KR101770550B1 - 표시 장치의 구동 방법 - Google Patents
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Abstract
표시 장치는 매트릭스형으로 배열된 복수의 화소들을 포함하는 화소 어레이 및 화소 어레이가 형성되는 기판과 면하도록 제공되는 백라이트를 갖고, 표시 소자부들 및 광센서부들은 화소들에 형성된다. 표시 장치에 있어서, 이미지를 형성하는 2개의 연속하는 기간들 사이에 삽입되는 블랙 이미지를 표시를 위한 1 프레임 기간 또는 표시 소자부가 이미지를 보유하는 1 프레임 기간에서의 백라이팅 정지 기간에, 광센서부의 축적 동작이 수행되고, 화소들은 각 행마다 선택적으로 선택되고, 광센서부의 신호 전하 축적부의 전위에 대응하는 신호가 출력된다.
Description
본 발명의 실시형태는, 각각 광센서를 갖는 화소들이 매트릭스형으로 배열되는 표시 장치 및 그 표시 장치의 구동 방법과 관련된다. 또한, 본 발명의 실시형태는 표시 장치를 포함하는 전자 장치와 관련된다.
최근에, 광-검출 센서(광센서라고도 함)를 구비한 표시 장치가 주목받고 있다. 표시 영역에서 검출될 대상(예를 들어, 펜 및 손가락)의 터치를 검출할 수 있는, 표시 영역에 광센서를 갖는 표시 장치는 터치 패널, 터치 스크린 등(이하, 간단히 "터치 패널"이라고 함)으로 불린다. 표시 영역에 제공되는 이러한 광센서는 표시 영역이 입력 영역으로도 쓰일 수 있도록 하고; 예로서, 이미지 로딩 기능을 갖는 반도체 장치가 특허문헌 1에 개시되어 있다.
이러한 광센서를 포함하는 표시 장치는 표시 영역과 가까운 손가락 끝 또는 펜촉의 음영을 인지하여 터치 패널로서 기능한다. 그러나, 표시 장치가 백라이트를 포함하는 경우에, 백라이트로부터 전달된 광은 손가락 끝 또는 펜촉에서 반사되고, 광센서는 종종 반사광을 검출한다.
높은 조도를 갖는 외부 광의 경우에, 손가락 끝, 펜촉 등의 음영을 광센서에 대해 인지시키는 것은 쉽다. 그러나, 낮은 조도를 갖는 외부 광의 경우에, 백라이트로부터 방출되어 반사되는 광 및 외부 광의 강도들 간의 차이가 충분하지 않고, 광센서는 손가락 끝, 펜촉 등의 음영을 인지할 수 없으며, 이는 터치 패널로서의 표시 장치의 성능이 불충분하다는 문제점을 야기시킨다.
따라서, 본 명세서에 개시된 본 발명의 실시형태는 상기 문제점을 해결할 수 있는 표시 장치 또는 표시 장치의 구동 방법이다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 실시형태는, 백라이트가 오프될 때, 표시 영역에 포함된 광센서로 검출될 대상의 음영을 인지하는 표시 장치에 관한 것이다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 실시형태는 매트릭스형으로 제공되는 복수의 화소들을 포함하는 화소 어레이, 화소들에 포함되는 표시 소자부들, 화소들에 포함되는 광센서부들, 및 화소 어레이가 형성되는 기판에 면하도록 제공되는 백라이트를 갖는 표시 장치이다. 표시 장치에 있어서, 광센서부는 백라이트가 턴 오프되는 기간 내에 모든 화소들에 대해 전하를 축적한다.
광센서부의 전하 축적 동작은 백라이팅 정지(shutoff)의 기간에 수행되고, 다른 기간에는 수행되지 않는다. 따라서, 광센서는 백라이트로부터 방출되어 반사되는 광을 검출하지 않고, 따라서, 외부 광에 의해 발생된 검출될 대상의 음영이 정확하게 인지될 수 있다. 여기서, 백라이팅 정지 기간은 표시 소자부가 이미지를 보유하고 있는 1 프레임 기간의 부분이다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 실시형태는 매트릭스형으로 제공되는 복수의 화소들을 포함하는 화소 어레이, 화소들에 포함되는 표시 소자부들, 및 화소들에 포함되는 광센서부들을 갖는 표시 장치이다. 표시 장치에 있어서, 광센서부는 표시 소자부가 블랙 이미지(black image)를 표시하는 기간 내에 모든 화소들을 사용함으로써 전하를 축적한다.
여기서, 블랙 이미지의 표시 및 주 이미지의 표시가 교대로 수행된다. "주 이미지"는 표시 장치의 사용자에 의해 의도적으로 표시되는 이미지로서; 예를 들어, 텔레비전 프로그램의 이미지 및 레코딩 매체에 기록된 이미지가 있다는 것을 유념해야 한다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 실시형태는 매트릭스형으로 제공되는 복수의 화소들을 포함하는 화소 어레이, 화소들에 포함되는 표시 소자부들, 화소들에 포함되는 광센서부들, 및 화소 어레이가 형성되는 기판과 면하도록 제공되는 백라이트를 갖는 표시 장치의 구동 방법이다. 표시 장치는 다음 동작을 수행한다: 백라이트를 턴 온하고, 표시 소자부 상에 이미지를 표시하고, 백라이트를 턴 오프하고, 광센서부의 신호 전하 축적부의 전위를 리셋하고, 광센서부의 신호 전하 축적부에 전하를 축적하고, 광센서부의 신호 전하 축적부의 전하를 보유하고, 백라이트를 턴 온하고, 화소가 각 행마다 연속하여 선택된 후에 광센서부의 신호 전하 축적부의 전위에 대응하는 신호를 출력한다.
여기서, 백라이트를 턴 오프하는 것에서부터 신호를 출력하는 것까지의 동작은 표시 소자가 이미지를 보유하는 1 프레임 기간 내에 수행되고, 그에 의해, 광센서의 축적 동작은 모든 프레임 기간들에서 수행될 수 있다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 실시형태는 매트릭스형으로 제공되는 복수의 화소들을 포함하는 화소 어레이, 화소들에 포함되는 표시 소자부들, 및 화소들에 포함되는 광센서부들을 갖는 표시 장치의 구동 방법이다. 표시 장치는 표시 소자부 상에 이미지를 표시하고 표시 소자부 상에 블랙 이미지를 표시하는 동작을 수행한다. 블랙 이미지가 표시 소자부 상에 표시되는 기간에, 표시 장치는 다음 동작을 수행한다: 광센서부의 신호 전하 축적부의 전위를 리셋하고, 광센서부의 신호 전하 축적부에 전하를 축적하고, 광센서부의 신호 전하 축적부의 전하를 보유하고, 화소가 각 행마다 연속하여 선택된 후에 광센서부의 신호 전하 축적부의 전위에 대응하는 신호를 출력한다.
여기서, 표시 소자부에 대한 주 이미지의 표시 및 블랙 이미지의 표시는 교대로 수행된다. 또한, 1 프레임 기간 이하 동안 블랙 이미지가 표시되거나 백라이트가 턴 오프되므로, 표시 장치는 동화상의 잔상들을 감소시키는 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 실시형태에 의하면, 광센서부는 백라이트로부터 방출되어 검출될 대상에 반사되는 적은 광을 검출하므로, 광센서는 외부 광에 의해 발생되는 음영을 정확히 인지할 수 있다. 따라서, 고해상도의 터치 패널이 제공될 수 있다.
도 1은 표시 영역에 표시 소자 및 광센서가 모두 구비되는 표시 장치의 구조를 도시하는 도면.
도 2는 표시 영역에 표시 소자 및 광센서가 모두 구비되는 표시 장치의 구조를 갖는 회로도.
도 3a 및 도 3b는 광센서의 동작들의 타이밍도.
도 4는 광센서의 동작들의 타이밍도.
도 5는 광센서의 동작들의 타이밍도.
도 6은 광센서의 동작들의 타이밍도.
도 7a 내지 도 7c는 각각 롤링 셔터 시스템 및 글로벌 셔터 시스템의 촬상 예들을 도시하는 도면.
도 8a 내지 도 8e는 과학적 계산을 도시하는 도면.
도 9는 광센서의 화소의 회로 구조를 도시하는 도면.
도 10은 광센서의 화소의 회로 구조를 도시하는 도면.
도 11은 광센서의 화소의 회로 구조를 도시하는 도면.
도 12a 및 도 12b는 각각 광센서의 화소 회로의 동작을 도시하는 타이밍도.
도 13은 광센서의 화소의 회로 구조를 도시하는 도면.
도 14a 및 도 14b는 각각 광센서의 화소 회로의 동작을 도시하는 타이밍도.
도 15는 광센서의 화소의 회로 구조를 도시하는 도면.
도 16a 및 도 16b는 각각 광센서의 화소 회로의 동작을 도시하는 타이밍도.
도 17은 광센서의 화소의 회로 구조를 도시하는 도면.
도 18은 광센서의 화소 회로의 동작을 도시하는 타이밍도.
도 19는 광센서의 화소의 회로 구조를 도시하는 도면.
도 20은 광센서의 화소 회로의 동작을 도시하는 타이밍도.
도 21은 표시 영역에 표시 소자 및 광센서가 모두 구비되는 표시 장치의 단면도.
도 22는 표시 영역에 표시 소자 및 광센서가 모두 구비되는 표시 장치의 단면도.
도 23은 표시 영역에 표시 소자 및 광센서가 모두 구비되는 표시 장치의 단면도.
도 24는 표시 영역에 표시 소자 및 광센서가 모두 구비되는 표시 장치의 단면도.
도 25는 전자 장치의 구체적인 예를 도시하는 도면.
도 26은 표시 장치의 구조를 도시하는 도면.
도 27a 내지 도 27d는 각각 전자 장치의 구체적인 예를 도시하는 도면.
도 28은 광센서의 화소의 회로 구조를 도시하는 도면.
도 29는 광센서의 화소의 회로 구조를 도시하는 도면.
도 2는 표시 영역에 표시 소자 및 광센서가 모두 구비되는 표시 장치의 구조를 갖는 회로도.
도 3a 및 도 3b는 광센서의 동작들의 타이밍도.
도 4는 광센서의 동작들의 타이밍도.
도 5는 광센서의 동작들의 타이밍도.
도 6은 광센서의 동작들의 타이밍도.
도 7a 내지 도 7c는 각각 롤링 셔터 시스템 및 글로벌 셔터 시스템의 촬상 예들을 도시하는 도면.
도 8a 내지 도 8e는 과학적 계산을 도시하는 도면.
도 9는 광센서의 화소의 회로 구조를 도시하는 도면.
도 10은 광센서의 화소의 회로 구조를 도시하는 도면.
도 11은 광센서의 화소의 회로 구조를 도시하는 도면.
도 12a 및 도 12b는 각각 광센서의 화소 회로의 동작을 도시하는 타이밍도.
도 13은 광센서의 화소의 회로 구조를 도시하는 도면.
도 14a 및 도 14b는 각각 광센서의 화소 회로의 동작을 도시하는 타이밍도.
도 15는 광센서의 화소의 회로 구조를 도시하는 도면.
도 16a 및 도 16b는 각각 광센서의 화소 회로의 동작을 도시하는 타이밍도.
도 17은 광센서의 화소의 회로 구조를 도시하는 도면.
도 18은 광센서의 화소 회로의 동작을 도시하는 타이밍도.
도 19는 광센서의 화소의 회로 구조를 도시하는 도면.
도 20은 광센서의 화소 회로의 동작을 도시하는 타이밍도.
도 21은 표시 영역에 표시 소자 및 광센서가 모두 구비되는 표시 장치의 단면도.
도 22는 표시 영역에 표시 소자 및 광센서가 모두 구비되는 표시 장치의 단면도.
도 23은 표시 영역에 표시 소자 및 광센서가 모두 구비되는 표시 장치의 단면도.
도 24는 표시 영역에 표시 소자 및 광센서가 모두 구비되는 표시 장치의 단면도.
도 25는 전자 장치의 구체적인 예를 도시하는 도면.
도 26은 표시 장치의 구조를 도시하는 도면.
도 27a 내지 도 27d는 각각 전자 장치의 구체적인 예를 도시하는 도면.
도 28은 광센서의 화소의 회로 구조를 도시하는 도면.
도 29는 광센서의 화소의 회로 구조를 도시하는 도면.
이하, 본 발명의 실시형태들이 첨부 도면들을 참조하여 상세히 기술된다. 그러나, 본 발명은 이하의 설명으로 제한되지 않고, 당업자들은 본원에 개시된 형태들 및 세부사항들이 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 방식들로 수정될 수 있다는 것을 쉽게 이해한다. 따라서, 본 발명은 실시형태들의 설명으로 제한되는 것으로 해석되지 않는다. 실시형태들을 예시하기 위한 도면들에 있어서, 동일한 부분들 또는 유사한 기능을 갖는 부분들은 동일한 참조 부호들로 표기되고, 그 부분들의 설명은 반복되지 않는다는 것을 유념해야 한다.
(실시형태 1)
이 실시형태에 있어서, 본 발명의 실시형태인 백라이트를 갖는 투과형 액정 표시 장치가 도면들을 참조하여 기술된다. 도 1은 투과형 액정 표시 장치의 구조의 예를 도시한다.
표시 장치(100)는 화소 어레이(101), 표시 소자 제어 회로(102), 및 광센서 제어 회로(103)를 포함한다. 화소 어레이(101)는 매트릭스형으로 배열되는 복수의 화소들(104)을 포함한다. 각 화소(104)는, 예를 들어, 표시 소자부(105) 및 광센서부(106)를 포함한다.
광센서부(106)는 촬상을 위해 제공되지만, 광센서부를 모든 화소들에 제공할 필요는 없다. 광센서부들은 목적에 따라 형성될 수도 있다.
도 1에 도시되어 있는 표시 소자 제어 회로(102)는 표시 소자부들(105)을 제어하기 위한 회로이고, (비디오-데이터 신호선들과 같은) 소스 신호선들을 통해 표시 소자부들(105)에 신호를 입력하는 표시 소자 구동 회로(107) 및 게이트 신호선들(주사선들)을 통해 표시 소자부들(105)에 신호를 입력하는 표시 소자 구동 회로(108)를 포함한다.
예를 들어, 주사선에 접속된 표시 소자 구동 회로(108)는 특정 행에 위치된 화소에 포함된 표시 소자를 선택하는 기능을 갖는다. 또한, 신호선에 접속된 표시 소자 구동 회로(107)는 선택된 행에 위치된 화소에 포함된 표시 소자에 미리 결정된 전위를 인가하는 기능을 갖는다. 표시 소자 구동 회로(108)로부터 게이트 신호선에 고전위가 인가되는 표시 소자부에서, 트랜지스터가 턴 온되고 표시 소자 구동 회로(107)로부터 소스 신호선에 인가된 전위가 표시 소자부에 공급된다는 것을 유념해야 한다.
광센서 제어 회로(103)는 광센서부(106)를 제어하기 회로이고, 광센서 출력 신호선(이하, 출력 신호선이라고 함), 광센서 기준 신호선(이하, 기준 신호선이라고 함) 등과 같은 신호선들의 광센서 판독 회로(109), 및 리셋 신호선, 행 선택용 게이트 신호선(이하, 선택 신호선이라고 함) 등과 같은 주사선들의 광센서 구동 회로(110)를 포함한다.
광센서 구동 회로(110)는, 특정 행에 있는 화소들 각각에 포함되는 광센서부(106)에 대해, 이하 기술되는 리셋 동작, 축적 동작 및 선택 동작을 수행하는 기능을 갖는다. 또한, 광센서 판독 회로(109)는 행에서의 선택된 화소들에 포함된 광센서부들의 출력 신호들을 추출하는 기능을 갖는다. 광센서 판독 회로(109)는, 광센서부들의 출력인 아날로그 신호가 OP 증폭기에 의해 외부로 아날로그 신호로서 추출되는 시스템; 또는 출력이 A/D 변환기 회로에 의해 디지털 신호로 변환된 다음 외부로 추출되는 시스템을 가질 수 있다는 것을 유념해야 한다.
화소(104)의 회로도가 도 2를 참조하여 기술된다. 이 실시형태에서의 트랜지스터들 및 배선들은 편의에 따라 명명되어 있다는 것을 유념해야 한다. 트랜지스터들 및 배선들의 기능들이 기술된다면 어떠한 명칭들도 허용 가능하다.
먼저, 표시 소자부(105)가 기술된다.
트랜지스터(201)의 게이트는 게이트 신호선(215)에 전기적으로 접속되고, 트랜지스터(201)의 소스 및 드레인 중 하나는 소스 신호선(216)에 전기적으로 접속되고, 트랜지스터(201)의 소스 및 드레인 중 다른 하나는 보유 커패시터(202)의 전극들 중 하나 및 액정 소자(203)의 전극들 중 하나에 전기적으로 접속된다. 보유 커패시터(202)의 다른 하나의 전극 및 액정 소자(203)의 다른 하나의 전극은 각각 미리 결정된 전위로 보유된다. 액정 소자(203)는 한 쌍의 전극들 사이에 제공되는 액정층을 포함하는 소자이다.
트랜지스터(201)는 보유 커패시터(202)로/로부터 전하의 투입 또는 배출을 제어하는 기능을 갖는다. 예를 들어, 게이트 신호선(215)에 고전위가 인가될 때, 소스 신호선(216)의 전위가 보유 커패시터(202) 및 액정 소자(203)에 인가된다. 보유 커패시터(202)는 액정 소자(203)에 인가된 전압에 대응하는 전하를 보유하는 기능을 갖는다.
이미지 표시는, 액정 소자(203)를 통과하는 광의 콘트라스트(그레이스케일)가, 액정 소자(203)에 전압을 인가함으로써 편광 방향이 변경되는 현상을 이용함으로써 이루어지도록 하는 방식으로 실현된다.
비정질 실리콘, 미결정 실리콘, 다결정 실리콘 등의 반도체층이 또한 사용될 수 있지만, 트랜지스터(201)에는 산화물 반도체가 사용되는 것이 바람직하다. 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터에 있어서, 극히 낮은 오프-상태 전류 특성들을 보이며; 따라서, 전하를 보유하는 기능이 향상될 수 있다.
다음에, 광센서부(106)가 기술된다.
포토다이오드(204)는 화소에 입사되는 광의 양에 따라 전류를 발생시킨다. 증폭 트랜지스터(207)는 신호 전하 축적부(210)(FD)의 전위에 대응하는 신호를 출력한다. 전하 축적 제어 트랜지스터(205)는 포토다이오드(204)에 의해 수행되는 신호 전하 축적부(210)에서의 전하 축적을 제어한다. 리셋 트랜지스터(206)는 신호 전하 축적부(210)의 전위의 초기화를 제어한다. 선택 트랜지스터(208)는 판독시 화소의 선택을 제어한다. 신호 전하 축적부(210)는 전하 보유 노드이고, 포토다이오드(204)가 받아들이는 광의 양에 따라서 변화는 전하를 보유한다.
전하 축적 제어 신호선(213)은 전하 축적 제어 트랜지스터(205)를 제어하는 신호선이다. 리셋 신호선(214)은 리셋 트랜지스터(206)를 제어하는 신호선이다. 선택 신호선(209)은 선택 트랜지스터(208)를 제어하는 신호선이다. 출력 신호선(211)은 증폭 트랜지스터(207)에 의해 발생된 신호의 출력 목적지로서 작용하는 신호선이다. 전원 공급선(230)은 전원 전압을 공급하는 신호선이다. 기준 신호선(212)은 기준 전위를 설정하는 신호선이다.
전하 축적 제어 트랜지스터들(205)의 게이트는 전하 축적 제어 신호선(213)에 접속되고, 전하 축적 제어 트랜지스터들(205)의 소스 및 드레인 중 하나는 포토다이오드(204)의 캐소드에 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 하나는 신호 전하 축적부(210)에 접속된다. 또한, 포토다이오드(204)의 애노드는 기준 신호선(212)에 접속된다. 여기서, 전하 보유 커패시터가 신호 전하 축적부(210) 및 기준 신호선(212) 사이에 접속될 수도 있다.
실질적인 신호 전하 축적부는 트랜지스터의 소스 영역 또는 드레인 영역 근처에 있는 공핍층의 커패시턴스, 증폭 트랜지스터의 게이트 커패시턴스 등이지만; 신호 전하 축적부는 편의상 본 명세서에서 회로도의 일부로서 기술되어 있다는 것을 유념해야 한다. 따라서, 배치의 설명은 회로도에 따라야 한다.
증폭 트랜지스터(207)의 게이트는 신호 전하 축적부(210)에 접속되고, 증폭 트랜지스터(207)의 소스 및 드레인 중 하나는 전원 공급선(230)에 접속되고, 증폭 트랜지스터(207)의 소스 및 드레인 중 다른 하나는 선택 트랜지스터(208)의 소스 및 드레인 중 하나에 접속된다.
리셋 트랜지스터(206)의 게이트는 리셋 신호선(214)에 접속되고, 리셋 트랜지스터(206)의 소스 및 드레인 중 하나는 전원 공급선(230)에 접속되고, 리셋 트랜지스터(206)의 소스 및 드레인 중 다른 하나는 신호 전하 축적부(210)에 접속된다.
선택 트랜지스터(208)의 게이트는 선택 신호선(209)에 접속되고, 선택 트랜지스터(208)의 소스 및 드레인 중 다른 하나는 출력 신호선(211)에 접속된다.
다음에, 광센서부(106)의 각 소자의 구조가 기술된다.
포토다이오드(204)는 PN 접합 또는 PIN 접합을 갖는 실리콘 반도체를 사용하여 형성될 수 있다. 여기서는, 비정질 실리콘을 사용하여 i-형 반도체층이 형성되는 PIN 포토다이오드가 사용된다. 비정질 실리콘은 가시광 파장 영역에서 광 흡수성들을 갖기 때문에, 적외선 커트 필터가 제공될 필요가 없고; 따라서, 비정질 실리콘은 저비용으로 형성될 수 있다. 대조적으로, 결정성 실리콘은 가시광 파장 영역 외에 적외선 파장 영역에서 광 흡수성들을 갖기 때문에, PIN 포토다이오드의 i-형 반도체층이 결정성 실리콘을 사용하여 형성되고 적외선 투과 필터와 조합될 때, 적외선들만이 검출될 수 있다.
전하 축적 제어 트랜지스터(205), 리셋 트랜지스터(206), 증폭 트랜지스터(207), 및 선택 트랜지스터(208)는 또한 실리콘 반도체를 사용하여 형성될 수 있지만, 이들은 바람직하게 산화물 반도체를 사용하여 형성된다. 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터는 매우 낮은 오프-상태 전류를 갖는다.
특히, 신호 전하 축적부(210)에 접속되는 전하 축적 제어 트랜지스터(205) 및 리셋 트랜지스터(206)가 큰 누설 전류를 갖는다면, 전하가 신호 전하 축적부(210)에 보유될 수 있는 시간은 충분하지 않고; 따라서, 적어도 트랜지스터들은 산화물 반도체를 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터가 트랜지스터들에 사용될 때, 트랜지스터를 통한 원치 않는 전하의 누출이 방지될 수 있다.
산화물 반도체에 있어서, 화학식 InMO3(ZnO) m (m>0)으로 표현되는 박막이 사용될 수 있다. 여기서, M은 Zn, Ga, Al, Mn 및 Co로부터 선택되는 하나 이상의 금속 원소들을 나타낸다. 예를 들어, M은 Ga, Ga 및 Al, Ga 및 Mn, Ga 및 Co 등일 수 있다. 트랜지스터는 산화물 반도체를 사용하여 형성되기 때문에, 오프-상태 전류가 극도로 감소될 수 있다.
다음에, 광센서 판독 회로(109)에 포함된 프라차지 회로가 기술된다. 도 2에서, 화소들의 1 열에 대한 프라차지 회로(300)는 트랜지스터(301), 보유 커패시터(302), 및 프라차지 신호선(303)을 포함한다. 여기서는, p-채널 트랜지스터가 트랜지스터(301)로서 사용된다. OP 증폭기 또는 A/D 변환기 회로가 프리차지 회로(300)의 후속 단에 접속될 수 있다는 것을 유념해야 한다.
프리차지 회로(300)에 있어서, 화소의 광센서부의 동작 이전에, 출력 신호선(211)의 전위가 기준 전위로 설정된다. 도 2의 구성에서, 트랜지스터(301)가 턴 온되도록 프리차지 신호선(303)의 전위가 저 레벨로 설정됨으로써, 출력 신호선(211)의 전위가 기준 전위(여기서는 고 전위)로 설정될 수 있다. 출력 신호선(211)의 전위가 안정화되도록 보유 커패시터(302)가 출력 신호선(211)에 제공된다. 출력 신호선(211)이 큰 기생 커패시턴스를 갖는다면, 보유 커패시터(302)가 반드시 필요한 것은 아니라는 점을 유념해야 한다. 기준 전위는 저 전위로 설정될 수도 있다는 것을 유념해야 한다. 그 경우에, 트랜지스터(301)로서 n-채널 트랜지스터를 사용함으로써 프리차지 신호선(303)의 전위는 고 레벨로 설정되고, 그에 의해, 출력 신호선(211)의 전위는 저 전위로 설정될 수 있다.
다음에, 도 3a 및 도 3b의 타이밍도들을 참조하여, 이 실시형태의 표시 장치에 제공되는 광센서의 판독 동작들이 기술된다.
도 3a 및 도 3b에 있어서, 전하 축적 제어 신호선(213)의 전위(513), 리셋 신호선(214)의 전위(514), 선택 신호선(209)의 전위(509), 신호 전하 축적부(210)의 전위(510), 출력 신호선(211)의 전위(511), 및 프리차지 신호선(303)의 전위(503)가 위에서부터 순서대로 도시되어 있다.
먼저, 도 3a에 따른 동작 모드가 기술된다.
시간(231)에 전하 축적 제어 신호선(213)의 전위(513)가 고 레벨로 설정된 다음, 시간(232)에 리셋 신호선(214)의 전위(514)가 고 레벨로 설정될 때, 신호 전하 축적부(210)의 전위(510)는 전원 공급선(230)의 전위로 초기화되어 리셋 전위가 된다. 이것은 리셋 동작의 시작이다.
프리차지 신호선(303)의 전위(503)가 저 레벨로 설정될 때, 출력 신호선(211)의 전위(511)는 고 레벨로 프리차지된다.
시간(233)에 리셋 신호선(214)의 전위(514)는 저 레벨로 설정되고, 리셋 동작이 종료된다. 이때, 신호 전하 축적부(210)의 전위(510)가 보유되고, 역 바이어스 전압이 포토다이오드(204)에 인가된다. 이 단계는 축적 동작의 시작이 된다. 이어서, 광량에 대응하는 역방향 전류가 포토다이오드(204)에 흐르고, 신호 전하 축적부(210)의 전위(510)가 변한다.
이어서, 프리차지 신호선(303)의 전위(503)가 고 레벨로 설정되고, 출력 신호선(211)의 프리차지가 종료된다. 프리차지는 선택 트랜지스터(208)가 턴 온되기 전이면 언제라도 종료될 수 있다.
시간(234)에 전하 축적 제어 신호선(213)의 전위(513)가 저 레벨로 설정될 때, 신호 전하 축적부(210)로부터 포토다이오드(204)로의 전하의 이동이 중단되고, 축적 동작이 종료된다. 또한, 신호 전하 축적부(210)의 전위(510)는 특정 값으로 보유된다.
시간(235)에 선택 신호선(209)의 전위(509)가 고 레벨로 설정될 때, 선택 동작이 시작되고 출력 신호선(211)의 전위(511)가 신호 전하 축적부의 전위(510)에 따라 변한다.
시간(236)에 선택 신호선(209)의 전위(509)가 저 레벨로 설정될 때, 출력 신호선(211)의 전위(511)는 특정 값을 갖는다. 이 단계에서, 선택 동작 및 판독 동작이 종료된다. 그 후에, 시간(231)에서의 동작이 수행되고 동일한 동작들이 반복되어, 촬상 이미지가 형성될 수 있다.
다음에, 도 3b에 따른 동작 모드가 기술된다.
시간(231)에 전하 축적 제어 신호선(213)의 전위(513)가 고 레벨로 설정되고, 시간(232)에 리셋 신호선(214)의 전위(514)가 고 레벨로 설정될 때, 신호 전하 축적부(210)의 전위(510) 및 포토다이오드(204)의 캐소드의 전위는 전원 공급선(230)의 전위로 초기화되어, 리셋 전위가 된다. 이것은 리셋 동작의 시작이다.
프리차지 신호선(303)의 전위(503)가 저 레벨로 설정될 때, 출력 신호선(211)의 전위(511)는 고 레벨로 프리차지된다.
시간(237)에 전하 축적 제어 신호선(213)의 전위(513)가 저 레벨로 설정되고, 시간(238)에 리셋 신호선(214)의 전위(514)가 저 레벨로 설정될 때, 리셋 동작이 종료되고; 따라서, 역 바이어스가 인가되는 포토다이오드(204)에 광량에 대응하는 역방향 전류가 흐름으로써, 포토다이오드(204)의 캐소드의 전위가 변한다.
시간(233)에 전하 축적 제어 신호선(213)의 전위(513)가 고 레벨로 설정될 때, 신호 전하 축적부(210)의 전위(510) 및 포토다이오드(204)의 캐소드 간의 전위차에 의해 전류가 흐르고, 신호 전하 축적부(210)의 전위(510)가 변한다.
그 이후의 단계들은 도 3a에 따른 동작 모드와 동일하다.
리셋 동작, 축적 동작 및 선택 동작이 화소 매트릭스의 행마다 차례로 반복되어 각 화소로부터의 출력이 판독됨으로써, 표시 패널에 터치되거나 가까이 있는 검출될 대상이 촬상될 수 있다.
상기 일련의 동작들은 포토다이오드(204)의 캐소드가 전하 축적 제어 트랜지스터(205)의 소스 및 드레인 중 하나에 접속되는 경우의 예이다. 출력 신호를 발생시키는 이러한 동작은 또한 포토다이오드(204)의 애노드가 전하 축적 제어 트랜지스터(205)의 소스 및 드레인 중 하나에 접속되는 경우에 수행될 수 있다.
상기 일련의 동작들에 따르면, 신호 전하 축적부(210)의 전위(510)는 고 레벨로 초기화되고 포토다이오드(204)에 조사되는 광에 의해 발생된 역방향 전류에 의해 방전되고, 증폭 트랜지스터(207)를 통해 출력 신호가 결정된다.
한편, 포토다이오드(204)가 반대로 접속되는 경우에, 신호 전하 축적부(210)의 전위(510)는 저 레벨로 초기화되고 포토다이오드(204)에 광을 전달함으로써 발생되는 역방향 전류로 충전되어, 증폭 트랜지스터(207)를 통해 출력 신호가 결정된다.
모든 화소들에서의 축적 동작 및 판독 동작의 시스템으로서, 다음의 두 시스템들이 공지되어 있다: 롤링 셔터 시스템 및 글로벌 셔터 시스템. 본 발명의 일 실시형태에서는, 롤링 셔터 시스템도 채택될 수 있지만; 글로벌 셔터 시스템이 바람직하게 사용된다.
글로벌 셔터 시스템에 의해, 특히, 대상이 고속으로 이동할 때에도 왜곡 없이 이미지가 촬상될 수 있고, 이는 축적 동작이 실질적으로 모든 화소들에서 동시에 수행될 수 있기 때문이다. 대상은 터치 패널의 경우에도 움직이고, 표시 영역에서 정확한 위치 정보를 얻기 위해 글로벌 셔터 시스템이 사용되는 것이 바람직하다.
이 실시형태에서 기술되는 광센서를 포함하는 표시 장치는 화소 신호들이 각 행마다 순차적으로 판독되는 CMOS 센서형 시스템을 갖는다. 따라서, 글로벌 셔터 시스템이 사용될 때, 축적 동작의 종료로부터 선택 동작의 시작까지의 기간들은 화소들에 따라 다르다. 또한, 전하 보유 기간이 길어질수록, 전하의 유출로 인해 신호가 악화되고 어떤 경우들에는 이미지가 정상적으로 촬상될 수 없다.
그러나, 본 발명의 실시형태에 있어서, 전하의 축적을 위한 신호 전하 축적부에 접속되는 트랜지스터에 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터가 사용되어, 전하의 유출이 가능한 한 많이 억제될 수 있다. 상술된 것과 같이, 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터는 극히 낮은 오프-상태 전류를 나타내고; 따라서, 포토다이오드에 전달된 광량과 무관하게, 원치 않는 전류의 누설이 방지될 수 있다. 따라서, 글로벌 셔터 시스템이 쉽게 구동될 수 있다.
본 발명의 실시형태에서의 표시 장치는 백라이트를 구비한 투과형 액정 표시 장치이다. 따라서, 광센서는 백라이트로부터 방출되어 검출될 대상을 반사하는 광을 검출하고, 종종 그 대상의 음영은 인지하지 않는다.
이 문제를 해결하기 위해서, 본 발명의 실시형태에서는 백라이트가 정지되고, 광센서의 축적 동작이 정지 기간 동안 수행된다. 구동 방법에 의해, 광센서는 백라이트로부터 방출되어 대상에 반사되는 광을 검출하지 않고, 그에 의해, 터치 패널의 오인이 방지될 수 있다.
여기서, 표시 장치의 성능을 저하시키지 않기 위해서 백라이팅 정지 기간은 아주 짧은 것이 바람직하다. 백라이팅 정지는 표시 소자부가 이미지를 보유하고 있는 1 프레임 기간의 부분에서 수행된다. 아주 짧은 시간 내에 광센서의 축적 동작을 수행하기 위해서는, 상기 글로벌 셔터 시스템이 더욱 바람직하다. 롤링 셔터 시스템도 사용될 수 있지만, 백라이팅 정지 기간이 길어지지 않도록 하기 위해서 이미지가 고속으로 촬상되는 것이 필요하다는 점을 유념해야 한다.
또한, 백라이팅 정지는 표시 장치의 표시 특성들을 향상시키는 효과를 제공할 수 있다.
액정 표시 장치는 동화상을 표시할 때 잔상이 발생한다는 문제점이 있다. 액정 표시 장치의 동화상 특성들을 개선시키는 방법으로서, 블랙 프레임 삽입이라고 하는 구동 기술이 공지되어 있으며, 여기서, 블랙은 전체 스크린 상에 다른 프레임 기간마다 또는 1 프레임 기간의 부분에 표시된다.
액정 소자의 구동 방법은 홀드형이고, 동일한 이미지가 1 프레임 기간 동안 보유된다. 따라서, 사람의 눈은 다음 프레임이 오기 직전까지 동일한 이미지를 보게 됨으로써, 잔상들을 인지하게 된다. 잔상들을 제거하기 위한 한가지 방법은, 잔상들을 제거하기 위해 블랙 이미지가 삽입되는 블랙 프레임 삽입 기술이다.
블랙 프레임 삽입의 한가지 구체적인 방법은 백라이팅 정지이다. 따라서, 본 발명의 실시형태에 있어서, 터치 패널의 오인이 방지되고, 동화상 표시 특성들이 개선될 수 있다.
1 프레임 기간 동안 블랙 이미지를 표시하는 방법에 의해, 광센서의 축적 동작이 이 기간 동안 수행될 수도 있다. 이 경우에, 백라이팅 정지는 필요하지 않다. 블랙 이미지를 표시할 때 액정 소자를 통해 적은 백라이트가 통과하기 때문에, 백라이트로부터 방출되어 대상에 반사되는 광이 그 프레임 기간에는 발생되지 않는다. 따라서, 블랙 이미지가 표시되는 프레임 기간 내에 광센서의 축적 동작을 수행함으로써 터치 패널의 오인이 방지될 수 있다. 블랙 이미지 및 주 이미지는 교대로 표시되며, 그에 의해, 상술된 것과 같이 블랙 프레임 삽입의 효과가 얻어질 수 있고; 따라서, 동화상 표시 특성들이 개선될 수 있다는 것을 유념해야 한다.
다음에, 백라이팅 정지 동작을 포함한, 도 2의 광센서부(106)를 포함하는 표시 장치의 촬상 동작이 도 4의 타이밍도를 참조하여 기술된다. 촬상 동작은 글로벌 셔터 시스템에서 구동되지만 롤링 셔터 시스템에서도 구동될 수 있다는 것을 유념해야 한다.
먼저, 시간(4721)에 또는 시간(4721) 전에 백라이트가 턴 오프된다.
제 1 전하 축적 제어 신호선 내지 n-번째 전하 축적 제어 신호선의 모든 선들의 전위들(4701 내지 4705)이 동시에 고 레벨로 설정될 때, 제 1 행 내지 n-번째 행에서의 화소들의 축적 동작이 시작된다.
제 1 전하 축적 제어 신호선 내지 n-번째 전하 축적 제어 신호선의 모든 선들의 전위들(4701 내지 4705)이 시간(4722)에 동시에 저 레벨로 설정될 때, 제 1 행 내지 n-번째 행에서의 화소들의 축적 동작이 완료된다.
이어서, 백라이트가 턴 온된다. 여기서, 백라이트가 정지되는 기간(4720)은, 기간(4720)이 적어도 시간(4721) 내지 시간(4722)의 기간을 포함한다면 허용 가능하고, 다음 판독 동작의 기간을 포함할 수도 있다.
시간(4723)에 제 1 선택 신호선의 전위(4711)가 고 레벨로 설정될 때, 제 1 행의 화소들을 판독하는 동작이 시작된다.
시간(4724)에, 제 1 선택 신호선의 전위(4711)가 저 레벨로 설정되고 제 2 선택 신호선의 전위(4712)가 고 레벨로 설정될 때, 제 1 행의 화소들을 판독하는 동작이 완료되고 제 2 행의 화소들을 판독하는 동작이 시작된다.
시간(4725)에, 제 2 선택 신호선의 전위(4712)가 저 레벨로 설정되고 제 3 선택 신호선의 전위(4713)가 고 레벨로 설정될 때, 제 2 행의 화소들을 판독하는 동작이 완료되고 제 3 행의 화소들을 판독하는 동작이 시작된다.
시간(4726)에 제 3 선택 신호선의 전위(4713)가 저 레벨로 선택될 때, 제 3 행의 화소들을 판독하는 동작이 완료된다.
시간(4727)에 (n-1)번째 선택 신호선의 전위(4714)가 고 레벨로 설정될 때, (n-1)번째 행의 화소들을 판독하는 동작이 시작된다.
시간(4728)에, (n-1)번째 선택 신호선의 전위(4714)가 저 레벨로 설정되고 n-번째 선택 신호선의 전위(4715)가 고 레벨로 설정될 때, (n-1)번째 행의 화소들을 판독하는 동작이 완료되고 n-번째 행의 화소들을 판독하는 동작이 시작된다.
시간(4729)에 n-번째 선택 신호선의 전위(4715)가 저 레벨로 설정될 때, n-번째 행의 화소들을 판독하는 동작이 완료된다. 그 후에, 시간(4721)에서의 동작이 수행되고 동일한 동작들이 반복되어, 고 인지 촬상의 표시 장치가 제공될 수 있다.
상기 단계들을 통해, 본 발명의 실시형태에서는, 글로벌 셔터 시스템이 사용되고 광센서의 축적 동작시 백라이트가 정지되어, 대상이 더욱 정확히 검출될 수 있다. 또한, 백라이팅 정지 방법에 의해, 모든 연속하는 프레임들에서 광센서의 축적 동작이 수행될 수 있고 터치 패널의 인지 정확도가 개선될 수 있다.
또한, 블랙 이미지가 표시되는 프레임 기간 내에 광센서의 축적 동작을 수행함으로써 대상이 더 정확히 검출될 수 있다. 이 경우에, 동작은 도 4를 참조하여 기술된 동작과 유사하지만, 백라이팅 정지는 필요하지 않다. 또한, 이 방법은 축적 시간이 긴 롤링 셔터 시스템을 구동하는데 효과적이다.
또한, 백라이팅 정지 또는 블랙 이미지 표시의 삽입은 블랙 프레임 삽입 효과라고 하는 것을 표시 장치에 제공할 수 있고, 그에 의해, 동화상 표시 특성들이 개선될 수 있다.
이 실시형태는 임의의 다른 실시형태들 또는 예시들과 적절히 조합하여 구현될 수 있다.
(실시형태 2)
이 실시형태에 있어서, 촬상 장치의 축적 동작 및 판독 동작의 시스템들이 기술된다. 본 발명의 실시형태의 표시 장치는 광센서부 및 촬상 장치의 기능을 포함한다는 것을 유념해야 한다.
촬상 장치의 축적 동작 및 판독 동작의 시스템으로서, 다음 두 시스템들이 공지되어 있다: 롤링 셔터 시스템 및 글로벌 셔터 시스템. 이들 시스템들의 차이들은 전하 축적 제어 신호선의 전위 및 선택 신호선의 전위를 사용하여 간략히 기술된다.
도 5는 롤링 셔터 시스템이 사용되는 경우의 타이밍도이다. 먼저, 제 1 전하 축적 제어 신호선의 전위(3001)는 고 레벨로 설정되고, 광량에 대응하는 전하가 축적 기간(311)에 제 1 행의 화소의 신호 전하 축적부에 축적된다. 다음에, 제 1 전하 축적 제어 신호선의 전위(3001)가 저 레벨로 설정되고, 전하 보유 기간(312) 후에, 제 1 선택 신호선의 전위(3501)가 고 레벨로 설정된다. 축적 전위에 대응하는 전압이 기간(313)에 판독된 후에, 제 1 선택 신호선의 전위(3501)가 저 레벨로 설정된다.
기간(313)에, 제 2 전하 축적 제어 신호선의 전위(3002)가 고 레벨로 설정되고, 광량에 대응하는 전하가 제 2 행의 화소의 신호 전하 축적부에 축적된다. 다음에, 제 2 전하 축적 제어 신호선의 전위(3002)가 저 레벨로 설정되고, 전하 보유 기간(314) 후에, 제 2 선택 신호선의 전위(3502)가 고 레벨로 설정된다. 축적 전위에 대응하는 전압이 기간(315)에 판독된 후에, 제 2 선택 신호선의 전위(3502)가 저 레벨로 설정된다.
유사하게, 마지막 행이, 예를 들어, 480번째 행일 때, 제 3 전하 축적 제어 신호선의 전위(3003)로부터 480번째 전하 축적 제어 신호선의 전위(3480)로의 전위들 및 제 3 선택 신호선의 전위(3503)로부터 480번째 전하 축적 제어 신호선의 전위(3980)로의 전위들이 순차적으로 제어되고, 그에 의해, 모든 화소들에서의 판독 동작이 수행된다. 이 방식에서, 1 프레임의 판독이 완료된다.
롤링 셔터 시스템에서, 화소의 신호 전하 축적부에 대한 전하 축적이 행마다 수행되고; 따라서, 전하 축적의 타이밍은 행마다 다르다. 다시 말해서, 롤링 셔터 시스템은, 전하의 축적 동작이 동시에 모든 화소들에서 수행되지 않고 행마다 축적 동작의 시간 차가 발생하는 시스템이다. 축적 동작부터 판독 동작까지의 전하 보유 기간은 모든 행들에서 동일하다는 것을 유념해야 한다.
다음에, 글로벌 셔터 시스템이 도 6의 타이밍도를 사용하여 기술된다. 상술된 예와 유사하게, 마지막 행이 480번째 행일 때, 제 1 행의 제 1 전하 축적 제어 신호선의 전위(4001)로부터 480번째 행의 480번째 전하 축적 제어 신호선의 전위(4480)까지의 전위들이 동시에 고 레벨들로 설정되고, 그에 의해, 전하의 축적 동작이 동시에 기간(401)에 모든 화소들에서 수행된다. 전하 보유 기간(402) 이후의 기간(403)에, 제 1 선택 신호선의 전위(4501)가 고 레벨로 설정되고, 제 1 행의 화소가 선택되고, 축적 전위에 대응하는 전압이 출력된다.
다음에, 선택 신호선의 전위(4501)가 저 레벨로 설정된다. 전하 보유 기간(404) 이후의 기간(405)에, 제 2 선택 신호선의 전위(4502)가 고 레벨로 설정되고, 제 2 행의 화소가 선택되고, 축적 전위에 대응하는 전압이 출력된다.
그 후에, 각 행의 판독이 순차적으로 수행된다. 마지막 행에서, 전하 보유 기간(406) 이후에 480번째 선택 신호선(4980)의 전위가 고 레벨로 설정되고, 480번째 행의 화소가 선택되고, 축적 전위에 대응하는 전압이 출력된다. 이 방식으로, 1 프레임의 판독이 완료된다.
글로벌 셔터 시스템에 있어서, 신호 전하 축적부에 대한 전하 축적의 타이밍은 모든 화소들에서 동일하다. 전하 축적 동작부터 판독 동작까지의 시간 기간은 행마다 다르고, 마지막 행의 판독까지의 전하 보유 기간(406)이 가장 길다는 것을 유념해야 한다.
상술된 것과 같이, 글로벌 셔터 시스템은, 모든 화소들에서 전하 축적의 시간 차가 없기 때문에, 움직임이 있는 대상에 대한 왜곡없이 이미지가 촬상될 수 있다는 이점이 있다. 그러나, 전하 보유 기간이 더 길고; 따라서, 롤링 셔터 시스템에 비해, 전하 축적 제어 트랜지스터 또는 리셋 트랜지스터 등의 오프-상태 전류로 인한 누설에 센서가 쉽게 영향을 받는다는 문제점이 있다.
다음에, 롤링 셔터 시스템 및 글로벌 셔터 시스템을 사용하는 촬상의 예들이 도 7a 내지 도 7c를 참조하여 기술된다. 여기서, 대상이 빠르게 움직이는 경우의 예로서, 도 7a에 도시되어 있는 것과 같이 움직이는 자동차의 이미지가 촬상되는 경우가 고려된다.
롤링 셔터 시스템이 사용되는 경우에, 화소의 전하 축적의 타이밍은 행마다 다르고; 따라서, 이미지 상부의 촬상 및 이미지 하부의 촬상이 동시에 수행될 수 없고, 도 7b에 도시되어 있는 것과 같이 이미지는 왜곡된 대상으로 발생된다. 롤링 셔터 시스템에 있어서, 촬상 이미지의 왜곡은 빠르게 움직이는 대상이 인지될 때 특히 증가하고; 따라서, 대상의 실제 형상의 이미지를 촬상하는 것은 어렵다.
반대로, 글로벌 셔터 시스템이 사용되는 경우에, 화소의 전하 축적 타이밍은 모든 화소들에서 동일하다. 따라서, 전체 이미지는 순간적으로 촬상될 수 있고; 따라서, 도 7c에 도시되어 있는 것과 같이 왜곡 없는 이미지가 촬상될 수 있다. 글로벌 셔터 시스템은 빠르게 움직이는 대상의 이미지를 촬상하기 위한 우수한 시스템이다.
상술된 것과 같이, 롤링 셔터 시스템이 아니라 글로벌 셔터 시스템이 빠르게 움직이는 대상의 이미지를 촬상하는데 적합하다는 것을 알게 되었다. 실리콘 반도체를 포함하는 종래의 트랜지스터의 큰 오프-상태 전류로 인해, CMOS 이미지 센서에서, 롤링 셔터 시스템에서 글로벌 셔터 시스템으로 변경하는 것만으로는 정상적인 이미지가 촬상될 수 없다는 것을 유념해야 한다.
이 문제를 해결하기 위해서, 신호 전하 축적부에 접속된 트랜지스터에 오프-상태 전류가 낮은 트랜지스터가 사용되는 것이 바람직하다. 극히 낮은 오프-상태 전류를 갖는 트랜지스터로서, 산화물 반도체 등을 포함하는 트랜지스터가 제공된다.
다음에, 이미지에 대한 과학적 계산 결과들이 기술된다. 과학적 계산을 위해 사용되는 대상은 도 8a에 도시되어 있는 회전자로서 작용하는 3개의 블레이드들을 갖는 이미지이다. 이들 3개의 블레이드들은 접속점을 중심 축으로서 사용하여 회전할 수 있다. 이 과학적 계산은 3개의 회전하는 블레이드들의 이미지가 촬상될 때 1 프레임에 대한 이미지를 얻는 것을 목적으로 한다.
과학적 계산을 위해 사용되는 소프트웨어는 C 언어로 작성된 이미지 처리 소프트웨어로, 화상을 만들기 위해, 이미지 센서의 각 화소에서의 전하 축적 동작 및 판독 동작의 타이밍 및 행마다 신호 전하 축적부로부터의 누출량을 계산하기 위해 사용된다.
도 8b 내지 도 8e는 과학적 계산 결과들을 도시한다. 과학적 계산 결과는 다음의 네 가지 조건들에서 수행되었다는 것을 유념해야 한다.
제 1 조건은 도 28에 도시되어 있는 화소 회로를 갖고 롤링 셔터 시스템을 구동하는 VGA 이미지 센서(광센서)이다. 도 28의 화소 회로 구조에 있어서, 전하 축적 제어 트랜지스터(803), 리셋 트랜지스터(804), 증폭 트랜지스터(802), 및 선택 트랜지스터(805)는 실리콘 반도체를 포함하는 트랜지스터들이다.
제 2 조건은 도 28의 화소 회로를 갖고 글로벌 셔터 시스템을 구동하는 VGA 이미지 센서이다. 회로의 구조는 제 1 조건과 같고, 셔터 시스템만이 다르다.
제 3 조건은 도 29의 화소 회로를 갖고 롤링 셔터 시스템을 구동하는 VGA 이미지 센서이다. 도 29의 화소 회로 구조는 기본적으로 도 2의 광센서부(106)의 화소 회로와 같지만, 전하 축적 제어 트랜지스터(903) 및 리셋 트랜지스터(904)는 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터들인데 반해, 증폭 트랜지스터(902) 및 선택 트랜지스터(905)는 실리콘 반도체를 포함하는 트랜지스터들이다.
제 4 조건은 도 29의 화소 회로를 갖고 글로벌 셔터 시스템을 구동하는 VGA 이미지 센서이다. 회로의 구조는 제 3 조건과 같고, 셔터 시스템만이 다르다.
도 28 및 도 29의 화소 회로들에서 실리콘 반도체를 포함하는 각 트랜지스터는 3㎛의 채널 길이(L), 5㎛의 채널 폭(W), 및 20㎚의 게이트 절연막의 두께(d)를 갖는다는 것을 유념해야 한다. 또한, 산화물 반도체를 포함하는 각 트랜지스터는 3㎛의 채널 길이(L), 5㎛의 채널 폭(W), 및 200㎚의 게이트 절연막의 두께(d)를 갖는다.
또한, 촬상 주파수는 60㎐로 설정되었고, 실리콘 반도체를 포함하는 트랜지스터의 전기적 특성들은 Icut=10㎀를 만족하였고, 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터의 전기적 특성들은 Icut=0.1aA를 만족하였다. 이 실시형태에서 용어 Icut은, 게이트 전압이 0 V로 설정되고 드레인 전압이 5 V로 설정될 때 소스 및 드레인 사이에 흐르는 전류량을 의미한다.
도 8a에 도시되어 있는 3개의 블레이드들의 회전 운동의 조건은 시계방향으로 640rpm으로 설정되었다. 회전수가 640rpm일 때, 3개의 블레이드들은 롤링 셔터의 축적 동작시에 1 프레임(1/60s) 동안 약 60도만큼 회전한다는 것을 유념해야 한다.
(트랜지스터들은 단지 실리콘 반도체 트랜지스터들이고, 롤링 셔터 시스템이 구동되는) 제 1 조건의 경우에, 화소의 신호 전하 축적부에 전하를 축적하기 위한 타이밍은 각 행마다 다르고; 따라서, 도 8b에 도시되어 있는 것과 같이 이미지에 왜곡이 발생한다.
(트랜지스터들은 단지 실리콘 반도체 트랜지스터들이고, 글로벌 셔터 시스템이 구동되는) 제 2 조건의 경우에, 그레이스케일의 변화가 도 8c에 도시되어 있는 것과 같이 나타나며, 이는 전하 축적 제어 트랜지스터(803) 및 리셋 트랜지스터(804)의 오프-상태 전류로 인한 전하 누출에 의해 야기된다. 전하 보유 기간은 하측의 마지막 행에 가까울수록 길어지고; 따라서, 변화는 주목할 만하게 된다.
(전하 축적 제어 트랜지스터 및 리셋 트랜지스터가 산화물 반도체 트랜지스터들이고, 롤링 셔터 시스템이 구동되는) 제 3 조건의 경우에, 도 8d에 도시되어 있는 것과 같이 이미지가 왜곡되고, 이는 제 1 조건의 경우와 유사하다.
(전하 축적 제어 트랜지스터 및 리셋 트랜지스터가 산화물 반도체 트랜지스터들이고, 글로벌 셔터 시스템이 구동되는) 제 4 조건의 경우에, 도 8a에서처럼, 도 8e에 도시되어 있는 것과 같이, 트랜지스터의 오프-상태 전류로 인한 전하 누출이 적고 그레이스케일이 적절히 표시된다.
도 8b 내지 도 8e에 도시되어 있는 결과들로부터, 롤링 셔터 시스템은 도 9 또는 도 10 중 어느 하나의 화소 회로에서 이미지 왜곡을 유발하고, 이미지의 왜곡 및 오프-상태 전류 간에 강한 상관은 존재하지 않는다는 것을 알게 되었다. 다시 말해서, 이미지의 왜곡을 감소시키기 위해서, 화소의 신호 전하 축적부에서 전하를 축적하기 위한 타이밍이 모든 화소들에서 똑같은 글로벌 셔터 시스템을 구동하는 것이 효과적이다.
그러나, 회로가 실리콘 반도체를 포함하는 종래의 트랜지스터를 사용하여 형성될 때, 글로벌 셔터 시스템은, 전하 축적 제어 트랜지스터 및 리셋 트랜지스터의 오프-상태 전류로 인한 전하 누출 때문에 그레이스케일이 변한다는 문제점이 있다는 것을 알게 되었다.
한편, 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터가 전하 축적 제어 트랜지스터 및 리셋 트랜지스터에 사용되는 경우에, 극히 낮은 오프-상태 전류에 의해 전하가 흐르는 것이 방지되고 그레이스케일이 정확히 표시된다는 것을 알게 되었다. 따라서, 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터가 구비된 화소 회로를 갖는 촬상 장치는 글로벌 셔터 시스템을 쉽게 구동시킬 수 있다.
이 실시형태는 임의의 다른 실시형태들 또는 예시들과 조합되어 적절히 구현될 수 있다.
(실시형태 3)
이 실시형태에 있어서, 본 발명의 일 실시형태인 표시 장치의 광센서부의 회로 구조가 기술된다.
본 발명의 실시형태의 표시 장치에 있어서, 다양한 회로들이 광센서부에 사용될 수 있다. 이 실시형태에서는, 실시형태 1의 도 2에 도시되어 있는 광센서부(106)의 회로 구조 이외의 회로 구조가 기술된다.
이 실시형태에서 기술되는 트랜지스터 및 배선들의 명칭들은 편의상 명명되었고; 따라서, 트랜지스터들 및 배선들의 기능들이 기술된다면 어떠한 명칭들도 허용 가능하다는 것을 유념해야 한다.
도 9는, 도 2의 광센서부(106)와 유사한, 4개의 트랜지스터들의 화소 회로 구조이다. 화소 회로는 포토다이오드(1601), 증폭 트랜지스터(1602), 전하 축적 제어 트랜지스터(1603), 리셋 트랜지스터(1604), 및 선택 트랜지스터(1605)로 형성된다. 도 9의 회로 구조는 선택 트랜지스터(1605)의 위치에서 도 1과는 다르다.
전하 축적 제어 트랜지스터(1603)의 게이트는 전하 축적 제어 신호선(1613)에 접속되고, 전하 축적 제어 트랜지스터(1603)의 소스 및 드레인 중 하나는 포토다이오드(1601)의 캐소드에 접속되고, 전하 축적 제어 트랜지스터(1603)의 소스 및 드레인 중 다른 하나는 신호 전하 축적부(1612)에 접속된다. 포토다이오드(1601)의 애노드는 기준 신호선(1631)에 접속된다.
증폭 트랜지스터(1602)의 게이트는 신호 전하 축적부(1612)에 접속되고, 증폭 트랜지스터(1602)의 소스 및 드레인 중 하나는 선택 트랜지스터(1605)의 소스 및 드레인 중 하나에 접속되고, 증폭 트랜지스터(1602)의 소스 및 드레인 중 다른 하나는 출력 신호선(1620)에 접속된다.
리셋 트랜지스터(1604)의 게이트는 리셋 신호선(1614)에 접속되고, 리셋 트랜지스터(1604)의 소스 및 드레인 중 하나는 전원 공급선(1630)에 접속되고, 리셋 트랜지스터(1604)의 소스 및 드레인 중 다른 하나는 신호 전하 축적부(1612)에 접속된다.
선택 트랜지스터(1605)의 게이트는 선택 신호선(1615)에 접속되고, 선택 트랜지스터(1605)의 소스 및 드레인 중 다른 하나는 전원 공급선(1630)에 접속된다. 여기서, 전하 보유 커패시터가 신호 전하 축적부(1612) 및 기준 신호선(1631) 사이에 접속될 수도 있다.
다음에, 도 9의 화소 회로를 형성하는 소자들의 기능들이 기술된다. 포토다이오드(1601)는 화소에 입사되는 광의 양에 따라 전류를 발생시킨다. 증폭 트랜지스터(1602)는 신호 전하 축적부(1612)의 전위에 대응하는 신호를 출력한다. 전하 축적 제어 트랜지스터(1603)는 포토다이오드(1601)에 의해 수행되는 신호 전하 축적부(1612)에서의 전하 축적을 제어한다. 리셋 트랜지스터(1604)는 신호 전하 축적부(1612)의 전위의 초기화를 제어한다. 선택 트랜지스터(1605)는 판독시 화소의 선택을 제어한다. 신호 전하 축적부(1612)는 전하 보유 노드이고, 포토다이오드(1601)가 받아들이는 광의 양에 의존하여 변하는 전하를 보유한다.
전하 축적 제어 신호선(1613)은 전하 축적 제어 트랜지스터(1603)를 제어하는 신호선이다. 리셋 신호선(1614)은 리셋 트랜지스터(1604)를 제어하는 신호선이다. 선택 신호선(1615)은 선택 트랜지스터(1605)를 제어하는 신호선이다. 출력 신호선(1620)은 증폭 트랜지스터(1602)에 의해 발생되는 신호의 출력 목적지로서 작용하는 신호선이다. 전원 공급선(1630)은 전원 전압을 공급하는 신호선이다. 기준 신호선(1631)은 기준 전위를 설정하는 신호선이다.
도 9에 도시되어 있는 화소 회로의 동작은 실시형태 1에서 기술된 도 2의 광센서부(106)의 화소 회로의 동작과 유사하다.
다음에, 도 10에 도시되어 있는 3개의 트랜지스터들의 화소 회로 구조가 기술된다. 화소 회로는 포토다이오드(1701), 증폭 트랜지스터(1702), 전하 축적 제어 트랜지스터(1703), 및 리셋 트랜지스터(1704)로 형성된다.
전하 축적 제어 트랜지스터(1703)의 게이트는 전하 축적 제어 신호선(1713)에 접속되고, 전하 축적 제어 트랜지스터(1703)의 소스 및 드레인 중 하나는 포토다이오드(1701)의 캐소드에 접속되고, 전하 축적 제어 트랜지스터(1703)의 소스 및 드레인 중 다른 하나는 신호 전하 축적부(1712)에 접속된다. 포토다이오드(1701)의 애노드는 기준 신호선(1731)에 접속된다.
증폭 트랜지스터(1702)의 게이트는 신호 전하 축적부(1712)에 접속되고, 증폭 트랜지스터(1702)의 소스 및 드레인 중 하나는 전원 공급선(1730)에 접속되고, 증폭 트랜지스터(1702)의 소스 및 드레인 중 다른 하나는 출력 신호선(1720)에 접속된다.
리셋 트랜지스터(1704)의 게이트는 리셋 신호선(1714)에 접속되고, 리셋 트랜지스터(1704)의 소스 및 드레인 중 하나는 전원 공급선(1730)에 접속되고, 리셋 트랜지스터(1704)의 소스 및 드레인 중 다른 하나는 신호 전하 축적부(1712)에 접속된다. 여기서, 전하 보유 커패시터가 신호 전하 축적부(1712) 및 기준 신호선(1731) 사이에 접속될 수도 있다.
다음에, 도 10의 화소 회로를 형성하는 소자들의 기능들이 기술된다. 포토다이오드(1701)는 화소에 입사되는 광의 양에 따라 전류를 발생시킨다. 증폭 트랜지스터(1702)는 신호 전하 축적부(1712)의 전위에 대응하는 신호를 출력한다. 전하 축적 제어 트랜지스터(1703)는 포토다이오드(1701)에 의해 수행되는 신호 전하 축적부(1712)에서의 전하 축적을 제어한다. 리셋 트랜지스터(1704)는 신호 전하 축적부(1712)의 전위의 초기화를 제어한다. 신호 전하 축적부(1712)는 전하 보유 노드이고, 포토다이오드(1701)가 받아들이는 광의 양에 의존하여 변하는 전하를 보유한다.
전하 축적 제어 신호선(1713)은 전하 축적 제어 트랜지스터(1703)를 제어하는 신호선이다. 리셋 신호선(1714)은 리셋 트랜지스터(1704)를 제어하는 신호선이다. 출력 신호선(1720)은 증폭 트랜지스터(1702)에 의해 발생되는 신호의 출력 목적지로서 작용하는 신호선이다. 전원 공급선(1730)은 전원 전압을 공급하는 신호선이다. 기준 신호선(1731)은 기준 전위를 설정하는 신호선이다.
도 10과는 다른, 3개의 트랜지스터들의 화소 회로 구조가 도 11에 도시되어 있다. 화소 회로는 포토다이오드(3801), 증폭 트랜지스터(3802), 전하 축적 제어 트랜지스터(3803), 및 리셋 트랜지스터(3804)를 포함한다.
전하 축적 제어 트랜지스터(3803)의 게이트는 전하 축적 제어 신호선(3813)에 접속되고, 전하 축적 제어 트랜지스터(3803)의 소스 및 드레인 중 하나는 포토다이오드(3801)의 캐소드에 접속되고, 전하 축적 제어 트랜지스터(3803)의 소스 및 드레인 중 다른 하나는 신호 전하 축적부(3812)에 접속되다. 포토다이오드(3801)의 애노드는 기준 신호선(3831)에 접속된다.
증폭 트랜지스터(3802)의 게이트는 신호 전하 축적부(3812)에 접속되고, 증폭 트랜지스터(3802)의 소스 및 드레인 중 하나는 전원 공급선(3830)에 접속되고, 증폭 트랜지스터(3802)의 소스 및 드레인 중 다른 하나는 출력 신호선(3820)에 접속된다.
리셋 트랜지스터(3804)의 게이트는 리셋 신호선(3814)에 접속되고, 리셋 트랜지스터(3804)의 소스 및 드레인 중 하나는 리셋 전원 공급선(3832)에 접속되고, 리셋 트랜지스터(3804)의 소스 및 드레인 중 다른 하나는 신호 전하 축적부(3812)에 접속된다. 여기서, 전하 보유 커패시터가 신호 전하 축적부(3812) 및 기준 신호선(3831) 사이에 접속될 수도 있다.
다음에, 도 11의 화소 회로를 형성하는 소자들의 기능들이 기술된다. 포토다이오드(3801)는 화소에 입사되는 광의 양에 따라 전류를 발생시킨다. 증폭 트랜지스터(3802)는 신호 전하 축적부(3812)의 전위에 대응하는 신호를 출력한다. 전하 축적 제어 트랜지스터(3803)는 포토다이오드(3801)에 의해 수행되는 신호 전하 축적부(3812)에서의 전하 축적을 제어한다. 리셋 트랜지스터(3804)는 신호 전하 축적부(3812)의 전위의 초기화를 제어한다. 신호 전하 축적부(3812)는 전하 보유 노드이고, 포토다이오드(3801)가 받아들이는 광의 양에 의존하여 변하는 전하를 보유한다.
전하 축적 제어 신호선(3813)은 전하 축적 제어 트랜지스터(3803)를 제어하는 신호선이다. 리셋 신호선(3814)은 리셋 트랜지스터(3804)를 제어하는 신호선이다. 출력 신호선(3820)은 증폭 트랜지스터(3802)에 의해 발생되는 신호의 출력 목적지로서 작용하는 신호선이다. 리셋 전원 공급선(3832)은 전원 공급선(3830)과는 다른 전원 공급선이고, 리셋 전원 공급선(3832)은 전원 공급선(3830)의 전위와는 다른 신호 전하 축적부(3812)의 전위를 초기화할 수 있다. 전원 공급선(3830)은 전원 전압을 공급하는 신호선이다. 기준 신호선(3831)은 기준 전위를 설정하는 신호선이다.
다음에, 도 10 및 도 11의 화소 회로들의 동작들이 도 12a 및 도 12b에 도시되어 있는 타이밍도들을 사용하여 기술된다. 도 10에 도시되어 있는 회로의 동작은 도 11에 도시되어 있는 것과 기본적으로 동일하고; 따라서, 여기에서는 도 10의 구조가 기술된다는 것을 유념해야 한다.
도 12a 및 도 12b의 간단한 설명을 위해서, 전하 축적 제어 신호선(1713)의 전위(3913) 및 리셋 신호선(1714)의 전위(3914)는 두 레벨들 사이에서 변하는 신호들이다. 각 전위는 아날로그 신호이기 때문에, 전위는 실제로 두 레벨들로 제한하지 않고 상황들에 따라 다양한 레벨들을 가질 수 있다는 것을 유념해야 한다.
먼저, 도 12a에 따른 동작 모드가 기술된다.
시간(3930)에 전하 축적 제어 신호선(1713)의 전위(3913)는 고 레벨로 설정된다. 다음에, 시간(3931)에 전하 축적 제어 신호선(1714)의 전위(3914)가 다시 고 레벨로 설정될 때, 리셋 트랜지스터(1704)의 소스 및 드레인 중 하나에 접속된 전원 공급선(1730)의 전위가 신호 전하 축적부(1712)의 전위(3912)로서 공급된다. 이들 단계들은 리셋 동작이라고 한다.
시간(3932)에 리셋 신호선(1714)의 전위(3914)가 저 레벨로 설정될 때, 신호 전하 축적부의 전위(3912)는 전원 공급선(1730)의 전위와 같은 전위를 보유하고, 그에 의해, 역 바이어스가 포토다이오드(1701)에 인가된다. 이 단계에서, 축적 동작이 시작된다.
이어서, 광량에 대응하는 역방향 전류가 포토다이오드(1701)에 흐르기 때문에, 신호 전하 축적부(1712)에 축적된 전하량은 광량에 따라 변한다. 동시에, 신호 전하 축적부(1712)의 전위(3912)에 따라 전원 공급선(1730)으로부터 출력 신호선(1720)으로 전하가 공급된다. 이 단계에서, 판독 동작이 시작된다.
시간(3933)에 전하 축적 제어 신호선(1713)의 전위(3913)가 저 레벨로 설정될 때, 신호 전하 축적부(1712)로부터 포토다이오드(1701)로의 전하의 이동이 중단되고, 그에 의해, 신호 전하 축적부(1712)에 축적된 전하량이 결정된다. 여기서, 축적 동작이 종료된다.
이어서, 전원 공급선(1730)으로부터 출력 신호선(1720)으로의 전하 공급이 중단되고, 출력 신호선의 전위(3920)가 결정된다. 여기서, 판독 동작이 종료된다.
다음에, 도 12b에 따른 동작 모드가 기술된다.
시간(3930)에 전하 축적 제어 신호선(1713)의 전위(3913)가 고 레벨로 설정된다. 다음에, 시간(3931)에 리셋 신호선(1714)의 전위(3914)가 고 레벨로 설정될 때, 신호 전하 축적부(1712)의 전위(3912) 및 포토다이오드(1701)의 캐소드의 전위가 리셋 트랜지스터(1704)의 소스 및 드레인 중 하나에 접속된 전원 공급선(1730)의 전위로 초기화된다. 이들 단계들은 리셋 동작이라고 한다.
시간(3934)에 전하 축적 제어 신호선(1713)의 전위(3913)가 저 레벨로 설정되고, 시간(3935)에 리셋 신호선(1714)의 전위(3914)가 저 레벨로 설정될 때, 리셋 동작은 종료되고; 따라서, 역 바이어스가 인가되는 포토다이오드에 광량에 대응하는 역방향 전류가 흐르고, 그에 의해, 포토다이오드(1701)의 캐소드의 전위가 변한다.
시간(3932)에 전하 축적 제어 신호선(1713)의 전위(3913)가 다시 고 레벨로 설정될 때, 신호 전하 축적부(1712)의 전위(3912) 및 포토다이오드(1701)의 캐소드의 전위 간의 전위차에 의해 전류가 흐르고, 신호 전하 축적부(1712)의 전위(3912)가 변한다.
그 이후의 단계들은 도 12a에 따른 동작 모드와 같다.
다음에, 상술된 것과는 다른, 3개의 트랜지스터들의 화소 회로 구조가 도 13에서 기술된다. 화소 회로는 포토다이오드(2001), 증폭 트랜지스터(2002), 전하 축적 제어 트랜지스터(2003), 및 리셋 트랜지스터(2004)로 형성된다. 포토다이오드(2001)의 애노드는 기준 신호선(2031)에 접속된다.
전하 축적 제어 트랜지스터(2003)의 게이트는 전하 축적 제어 신호선(2013)에 접속되고, 전하 축적 제어 트랜지스터(2003)의 소스 및 드레인 중 하나는 포토다이오드(2001)의 캐소드에 접속되고, 전하 축적 제어 트랜지스터(2003)의 소스 및 드레인 중 다른 하나는 신호 전하 축적부(2012)에 접속된다.
증폭 트랜지스터(2002)의 게이트는 신호 전하 축적부(2012)에 접속되고, 증폭 트랜지스터(2002)의 소스 및 드레인 중 하나는 전원 공급선(2030)에 접속되고, 증폭 트랜지스터(2002)의 소스 및 드레인 중 다른 하나는 출력 신호선(2020)에 접속된다.
리셋 트랜지스터(2004)의 게이트는 리셋 신호선(2014)에 접속되고, 리셋 트랜지스터(2004)의 소스 및 드레인 중 하나는 신호 전하 축적부(2012)에 접속되고, 리셋 트랜지스터(2004)의 소스 및 드레인 중 다른 하나는 출력 신호선(2020)에 접속된다. 여기서, 전하 보유 커패시터가 신호 전하 축적부(2012) 및 기준 신호선(2031) 사이에 접속될 수도 있다.
다음에, 도 13의 화소 회로를 형성하는 소자들의 기능들이 기술된다. 포토다이오드(2001)는 화소에 입사되는 광의 양에 따라 전류를 발생시킨다. 증폭 트랜지스터(2002)는 신호 전하 축적부(2012)의 전위에 대응하는 신호를 출력한다. 전하 축적 제어 트랜지스터(2003)는 포토다이오드(2001)에 의해 수행되는 신호 전하 축적부(2012)에서의 전하 축적을 제어한다. 리셋 트랜지스터(2004)는 신호 전하 축적부(2012)의 전위의 초기화를 제어한다. 신호 전하 축적부(2012)는 전하 보유 노드이고, 포토다이오드(2001)가 받아들이는 광의 양에 의존하여 변하는 전하를 보유한다.
전하 축적 제어 신호선(2013)은 전하 축적 제어 트랜지스터(2003)를 제어하는 신호선이다. 리셋 신호선(2014)은 리셋 트랜지스터(2004)를 제어하는 신호선이다. 출력 신호선(2020)은 증폭 트랜지스터(2002)에 의해 발생되는 신호의 출력 목적지로서 작용하는 신호선이다. 전원 공급선(2030)은 전원 전압을 공급하는 신호선이다. 기준 신호선(2031)은 기준 전위를 설정하는 신호선이다.
다음에, 도 13의 화소 회로들의 동작들이 도 14a 및 도 14b에 도시되어 있는 타이밍도들을 사용하여 기술된다.
도 14a 및 도 14b의 간단한 설명을 위해서, 전하 축적 제어 신호선(2013)의 전위(2113) 및 리셋 신호선(2014)의 전위(2114)는 두 레벨들 사이에서 변하는 신호들이다. 각 전위는 아날로그 신호이기 때문에, 전위는 실제로 두 레벨들에 대한 제한 없이 상황들에 따라 다양한 레벨들을 가질 수 있다는 것을 유념해야 한다.
먼저, 도 14a에 따른 동작 모드가 기술된다.
시간(2130)에 전하 축적 제어 신호선(2013)의 전위(2113)는 고 레벨로 설정된다. 다음에, 시간(2131)에 리셋 신호선(2014)의 전위(2114)가 고 레벨로 설정될 때, 리셋 트랜지스터(2004)의 소스 및 드레인 중 다른 하나에 접속된 출력 신호선(2020)의 전위(2120)로부터 신호 전하 축적부(2012)로 리셋 전위가 신호 전하 축적부(2012)의 전위(2112)로서 공급된다. 이들 단계들은 리셋 동작이라고 한다.
시간(2132)에 리셋 신호선(2014)의 전위(2114)가 저 레벨로 설정될 때, 신호 전하 축적부(2012)의 전위(2112)는 리셋 전위를 보유하고, 그에 의해, 역 바이어스가 포토다이오드(2001)에 인가된다. 이 단계에서, 축적 동작이 시작된다.
이어서, 광량에 대응하는 역방향 전류가 포토다이오드(2001)에 흐르기 때문에, 신호 전하 축적부(2012)에 축적된 전하량은 광량에 따라 변한다. 동시에, 신호 전하 축적부(2012)의 전위(2112)에 따라서 전원 공급선(2030)으로부터 출력 신호선(2020)으로 전하가 공급된다. 이 단계에서, 판독 동작이 시작된다.
시간(2133)에 전하 축적 제어 신호선(2013)의 전위(2113)가 저 레벨로 설정될 때, 신호 전하 축적부(2012)로부터 포토다이오드(2001)로의 전하의 이동이 중단되고, 그에 의해, 신호 전하 축적부(2012)에 축적된 전하량이 결정된다. 여기서, 축적 동작이 종료된다.
이어서, 전원 공급선(2030)으로부터 출력 신호선(2020)으로의 전하 공급이 중단되고, 출력 신호선의 전위(2120)가 결정된다. 여기서, 판독 동작이 종료된다.
다음에, 도 14b에 따른 동작 모드가 기술된다.
시간(2130)에 전하 축적 제어 신호선(2013)의 전위(2113)가 고 레벨로 설정된다. 다음에, 시간(2131)에 리셋 신호선(2014)의 전위(2114)가 고 레벨로 설정될 때, 신호 전하 축적부(2012)의 전위(2112) 및 포토다이오드(2001)의 캐소드의 전위는 리셋 트랜지스터(2004)의 소스 및 드레인 중 다른 하나에 접속된 출력 신호선(2020)의 전위(2120)로 초기화된다. 이들 단계들은 리셋 동작이라고 한다.
시간(2134)에 전하 축적 제어 신호선(2013)의 전위(2113)가 저 레벨로 설정된 다음, 시간(2135)에 리셋 신호선(2014)의 전위(2114)가 저 레벨로 설정될 때, 리셋 동작이 종료되고; 따라서, 역 바이어스가 인가되는 포토다이오드에 광량에 대응하는 역방향 전류가 흐르고, 그에 의해, 포토다이오드(2001)의 캐소드의 전위가 변한다.
시간(2132)에 전하 축적 제어 신호선(2013)의 전위(2113)가 다시 고 레벨로 설정될 때, 신호 전하 축적부(2012)의 전위(2112) 및 포토다이오드(2001)의 캐소드의 전위의 전위차에 의해 전류가 흐르고, 신호 전하 축적부(2012)의 전위(2112)가 변한다.
그 이후의 단계들은 도 14a에 따른 동작 모드와 같다.
다음에, 상술된 것과는 다른, 3개의 트랜지스터들의 화소 회로 구조가 도 15에 도시되어 있다. 화소 회로는 포토다이오드(2201), 증폭 트랜지스터(2202), 전하 축적 제어 트랜지스터(2203), 및 선택 트랜지스터(2205)를 포함한다. 포토다이오드(2201)의 애노드는 리셋 신호선(2216)에 접속된다.
전하 축적 제어 트랜지스터(2203)의 게이트는 전하 축적 제어 신호선(2213)에 접속되고, 전하 축적 제어 트랜지스터(2203)의 소스 및 드레인 중 하나는 포토다이오드(2201)의 캐소드에 접속되고, 전하 축적 제어 트랜지스터(2203)의 소스 및 드레인 중 다른 하나는 신호 전하 축적부(2212)에 접속된다.
증폭 트랜지스터(2202)의 게이트는 신호 전하 축적부(2212)에 접속되고, 증폭 트랜지스터(2202)의 소스 및 드레인 중 하나는 전원 공급선(2230)에 접속되고, 증폭 트랜지스터(2202)의 소스 및 드레인 중 다른 하나는 선택 트랜지스터(2205)의 소스 및 드레인 중 하나에 접속된다.
선택 트랜지스터(2205)의 게이트는 선택 신호선(2215)에 접속되고, 선택 트랜지스터(2205)의 소스 및 드레인 중 다른 하나는 출력 신호선(2220)에 접속된다. 여기서, 전하 보유 커패시터가 신호 전하 축적부(2212) 및 기준 신호선 사이에 접속될 수도 있다.
다음에, 도 15의 화소 회로를 형성하는 소자들의 기능들이 기술된다. 포토다이오드(2201)는 화소에 입사되는 광의 양에 따라 전류를 발생시킨다. 증폭 트랜지스터(2202)는 신호 전하 축적부(2212)의 전위에 대응하는 신호를 출력한다. 전하 축적 제어 트랜지스터(2203)는 포토다이오드(2201)에 의해 수행되는 신호 전하 축적부(2212)에서의 전하 축적을 제어한다. 선택 트랜지스터(2205)는 판독시 화소의 선택을 제어한다. 신호 전하 축적부(2212)는 전하 보유 노드이고, 포토다이오드(2201)가 받아들이는 광의 양에 의존하여 변하는 전하를 보유한다.
전하 축적 제어 신호선(2213)은 전하 축적 제어 트랜지스터(2203)를 제어하는 신호선이다. 리셋 신호선(2216)은 신호 전하 축적부(2212)에 리셋 전위를 공급하는 신호선이다. 출력 신호선(2220)은 증폭 트랜지스터(2202)에 의해 발생되는 신호의 출력 목적지로서 작용하는 신호선이다. 선택 신호선(2215)은 선택 트랜지스터(2205)를 제어하는 신호선이다. 전원 공급선(2230)은 전원 전압을 공급하는 신호선이다.
다음에, 도 15의 화소 회로들의 동작들이 도 16a 및 도 16b에 도시되어 있는 타이밍도들을 사용하여 기술된다.
도 16a 및 도 16b의 간단한 설명을 위해서, 전하 축적 제어 신호선(2213)의 전위(2313), 리셋 신호선(2216)의 전위(2316), 및 선택 신호선(2215)의 전위(2315)는 두 레벨들 사이에서 변하는 신호들이다. 각 전위는 아날로그 신호이기 때문에, 전위는 실제로 두 레벨들에 대한 제한 없이 상황들에 따라 다양한 레벨들을 가질 수 있다는 것을 유념해야 한다.
먼저, 도 16a에 따른 동작 모드가 기술된다.
시간(2330)에 전하 축적 제어 신호선(2213)의 전위(2313)는 고 레벨로 설정된다. 다음에, 시간(2331)에 리셋 신호선(2216)의 전위(2316)가 고 레벨로 설정될 때, 신호 전하 축적부(2212)의 전위(2312) 및 포토다이오드(2201)의 캐소드의 전위는 포토다이오드(2201)의 순방향 전압에 의해 리셋 신호선(2216)의 전위(2316)보다 낮은 전위로 초기화된다. 이들 단계들은 리셋 동작이라고 한다.
시간(2332)에 리셋 신호선(2216)의 전위(2316)가 저 레벨로 설정될 때, 신호 전하 축적부(2212)의 전위(2312)는 고 레벨로 보유되고, 그에 의해, 역 바이어스가 포토다이오드(2201)에 인가된다. 이 단계에서, 축적 동작이 시작된다.
이어서, 광량에 대응하는 역방향 전류가 포토다이오드(2201)에 흐르기 때문에, 신호 전하 축적부(2212)에 축적되는 전하량은 광량에 따라 변한다.
시간(2333)에 전하 축적 제어 신호선(2213)의 전위(2313)가 저 레벨로 설정될 때, 신호 전하 축적부(2212)로부터 포토다이오드(2201)로의 전하의 이동이 중단되고, 그에 의해, 신호 전하 축적부(2212)에 축적되는 전하량이 결정된다. 여기서, 축적 동작이 종료된다.
시간(2334)에 선택 신호선(2215)의 전위(2315)가 고 레벨로 설정될 때, 신호 전하 축적부(2212)의 전위(2312)에 따라 전원 공급선(2230)으로부터 출력 신호선(2220)으로 전하가 공급된다. 이 단계에서, 판독 동작이 시작된다.
시간(2335)에 선택 신호선(2215)의 전위(2315)가 저 레벨로 설정될 때, 전원 공급선(2230)으로부터 출력 신호선(2220)으로의 전하 공급이 중단되고, 출력 신호선(2220)의 전위(2320)가 결정된다. 여기서, 판독 동작이 종료된다.
다음에, 도 16b에 따른 동작 모드가 기술된다.
시간(2330)에 전하 축적 제어 신호선(2213)의 전위(2313)는 고 레벨로 설정된다. 이어서, 시간(2331)에 리셋 신호선(2216)의 전위(2316)가 고 레벨로 설정될 때, 신호 전하 축적부(2212)의 전위(2312) 및 포토다이오드(2201)의 캐소드의 전위는 포토다이오드(2201)의 순방향 전압에 의해 리셋 신호선의 전위(2316)보다 낮은 리셋 전위로 초기화된다. 이들 단계들은 리셋 동작이라고 한다.
시간(2336)에 전하 축적 제어 신호선(2213)의 전위(2313)가 저 레벨로 설정된 다음, 시간(2337)에 리셋 신호선(2216)의 전위(2316)가 저 레벨로 설정될 때, 리셋 동작이 종료되고; 따라서, 역 바이어스가 인가되는 포토다이오드에 광량에 대응하는 역방향 전류가 흐르고, 그에 의해, 포토다이오드(2201)의 캐소드의 전위가 변한다.
시간(2332)에 전하 축적 제어 신호선(2213)의 전위(2313)가 고 레벨로 설정될 때, 신호 전하 축적부(2212)의 전위(2312) 및 포토다이오드(2201)의 캐소드의 전위 사이의 전위차에 의해 전류가 흐르고, 그에 의해, 신호 전하 축적부(2212)의 전위(2312)가 변한다.
그 이후의 단계들은 도 16a에 따른 동작 모드와 같다.
다음에, 도 17에 도시되어 있는 2개의 트랜지스터형의 화소 회로 구조가 기술된다.
화소 회로는 포토다이오드(4401), 증폭 트랜지스터(4402), 및 선택 트랜지스터(4405)를 포함한다.
증폭 트랜지스터(4402)의 게이트는 신호 전하 축적부(4412)에 접속되고, 증폭 트랜지스터(4402)의 소스 및 드레인 중 하나는 전원 공급선(4430)에 접속되고, 증폭 트랜지스터(4402)의 소스 및 드레인 중 다른 하나는 선택 트랜지스터(4405)의 소스 및 드레인 중 하나에 접속된다.
선택 트랜지스터(4405)의 게이트는 선택 신호선(4415)에 접속되고, 선택 트랜지스터(4405)의 소스 및 드레인 중 다른 하나는 출력 신호선(4420)에 접속된다.
포토다이오드(4401)의 캐소드는 신호 전하 축적부(4412)에 접속되고, 포토다이오드(4401)의 애노드는 리셋 신호선(4416)에 접속된다. 여기서, 전하 보유 커패시터가 신호 전하 축적부(4412) 및 기준 신호선 사이에 접속된다.
다음에, 도 17의 화소 회로에 포함된 소자의 기능이 기술된다. 포토다이오드(4401)는 화소에 입사되는 광량에 따라 전류를 발생시킨다. 증폭 트랜지스터(4402)는 신호 전하 축적부(4412)의 전위에 대응하는 신호를 출력한다. 선택 트랜지스터(4405)는 판독시 화소의 선택을 제어한다. 신호 전하 축적부(4412)는 전하 보유 노드이고, 포토다이오드(4401)가 받아들이는 광량에 의존하여 변하는 전하를 보유한다.
리셋 신호선(4416)은 신호 전하 축적부(4412)에 리셋 전위를 공급하는 신호선이다. 출력 신호선(4420)은 증폭 트랜지스터(4402)에 의해 발생되는 신호의 출력 목적지로서 작용하는 신호선이다. 선택 신호선(4415)은 선택 트랜지스터(4405)를 제어하는 신호선이다. 전원 공급선(4430)은 전원 전압을 공급하는 신호선이다.
다음에, 도 17의 화소 회로들의 동작들이 도 18에 도시되어 있는 타이밍도들을 사용하여 기술된다.
도 18의 간단한 설명을 위해서, 리셋 신호선(4416)의 전위(3716) 및 선택 신호선(4415)의 전위(3715)는 두 레벨들 사이에서 변하는 신호들이다. 각 전위는 아날로그 신호이기 대문에, 전위는 실제로 두 레벨들에 대한 제한 없이 상황들에 따라 다양한 레벨들을 가질 수 있다.
시간(3730)에 리셋 신호선(4416)의 전위(3716)가 고 레벨로 설정될 때, 신호 전하 축적부(4412)의 전위(3712)는 포토다이오드(4401)의 순방향 전압에 의해 리셋 신호선(4416)의 전위(3716)보다 낮은 리셋 전위로 초기화된다. 이들 단계들은 리셋 동작이라고 한다.
시간(3731)에 리셋 신호선(4416)의 전위(3716)가 저 레벨로 설정될 때, 신호 전하 축적부(4412)의 전위(3712)는 리셋 전위를 보유하고, 그에 의해, 역 바이어스가 포토다이오드(2001)에 인가된다. 이 단계에서, 축적 동작이 시작된다.
이어서, 광량에 대응하는 역방향 전류가 포토다이오드(4401)에 흐르기 때문에, 신호 전하 축적부(4412)에 축적되는 전하량은 광량에 따라 변한다.
시간(3732)에 선택 신호선(4415)의 전위(3715)가 고 레벨로 설정될 때, 신호 전하 축적부(4412)의 전위(3712)에 따라 전원 공급선(4430)으로부터 출력 신호선(4420)으로 전하가 공급된다. 이 단계에서, 판독 동작이 시작된다.
시간(3733)에 선택 신호선(4415)의 전위(3715)가 저 레벨로 설정될 때, 신호 전하 축적부(4412)로부터 포토다이오드(4401)로의 전하 이동이 중단되고, 그에 의해, 신호 전하 축적부(4412)에 축적된 전하량이 결정된다. 여기서, 축적 동작이 종료된다.
이어서, 전원 공급선(4430)으로부터 출력 신호선(4420)으로의 전하 공급이 중단되고, 출력 신호선의 전위(3720)가 결정된다. 여기서, 판독 동작이 종료된다.
다음에, 트랜지스터의 화소 회로 구조가 도 19에 도시되어 있다. 화소 회로는 포토다이오드(2601), 증폭 트랜지스터(2602), 및 커패시터(2606)를 포함한다.
증폭 트랜지스터(2602)의 게이트는 신호 전하 축적부(2612)에 접속되고, 증폭 트랜지스터(2602)의 소스 및 드레인 중 하나는 전원 공급선(2630)에 접속되고, 증폭 트랜지스터(2602)의 소스 및 드레인 중 다른 하나는 출력 신호선(2620)에 접속된다.
포토다이오드(2601)의 캐소드는 신호 전하 축적부(2612)에 접속되고, 포토다이오드(2601)의 애노드는 리셋 신호선(2616)에 접속된다. 커패시터(2606)의 단자들 중 하나는 신호 전하 축적부(2612)에 접속되고, 다른 하나는 선택 신호선(2615)에 접속된다. 여기서, 전하 보유 커패시터가 신호 전하 축적부(2612) 및 기준 신호선 사이에 접속된다.
다음에, 도 19의 화소 회로를 형성하는 소자들의 기능들이 기술된다. 포토다이오드(2601)는 화소에 입사되는 광의 양에 따라 전류를 발생시킨다. 증폭 트랜지스터(2602)는 신호 전하 축적부(2612)의 전위에 대응하는 신호를 출력한다. 신호 전하 축적부(2612)는 전하 보유 노드이고, 포토다이오드(2601)가 받아들이는 광량에 의존하여 변하는 전하를 보유한다. 선택 신호선(2615)은 용량 결합을 사용하여 신호 전하 축적부(2612)의 전위를 제어한다는 것을 유념해야 한다.
리셋 신호선(2616)은 신호 전하 축적부(2612)에 리셋 전위를 공급하는 신호선이다. 출력 신호선(2620)은 증폭 트랜지스터(2602)에 의해 발생되는 신호의 출력 목적지로서 작용하는 신호선이다. 선택 신호선(2615)은 커패시터(2606)를 제어하는 신호선이다. 전원 공급선(2630)은 전원 전압을 공급하는 신호선이다.
다음에, 도 19의 화소 회로들의 동작들은 도 20에 도시되어 있는 타이밍도들을 사용하여 기술된다.
도 20의 간단한 설명을 위해서, 리셋 신호선(2616)의 전위(2716) 및 선택 신호선(2615)의 전위(2715)는 두 레벨들 사이에서 변하는 신호들이다. 각 전위는 아날로그 신호이기 때문에, 전위는 실제로 두 레벨들에 대한 제한 없이 상황들에 따라 다양한 레벨들을 가질 수 있다.
시간(2730)에 리셋 신호선(2616)의 전위(2716)가 고 레벨로 설정될 때, 신호 전하 축적부(2612)의 전위(2712)는 포토다이오드(2601)의 순방향 전압에 의해 리셋 신호선(2616)의 전위(2716)보다 낮은 리셋 전위로 초기화된다. 이들 단계들은 리셋 동작이라고 한다.
다음에, 시간(2731)에 리셋 신호선(2616)의 전위(2716)가 저 레벨로 설정될 때, 신호 전하 축적부(2612)의 전위(2712)는 리셋 전위를 보유하고, 그에 의해, 역 바이어스가 포토다이오드(2601)에 인가된다. 이 단계에서, 축적 동작이 시작된다.
이어서, 광량에 대응하는 역방향 전류가 포토다이오드(2601)에 흐르기 때문에, 신호 전하 축적부(2612)에 축적되는 전하량은 광량에 따라 변한다.
시간(2732)에 선택 신호선(2615)의 전위(2715)가 고 레벨로 설정되어, 용량 결합으로 인해 신호 전하 축적부(2612)의 전위(2712)가 높아지게 되고; 그에 의해, 증폭 트랜지스터(2602)가 턴 온된다. 또한, 신호 전하 축적부(2612)의 전위(2712)에 따라 전원 공급선(2630)으로부터 출력 신호선(2620)으로 전하가 공급된다. 이 단계에서, 판독 동작이 시작된다.
시간(2733)에 선택 신호선(2615)의 전위(2715)가 저 레벨로 설정될 때, 신호 전하 축적부(2612)의 전위(2712)가 용량 결합에 의해 감소되고 신호 전하 축적부(2612)로부터 포토다이오드(2601)로의 전하 이동이 중단되고, 그에 의해, 신호 전하 축적부(2612)에 축적되는 전하량이 결정된다. 여기서, 축적 동작이 종료된다.
이어서, 전원 공급선(2630)으로부터 출력 신호선(2620)으로의 전하 공급이 중단되고, 출력 신호선(2620)의 전위(2720)가 결정된다. 여기서, 판독 동작이 종료된다.
도 17 및 도 19의 화소 회로 구조들은, 신호 전하 축적부의 전하가 상기 구조들을 갖는 포토다이오드를 통해 흐르기 때문에, 포토다이오드에 대한 입사광을 차폐하는 구조를 갖는 것이 바람직하다는 것을 유념해야 한다.
이 실시형태는 임의의 다른 실시형태들 또는 예시들과 조합하여 적절히 구현될 수 있다.
(실시형태 4)
이 실시형태에서, 본원에 개시된 표시 장치의 예인 액정 표시 장치가 기술된다.
도 21은 액정 표시 장치의 단면도의 예를 도시한다. 이 실시형태의 액정 표시 장치에 있어서, 포토다이오드(1002), 트랜지스터(1003a), 트랜지스터(1003b), 트랜지스터(1003c), 트랜지스터(1003d), 보유 커패시터(1004), 및 액정 소자(1005)가 절연 표면을 갖는 기판(1001) 위에 제공된다. 광센서 및 표시 소자는 도 21의 액정 표시 장치를 가로지르는 점선의 각각 왼쪽 및 오른쪽에 부분적으로 도시되어 있고, 이들 구조들은 실시형태 1에 기술되어 있는 도 2의 광센서부(106)의 구조와 같다는 것을 유념해야 한다. 리셋 트랜지스터에 대응하는 트랜지스터는 도시되어 있지 않다는 것을 유념해야 한다.
트랜지스터(1003a), 트랜지스터(1003b), 트랜지스터(1003c) 및 트랜지스터(1003d) 각각의 구조의 전형적인 예로서 탑-게이트 구조가 도시되어 있지만, 그것으로 제한되지 않고, 자기-정렬식 구조 또는 보톰-게이트 구조와 같은 또 다른 구조가 적용될 수도 있다.
광센서에 제공되는 트랜지스터(1003a)는 전하 축적 제어 트랜지스터에 대응한다. 배선(1030)은 트랜지스터(1003a)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 하나에 접속되고 포토다이오드(1002)의 캐소드에 전기적으로 접속된다. 또한, 트랜지스터(1003a)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 다른 하나는 트랜지스터(1003b)의 배선(1036) 및 게이트 전극에 접속된다. 배선(1030) 및 배선(1036)은 보호 절연막(1031) 대신 절연막(1033) 위에 형성될 수도 있다는 것을 유념해야 한다.
트랜지스터(1003b)는 증폭 트랜지스터에 대응한다. 트랜지스터(1003b)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 하나는 도시되어 있지 않은 전원 공급선에 접속된다. 트랜지스터(1003b)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 다른 하나는 트랜지스터(1003c)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 하나에 접속된다.
트랜지스터(1003c)는 선택 트랜지스터에 대응한다. 트랜지스터(1003c)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 다른 하나는 도시되어 있지 않은 출력 신호선에 접속된다.
여기서, 도시되지 않은 리셋 트랜지스터에 대응하는 트랜지스터의 소스 전극 및 드레인 전극 중 하나는 배선(1036)에 접속되고, 트랜지스터의 소스 전극 및 드레인 전극 중 다른 하나는 도시되어 있지 않은 전원 공급선에 접속된다.
포토다이오드(1002)는, p-형 도전성을 부여하는 불순물을 함유하는 p-형 반도체층(1041), 진성 반도체의 특성들을 갖는 i-형 반도체층(1042), 및 n-형 도전성을 부여하는 불순물을 함유하는 n-형 반도체층(1043)을 포함하는 PIN 접합의 적층형을 갖는다.
전형적인 예로서, i-형 반도체층(1042)에 비정질 실리콘이 사용되는 포토다이오드가 제공될 수 있다. 이 경우에는 p-형 반도체층(1041) 및 n-형 반도체층(1043)에 비정질 실리콘이 사용될 수 있지만, 높은 전기 도전성을 갖는 미결정 실리콘을 사용하는 것이 바람직하다. i-형 반도체층(1042)에 비정질 실리콘이 사용되는 포토다이오드는 가시광 영역에서 감광성을 갖고 적외선으로 인한 오작동을 방지할 수 있다.
여기서, 포토다이오드(1002)의 애노드인 p-형 반도체층(1041)은 신호 배선(1035)에 전기적으로 접속되고, 포토다이오드(1002)의 캐소드인 n-형 반도체층(1043)은 상술된 것과 같이 트랜지스터(1003a)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 하나에 전기적으로 접속된다. 신호 배선(1035)은 기준 신호선에 대응한다는 것을 유념해야 한다.
도시되지는 않았지만, 투광성 도전층이 p-형 반도체층(1041)의 광 입사면에 제공될 수도 있다는 것을 유념해야 한다. 또한, 도전층은 n-형 반도체층(1043)의 절연막(1033)과의 계면측에 제공될 수도 있다. 예를 들어, n-형 반도체층(1043)을 덮기 위해 배선(1030)이 확장될 수도 있다. 이러한 도전층이 제공됨으로써, p-형 반도체층(1041) 또는 n-형 반도체층(1043)의 저항으로 인한 전기 전하의 손실이 감소될 수 있다.
이 실시형태에서는 포토다이오드(1002)가 PIN 다이오드인 경우가 도시되어 있지만, 포토다이오드(1002)는 PN 다이오드일 수도 있다는 것을 유념해야 한다. 이 경우에, p-형 반도체층 및 n-형 반도체층에는 바람직하게 고품질 결정성 실리콘이 사용된다.
포토다이오드는 도 22에 도시되어 있는 것과 같은 수평 접합의 구조를 가질 수도 있다. PIN 수평 접합 포토다이오드에 있어서, p-형 반도체층(1041), i-형 반도체층(1042), 및 n-형 반도체층(1043)이 다음과 같이 제공될 수 있다: i-형 반도체층이 형성되고, p-형 도전성을 부여하는 불순물 및 n-형 도전성을 부여하는 불순물이 i-형 반도체층의 일부에 부가된다.
트랜지스터(1003d)는 액정 소자를 구동하기 위해 표시 소자에 제공된다. 트랜지스터(1003d)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 하나는 화소 전극(1007)에 전기적으로 접속되고, 도시되어 있지는 않지만, 트랜지스터(1003d)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 다른 하나는 신호 배선에 전기적으로 접속된다.
보유 커패시터(1004)는 트랜지스터(1003a), 트랜지스터(1003b), 트랜지스터(1003c), 및 트랜지스터(1003d)를 형성하는 단계에서 형성될 수 있다. 커패시터 배선 및 커패시터 전극이 트랜지스터의 게이트 전극을 형성하고 트랜지스터의 소스 또는 드레인 전극을 형성하는 각각의 단계들에서 형성되고, 보유 커패시터(1004)의 용량인 절연막이 트랜지스터의 게이트 절연막을 형성하는 단계에서 형성된다. 보유 커패시터(1004)는 액정 소자(1005)와 병렬로 트랜지스터(1003d)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 하나에 전기적으로 접속된다.
액정 소자(1005)는 화소 전극(1007), 액정들(1008), 및 대향 전극(1009)을 포함한다. 화소 전극(1007)은 평탄화 절연막(1032) 위에 형성되고, 트랜지스터(1003d)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 하나 및 보유 커패시터(1004)에 전기적으로 접속된다. 또한, 대향 전극(1009)은 대향 기판(1013)에 제공되고, 액정들(1008)은 화소 전극(1007) 및 대향 전극(1009) 사이에 제공된다.
화소 전극(1007) 및 대향 전극(1009) 사이의 셀 갭은 스페이서(1016)를 사용하여 제어될 수 있다. 셀 갭은 포토리소그래피에 의해 선택적으로 형성되는 스페이서(1016)를 사용하여 제어되고 도 21 및 도 22에서 원주형을 갖지만, 셀 갭은 대안적으로 화소 전극(1007) 및 대향 전극(1009) 사이에서 확산되는 구형 스페이서들에 의해 제어될 수 있다. 도 21 및 도 22에서 스페이서(1016)의 위치는 예시적이며, 스페이서의 위치는 실시자에 의해 적절히 결정될 수 있다.
또한, 기판(1001) 및 대향 기판(1013) 사이에서 액정들(1008)이 밀봉재로 둘러싸인다. 액정들(1008)은 디스펜서 방법(액적 방법) 또는 디핑 방법(펌핑 방법)에 의해 주입될 수도 있다.
화소 전극(1007)은 인듐 주석 산화물(ITO), 산화실리콘을 함유하는 인듐 주석 산화물, 유기 인듐, 유기 주석, 산화아연, 산화아연을 함유하는 인듐 아연 산화물(IZO), 갈륨을 함유하는 산화아연, 산화주석, 산화텅스텐을 함유하는 산화인듐, 산화텅스텐을 함유하는 인듐 아연 산화물, 산화티타늄을 함유하는 산화인듐, 산화티타늄을 함유하는 인듐 주석 산화물 등과 같은 투광성 도전 재료를 사용하여 형성될 수 있다.
또한, 이 실시형태에서는 예로서 투과형 액정 소자(1005)가 제공되기 때문에, 화소 전극(1007)의 경우에서와 같이 상기 투광성 도전 재료를 사용하여 대향 전극(1009)이 또한 형성될 수 있다.
화소 전극(1007) 및 액정들(1008) 사이에는 배향막(1011)이 제공되고, 대향 전극(1009) 및 액정들(1008) 사이에는 배향막(1012)이 제공된다. 배향막(1011) 및 배향막(1012)은 폴리이미드 또는 폴리비닐 알콜과 같은 유기 수지를 사용하여 형성될 수 있다. 특정 방향으로 액정 분자들을 정렬시키기 위해서 러빙과 같은 배향 처리가 그 표면들 상에서 수행된다. 러빙은, 압력을 배향막에 인가하면서, 나일론 등의 천으로 싸인 롤러를 롤링함으로써 배향막의 표면이 특정 방향에서 러빙되도록 수행될 수 있다. 산화실리콘과 같은 무기 재료를 사용함으로써, 각각 배향 속성을 갖는 배향막(1011) 및 배향막(1012)이 배향 처리를 수행하지 않고 증착 방법에 의해 직접 형성될 수 있다.
또한, 특정 파장을 갖는 광을 투과시킬 수 있는 컬러 필터(1014)가 대향 기판(1013)에 제공되어, 액정 소자(1005)와 중첩하도록 한다. 컬러 필터(1014)는 다음과 같이 선택적으로 형성될 수 있다: 안료가 확산되는 아크릴계 수지와 같은 유기 수지가 대향 기판(1013)에 도포되어 포토리소그래피가 행해진다. 대안적으로, 컬러 필터(1014)는 다음과 같이 선택적으로 형성될 수 있다: 안료가 확산되는 폴리이미드계 수지가 대향 기판(1013)에 도포되어 에칭이 행해진다. 대안적으로, 컬러 필터(1014)는 잉크-젯 방법과 같은 액적 토출 방법에 의해 선택적으로 형성될 수 있다. 컬러 필터(1014)가 제공되지 않는 구조도 가능하다는 것을 유념해야 한다.
또한, 광을 차폐시킬 수 있는 차폐막(1015)이 대향 기판(1013)에 제공되어, 포토다이오드(1002)와 중첩하도록 한다. 차폐막(1015)은 대향 기판(1013)을 통과하는 백라이트의 광으로 포토다이오드(1002)에 직접 조사하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 차폐막(1015)은 화소들 사이에서의 액정들(1008)의 배향의 혼란으로 인한 디스클리네이션(disclination)의 관찰을 방지할 수 있다. 차폐막(1015)은 카본 블랙 또는 저차 산화티타늄과 같은 블랙 안료를 함유하는 유기 수지를 사용하여 형성될 수 있다. 대안적으로, 차폐막(1015)은 크롬막을 사용하여 형성될 수 있다.
또한, 화소 전극(1007)이 제공되는 측과 반대인 기판(1001) 측에 편광판(1017)이 제공되고, 대향 전극(1009)이 제공되는 측과 반대인 대향 기판(1013) 측에 편광판(1018)이 제공된다.
액정 소자는 TN(twisted nematic)형, VA(vertical alignment)형, OCB(optically compensated birefringence)형, IPS(in-plane switching)형 등일 수 있다. 이 실시형태에서는 예로서 화소 전극(1007) 및 대향 전극(1009) 사이에 액정들(1008)이 제공되는 액정 소자(1005)가 기술되지만, 본 발명의 일 실시형태에 따른 표시 장치는 이 구조로 제한되지 않는다. IPS형 액정 소자와 같이 한 쌍의 전극들이 기판(1001) 측에 제공되는 액정 소자가 또한 이용될 수도 있다.
포토다이오드(1002)에 의해 검출되는 외부 광은 화살표(1025)로 표시된 방향으로 기판(1001)으로 투입되어 포토다이오드(1002)에 도달한다. 예를 들어, 검출될 대상(1021)이 존재할 때, 검출될 대상(1021)은 외부 광을 차단하여, 포토다이오드(1002)로의 외부 광의 입사가 방지되도록 한다. 표시 장치는 포토다이오드에 입사되는 광 및 그 그림자를 검출함으로써 터치 패널로서 기능할 수 있다.
또한, 검출될 대상은 기판(1001)과 밀착될 수도 있고, 검출될 대상을 통과하는 외부 광이 포토다이오드에 의해 검출될 수도 있어서, 표시 장치는 접촉형 이미지 센서로서 기능할 수 있다.
이 실시형태는 임의의 다른 실시형태들 또는 예시들과 조합하여 적절히 구현될 수 있다.
(실시형태 5)
이 실시형태에 있어서, 실시형태 4와는 다른, 본 발명의 일 실시형태에 따른 표시 장치의 예인 액정 표시 장치가 기술된다.
이하 기술되는 설명을 제외하고는 실시형태 3이 참조될 수 있다. 예를 들어, 트랜지스터들, 포토다이오드, 액정 소자 등은 실시형태 3과 동일한 재료들을 사용하여 형성될 수 있다.
도 23은 실시형태 4와는 다른 표시 장치의 단면도의 예이다. 광센서가 제조되는 기판 측으로부터 광이 입사되는 실시형태 4와는 달리, 대향 기판 측으로부터, 즉, 이 실시형태에서는 액정층을 통해 광센서에 광이 입사된다.
따라서, 포토다이오드(1002)와 중첩하는, 대향 기판(1013)에 제공되는 차폐막(1015)의 영역에 개구를 형성하는 것이 필요하다. 도면에 도시되어 있는 것과 같이, 컬러 필터(1014)가 개구에 형성될 수도 있다. R(적색), G(녹색) 및 B(청색)의 컬러 필터들이 구비된 복수의 광센서들이 컬러 센서를 형성하도록 화소에 제공될 수도 있고, 컬러 이미지 센서 기능이 제공될 수 있다.
실시형태 4에서는 포토다이오드(1002)의 p-형 반도체층(1041) 측으로부터 광이 입사하지만, 포토다이오드가 실시형태 4와 유사한 구조를 갖는 경우에 이 실시형태에서는 n-형 반도체층(1043) 측으로부터 광이 입사한다. p-형 반도체층 측으로부터 광이 입사하도록 하는 이유는, 확산 길이가 짧은 홀들이 효과적으로 얻어질 수 있도록 하기 위한 것으로, 즉, 많은 전류량이 포토다이오드로부터 얻어질 수 있고, 설계 전류값이 만족되면 n-형 반도체층 측으로부터 광이 입사할 수도 있다.
이 실시형태에 있어서, p-형 반도체층(1041) 및 n-형 반도체층(1043)은 포토다이오드(1002)에서 서로 교체될 수도 있고, 그에 의해, p-형 반도체층 측으로부터 광이 쉽게 입사할 수 있다. 그 경우에, 게이트 전극이 p-형 반도체층(애노드) 측의 트랜지스터(1003a)에 접속되기 때문에, 동작 방법은 실시형태 4에서 기술된 것과는 다르다는 것을 유념해야 한다. 각 동작 방법에 대해 실시형태 1이 참조될 수 있다.
포토다이오드(1002)는 도 24에 도시되어 있는 것과 같이 트랜지스터(1003a)와 및 그 위에 중첩하도록 형성될 수도 있다. 말할 필요도 없이, 포토다이오드(1002)는 또 다른 트랜지스터와 중첩할 수도 있다. 이 경우에, 트랜지스터(1003a)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 하나는 포토다이오드(1002)의 n-형 반도체층(1043)에 쉽게 접속될 수 있고, p-형 반도체층(1041) 측으로부터 광이 입사할 수 있다. 또한, 포토다이오드는 큰 영역을 갖도록 형성될 수 있고, 그에 의해, 수광 민감성을 향상시킨다.
도시되어 있지는 않지만, 도 23 및 도 24 중 어느 한 도면에서의 포토다이오드(1002)의 광 입사측에 투광성 도전층이 제공될 수도 있다. 도전층은 포토다이오드(1002)의 광 입사측에 반대인 측에 제공될 수도 있다. 이러한 도전층이 제공됨으로써, p-형 반도체층(1041) 또는 n-형 반도체층(1043)의 저항으로 인한 전기 전하의 손실이 감소될 수 있다.
이 실시형태에 있어서, 포토다이오드(1002)의 수광측과 반대인 측에 차폐막(2015)이 제공된다. 차폐막(2015)은 기판(1001)을 통과하여 표시 패널로 들어가는 백라이트로부터의 광이 포토다이오드(1002)에 직접 조사되는 것을 방지하여, 고정밀도 촬상이 수행될 수 있다. 차폐막(2015)은 카본 블랙 또는 저차 산화티타늄과 같은 블랙 안료를 함유하는 유기 수지를 사용하여 형성될 수 있다. 대안적으로, 차폐막(2015)은 크롬막을 사용하여 형성될 수 있다.
포토다이오드(1002)에 의해 검출되는 외부 광은 화살표(1025)로 표시된 방향으로 대향 기판(1013)으로 입사하여 포토다이오드(1002)에 도달한다. 예를 들어, 검출될 대상(1021)이 존재할 때, 검출될 대상(1021)이 외부 광을 차단하여, 포토다이오드(1002)로의 외부 광의 입사가 차단된다. 표시 장치는 포토다이오드로 들어가는 광의 세기를 검출함으로써 터치 패널로서 기능할 수 있다.
또한, 검출될 대상은 대향 기판(1013)과 밀착할 수도 있고, 대상을 통과하는 외부 광이 포토다이오드에 의해 검출될 수도 있어서, 접촉형 이미지 센서로서 기능할 수 있는 표시 장치가 제공될 수 있다.
이 실시형태는 임의의 다른 실시형태들 또는 예시들과 조합하여 적절히 구현될 수 있다.
(실시형태 6)
이 실시형태에 있어서, 광센서를 포함하는 표시 패널을 사용하는 (블랙보드 및 화이트보드와 같은) 기록 보드의 예가 기술된다.
예를 들어, 광센서를 포함하는 표시 패널이 도 25의 표시 패널(9696)의 위치에 제공된다.
표시 패널(9696)은 광센서 및 표시 소자를 갖는다.
여기서, 표시 패널(9696)의 표면 상에 마커 펜 등으로 자유롭게 기록하는 것이 가능하다.
픽서 없이 마커 펜 등으로 문자들이 쓰여지면, 문자들은 쉽게 지워진다는 것을 유념해야 한다.
또한, 마커 펜의 잉크가 쉽게 제거될 수 있도록 하기 위해서, 표시 패널(9696)의 표면은 적당히 매끄러운 것이 바람직하다.
예를 들어, 표시 패널(9696)의 표면에 유리 기판 등이 사용될 때, 표시 패널(9696)의 표면은 충분히 매끄럽다.
대안적으로, 표시 패널(9696)의 표면에 투명한 합성 수지 시트 등이 부착될 수도 있다.
합성 수지로서, 예를 들어, 아크릴 수지가 사용되는 것이 바람직하다. 이 경우에, 합성 수지 시트의 표면은 매끄러운 것이 바람직하다.
또한, 표시 패널(9696)은 표시 소자를 포함하기 때문에, 표시 패널(9696)은 특정 이미지를 표시할 수 있고, 동시에, 마커 펜으로 표시 패널(9696)의 표면 상에 문자들 등을 기록하는 것이 가능하다.
또한, 표시 패널(9696)은 광센서를 포함하고, 따라서, 표시 패널(9696)이 프린터 등에 접속되어 있으면, 마커 펜으로 기록된 문자들이 판독되어 프린트될 수 있다.
또한, 표시 패널(9696)은 광센서 및 표시 소자를 포함하기 때문에, 이미지가 표시된 표시 패널(9696)의 표면 상에 문자를 쓰거나 그림들을 그림으로써, 광센서에 의해 판독된 마커 펜의 흔적 및 이미지가 합성되어 표시 패널(9696) 상에 표시될 수 있다.
저항성 터치 센서들, 용량성 터치 센서들 등에 의한 감지는 마커 펜 등으로 기록하는 것과 동시에 수행될 수 있다는 것을 유념해야 한다.
한편, 광센서에 의한 감지는, 시간이 경과하더라도, 마커 등으로 어떤 것이 기록된 후 언제라도 감지가 수행될 수 있다는 점에서 우수하다.
이 실시형태는 임의의 다른 실시형태들 또는 예시들과 조합하여 적절히 구현될 수 있다.
(실시예 1)
이 실시예에서는 패널의 위치들 및 광원이 기술된다. 도 26은 표시 패널의 구조를 도시하는 투시도의 예이다. 도 26에 도시되어 있는 표시 패널은, 액정 소자, 포토다이오드, 박막 트랜지스터 등을 포함하는 화소가 한 쌍의 기판들 사이에 형성되는 패널(1801); 제 1 확산판(1802); 프리즘 시트(1803); 제 2 확산판(1804); 도광판(1805); 반사판(1806); 복수의 백라이트의 광원들(1807); 및 회로 보드(1809)를 포함한다.
패널(1801), 제 1 확산판(1802), 프리즘 시트(1803), 제 2 확산판(1804), 도광판(1805), 및 반사판(1806)이 순서대로 적층된다. 백라이트의 광원들(1807)은 도광판(1805)의 종단부에 제공된다. 도광판(1805)으로 확산된 백라이트의 광원들(1807)로부터의 광은 제 1 확산판(1802), 프리즘 시트(1803), 및 제 2 확산판(1804)에 의해 대향 기판측으로부터 패널(1801) 상에 균일하게 전달된다.
이 예에서는 제 1 확산판(1802) 및 제 2 확산판(1804)이 사용되지만, 확산판들의 수는 그것으로 제한되지 않는다. 확산판들의 수는 하나일 수도 있거나, 3개 이상일 수도 있다. 확산판이 도광판(1805) 및 패널(1801) 사이에 제공된다면 확산판은 어떠한 위치에도 있을 수 있다. 따라서, 확산판은 프리즘 시트(1803)보다 패널(1801)에 더 가까운 측에만 제공될 수도 있거나, 또는 프리즘 시트(1803)보다 도광판(1805)에 더 가까운 측에만 제공될 수도 있다.
또한, 도 26에 도시되어 있는, 프리즘 시트(1803)의 단면 형상은 톱니 형상만이 아니고, 그 형상은 도광판(1805)로부터의 광이 패널(1801) 측에 모일 수 있는 형상일 수도 있다.
회로 보드(1809)에는 패널(1801)에 입력되는 다양한 신호들을 발생시키거나 처리하기 위한 회로, 패널(1801)로부터 출력되는 다양한 신호들을 처리하기 위한 회로 등이 구비된다. 도 26에서, 회로 보드(1809) 및 패널(1801)은 FPC(flexible printed circuit)(1811)를 통해 서로 접속된다. 상기 회로는 COG(chip on glass) 방법에 의해 패널(1801)에 접속될 수도 있거나, 상기 회로의 일부는 COF(chip on film) 방법에 의해 FPC(1811)에 접속될 수도 있다는 것을 유념해야 한다.
도 26은, 회로 보드(1809)에 백라이트의 광원(1807)의 구동을 제어하기 위한 제어 회로가 구비되고, 제어 회로 및 백라이트의 광원(1807)이 FPC(1810)를 통해 서로 접속되는 예를 도시한다. 그러나, 제어 회로는 패널(1801) 위에 형성될 수도 있고, 그 경우에, 패널(1801) 및 백라이트의 광원들(1807)은 FPC 등을 통해 서로 접속되도록 된다.
도 26은, 백라이트의 광원들(1807)이 패널(1801)의 에지에 제공되는 에지-라이트형 광원을 도시하고 있지만, 본 발명의 일 실시형태에 따른 표시 패널은 백라이트의 광원들(1807)이 패널(1801) 아래에 직접 제공되는 직하형(direct-below type) 표시 패널일 수도 있다는 것을 유념해야 한다.
예를 들어, 검출될 대상인 손가락(1812)이 상측으로부터 패널(1801)에 가까워질 때, 패널(1801)을 통과하는 광의 일부가 손가락(1812)에서 반사하여 다시 패널(1801)로 들어간다. 개별 컬러들에 대응하는 백라이트의 광원들(1807)에 순차적으로 조명을 비추고 모든 컬러의 이미지 데이터를 획득함으로써, 검출될 대상인 손가락(1812)의 컬러 이미지 데이터가 얻어질 수 있다. 또한, 검출될 대상인 손가락(1812)의 위치는 이미지 데이터로부터 인식될 수 있고, 표시 이미지의 그 데이터는 터치 패널로서의 기능을 제공하도록 조합될 수 있다.
본 실시예는 임의의 다른 실시형태들 또는 예시들과 조합하여 적절히 구현될 수 있다.
(실시예 2)
본 발명의 일 실시형태에 따른 표시 장치는 이미지 데이터를 획득하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명의 일 실시형태에 따른 표시 장치를 사용하는 전자 장치는 구성요소로서 표시 장치를 부가함으로써 더욱 정교해질 수 있다.
예를 들어, 표시 장치는 표시 장치들, 랩탑 컴퓨터들, 또는 기록 매체(일반적으로, DVD들(digital versatile discs)과 같은 기록 매체의 콘텐트를 재생하고, 재생된 이미지들을 표시하기 위한 표시들을 갖는 장치들)가 구비된 이미지 재생 장치들에 사용될 수 있다. 상기 예들 외에, 본 발명의 일 실시형태에 따른 표시 장치를 포함할 수 있는 전자 장치로서, 이동 전화들, 휴대용 게임기들, 휴대용 정보 단말들, 전자 서적들, 비디오 카메라들, 디지털 스틸 카메라들, 고글형 표시들(헤드 장착형 표시들), 네비게이션 시스템들, 오디오 재생 장치들(예를 들어, 카 오디오 구성요소들 및 디지털 오디오 플레이어들), 복사기들, 팩시밀리들, 프린터들, 다기능 프린터들, 현금 자동 입출금기들(ATM), 자동 판매기들 등이 있을 수 있다. 이러한 전자 장치의 구체적인 예들은 도 27a 내지 도 27d에 도시되어 있다.
도 27a는 하우징(5001), 표시부(5002), 지지대(5003) 등을 포함하는 표시 장치를 도시한다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 표시 장치는 표시부(5002)에 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 표시 장치를 표시부(5002)에 사용함으로써, 높은 인식 성능으로 이미지 데이터를 얻을 수 있고 높은-기능 응용들이 구비될 수 있는 표시 장치를 제공할 수 있다. 표시 장치는, 개인용 컴퓨터들용의 표시 장치들, TV 방송들을 수신하기 위한 표시 장치들, 및 광고들을 표시하기 위한 표시 장치들과 같이, 정보를 표시하기 위한 모든 표시 장치들을 포함한다는 것을 유념해야 한다.
도 27b는 하우징(5101), 표시부(5102), 스위치(5103), 조작키들(5104), 적외선 포트(5105) 등을 포함하는 휴대용 정보 단말을 도시한다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 표시 장치는 표시부(5102)에 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 표시 장치를 표시부(5102)에 사용함으로써, 높은 인식 성능으로 이미지 데이터를 얻을 수 있고 높은 기능 응용들이 구비될 수 있는 휴대용 정보 단말을 제공할 수 있다.
도 27c는 하우징(5201), 표시부(5202), 동전 슬롯(5203), 지폐 슬롯(5204), 카드 슬롯(5205), 통장 슬롯(5206) 등을 포함하는 현금 자동 입출금기를 도시한다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 표시 장치는 표시부(5202)에 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 표시 장치를 표시부(5202)에 사용함으로써, 높은 인식 성능으로 이미지 데이터를 얻을 수 있고 더욱 정교해진 현금 자동 입출금기를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 표시 장치를 사용하는 현금 자동 입출금기는 높은 정확도로 생체 측정에 사용되는 지문, 얼굴, 핸드 프린트, 장문, 손 정맥의 패턴, 홍채 등과 같은 생체 정보를 판독할 수 있다. 따라서, 사람이 다른 사람으로서 식별되는 오인식에 의해 야기되는 오비정합율(false non-match rate) 및 식별될 사람을 다른 사람으로 오인식하는 것에 의해 야기되는 오수락률이 억제될 수 있다.
도 27d는 하우징(5301), 하우징(5302), 표시부(5303), 표시부(5304), 마이크로폰(5305), 스피커들(5306), 조작키(5307), 스타일러스(5308) 등을 포함하는 휴대용 게임기를 도시한다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 표시 장치는 표시부(5303) 또는 표시부(5304)에 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 표시 장치를 표시부(5303) 또는 표시부(5304)에 사용함으로써, 높은 인식 성능으로 이미지를 얻을 수 있고 높은 기능 응용들이 구비될 수 있는 휴대용 게임기를 제공할 수 있다. 도 27d에 도시되어 있는 휴대용 게임기는 2개의 표시부들(5303, 5304)을 포함하고 있지만, 휴대용 게임기에 포함되는 표시부들의 수는 2개로 제한되지 않는다는 것을 유념해야 한다.
이 실시형태는 임의의 다른 실시형태들 및 다른 예시와 조합하여 적절히 구현될 수 있다.
본원은 2010년 3월 12일 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제 2010-055878 호에 기초하고, 그 전체 내용들은 참조로 본원에 통합된다.
100 : 표시 장치 101 : 화소 어레이
102 : 표시 소자 제어 회로 103 : 광센서 제어 회로
104 : 화소 105 : 표시 소자부
106 : 광센서부 107 : 표시 소자 구동 회로
108 : 표시 소자 구동 회로 109 : 광센서 판독 회로
110 : 광센서 구동 회로 201 : 트랜지스터
202 : 보유 커패시터 203 : 액정 소자
204 : 포토다이오드 205 : 전하 축적 제어 트랜지스터
206 : 리셋 트랜지스터 207 : 증폭 트랜지스터
208 : 선택 트랜지스터 209 : 선택 신호선
210 : 신호 전하 축적부 211 : 출력 신호선
212 : 기준 신호선 213 : 전하 축적 제어 신호선
214 : 리셋 신호선 215 : 게이트 신호선
216 : 소스 신호선 230 : 전원 공급선
231 : 시간 232 : 시간
233 : 시간 234 : 시간
235 : 시간 236 : 시간
237 : 시간 238 : 시간
300 : 프리차지 회로 301 : 트랜지스터
302 : 보유 커패시터 303 : 프리차지 신호선
311 : 축적 기간 312 : 전하 보유 기간
313 : 기간 314 : 전하 보유 기간
315 : 기간 401 : 기간
402 : 전하 보유 기간 403 : 기간
404 : 전하 보유 기간 405 : 기간
406 : 전하 보유 기간 503 : 전위
509 : 전위 510 : 전위
511 : 전위 513 : 전위
514 : 전위 802 : 증폭 트랜지스터
803 : 전하 축적 제어 트랜지스터 804 : 리셋 트랜지스터
805 : 선택 트랜지스터 902 : 증폭 트랜지스터
903 : 전하 축적 제어 트랜지스터 904 : 리셋 트랜지스터
905 : 선택 트랜지스터 1001 : 기판
1002 : 포토다이오드 1003a : 트랜지스터
1003b : 트랜지스터 1003c : 트랜지스터
1003d : 트랜지스터 1004 : 보유 커패시터
1005 : 액정 소자 1007 : 화소 전극
1008 : 액정 1009 : 대향 전극
1011 : 배향막 1012 : 배향막
1013 : 대향 기판 1014 : 컬러 필터
1015 : 차폐막 1016 : 스페이서
1017 : 편광판 1018 : 편광판
1021 : 대상 1025 : 화살표
1030 : 배선 1031 : 보호 절연막
1032 : 평탄화 절연막 1033 : 절연막
1035 : 신호 배선 1036 : 배선
1041 : p-형 반도체층 1042 : i-형 반도체층
1043 : n-형 반도체층 1141 : p-형 반도체층
1142 : i-형 반도체층 1143 : n-형 반도체층
1601 : 포토다이오드 1602 : 증폭 트랜지스터
1603 : 전하 축적 제어 트랜지스터 1604 : 리셋 트랜지스터
1605 : 선택 트랜지스터 1612 : 신호 전하 축적부
1613 : 전하 축적 제어 신호선 1614 : 리셋 신호선
1615 : 선택 신호선 1620 : 출력 신호선
1630 : 전원 공급선 1631 : 기준 신호선
1701 : 포토다이오드 1702 : 증폭 트랜지스터
1703 : 전하 축적 제어 트랜지스터 1704 : 리셋 트랜지스터
1712 : 신호 전하 축적부 1713 : 전하 축적 제어 신호선
1714 : 리셋 신호선 1720 : 출력 신호선
1730 : 전원 공급선 1731 : 기준 신호선
1801 : 패널 1802 : 확산판
1803 : 프리즘 시트 1804 : 확산판
1805 : 도광판 1806 : 반사판
1807 : 백라이트의 광원 1809 : 회로 보드
1810 : FPC 1811 : FPC
1812 : 손가락 2001 : 포토다이오드
2002 : 증폭 트랜지스터 2003 : 전하 축적 제어 트랜지스터
2004 ; 리셋 트랜지스터 2012 : 신호 전하 축적부
2013 : 전하 축적 제어 신호선 2014 : 리셋 신호선
2015 ; 차폐막 2020 : 출력 신호선
2025 : 화살표 2030 : 전원 공급선
2031 : 기준 신호선 2112 : 전위
2113 : 전위 2114 : 전위
2120 : 전위 2130 : 시간
2131 : 시간 2132 : 시간
2133 : 시간 2134 : 시간
2135 : 시간 2201 : 포토다이오드
2202 : 증폭 트랜지스터 2203 : 전하 축적 제어 트랜지스터
2205 : 선택 트랜지스터 2212 : 신호 전하 축적부
2213 : 전하 축적 제어 신호선 2215 : 선택 신호선
2216 : 리셋 신호선 2220 : 출력 신호선
2230 : 전원 공급선 2312 : 전위
2313 : 전위 2315 : 전위
2316 : 전위 2320 : 전위
2330 : 시간 2331 : 시간
2332 : 시간 2333 : 시간
2334 : 시간 2335 : 시간
2336 : 시간 2337 : 시간
2601 : 포토다이오드 2602 : 증폭 트랜지스터
2606 : 커패시터 2612 : 신호 전하 축적부
2615 : 선택 신호선 2616 : 리셋 신호선
2620 : 출력 신호선 2630 : 전원 공급선
2712 : 전위 2715 : 전위
2716 : 전위 2720 : 전위
2730 : 시간 2731 : 시간
2732 : 시간 2733 : 시간
3001 : 전위 3002 : 전위
3003 : 전위 3480 : 전위
3501 : 전위 3502 : 전위
3503 : 전위 3712 : 전위
3715 : 전위 3716 : 전위
3720 : 전위 3730 : 시간
3731 : 시간 3732 : 시간
3733 : 시간 3801 : 포토다이오드
3802 : 증폭 트랜지스터 3803 : 전하 축적 제어 트랜지스터
3804 : 리셋 트랜지스터 3812 : 신호 전하 축적부
3813 : 전하 축적 제어 신호선 3814 : 리셋 신호선
3820 : 출력 신호선 3830 : 전원 공급선
3831 : 기준 신호선 3832 : 리셋 전원 공급선
3912 : 전위 3913 : 전위
3914 : 전위 3920 : 전위
3930 : 시간 3931 : 시간
3932 : 시간 3933 : 시간
3934 : 시간 3935 : 시간
3980 : 전위 4001 : 전위
4401 : 포토다이오드 4402 : 증폭 트랜지스터
4405 : 선택 트랜지스터 4412 : 신호 전하 축적부
4415 : 선택 신호선 4416 : 리셋 신호선
4420 : 출력 신호선 4430 : 전원 공급선
4480 : 전위 4501 : 전위
4502 : 전위 4701 : 전위
4705 : 전위 4711 : 전위
4712 : 전위 4713 : 전위
4714 : 전위 4715 : 전위
4720 : 기간 4721 : 시간
4722 : 시간 4723 : 시간
4724 : 시간 4725 : 시간
4726 : 시간 4727 : 시간
4728 : 시간 4729 : 시간
4980 : 선택 신호선 5001 : 하우징
5002 : 표시부 5003 : 지지대
5101 : 하우징 5102 : 표시부
5103 : 스위치 5104 : 조작키
5105 : 적외선 포트 5201 : 하우징
5202 : 표시부 5203 : 동전 슬롯
5204 : 지폐 슬롯 5205 : 카드 슬롯
5206 : 통장 슬롯 5301 : 하우징
5302 : 하우징 5303 : 표시부
5304 : 표시부 5305 : 마이크로폰
5306 : 스피커 5307 : 조작키
5308 : 스타일러스 9696 : 표시 패널
102 : 표시 소자 제어 회로 103 : 광센서 제어 회로
104 : 화소 105 : 표시 소자부
106 : 광센서부 107 : 표시 소자 구동 회로
108 : 표시 소자 구동 회로 109 : 광센서 판독 회로
110 : 광센서 구동 회로 201 : 트랜지스터
202 : 보유 커패시터 203 : 액정 소자
204 : 포토다이오드 205 : 전하 축적 제어 트랜지스터
206 : 리셋 트랜지스터 207 : 증폭 트랜지스터
208 : 선택 트랜지스터 209 : 선택 신호선
210 : 신호 전하 축적부 211 : 출력 신호선
212 : 기준 신호선 213 : 전하 축적 제어 신호선
214 : 리셋 신호선 215 : 게이트 신호선
216 : 소스 신호선 230 : 전원 공급선
231 : 시간 232 : 시간
233 : 시간 234 : 시간
235 : 시간 236 : 시간
237 : 시간 238 : 시간
300 : 프리차지 회로 301 : 트랜지스터
302 : 보유 커패시터 303 : 프리차지 신호선
311 : 축적 기간 312 : 전하 보유 기간
313 : 기간 314 : 전하 보유 기간
315 : 기간 401 : 기간
402 : 전하 보유 기간 403 : 기간
404 : 전하 보유 기간 405 : 기간
406 : 전하 보유 기간 503 : 전위
509 : 전위 510 : 전위
511 : 전위 513 : 전위
514 : 전위 802 : 증폭 트랜지스터
803 : 전하 축적 제어 트랜지스터 804 : 리셋 트랜지스터
805 : 선택 트랜지스터 902 : 증폭 트랜지스터
903 : 전하 축적 제어 트랜지스터 904 : 리셋 트랜지스터
905 : 선택 트랜지스터 1001 : 기판
1002 : 포토다이오드 1003a : 트랜지스터
1003b : 트랜지스터 1003c : 트랜지스터
1003d : 트랜지스터 1004 : 보유 커패시터
1005 : 액정 소자 1007 : 화소 전극
1008 : 액정 1009 : 대향 전극
1011 : 배향막 1012 : 배향막
1013 : 대향 기판 1014 : 컬러 필터
1015 : 차폐막 1016 : 스페이서
1017 : 편광판 1018 : 편광판
1021 : 대상 1025 : 화살표
1030 : 배선 1031 : 보호 절연막
1032 : 평탄화 절연막 1033 : 절연막
1035 : 신호 배선 1036 : 배선
1041 : p-형 반도체층 1042 : i-형 반도체층
1043 : n-형 반도체층 1141 : p-형 반도체층
1142 : i-형 반도체층 1143 : n-형 반도체층
1601 : 포토다이오드 1602 : 증폭 트랜지스터
1603 : 전하 축적 제어 트랜지스터 1604 : 리셋 트랜지스터
1605 : 선택 트랜지스터 1612 : 신호 전하 축적부
1613 : 전하 축적 제어 신호선 1614 : 리셋 신호선
1615 : 선택 신호선 1620 : 출력 신호선
1630 : 전원 공급선 1631 : 기준 신호선
1701 : 포토다이오드 1702 : 증폭 트랜지스터
1703 : 전하 축적 제어 트랜지스터 1704 : 리셋 트랜지스터
1712 : 신호 전하 축적부 1713 : 전하 축적 제어 신호선
1714 : 리셋 신호선 1720 : 출력 신호선
1730 : 전원 공급선 1731 : 기준 신호선
1801 : 패널 1802 : 확산판
1803 : 프리즘 시트 1804 : 확산판
1805 : 도광판 1806 : 반사판
1807 : 백라이트의 광원 1809 : 회로 보드
1810 : FPC 1811 : FPC
1812 : 손가락 2001 : 포토다이오드
2002 : 증폭 트랜지스터 2003 : 전하 축적 제어 트랜지스터
2004 ; 리셋 트랜지스터 2012 : 신호 전하 축적부
2013 : 전하 축적 제어 신호선 2014 : 리셋 신호선
2015 ; 차폐막 2020 : 출력 신호선
2025 : 화살표 2030 : 전원 공급선
2031 : 기준 신호선 2112 : 전위
2113 : 전위 2114 : 전위
2120 : 전위 2130 : 시간
2131 : 시간 2132 : 시간
2133 : 시간 2134 : 시간
2135 : 시간 2201 : 포토다이오드
2202 : 증폭 트랜지스터 2203 : 전하 축적 제어 트랜지스터
2205 : 선택 트랜지스터 2212 : 신호 전하 축적부
2213 : 전하 축적 제어 신호선 2215 : 선택 신호선
2216 : 리셋 신호선 2220 : 출력 신호선
2230 : 전원 공급선 2312 : 전위
2313 : 전위 2315 : 전위
2316 : 전위 2320 : 전위
2330 : 시간 2331 : 시간
2332 : 시간 2333 : 시간
2334 : 시간 2335 : 시간
2336 : 시간 2337 : 시간
2601 : 포토다이오드 2602 : 증폭 트랜지스터
2606 : 커패시터 2612 : 신호 전하 축적부
2615 : 선택 신호선 2616 : 리셋 신호선
2620 : 출력 신호선 2630 : 전원 공급선
2712 : 전위 2715 : 전위
2716 : 전위 2720 : 전위
2730 : 시간 2731 : 시간
2732 : 시간 2733 : 시간
3001 : 전위 3002 : 전위
3003 : 전위 3480 : 전위
3501 : 전위 3502 : 전위
3503 : 전위 3712 : 전위
3715 : 전위 3716 : 전위
3720 : 전위 3730 : 시간
3731 : 시간 3732 : 시간
3733 : 시간 3801 : 포토다이오드
3802 : 증폭 트랜지스터 3803 : 전하 축적 제어 트랜지스터
3804 : 리셋 트랜지스터 3812 : 신호 전하 축적부
3813 : 전하 축적 제어 신호선 3814 : 리셋 신호선
3820 : 출력 신호선 3830 : 전원 공급선
3831 : 기준 신호선 3832 : 리셋 전원 공급선
3912 : 전위 3913 : 전위
3914 : 전위 3920 : 전위
3930 : 시간 3931 : 시간
3932 : 시간 3933 : 시간
3934 : 시간 3935 : 시간
3980 : 전위 4001 : 전위
4401 : 포토다이오드 4402 : 증폭 트랜지스터
4405 : 선택 트랜지스터 4412 : 신호 전하 축적부
4415 : 선택 신호선 4416 : 리셋 신호선
4420 : 출력 신호선 4430 : 전원 공급선
4480 : 전위 4501 : 전위
4502 : 전위 4701 : 전위
4705 : 전위 4711 : 전위
4712 : 전위 4713 : 전위
4714 : 전위 4715 : 전위
4720 : 기간 4721 : 시간
4722 : 시간 4723 : 시간
4724 : 시간 4725 : 시간
4726 : 시간 4727 : 시간
4728 : 시간 4729 : 시간
4980 : 선택 신호선 5001 : 하우징
5002 : 표시부 5003 : 지지대
5101 : 하우징 5102 : 표시부
5103 : 스위치 5104 : 조작키
5105 : 적외선 포트 5201 : 하우징
5202 : 표시부 5203 : 동전 슬롯
5204 : 지폐 슬롯 5205 : 카드 슬롯
5206 : 통장 슬롯 5301 : 하우징
5302 : 하우징 5303 : 표시부
5304 : 표시부 5305 : 마이크로폰
5306 : 스피커 5307 : 조작키
5308 : 스타일러스 9696 : 표시 패널
Claims (20)
- 표시 장치를 구동하기 위한 방법에 있어서,
상기 표시 장치는 화소 어레이를 포함하고,
상기 화소 어레이는:
제 1 표시 소자부 및 제 1 광센서부를 포함하는 제 1 화소와;
제 2 표시 소자부 및 제 2 광센서부를 포함하는 제 2 화소를 포함하고,
상기 방법은:
상기 화소 어레이에서 블랙 이미지(black image)를 표시하는 동안, 상기 제 1 광센서부 및 상기 제 2 광센서부 각각에서 전하 축적 동작을 동시에 수행하는 단계를 포함하고,
상기 제 2 화소는 상기 제 1 화소와 다른 행에 제공되는, 표시 장치를 구동하기 위한 방법. - 표시 장치를 구동하기 위한 방법에 있어서,
상기 표시 장치는 매트릭스형으로 배치된 복수의 광센서부들을 포함하고, 상기 복수의 광센서부들은:
제 1 광센서부로서,
제 1 포토다이오드와,
제 1 게이트, 제 1 단자, 및 제 2 단자를 포함하는 제 1 트랜지스터로서, 상기 제 1 단자는 상기 제 1 포토다이오드에 전기적으로 접속되는, 상기 제 1 트랜지스터와,
상기 제 2 단자에 전기적으로 접속되는 제 2 게이트를 포함하는 제 2 트랜지스터를 포함하는, 상기 제 1 광센서부와;
제 2 광센서부로서,
제 2 포토다이오드와,
제 3 게이트, 제 3 단자, 및 제 4 단자를 포함하는 제 3 트랜지스터로서, 상기 제 3 단자는 상기 제 2 포토다이오드에 전기적으로 접속되는, 상기 제 3 트랜지스터와,
상기 제 4 단자에 전기적으로 접속되는 제 4 게이트를 포함하는 제 4 트랜지스터를 포함하는, 상기 제 2 광센서부와;
백라이트를 포함하고,
상기 방법은:
상기 백라이트를 턴 오프(turn off)하는 단계와;
상기 제 1 트랜지스터 및 상기 제 3 트랜지스터를 동시에 턴 온(turn on)하는 단계와;
상기 제 1 트랜지스터 및 상기 제 3 트랜지스터를 턴 온한 후에, 상기 제 1 트랜지스터 및 상기 제 3 트랜지스터를 동시에 턴 오프하는 단계와;
상기 제 1 트랜지스터 및 상기 제 3 트랜지스터를 턴 오프한 후에, 상기 백라이트를 턴 온하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 광센서부는 상기 매트릭스형에서 제 1 행에 제공되고,
상기 제 2 광센서부는 상기 매트릭스형에서 제 2 행에 제공되고,
상기 제 1 행은 상기 제 2 행과 다른, 표시 장치를 구동하기 위한 방법. - 표시 장치를 구동하기 위한 방법에 있어서,
상기 표시 장치는 화소 어레이를 포함하고,
상기 화소 어레이는:
복수의 표시 소자부들과;
복수의 광센서부들을 포함하고,
상기 복수의 광센서부들 각각은:
포토다이오드와;
제 1 게이트, 제 1 단자, 및 제 2 단자를 포함하는 제 1 트랜지스터로서, 상기 제 1 단자는 상기 포토다이오드에 전기적으로 접속되는, 상기 제 1 트랜지스터와;
제 2 게이트, 제 3 단자, 및 제 4 단자를 포함하는 제 2 트랜지스터로서, 상기 제 2 게이트는 상기 제 2 단자에 전기적으로 접속되는, 상기 제 2 트랜지스터를 포함하고,
상기 방법은:
상기 복수의 표시 소자부들에 블랙 이미지를 표시하는 동안 상기 포토다이오드에 광을 조사함으로써, 제 1 전위를 상기 복수의 광센서부들 각각의 상기 제 1 게이트에 인가하고 상기 제 2 단자와 상기 제 2 게이트 사이의 노드에서 제 2 전위를 제 3 전위로 변경하는 단계를 포함하고,
상기 광은 상기 표시 장치로부터 조사되고,
상기 복수의 광센서부들은 매트릭스형으로 배치되는, 표시 장치를 구동하기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 광센서부에 축적된 제 1 전하에 따라서 상기 제 1 광센서부로부터 상기 제 1 표시 소자부로 제 1 신호를 출력하는 단계와;
상기 제 2 광센서부에 축적된 제 2 전하에 따라서 상기 제 2 광센서부로부터 상기 제 2 표시 소자부로 제 2 신호를 출력하는 단계를 더 포함하고,
상기 제 2 신호는 상기 제 1 신호가 출력된 후에 출력되는, 표시 장치를 구동하기 위한 방법. - 제 4 항에 있어서,
상기 전하 축적 동작을 수행하는 단계, 상기 제 1 신호를 출력하는 단계, 및 상기 제 2 신호를 출력하는 단계는 1 프레임 기간 내에 수행되는, 표시 장치를 구동하기 위한 방법. - 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 표시 장치는 백라이트를 포함하고,
상기 블랙 이미지는 상기 백라이트를 턴 오프함으로써 표시되는, 표시 장치를 구동하기 위한 방법. - 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 화소 어레이는 액정 및 백라이트를 포함하고,
상기 블랙 이미지는 상기 백라이트로부터 방출된 광을 상기 액정으로 차폐시킴으로써 표시되는, 표시 장치를 구동하기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 전하 축적 동작은 상기 제 1 광센서부 및 상기 제 2 광센서부를 광으로 조사함으로써 수행되는, 표시 장치를 구동하기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 광센서부 및 상기 제 2 광센서부 각각은 포토다이오드를 포함하는, 표시 장치를 구동하기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 전하 축적 동작을 수행하기 전에 리셋 동작을 수행하는 단계를 더 포함하는, 표시 장치를 구동하기 위한 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 트랜지스터 및 상기 제 3 트랜지스터 각각은 산화물 반도체를 포함하는, 표시 장치를 구동하기 위한 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 트랜지스터는 산화물 반도체를 포함하는, 표시 장치를 구동하기 위한 방법. - 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
상기 산화물 반도체는 인듐을 포함하는, 표시 장치를 구동하기 위한 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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