다.

이와 동시에 도 13 및 도 14에서의 구동 과정이 동일하게 진행됨에 따라 제3 서브 스캐닝 기간이 종료된다. 그 결과, 리드아웃 집적회로(IC) 에는 컬러 문서 등의 이미지 정보 중 청색컬러에 대한 정보가 저장됨으로써 제1 내지 제3 서브 스캐닝 기간이 종료되고 제1 내지 제3 서브 스캐닝에 의한 적색, 녹색 및 청색 컬러 정보를 조합하여 이미지 정보를 가지는 컬러 문서의 이미지가 사용자의 필요에 따라 디스플레이될 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따른 액정표시장치가 사용자의 선택에 따라 디스플레이 모드로 전화된 경우(S22), LED 백라이트(166)의 청색(Blue), 적색(Red) 및 녹색(Green) LED를 모두 점등(on)시킨다(S24). 이에 따라, 액정표시패널(160)에는 화상구현을 위한 백색광을 공급함으로써 정상적인 디스플레이소자로서의 기능을 수행할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치는 화상을 구현하는 디스플레이 기능뿐만 아니라 이미지 센싱 능력을 가지게 됨으로써 외부 문서, 터치 등을 입력함과 아울러 컬러문서의 스캔 기능을 모두 가질 수 있게 된다.

이하, 도 17a 내지 도 17e를 참조하여 본 발명에 따른 액정표시장치의 하부 어레이 기판의 제조방법을 구체적으로 살펴 본다.

먼저, 하부기판(142) 상에 스퍼터링 방법 등의 증착방법을 통해 게이트 금속층이 형성된 후 포토리쏘그래피 공정과 식각공정으로 게이트 금속층이 패터닝됨으로써 도 17a에 도시된 바와 같이, 게이트라인(102), 제1 TFT(106)의 게이트전극(108a), 제2 TFT(170)의 게이트 전극(108c), 제1 구동전압 공급라인(152), 제2 구동전압 공급라인(171), 제2 구동전압 공급라인(171)에서 신장된 센서 TFT(140)의 게이트전극(108b) 및 제1 스토리지 하부 전극(121)을 포함하는 게이트 패턴들이 형성된다. 여기서, 제2 구동전압 공급라인(171)은 제1 스토리지 캐패시터(180)의 제1 스토리지 하부전극(121) 및 센서 TFT(140)의 게이트전극(108b)과 일체화된다.

게이트 패턴들이 형성된 하부기판(142) 상에 PECVD 등의 증착방법을 통해 게이트 절연막(144)이 형성된다. 게이트 절연막(144)이 형성된 하부기판(142) 상에 비정질 실리콘층, n+ 비정질 실리콘층이 순차적으로 형성된다.

이후, 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각공정으로 비정질 실리콘층, n+ 비정질 실리콘층이 패터닝됨으로써 도 17b에 도시된 바와 같이 제1, 제2 TFT(106,170) 및 센서 TFT(140)들에 각각 대응되는 반도체 패턴(145a,145b,145c)들이 형성된다. 여기서, 반도체 패턴(145a,145b,145c)들은 활성층(114a,114b,114c) 및 오믹접촉층(148a,148b,148c)의 이중층으로 이루어진다.

반도체 패턴(145a,145b,145c)들이 형성된 하부기판(142) 상에 소스/드레인 금속층이 순차적으로 형성된 후 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정 및 식각공정 등을 이용하여 도 17c에 도시된 바와 같이 데이터 라인(104), 제1 TFT(106)의 소스전극(110a) 및 드레인 전극(112a), 제2 TFT(170)의 소스전극(110c) 및 드레인 전극(112c), 센서 TFT(140)의 소스전극(110b) 및 드레인 전극(112b), 게이트 절연막(144)을 사이에 두고 제1 스토리지 하부전극(121)과 중첩되는 제1 스토리지 상부전극(123), 센서 TFT(140)의 드레인 전극(112b)과 접속된 제2 스토리지 전극(182)을 포함하는 소스/드레인 패턴들이 형성된다.

이후, 소스/드레인 패턴들이 형성된 게이트 절연막(144) 상에 PECVD 등의 증착방법으로 보호막(150)이 전면 형성된 후 포토리쏘그래피 공정과 식각공정으로 패터닝됨으로써 도 17d에 도시된 바와 같이 제1 TFT(106)의 드레인 전극(112a)을 노출시키는 제1 접촉홀(115a), 제1 스토리지 상부전극(123)을 노출시키는 제2 접촉홀(115b), 제1 구동전압 공급라인(152)을 노출시키는 제3 접촉홀(115c), 센서 TFT(140)의 소스전극(110b)을 노출시키는 제4 접촉홀(115d), 제2 스토리지 캐패시 터(180)에서의 제2 구동전압 공급라인(171)을 노출시키는 제5 접촉홀(115e)이 형성된다.

보호막(150) 상에 스퍼터링 등의 증착방법으로 투명전극 물질이 전면 증착된 후 포토리쏘그래피 공정과 식각공정을 통해 투명전극 물질이 패터닝됨으로써 도 17e에 도시된 바와 같이 화소전극(118), 제1 투명전극 패턴(155), 제2 투명전극 패턴(156)이 형성된다.

화소전극(118)은 제1 접촉홀(115a)을 통해 제1 TFT(106)의 드레인 전극(112a)과 접촉됨과 동시에 제2 접촉홀(115b)을 통해 제1 스토리지 상부전극(123)과 접촉된다.

제1 투명전극 패턴(155)은 제3 접촉홀(115c)을 통해 제1 구동전압 공급라인(152)과 접촉됨과 동시에 제4 접촉홀(115d)을 통해 센서 TFT(140)의 소스전극(110b)과 접촉된다.

제2 투명전극 패턴(156)은 제2 스토리지 전극(182)과 일부 중첩됨과 동시에 제5 접촉홀(115e)을 통해 제1 구동전압 공급라인(171) 접촉된다.

이후, 별도의 공정에 의해 상부기판(193) 상에 셀영역을 구획하며 액정표시장치의 구동시 빛샘을 방지하는 블랙 매트릭스(194) 등을 포함하는 상부 어레이 기판(192)이 형성된다. 컬러필터(256)는 블랙 매트릭스(254)가 형성된 상부기판(252) 상에 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정을 이용하여 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue) 컬러필터를 형성하고, 백색을 구현하기 위한 백색 서브화소에는 컬러필터를 형성하지 않게 된다. 이에 따라, 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue) 및 백 색(White)을 구현할 수 있는 컬러필터가 형성될 수 있게 된다. 여기서, TN 모드의 액정표시장치의 경우에는 컬러필터(256) 상에 공통전극(286)이 형성되게 되고, IPS 모드의 경우에는 오버코트 층 등이 형성될 수 있다.

이후, 합착공정에 의해 하부 어레이 기판(190)과 상부 어레이 기판이 액정(197)을 사이에 두고 합착됨으로써 액정표시패널(160)이 형성된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 구동방법은 화상만을 구현할 수 있는 액정표시장치에 문서, 이미지 등을 센싱할 수 있는 센싱 소자를 포함할 수 있게 됨으로써 하나의 액정표시장치를 이용하여 이미지 등을 입력할 수 있을 뿐만 아니라 필요에 따라 입력된 이미지를 화상에 구현할 수 있게 된다. 특히, 액정표시장치에 이미지를 센싱 기능을 부가함으로써 액정표시장치 내로 이미지의 입, 출력이 가능하게 되어 비용면에서도 부피면에서도 매우 큰 장점을 가지게 된다.

더 나아가서, 본원 발명에서는 적색, 녹색, 청색 및 백색을 가지는 화소에서 컬러수지가 형성되지 않는 영역인 백색 화소에 대응되는 영역에 포토 센싱 소자를 위치시킨다. 이와 동시에, 적색, 녹색 및 청색 LED를 순차적으로 점등시킴과 동시에 스캐닝 대상물의 적색 컬러, 녹색 컬러 및 청색 컬러 정보를 검출한 후 각각의 센싱된 검출정보를 이용하여 대상물 전체의 컬러를 스캔 및 센싱할 수 있고 액정표시패널의 화면 상에 디스플레이 할 수 있게 된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (17)

1. 하나의 화소가 적색, 녹색, 청색 및 백색 서브화소를 포함하고 백색 서브화소에는 이미지 정보를 가지는 광을 센싱하는 포토센싱소자가 구비된 액정표시패널과;

   상기 액정표시패널 뒤에 위치하여 상기 액정표시패널에 3원색의 광을 공급하는 백라이트와,

   상기 액정표시패널에 게이트 신호를 공급하는 게이트 구동부와;

   상기 액정표시패널에 데이터 신호를 공급하는 데이터 구동부와;

   상기 액정표시패널의 포토센싱소자가 광을 센싱하는 센서 모드(mode)에서 상기 포토센싱소자에 센싱된 이미지 정보를 리딩(reading)하는 리드아웃 집적회로부와;

   상기 백라이트를 구동시키는 백라이트 구동부와;

   상기 게이트 구동부, 데이터 구동부, 리드아웃 집적회로부 및 백라이트 구동부를 제어하는 제어부를 구비하며,

   상기 백라이트는

   상기 액정표시패널의 포토센싱소자가 광을 센싱하는 센서 모드(mode)인 경우 3 원색의 광을 상기 액정표시패널에 순차적으로 공급하고, 상기 액정표시패널이 디스플레이 모드(mode)인 경우 상기 액정표시패널에 3 원색의 광을 동시에 공급하고, 상기 백라이트는 적색 발광다이오드, 녹색 발광다이오드 및 청색 발광다이오드를 포함하며,

   상기 백라이트 구동부는

   상기 적색 발광다이오드를 구동시키는 제1 인버터 회로부와;

   상기 녹색 발광다이오드를 구동시키는 제2 인버터 회로부와;

   상기 청색 발광다이오드를 구동시키는 제3 인버터 회로부와;

   상기 제어부로부터의 제어신호를 이용하여 상기 제1 내지 제3 인버터 회로를 제어하는 인버터 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 이미지 정보를 가지는 광은

   상기 백라이트에서 출사된 광이 상기 액정표시패널을 경유하여 상기 액정표시패널 앞에 위치하는 이미지 정보를 가지는 대상물에 반사된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
3. 하나의 화소가 적색, 녹색, 청색 및 백색 서브화소를 포함하고 백색 서브화소에는 이미지 정보를 가지는 광을 센싱하는 포토센싱소자가 구비된 액정표시패널과;

   상기 액정표시패널 뒤에 위치하여 상기 액정표시패널에 3원색의 광을 공급하는 백라이트와,

   상기 액정표시패널에 게이트 신호를 공급하는 게이트 구동부와;

   상기 액정표시패널에 데이터 신호를 공급하는 데이터 구동부와;

   상기 액정표시패널의 포토센싱소자가 광을 센싱하는 센서 모드(mode)에서 상기 포토센싱소자에 센싱된 이미지 정보를 리딩(reading)하는 리드아웃 집적회로부와;

   상기 백라이트를 구동시키는 백라이트 구동부와;

   상기 게이트 구동부, 데이터 구동부, 리드아웃 집적회로부 및 백라이트 구동부를 제어하는 제어부를 구비하며,

   상기 백라이트는

   상기 액정표시패널의 포토센싱소자가 광을 센싱하는 센서 모드(mode)인 경우 3 원색의 광을 상기 액정표시패널에 순차적으로 공급하고, 상기 액정표시패널이 디스플레이 모드(mode)인 경우 상기 액정표시패널에 3 원색의 광을 동시에 공급하고, 상기 백라이트는 적색 발광다이오드, 녹색 발광다이오드 및 청색 발광다이오드를 포함하며,

   상기 데이터 구동부는

   상기 포토센싱소자가 이미지 정보를 가지는 광을 센싱하는 경우,

   상기 적색 발광다이오드가 점등되는 제1 기간 동안 상기 적색 및 백색 서브화소에 화이트 데이터를 공급함과 아울러 상기 녹색 및 청색 서브화소에 블랙 데이터를 공급하고,

   상기 녹색 발광다이오드가 점등되는 제2 기간 동안 상기 녹색 및 백색 서브화소에 화이트 데이터를 공급함과 아울러 상기 적색 및 청색 서브화소에 블랙 데이터를 공급하고,

   상기 청색 발광다이오드가 점등되는 제3 기간 동안 상기 청색 및 백색 서브화소에 화이트 데이터를 공급함과 아울러 상기 적색 및 녹색 서브화소에 블랙 데이터를 공급하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
4. 하나의 화소가 적색, 녹색, 청색 및 백색 서브화소를 포함하고 백색 서브화소에는 이미지 정보를 가지는 광을 센싱하는 포토센싱소자가 구비된 액정표시패널과;

   상기 액정표시패널 뒤에 위치하여 상기 액정표시패널에 3원색의 광을 공급하는 백라이트와,

   상기 액정표시패널에 게이트 신호를 공급하는 게이트 구동부와;

   상기 액정표시패널에 데이터 신호를 공급하는 데이터 구동부와;

   상기 액정표시패널의 포토센싱소자가 광을 센싱하는 센서 모드(mode)에서 상기 포토센싱소자에 센싱된 이미지 정보를 리딩(reading)하는 리드아웃 집적회로부와;

   상기 백라이트를 구동시키는 백라이트 구동부와;

   상기 게이트 구동부, 데이터 구동부, 리드아웃 집적회로부 및 백라이트 구동부를 제어하는 제어부를 구비하며,

   상기 백라이트는

   상기 액정표시패널의 포토센싱소자가 광을 센싱하는 센서 모드(mode)인 경우 3 원색의 광을 상기 액정표시패널에 순차적으로 공급하고, 상기 액정표시패널이 디스플레이 모드(mode)인 경우 상기 액정표시패널에 3 원색의 광을 동시에 공급하고, 상기 백라이트는 적색 발광다이오드, 녹색 발광다이오드 및 청색 발광다이오드를 포함하며,

   상기 액정표시패널은

   상기 포토센싱소자가 형성된 하부 어레이 기판과;

   액정을 사이에 두고 상기 하부 어레이 기판과 합착된 상부 어레이 기판을 구비하고,

   상기 하부 어레이 기판은

   하부기판 상에 서로 교차되게 형성되며 각각의 서브화소영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인과;

   상기 게이트 라인 및 데이터 라인의 교차영역에 위치하는 제1 박막 트랜지스터와;

   상기 제1 박막 트랜지스터와 접속되며 상기 서브화소영역에 위치하는 화소전극과;

   상기 화소전극에 충전되는 화소전압을 저장하는 제1 스토리지 캐패시터를 구비하고,

   상기 포토센싱소자는

   상기 이미지 정보를 가지는 광을 수광하는 센서 박막 트랜지스터와;

   상기 게이트 라인과 나란하게 형성되어 상기 센서 박막 트랜지스터에 제1 구동전압을 공급하는 제1 구동전압 공급라인과;

   상기 제1 구동전압 공급라인과 나란하게 형성되어 상기 센서 박막 트랜지스터에 제2 구동전압을 공급하기 위한 제2 구동전압 공급라인과;

   상기 센서 박막 트랜지스터에 의해 센싱된 신호를 저장하기 위한 제2 스토리지 캐패시터와;

   상기 제1 스토리지 캐패시터와 상기 리드아웃 집적회로부 사이에 위치하여 상기 센싱 신호를 선택적으로 상기 집적회로에 공급하기 위한 제2 박막 트랜지스터와;

   제2 박막 트랜지스터로부터의 센싱 신호를 상기 리드아웃 집적회로부에 전달하기 위한 센싱신호전달라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 백라이트 구동부는

   상기 포토센싱소자가 이미지 정보를 가지는 광을 센싱하는 경우 상기 제어부의 제어하에 상기 적색, 녹색 및 청색 발광다이오드를 순차적으로 점등시키고,

   상기 액정표시패널이 디스플레이 모드(mode)인 경우 상기 적색, 녹색 및 청색 발광다이오드를 모두 점등시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 데이터 구동부는

   상기 포토센싱소자가 이미지 정보를 가지는 광을 센싱하는 경우,

   상기 적색 발광다이오드가 점등되는 제1 기간 동안 상기 적색 및 백색 서브화소에 화이트 데이터를 공급함과 아울러 상기 녹색 및 청색 서브화소에 블랙 데이터를 공급하고,

   상기 녹색 발광다이오드가 점등되는 제2 기간 동안 상기 녹색 및 백색 서브화소에 화이트 데이터를 공급함과 아울러 상기 적색 및 청색 서브화소에 블랙 데이터를 공급하고,

   상기 청색 발광다이오드가 점등되는 제3 기간 동안 상기 청색 및 백색 서브화소에 화이트 데이터를 공급함과 아울러 상기 적색 및 녹색 서브화소에 블랙 데이터를 공급하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 리드아웃 집적회로부는

   제1 내지 제3 기간 동안 상기 포토센싱소자로부터 센싱된 컬러 정보들을 저장 및 조합하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
8. 삭제
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 액정표시패널은

   상기 포토센싱소자가 형성된 하부 어레이 기판과;

   액정을 사이에 두고 상기 하부 어레이 기판과 합착된 상부 어레이 기판을 구비하고,

   상기 하부 어레이 기판은

   하부기판 상에 서로 교차되게 형성되며 각각의 서브화소영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인과;

   상기 게이트 라인 및 데이터 라인의 교차영역에 위치하는 제1 박막 트랜지스터와;

   상기 제1 박막 트랜지스터와 접속되며 상기 서브화소영역에 위치하는 화소전극과;

   상기 화소전극에 충전되는 화소전압을 저장하는 제1 스토리지 캐패시터를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 상부 어레이 기판은

    상기 적색, 녹색, 청색 서브화소 각각과 대응되는 영역에 형성된 적색, 녹색 및 청색 컬러필터를 포함하고,

    상기 백색 서브화소와 대응되는 영역에는 컬러필터가 비존재하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 포토센싱소자는

    상기 이미지 정보를 가지는 광을 수광하는 센서 박막 트랜지스터와;

    상기 게이트 라인과 나란하게 형성되어 상기 센서 박막 트랜지스터에 제1 구동전압을 공급하는 제1 구동전압 공급라인과;

    상기 제1 구동전압 공급라인과 나란하게 형성되어 상기 센서 박막 트랜지스터에 제2 구동전압을 공급하기 위한 제2 구동전압 공급라인과;

    상기 센서 박막 트랜지스터에 의해 센싱된 신호를 저장하기 위한 제2 스토리지 캐패시터와;

    상기 제1 스토리지 캐패시터와 상기 리드아웃 집적회로부 사이에 위치하여 상기 센싱 신호를 선택적으로 상기 집적회로에 공급하기 위한 제2 박막 트랜지스터와;

    제2 박막 트랜지스터로부터의 센싱 신호를 상기 리드아웃 집적회로부에 전달 하기 위한 센싱신호전달라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 센서 박막 트랜지스터는

    기판 상에 형성되며 상기 제2 구동전압 공급라인과 접속된 제1 게이트 전극과;

    상기 제1 게이트 전극을 덮도록 형성된 게이트 절연막과;

    상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 제1 게이트 전극과 중첩되는 제1 반도체 패턴과;

    상기 제1 반도체 패턴과 접촉되며 상기 제1 구동전압 공급라인과 전기적으로 접속된 제1 소스전극과;

    상기 제1 소스전극과 마주보는 제1 드레인 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
13. 하나의 화소가 적색, 녹색, 청색 및 백색 서브화소를 포함하고 백색 서브화소에는 이미지 정보를 가지는 광을 센싱하는 포토센싱소자가 구비된 액정표시패널의 앞면 상에 스캐닝 대상물을 정렬하는 단계와;

    순차적으로 상기 액정표시패널을 투과하여 상기 스캐닝 대상물에 순차적으로 반사되어 상기 스캐닝 대상물에서의 제1 내지 제3 컬러 정보를 가지게 되는 3원색의 광들이 상기 포토센싱소자에 순차적으로 센싱되는 단계와;

    상기 포토센싱소자에 센싱된 제1 내지 제3 컬러 정보를 조합하여 상기 대상물의 이미지를 화상에 구현하는 단계를 포함하고,

    상기 3원색의 광들이 상기 포토센싱소자에 순차적으로 센싱되는 단계는

    제1 기간 동안 적색 발광 다이오드가 점등되고 상기 적색 및 백색 서브화소에 화이트 데이터가 공급됨과 아울러 상기 녹색 및 청색 서브화소에 블랙 데이터가 공급되는 단계와;

    상기 적색 발광 다이오드에서의 적색 광이 상기 적색 및 백색 서브화소만을 선택적으로 투과하여 상기 스캐닝 대상물에서 반사된 후 상기 포토센싱소자에 조사되는 단계와;

    제2 기간 동안 녹색 발광 다이오드가 점등되고 상기 녹색 및 백색 서브화소에 화이트 데이터가 공급됨과 아울러 상기 적색 및 청색 서브화소에 블랙 데이터가 공급하는 단계와;

    상기 녹색 발광 다이오드에서의 녹색 광이 상기 녹색 및 백색 서브화소만을 선택적으로 투과하여 상기 스캐닝 대상물에서 반사된 후 상기 포토센싱소자에 조사되는 단계와;

    제3 기간 동안 청색 발광 다이오드가 점등되고 상기 청색 및 백색 서브화소에 화이트 데이터가 공급됨과 아울러 상기 적색 및 녹색 서브화소에 블랙 데이터가 공급되는 단계와;

    상기 청색 발광 다이오드에서의 청색 광이 상기 청색 및 백색 서브화소만을 선택적으로 투과하여 상기 스캐닝 대상물에서 반사된 후 상기 포토센싱소자에 조사되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동방법.
14. 삭제
15. 제 13 항에 있어서,

    상기 제1 컬러는 적색이고, 상기 제2 컬러는 녹색이고, 상기 제3 컬러는 청색인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동방법.
16. 제 13 항에 있어서,

    상기 스캐닝 대상물에서의 제1 내지 제3 컬러 정보를 가지게 되는 3원색의 광들이 상기 포토센싱소자에 순차적으로 센싱되는 단계는,

    상기 제1 내지 제3 컬러 정보를 가지는 광들이 상기 포토센싱소자의 센서 박막 트랜지스터에 순차적으로 조사되는 단계와;

    상기 센서 박막 트랜지스터에 조사된 광은 상기 제1 내지 제3 컬러 정보를 가지는 신호로 순차적으로 변환되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동방법.
17. 제 13 항에 있어서,

    상기 액정표시패널이 디스플레이 모드(mode)인 경우 상기 액정표시패널에 3 원색의 광이 동시에 공급되는 것을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동방법.

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