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KR20010009601A - 센싱 표시 결합형 영상 입출력 장치 - Google Patents

센싱 표시 결합형 영상 입출력 장치 Download PDF

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KR20010009601A
KR20010009601A KR1019990028046A KR19990028046A KR20010009601A KR 20010009601 A KR20010009601 A KR 20010009601A KR 1019990028046 A KR1019990028046 A KR 1019990028046A KR 19990028046 A KR19990028046 A KR 19990028046A KR 20010009601 A KR20010009601 A KR 20010009601A
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KR
South Korea
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charge transfer
vertical charge
transfer region
image
sensing
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Withdrawn
Application number
KR1019990028046A
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English (en)
Inventor
서유석
임병근
Original Assignee
서평원
엘지정보통신 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Abstract

본 발명은 영상 입력 센서와 영상 표시 소자가 하나의 겸용 소자에 부착되어 사용될 수 있도록 한 센싱-표시 결합형 영상 입출력 장치에 관한 것으로, 본 발명의 센싱 표시 결합형 영상 입출력 장치는, 투명 기판위에 일정 간격을 갖고 일방향으로 교번하여 배열되는 복수개의 수직 전하 전송 영역과 데이터 라인과, 일정 간격을 갖고 상기 수직 전하 전송 영역 및 데이터 라인에 수직한 방향으로 배열되는 복수개의 게이트 라인과, 상기 게이트 라인 방형으로 각 수직 전하 전송 영역에 하나씩 배열되는 복수개의 포토 다이오드와, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인 사이에 하나씩 배열되는 복수개의 화소 전극 및 복수개의 트랜지스터를 포함하여 구성된다. 따라서, 휴대장치의 소형화, 저전력화, 경량화에 기여할 수 있다.

Description

센싱 표시 결합형 영상 입출력 장치{Image input/output apparratus combining sensing and display}
본 발명은 영상 센싱-표시(image sensing-display) 결합형 영상 입출력 장치에 관한 것으로, 특히 영상 입력 센서와 영상 출력 디스플레이 소자가 하나의 겸용 소자에 부착되어 사용될 수 있도록 한 센싱-표시 결합형 영상 입출력 장치에 관한 것이다.
최근 소형 휴대용 영상 기기(Digital camera, PDA, digital camcoder, 영상 이동 전화 등)가 널리 보급되고 있는 실정이고, 앞으로도 이들 소형 휴대용 영상 기기는 계속적으로 개발되고 있다.
이들 소형 휴대용 영상 기기에는 피사체를 촬영하여 영상을 입력하는 CCD(Charge Coupled Device) 영상 소자와, 영상 신호를 표시하는 액정표시장치(LCD, Liquid Crystal Display) 등이 설치되어 영상 신호를 입력하거나 출력하도록되어 있다.
예를 들면, 캠코더에는 피사체를 촬영하여 영상 신호를 테이프 등에 녹화를 하거나, 촬영된 영상 신호를 표시하는 경우가 있다. 이 때, 피사체를 촬영하는데 이용되는 것이 CCD 영상 소자이고, 영상 신호를 표시 하는데 이용되는 것이 액정표시장치이다.
이와 같이, 하나의 휴대용 영상 기기내에 영상 입력 장치와 영상 출력 장치가 필요하게 된 경우, 피사체를 촬영하여 영상 신호를 입력하는 소자와 영상 신호를 표시하는 소자를 별도로 설치하였다.
이와 같이 영상을 센싱하여 입력하는 입력장치와 영상을 표시하는 출력장치로 각각 구분되는 종래의 영상 입력 장치 및 영상 출력 장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 영상 센싱 장치인 CCD(Charge Coupled Device) 영상 소자의 레이 아웃도이고, 도 2는 종래의 액정표시장치의 레이 아웃도이다.
CCD는 동영상을 센싱하는 가장 보편적인 소자로써, 입력되는 피사체의 빛을 수신하여 전기적인 신호로 변환 출력하는 소자이다.
CCD의 기본 구조는, 도 1과 같이, 매트릭스 형태로 배열되어 피사체의 빛을 전기적인 신호(영상 신호 전하)로 변환하는 복수개의 포토 다이오드(Photo Diode)와, 상기 포토 다이오드(PD)에서 변환된 영상 신호 전하는 수직 방향으로 전송하는 수직 전하 전송 영역(VCCD, Vertical Charge Coupled Device)과, 상기 수직 방향으로 전송된 영상 신호 전하를 수평 방향으로 전송하는 수평 전하 전송 영역(HCCD, Horizontal Charge Coupled Device)과, 상기 수평 방향으로 전송된 영상 신호 전하를 센싱하여 전기적인 신호로 출력하는 센싱 엠프(SA, Sensing Amp)부로 구성된다.
이와 같이 구성된 CCD 영상 소자의 동작은 다음과 같다.
각 포토 다이오드(PD)는 피사체의 빛에 상응하는 영상 신호 전하를 생성하고, 생성된 각 영상 신호 전하는 각각 분리되어 수직 전하 전송 영역(VCCD)을 통해서 수직 방향으로 전송된다.
수직 방향으로 전송된 영상 신호 전하는 수평 전하 전송 영역(HCCD)을 통해 수평 방향으로 전송되어 최종적으로 센싱 엠프(SA)에 의해 센싱되어 출력된다.
한편, 영상 신호를 표시하는 종래의 액정표시장치의 구성은 다음과 같다.
즉, 도 2와 같이, 일정 간격을 갖고 일 방향으로 배열되어 화소의 구동신호를 인가하는 복수개의 스캔 라인(S/L, Scan line)과, 일정 간격을 갖고 상기 스캔 라인(S/L)에 수직한 방향으로 배열되어 각 화소에 데이터 신호를 인가하는 복수개의 데이터 라인(D/L, Data line)과, 상기 각 스캔 라인(S/L)과 데이터 라인(D/L) 사이에 매트릭스 형태로 배열되어 인가되는 데이터 신호에 상응하는 영상 신호를 표시하는 복수개의 화소 전극(P/E, Pixel electrode)과, 상기 스캔 라인(S/L)을 게이트로 하고 상기 데이터 라인(D/L)을 소오스로 하고 상기 화소 전극(P/E)을 드레인으로 하여 스캔 라인의 신호에 따라 데이터 라인의 데이터를 화소 전극에 공급하는 복수개의 트랜지스터(Tr)를 구비하여 구성된다.
이와 같이 구성된 액정표시장치의 동작은 다음과 같다.
각 스캔 라인(S/L)에 순차적으로 "펄스"신호가 인가되고, 각 트랜지스터는 해당 스캔 라인에 펄스 신호가 인가될 때 턴온되어 데이터 라인의 데이터 신호를 화소 전극에 인가한다.
따라서, 화소 전극에 상응하는 부분의 액정 분자가 동작하여 백 라이트의 빛을 투광하거나 차단하여 영상 신호를 표시한다.
종래의 소형 휴대용 영상 기기에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
첫째, 종래에는 영상을 센싱하는 소자와 영상을 표시하는 소자가 별도로 구분되어 있으므로, 영상을 센싱하고 영상을 표시하는 기능을 모두 구비하기 위해서는 각각 영상을 센싱하는 소자와 영상을 표시하는 소자를 별도로 설치하여야만 하였다. 따라서, 실장 면적과 용적이 증가하게 된다.
둘째, 각각 별도로 영상 센싱 소자와 영상 표시 소자를 채용하여 동작시키게 되므로 별도의 전원을 필요하게 되어 전력 소모량이 많았다.
셋째, 상술한 바와 같이 실장 면적 및 용적이 증가하고 소비 전력이 많아지므로 휴대용 영상 기기에 적합하지 못했다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 영상 센싱 장치와 영상 표시 장치가 동일 기판상에 설치된 센싱 표시 결합형 영상 입출력 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 영상 신호 센싱 장치의 레이 아웃도
도 2는 종래의 액정표시장치의 레이 아웃도
도 3는 본 발명 제 1 실시예의 센싱 표시 결합형 영상 입출력 장치 구성도
도 4는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ' 선상의 단면도
도 5는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ' 선상의 단면도
도 6은 도 3의 Ⅲ-Ⅲ'선상의 단면도
도 7은 본 발명 제 2 실시예의 센싱 표시 결합형 영상 입출력 장치 구성도
도 8는 도 7의 Ⅰ-Ⅰ' 선상의 단면도
도 9는 도 7의 Ⅱ-Ⅱ' 선상의 단면도
도 10은 본 발명 제 3 실시예의 센싱 표시 결합형 영상 입출력 장치의 구성도
도 11는 도 10의 Ⅰ-Ⅰ' 선상의 단면도
도 12는 도 10의 Ⅱ-Ⅱ' 선상의 단면도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 수직 전하 전송 영역 2 : 데이터 라인
3 : 게이트 라인 4 : 화소 전극
5 : 트랜지스터 10 : 투명 기판
11 : 차광층 12 : 전송 게이트
13 : 집광 렌즈 14 : 차광층
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 센싱 표시 결합형 영상 입출력 장치는, 투명 기판위에 일정 간격을 갖고 일방향으로 교번하여 배열되는 복수개의 수직 전하 전송 영역과 데이터 라인과, 일정 간격을 갖고 상기 수직 전하 전송 영역 및 데이터 라인에 수직한 방향으로 배열되는 복수개의 게이트 라인과, 상기 게이트 라인 방형으로 각 수직 전하 전송 영역에 하나씩 배열되는 복수개의 포토 다이오드와, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인 사이에 하나씩 배열되는 복수개의 화소 전극 및 복수개의 트랜지스터를 포함하여 구성됨에 그 특징이 있다.
상기와 같은 본 발명의 영상 입출력 장치를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3는 본 발명 제 1 실시예의 센싱 표시 결합형 영상 입출력 장치의 구성도이고, 도 4은 도 3의 Ⅰ-Ⅰ' 선상의 단면도이고, 도 5는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ' 선상의 단면도이며, 도 6는 도 3의 Ⅲ-Ⅲ' 선상의 단면도이다.
본 발명 제 1 실시예의 영상 센싱 표시 결합형 영상 입출력 장치는, 도 3과 같이, 영상 신호를 센싱하는 열(C1)과 영상 신호를 표시하는 열(D1, D2)이 교대로 배열된 구조이다.
즉, 투명 기판(10)위에 일정 간격을 갖고 일방향으로 복수개의 수직 전하 전송 영역(VCCD)(1)과 데이터 라인(data bus)(2)이 교번하여 배열되고, 상기 수직 전하 전송 영역(1) 및 데이터 라인(2)에 수직한 방향으로 복수개의 게이트 라인(gate bus)(3)이 배열된다.
이 때, 하나의 수직 전하 전송 영역(1)과 하나의 데이터 라인(2)이 한 쌍을 이루어 형성되고, 게이트 라인(3)은 하나의 영상 신호 표시 열에 2개의 게이트 라인(3)이 배열되며, 영상 신호 센싱 열에는 게이트 라인이 배열되지 않는다.
그리고, 상기 영상 신호 센싱 열에는 각 수직 전하 전송 영역(1)에 하나의 포토 다이오드(PD)가 배열되고, 영상 신호 표시 열에는 각 게이트 라인(3)과 데이터 라인(2) 사이에는 하나의 화소 전극(4)과 하나의 트랜지스터(5)가 배열된다. 이 때, 각 트랜지스터(5)는 게이트 전극이 게이트 라인에 연결되고 소오스 전극은 데이터 라인에 연결되며 드레인 전극은 화소 전극(4)에 연결된다.
그리고, 상기 각 포토 다이오드(PD)와 수직 전하 전송 영역(1)은 직접 연결되는 것이 아니고 도면에는 도시되지 않았지만, 포토 다이오드와 수직 전하 전송 영역()사이에는 전위 분포에 의해 포토 다이오드에서 생성된 전하가 수직 전하 전송 영역으로 전송되도록 되어 있다. 도면에는 도시되지 않았지만, 수직 전하 전송 영역(1)에 의해 전송된 영상 신호 전하를 수평 방향 또는 최종 출력단으로 전송하고 최종 출력단에서 영상 신호 전하를 센싱하여 전기적인 신호로 출력하는 수평 전하 전송 영역 및 센싱부가 더 구비된다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명 제 1 실시예의 각 부분 단면을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 영상 신호 표시 열에 해당하는 부분은, 도 4와 같이, 투명 기판(10)위에 각각 분리되어 화소 전극(Green)들이 형성되고 화소 전극 사이로 수직 전하 전송 영역(1)과 데이터 라인(2)이 형성된다. 그리고, 액정표시장치를 구동하기 위한 백 라이트 광원이 투명 기판(10)쪽에 조사된다.
영상 신호 센싱 열에는 투명 기판(10)위에 차광층(11)이 형성되고, 상기 차광층(11)위에 포토 다이오드(PD)가 형성되며, 포토 다이오드(PD) 양측에 수직 전하 전송 영역(1)과 데이터 라인(2)이 형성된다. 이 때, 수직 전하 전송 영역(1)과 포토 다이오드(PD) 사이에는 포토 다이오드(PD)에서 생성된 전하를 수직 전하 전송 영역(1)으로 전송하기 위한 전송 게이트(12)가 형성되고, 도면에서는 도시되지 않았지만 수직 전하 전송 영역(1)위에는 차광층이 형성되어 있으며, 포토 다이오드(PD) 상측에는 빛을 집광하기 위한 집광 렌즈(13)가 형성된다.
한편, 영상 신호 센싱 열과 영상 신호 표시 열 사이에는, 도 6과 같이, 차광층(14)이 형성되며, 상기 데이터 라인(2)과 수직한 방향의 화소 영역 사이에 게이트 라인(3)이 형성된다.
도 7은 본 발명 제 2 실시예의 영상 입출력 장치 구성도이며, 도 8은 도 7의 Ⅰ-Ⅰ' 선상의 단면도이고, 도 9는 도 7의 Ⅱ-Ⅱ' 선상의 단면도이다
본 발명 제 2 실시예의 센싱 표시 결합형 영상 입출력 장치는 영상 신호 센싱 영역과 영상 신호 표시 영역을 수직 및 수평 방향으로 교번하여 배열한 실시예이다.
즉, 도 7과 같이, 일정 간격을 갖고 일방향으로 복수개의 수직 전하 전송 영역(VCCD)(1)과 데이터 라인(data bus)(2)이 교번하여 배열되고, 상기 수직 전하 전송 영역(1) 및 데이터 라인(2)에 수직한 방향으로 복수개의 게이트 라인(gate bus)(3)이 배열된다.
이 때, 마찬가지로 하나의 수직 전하 전송 영역(1)과 하나의 데이터 라인(2)이 쌍을 이루어 형성된다.
영상 신호 센싱 영역에서는 각 수직 전하 전송 영역(1)과 각 게이트 라인(3) 사이에 하나의 포토 다이오드(PD)가 배열되고, 영상 신호 표시 영역에는 각 게이트 라인(3)과 데이터 라인(2) 사이에 하나의 화소 전극(4)과 하나의 트랜지스터(5)가 배열된다. 이 때, 각 트랜지스터(5)는 게이트 전극이 게이트 라인에 연결되고 소오스 전극은 데이터 라인에 연결되며 드레인 전극은 화소 전극(4)에 연결된다.
그리고, 상기 각 포토 다이오드(PD)와 수직 전하 전송 영역(1)은 직접 연결되는 것이 아니고 도면에는 도시되지 않았지만, 포토 다이오드와 수직 전하 전송 영역()사이에는 전위 분포에 의해 포토 다이오드에서 생성된 전하가 수직 전하 전송 영역으로 전송되도록 되어 있다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명 제 2 실시예의 각 부분 단면을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 8 및 도 9와 같이, 영상 신호 표시 영역에는 투명 기판(10)위에 각각 분리되어 화소 전극(4)(Green)들이 형성되고 화소 전극(4) 사이로 수직 전하 전송 영역(1)과 데이터 라인(2)이 형성된다. 그리고, 액정표시장치를 구동하기 위한 박 라이트 광원이 투명 기판(10)쪽에 조사된다.
또한, 영상 신호 센싱 영역에는 투명 기판(10)위에 차광층(11)이 형성되고, 상기 차광층(11)위에 포토 다이오드(PD)가 형성되며, 포토 다이오드(PD) 양측에 수직 전하 전송 영역(1)과 데이터 라인(2)이 형성된다. 이 때, 수직 전하 전송 영역(1)과 포토 다이오드(PD) 사이에는 포토 다이오드(PD)에서 생성된 전하를 수직 전하 전송 영역(1)으로 전송하기 위한 전송 게이트(12)가 형성되고, 도면에서는 도시되지 않았지만 수직 전하 전송 영역(1)위에는 차광층이 형성되어 있으며, 포토 다이오드(PD) 상측에는 빛을 집광하기 위한 집광 렌즈(13)가 형성된다.
도 10는 본 발명 제 3 실시예의 센싱 표시 결합형 영상 입출력 장치의 구성도이며, 도 11은 도 10의 Ⅰ-Ⅰ' 선상 단면도이고, 도 12는 도 10의 Ⅱ-Ⅱ' 선상 단면도이다.
본 발명 제 3 실시예의 센싱 표시 결합형 영상 입출력 장치는 R,G,B 3개의영상 표시 화소 영역에 하나의 포토 다이오드가 배열되도록 한 것이다.
즉, 도 10과 같이, 일정 간격을 갖고 일방향으로 복수개의 수직 전하 전송 영역(VCCD)(1)과 데이터 라인(data bus)(2)이 배열되고, 상기 수직 전하 전송 영역(1) 및 데이터 라인(2)에 수직한 방향으로 복수개의 게이트 라인(gate bus)(3)이 배열된다.
이 때, 수직 전하 전송 영역(1)과 데이터 라인(2)은 각각 하나씩하여 한 쌍을 이루고 각 쌍 사이에 데이터 라인(2)이 더 형성된다.
그리고, 각 수직 전하 전송 영역(1)과 각 게이트 라인(3) 사이에 하나의 포토 다이오드(PD)가 배열되고, 각 게이트 라인(3)과 데이터 라인(2) 사이에 하나의 화소 전극(4)과 하나의 트랜지스터(5)가 배열된다. 즉, 하나의 수직 전하 전송 영역(1)과 2개의 데이터 라인(2) 및 2개의 게이트 라인(3)에는 3개의 화소 전극(4)과 하나의 포토 다이오드(PD)가 배열된다.
이 때, 각 트랜지스터(5)는 게이트 전극이 게이트 라인에 연결되고 소오스 전극은 데이터 라인에 연결되며 드레인 전극은 화소 전극(4)에 연결된다.
그리고, 상기 각 포토 다이오드(PD)와 수직 전하 전송 영역(1)은 직접 연결되는 것이 아니고 도면에는 도시되지 않았지만, 포토 다이오드와 수직 전하 전송 영역()사이에는 전위 분포에 의해 포토 다이오드에서 생성된 전하가 수직 전하 전송 영역으로 전송되도록 되어 있다.
이와 같은 구조를 갖는 본 발명 제 3 실시예의 센싱 표시 결합형 영상 입출력 장치의 각 단면 구조는 도 11 및 도 12에 나타낸 바와 같다. 즉, 본 발명 제 3 실시예의 센싱 표시 결합형 영상 입출력 장치의 단면 구조도 본 발명 제 1, 제 2 실시예와 동일하다.
이와 같이 구성된 본 발명 각 실시예의 센싱 표시 결합형 영상 입출력 장치의 동작은 다음과 같다.
먼저, 영상 신호를 센싱하는 영상 입력 모드 또는 영상 신호를 표시하는 영상 출력 모드에 따라 구동 방법이 다르다.
영상 신호를 센싱하는 영상 입력 모드의 동작을 설명하면 다음과 같다.
영상 신호를 센싱하는 영상 입력 모드에서는 각 데이터 라인 및 각 게이트 라인에 어떤 신호도 인가하지 않은 상태에서, 각 포토 다이오드(PD)가 피사체의 빛을 수광하여 빛에 상응하는 영상 신호 전하를 생성한다. 그리고 각 포토 다이오드(PD)에서 생성된 영상 신호 전하는 전송 게이트(12)를 통해 수직 전하 전송 영역(1)으로 전송되고 수직 전하 전송 영역(1)을 통해 전송된 영상 신호 전하는 수평 전하 전송 영역등을 통해 최종 출력단으로 전송되어 센싱부에 의해 전기적인 신호로 출력된다.
이와 같이 각 포토 다이오드(PD)에서 생성된 각각의 영상 신호 전하가 센싱부에 의해 전기적인 신호로 출력되면 하나의 화면을 구성할 수 있다.
그리고 영상 신호를 표시하는 영상 신호 출력 모드에서는 각 포토 다이오드(PD)와 수직 전하 전송 영역(1)에 어떤 신호도 인가하지 않고 각 데이터 라인과 게이트 라인을 구동하여 영상을 표시한다.
즉, 게이트 라인(3)에 스캔 펄스를 인가하고 스캔 펄스가 인가된 해당 게이트 라인(3)에 상응하는 데이터 라인(2)에 데이터 신호를 인가하면, 해당 트랜지스터(5)가 턴온되어 데이터 라인(2)의 신호를 화소 전극(4)에 인가하므로 영상 신호가 표시 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 센싱 표시 결합형 영상 입출력 장치는 동일 기판위에 영상 신호를 센싱하는 영상 입력 장치와 영상 신호를 표시하는 영상 출력 장치를 형성하여 필요에 따라 영상 신호를 센싱하던가 표시하도록 한 것이다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 센싱 표시 결합형 영상 입출력 장치에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 종래에는 영상을 센싱하는 장치와 영상을 표시하는 장치가 별도로 구성되어 각각 별도로 구동됨에 비해, 본 발명은 영상 센싱과 영상 표시가 하나의 소자에 의해 구성 및 구동되므로 소형화, 저전력화, 경량화에 기여할 수 있다.
둘째, 영상의 입출력을 동일한 소자로 구현할 수 있으므로 소형 휴대장치의 경량화, 소형화를 이룰 수 있다.

Claims (3)

  1. 투명 기판위에 일정 간격을 갖고 일방향으로 교번하여 배열되는 복수개의 수직 전하 전송 영역과 데이터 라인;
    일정 간격을 갖고 상기 수직 전하 전송 영역 및 데이터 라인에 수직한 방향으로 배열되는 복수개의 게이트 라인;
    상기 게이트 라인 방형으로 각 수직 전하 전송 영역에 하나씩 배열되는 복수개의 포토 다이오드; 그리고
    상기 각 게이트 라인과 데이터 라인 사이에 하나씩 배열되는 복수개의 화소 전극 및 복수개의 트랜지스터를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 센싱 표시 결합형 영상 입출력 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수직 전하 전송 영역 및 데이터 라인이 하나씩 한 쌍을 이루고 각 쌍의 수직 전하 전송 영역 및 데이터 라인과 게이트 라인 사이에 상기 복수개의 포토 다이오드와, 복수개의 화소 전극 및 트랜지스터가 수직 수평 방향으로 교번하여 배열됨을 특징으로 하는 센싱 표시 결합형 영상 입출력 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 수직 전하 전송 영역 및 데이터 라인은 하나씩 한 쌍을 이루고 각 쌍의 수직 전하 전송 영역 및 데이터 라인 사이에 하나의 데이터 라인이 더 배열되고, 각 쌍의 수직 전하 전송 영역 및 데이터 라인과 2개의 게이트 라인 사이에 하나의 포토 다이오드와 3개의 화소 전극 및 트랜지스터가 배열됨을 특징으로 하는 센싱 표시 결합형 영상 입출력 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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