본 발명은 하나의 픽셀(pixel) 내에 디스플레이 발광 소자와 그 밝기를 감지하는 광감지 소자를 함께 구현할 수 있도록 하는 광학센서 일체형 표시 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다. 이를 실현하기 위해, 본 발명에 따른 광학센서 일체형 표시 장치에서 하나의 화소(PX)는, 제1 전원선(ELVDD)에 광감지 소자(PD)가 연결되고, 제2 전원선(ELVSS)에 발광 소자(OLED)가 연결되며, 감지 트랜지스터(TP)를 통하여 광감지 소자(PD)를 온(ON) 시키고, 제1 및 제2 발광 제어 트랜지스터(TE1, TE2)를 통하여 발광 소자(OLED)를 온(ON) 시키며, 감지 트랜지스터(TP)와 발광 제어 트랜지스터(TE1, TE2) 사이에 구동 트랜지스터(TD)가 연결된 구조를 갖는다. 따라서, 본 발명은 하나의 화소를 통하여 디스플레이 모드 및 이미지 감지 모드를 모두 수행할 수 있으며, 그에 따라 디스플레이의 성능 저하를 최소화 할 수 있는 효과가 있다.