KR102400893B1 - 표시장치와 지문 센서 및 그 구동 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지문 센서를 포함한 표시장치와 지문 센서 구동 장치 및 방법에 관한 것으로, 이 지문 센서는 표시 패널의 화면 외에서 적외선 광을 균일하게 조사하고, 표시 패널 아래에 배치된 이미지 센서에서 지문으로부터 반사된 적외선 광을 전기적인 신호로 변환함으로써 입력 영상이 표시되는 표시 패널의 화면 상에서 지문을 감지할 수 있다. 상기 이미지 센서는 상기 광원 구동 신호의 온 구간에 제1 지문 신호를 출력하고 상기 광원 구동 신호의 오프 구간에 제2 지문 신호를 출력하는 다수의 픽셀들과, 상기 제1 지문 신호와 상기 제2 지문 신호의 차를 증폭하여 지문 신호를 출력하는 노이즈 제거부를 포함한다.

Description

표시장치와 지문 센서 및 그 구동 방법{DISPLAY DEVICE WITH FINGERPRINT SENSOR, FINGERPRINT SENSOR AND DRIVING METHOD OF THE FINGERPRINT SENSOR}

본 발명은 표시장치와 지문 센서 및 그 구동 방법에 관한 것이다.

전계 발광 표시장치는 발광층의 재료에 따라 무기발광 표시장치와 유기 발광 표시장치로 대별된다. 액티브 매트릭스 타입(active matrix type)의 유기 발광 표시장치는 스스로 발광하는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode: 이하, "OLED"라 함)를 포함하며, 응답속도가 빠르고 발광효율, 휘도 및 시야각이 큰 장점이 있다.

유기 발광 표시장치의 OLED는 애노드 및 캐소드와, 이들 사이에 형성된 유기 화합물층을 포함한다. 유기 화합물층은 정공주입층(Hole Injection layer, HIL), 정공수송층(Hole transport layer, HTL), 발광층(Emission layer, EML), 전자수송층(Electron transport layer, ETL) 및 전자주입층(Electron Injection layer, EIL)으로 이루어진다. 애노드와 캐소드에 전원이 인가되면 정공수송층(HTL)을 통과한 정공과 전자수송층(ETL)을 통과한 전자가 발광층(EML)으로 이동되어 여기자를 형성하고, 그 결과 발광층(EML)이 가시광을 발생하게 된다.

지문 센서는 홈 버튼(Home button)과 같은 화면 밖의 특정 위치에 배치되고 있다. 지문 센서 배치 방법은 화면 밖의 베젤(bezel) 영역에 배치될 수 있는데, 이 경우에 베젤 영역이 커진다. 표시 패널에 지문 센서를 배치하기 위하여, 표시 패널의 구조가 변경될 수 있다.

액정표시장치(Liquid Crystal Display Device: LCD)에 지문 센서가 배치될 수 있는데, 화면 영역에서 표시 패널과 백라이트 유닛(Back light Unit, BLU) 사이에 지문 센서를 배치하면 지문 센서가 보이게 된다. 백라이트 유닛(BLU)의 프리즘 시트(prism sheet)는 그 구조 상 공기층(air gap)이 많다. 공기층으로 인하여 지문센서의 수신 효율이 낮아지기 때문에 액정표시장치의 화면 영역 아래에 지문 센서가 배치될 수 없다.

본 발명은 화면 상에서 지문을 센싱할 수 있고 태양광과 주변광의 영향을 최소화한 표시장치와 지문 센서 및 그 구동 방법을 제공한다.

본 발명의 표시장치는 화면 상에 입력 영상을 표시하는 표시패널, 상기 표시패널 위에 배치되어 광원으로부터의 빛을 상기 표시패널의 화면 위에 조사하는 광원 장치, 소정의 듀티비를 갖는 광원 구동 신호로 상기 광원을 구동하는 광원 구동부, 및 상기 표시패널의 아래에 배치되는 이미지 센서를 구비한다.

상기 이미지 센서는 상기 광원 구동 신호의 온 구간에 제1 지문 신호를 출력하고 상기 광원 구동 신호의 오프 구간에 제2 지문 신호를 출력하는 다수의 픽셀들, 상기 제1 지문 신호와 상기 제2 지문 신호의 차를 증폭하여 지문 신호를 출력하는 노이즈 제거부, 및 상기 노이즈 제거부로부터 입력된 상기 지문 신호를 디지털 데이터로 변환하는 아날로그-디지털 변환기를 구비한다.

상기 이미지 센서는 상기 픽셀들에 연결된 로우 라인들에 로우 어드레스 신호를 순차적으로 출력하는 로우 디코더, 상기 로우 라인들과 직교하는 컬럼 라인들에 연결되어 상기 로우 어드레스 신호에 동기되는 컬럼 어드레스 신호에 응답하여 상기 로우 라인으로부터의 상기 제1 및 제2 지문 신호를 리드 아웃 라인에 공급하는 컬럼 구동부, 상기 컬럼 어드레스 신호를 상기 컬럼 구동부에 순차적으로 공급하는 컬럼 디코더, 상기 광원 구동 신호와 상기 로우 어드레스 신호를 동기시키는 타이밍 신호 발생부를 더 구비한다.

상기 로우 어드레스 신호의 펄스폭 내에 상기 광원 구동 신호의 온 구간과 오프 구간이 존재한다.

상기 이미지 센서는 상기 리드 아웃 라인과 상기 노이즈 제거부 사이에 배치되어 상기 리드 아웃 라인으로부터의 상기 제1 및 제2 지문 신호를 샘플링하여 일시 저장한 후에 상기 노이즈 제거부로 출력하는 샘플 & 홀더를 더 구비한다.

상기 노이즈 제거부는 상기 제1 및 제2 지문 신호 중에서 먼저 수신된 신호를 지연시켜 상기 제1 및 제2 지문 신호를 동시에 출력하는 동기화 회로, 및 상기 동기화 회로로부터 수신된 상기 제1 및 제2 지문 신호를 차등 증폭하는 차동 증폭기를 구비한다.

상기 광원은 적외선 광을 발생하고 상기 광원 구동 신호의 온 구간에 점등하고 상기 광원 구동 신호의 오프 구간에 소등하는 IR LED(Light Emitting Diode)를 구비한다.

상기 광원의 전류가 400mA ~ 500 mA 수준이 되도록 상기 광원 구동 신호의 듀티비가 선택된다.

상기 이미지 센서의 픽셀 노출 시간이 상기 광원 구동 신호의 온 구간 이하이다.

상기 타이밍 신호 발생부는 상기 광원 구동 신호의 온 구간 이하로 제한하는 노출 조정 신호를 발생하여 상기 이미지 센서의 픽셀 노출 시간을 제어한다. 상기 노출 조정 신호의 온 구간은 상기 광원 구동 신호의 온 구간과 중첩된다. 상기 노출 조정 신호의 온 구간이 상기 광원 구동 신호의 온 구간 이하이다.

본 발명의 지문 센서는 표시패널 위에 배치되어 상기 표시패널의 화면 상에 광원으로부터의 적외선 광을 조사하는 광원 장치, 소정의 듀티비를 갖는 광원 구동 신호로 상기 광원을 구동하는 광원 구동부, 및 상기 표시패널의 아래에 배치되어 상기 화면 상의 지문으로부터 반사된 지문 이미지를 감지하는 이미지 센서를 구비한다.

상기 지문 센서의 구동 방법은 상기 광원 구동 신호의 온 구간에 제1 지문 신호를 출력하고 상기 광원 구동 신호의 오프 구간에 제2 지문 신호를 출력하는 단계, 상기 제1 지문 신호와 상기 제2 지문 신호의 차를 증폭하여 상기 제1 및 제2 지문 신호의 외부광 노이즈를 제거하는 단계, 및 상기 외부광 노이즈가 제거된 지문 신호를 디지털 데이터로 변환하는 단계를 포함한다.

본 발명은 표시 패널 상에 지향성 광원 장치를 배치하여 표시 패널의 화면 외에서 적외선 광을 균일하게 조사하고, 표시 패널 아래에 배치된 이미지 센서에서 지문으로부터 반사된 적외선 광을 전기적인 신호로 변환함으로써 입력 영상이 표시되는 표시 패널의 화면 상에서 지문을 감지할 수 있다. 영상이 표시되는 화면 상에서 지문이 센싱될 수 있기 때문에 화면 상에서 지문 인증이 필요한 어플리케이션 또는 콘텐츠(contents)의 아이콘이나 실행/재생 파일이 사용자의 손가락이 화면 상에 터치될 때 사용자 인증 후 해당 어플리케이션, 콘텐츠, 파일에 대하여 억세스 권한을 부여할 수 있다. 본 발명은 화면 밖의 베젤 영역이나 홈 버튼에 지문 센서를 설치할 필요가 없으므로 전계 발광 표시장치의 베젤(Bezel) 축소 설계, 방수 설계, 디자인 자유도 등에서 유리하다.

본 발명은 지향성 광원 장치의 광원을 소정의 듀티비(Duty ratio)로 점멸 제어하고, 이미지 센서의 픽셀로부터 발생되는 지문 신호에서 외부광 노이즈를 제거함으로써 지문 신호의 신호 대 잡음비(SNR)를 높일 수 있다. 그 결과, 본 발명은 지문 인식률을 높일 수 있다. 또한, 본 발명은 이미지 센서에서 아날로그-디지털 변환기(Analog to Digital Convertor, ADC)의 입력 전압 범위를 작게 하여 저해상도의 ADC를 이용할 수 있다.

본 발명은 지문 신호에서 외부광 노이즈를 제거함으로써 ISP(Image signal processor)와 DSP(Digital signal processor) 없이 지문의 융선과 골의 이미지가 선명한 지문 이미지를 얻을 수 있다.

나아가, 본 발명은 광원(LS)의 구동 전류를 높이고 이미지 센서(IS)의 노출 시간을 줄임으로써 외부광 노이즈를 더 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지문 센서 일체형 표시장치를 보여 주는 블록도이다.
도 2는 표시 패널과 그 구동 장치를 보여 준 블록도이다.
도 3은 지향성 광원 장치를 보여 주는 단면도 및 평면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 투명 기판 내에서의 광 경로를 나타내는 단면도이다.
도 5는 표시 패널 상에 배치된 지향성 광원 장치를 보여 주는 단면도 및 평면도이다.
도 6은 이미지 센서를 보여 주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 구동 방법을 보여 주는 파형도이다.
도 8은 노이즈 제거부를 상세히 보여 주는 도면이다.
도 9는 광원 구동 신호의 듀티비 가변에 따른 광원의 구동 전류를 보여 주는 도면이다.
도 10은 외부광 노이즈 제거 전후 지문 신호의 전압을 보여 주는 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 광원의 구동 전류와 노출 시간에 따른 지문 센서의 전압을 보여 주는 도면들이다.
도 12는 광원 구동 신호에 동기되는 노출 조정 신호를 보여 주는 파형도이다.
도 13은 노출 조정 신호를 이용한 이미지 센서의 노출 시간 조정 방법을 보여 주는 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다는 것에 주의하여야 한다. 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명은 특허청구범위에 의해 정의된다.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 ' ~ 만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, ' ~ 상에', ' ~ 상부에', ' ~ 하부에', ' ~ 옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.

실시에 설명에서, 제1, 제2 등이 다양한 구성 요소들을 서술하기 위해서 사용되지만, 이들 구성 요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하의 실시예들에서, 전계 발광 표시장치는 유기 발광 물질을 포함한 유기 발광 표시장치를 중심으로 설명한다. 하지만, 본 발명의 기술적 사상은 유기 발광 표시장치에 국한되지 않고, 무기발광 물질을 포함한 무기발광 표시장치에 적용될 수 있음에 주의하여야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지문 센서를 포함한 표시장치를 보여 주는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 표시장치는 표시 패널(DP), 표시패널 구동 회로(100), 지문 센서 등을 구비한다. 지문 센서는 표시 패널(DP) 상에 배치된 지향성 광원 장치(SLS), 광원(LS), 광원 구동부(600), 표시 패널(DP) 아래에 배치된 이미지 센서(IS), 및 지문 센서 및 광원 제어부(300)를 포함한다.

표시 패널 구동 회로(100)는 표시 패널(DP)의 픽셀들에 입력 영상의 픽셀 데이터를 기입하여 표시 패널(DP)의 화면 상에 입력 영상을 표시한다. 표시 패널(DP)은 자발광 소자를 이용하여 입력 영상을 표시하는 전계 발광 표시장치의 표시 패널로 구현될 수 있다. 전계 발광 표시장치는 발광층의 재료에 따라 무기 발광 표시장치와 유기 발광 표시장치로 나뉘어질 수 있다. 액티브 매트릭스 타입(active matrix type)의 유기 발광 표시장치의 픽셀들 각각은 스스로 발광하는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode: 이하, "OLED"라 함)를 포함한다. 유기 발광 표시장치의 픽셀들은 OLED와, 게이트-소스간 전압에 따라 OLED에 전류를 공급하여 OLED를 구동하는 구동소자를 포함한다. 유기 발광 표시장치의 OLED는 애노드 및 캐소드와, 이 전극들 사이에 형성된 유기 화합물층을 포함한다. 유기 화합물층은 정공주입층(Hole Injection layer, HIL), 정공수송층(Hole transport layer, HTL), 발광층(Emission layer, EML), 전자수송층(Electron transport layer, ETL) 및 전자주입층(Electron Injection layer, EIL)을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. OLED에 전류가 흐를 때 정공수송층(HTL)을 통과한 정공과 전자수송층(ETL)을 통과한 전자가 발광층(EML)으로 이동되어 여기자가 형성되고, 그 결과 발광층(EML)이 가시광을 발생하게 된다. 표시 패널(DP)과 그 구동 회로(100)에 대하여 도 2를 결부하여 상세히 설명하기로 한다.

지문 센서는 지향성 광원 장치(SLS)를 통해 입력 영상이 표시되는 화면 위에서 적외선(IR)을 균일하게 조사하고 지문으로부터 반사되는 적외선을 이미지 센서(IS)를 이용하여 지문 데이터로 변환한다.

지향성 광원 장치(SLS)는 표시 패널(DP)의 화면 상에 배치된다. 지향성 광원 장치(SLS)는 홀로그램 소자를 이용하여 광원(LS)으로부터의 빛을 표시 패널(DP)의 화면 상에 조사한다. 광원(LS)은 사용자에게 보이지 않는 적외선 파장(IR)의 빛(이하, "자외선 광"이라 함)을 발생한다. 광원 구동부(600)는 소정의 듀티비를 갖는 PWM(pulse-width modulation) 신호로 광원 구동 신호를 발생하고, 이 광원 구동 신호를 광원(LS)에 공급하여 광원(LS)을 점등 및 소등한다. 광원(LS)은 광원 구동 신호가 입력될 때 적외선 파장의 광을 발생하는 IR LED(Light Emitting Diode)로 구현될 수 있다. 광원(LS)은 광원 구동 신호의 온 구간에 점등하고 광원 구동 신호의 오프 구간에 소등한다. 광원 구동 신호의 듀티비에 따라 광원(LS)에 흐르는 전류가 조정될 수 있다.

도 1에서, "CHOE"는 지향성 광원 장치(SLS)의 입광 소자를 나타낸다. "BM"은 광원(LS) 상에 배치되어 사용자에게 광원(LS)이 보이지 않도록 하는 데코 필름 또는 블랙 매트릭스를 나타낸다. 지향성 광원 장치(SLS)에 대하여는 도 3 내지 도 5를 결부하여 상세히 설명하기로 한다

이미지 센서(IS)는 표시 패널(DP) 아래에 배치된다. 이미지 센서(IS)는 사용자의 지문으로부터 반사된 빛을 광전변환하는 이미지 센서를 포함한다. 이미지 센서(IS) 상에 특정 파장의 빛을 통과시키는 밴드 패스 필터(Band Pass Filter)(201)가 배치된다. 밴드 패스 필터(201)는 지문으로부터 반사된 적외선 광만 통과되는 IR 투과 필터로 구현될 수 있다. 밴드 패스 필터(201)로 인하여 태양광이나 주변광에서 적외선 파장 대역 이외의 빛이 차단되어 이미지 센서(IS)로 수신되는 외부광 노이즈를 줄일 수 있으나, 밴드 패스 필터(201)를 통해 광원(LS)으로부터 발생되는 적외선 광의 파장뿐 만 아니라 그 주변 파장의 빛이 통과된다. 예를 들어, 태양광은 가시광 대역과 적외선광 대역의 빛을 포함한다. 850nm 대역의 적외선이 통과되는 IR 필터의 경우에, 850nm 전후 ± 10 ~ 20 nm 의 빛도 통과된다. 따라서, 밴드 패스 필터(201) 만으로는 태양광 및 주변광으로 인한 이미지 센서(IS)의 외부광 노이즈를 완벽하게 차단할 수 없다.

본 발명은 광원(LS)을 소정의 듀티비(Duty ratio)로 점멸 제어하고, 이미지 센서(IS)의 픽셀로부터 발생된 아날로그 전압의 지문 신호에서 외부광 노이즈를 제거함으로써 지문 신호의 신호 대 잡음비(SNR)를 높일 수 있다. 그 결과, 본 발명은 지문 인식률을 높일 수 있다. 본 발명은 지문 신호에서 외부광 노이즈를 제거하여 지문으로부터 반사된 적외선 광으로 얻어진 유효 지문 신호만을 추출한다. 그 결과, 본 발명은 지문 신호를 디지털 데이터로 변환하여 지문 데이터를 출력하는 아날로그-디지털 변환기(Analog to Digital Convertor, 이하 “ADC”라 함)의 입력 전압 범위를 작게 할 수 있으므로 저해상도의 ADC를 이용할 수 있다.

본 발명은 이미지 센서(IS)의 픽셀로부터 발생된 지문 신호에서 외부광 노이즈를 제거함으로써 ISP(Image signal processor)와 DSP(Digital signal processor) 없이 지문의 융선(Ridge, R)과 골(Valley, V)의 이미지가 선명한 지문 이미지를 얻을 수 있다. ISP와 DSP는 지문 신호에서 외부광 노이즈를 제거하고 HDR(High Dynamic Range, HDR) 알고리즘을 실행하여 지문의 융선(R)과 골(V)의 대비(contrast)를 크게 한다. 본 발명은 지문 센서 구동 장치에서 외부광 노이즈를 제거하기 때문에 ISP와 DSP 없이 지문 인식률을 높일 수 있다.

지문 센서 및 광원 제어부(300)는 광원(LS)의 온/오프 타이밍과 이미지 센서(IS)의 동작 타이밍을 동기시킨다. 지문 센서 및 광원 제어부(300)는 이미지 센서(IS)로부터 출력된 지문 데이터를 호스트 시스템으로 전송한다.

지문 센서 및 광원 제어부(300)는 타이밍 신호 발생부(310), 메모리(320) 및 데이터 송신부(330)를 포함한다. 타이밍 신호 발생부(310)는 이미지 센서(IS)와 광원(LS)의 구동에 필요한 클럭과 신호들을 발생한다. 메모리(320)는 이미지 센서(IS)로부터 수신된 지문 데이터를 저장한다. 메모리(320)는 프레임 버퍼(Frame buffer)일 수 있다. 데이터 송신부(330)는 표준 인터페이스를 통해 지문 데이터를 호스트 시스템(500)를 전송한다. 데이터 송신부(330)는 슬레이브 SPI(Serial Peripheral Interface Bus) 모듈로 구현될 수 있다.

호스트 시스템(500)은 TV(Television) 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 모바일 기기, 웨어러블 기기 중 어느 하나일 수 있다. 모바일 기기나 웨어러블 기기에서, 호스트 시스템(500)은 AP(Application Processor)로 구현될 수 있다. 호스트 시스템은 방송 수신 신호 모듈 또는 주변 기기로부터 수신된 영상 데이터를 표시 패널 구동 회로(100)로 전송한다. 호스트 시스템(500)은 터치 데이터 등을 분석하여 터치 좌표를 발생하고, 그 터치 좌표에 연계된 어플리케이션을 실행한다. 호스트 시스템(500)은 지문 데이터를 분석하여 지문 이미지를 생성하고 이를 미리 등록된 지문 이미지와 비교하여 지문 인증을 실시한다.

도 2는 표시 패널(DP)과 그 구동 장치를 보여 준 블록도이다.

도 2를 참조하면, 표시 패널(100)은 화면 상에서 입력 영상을 표시하는 액티브 영역(AA)을 포함한다. 액티브 영역(AA)에 픽셀 어레이가 배치된다. 픽셀 어레이는 다수의 데이터 라인들(102), 데이터 라인들(102)과 교차되는 다수의 게이트 라인들(104), 및 매트릭스 형태로 배치되는 픽셀들을 포함한다.

픽셀들 각각은 컬러 구현을 위하여 적색 서브 픽셀, 녹색 서브 픽셀, 청색 서브 픽셀로 나뉘어질 수 있다. 픽셀들 각각은 백색 서브 픽셀을 더 포함할 수 있다. 서브 픽셀들(101) 각각은 픽셀 회로를 포함한다.

표시 패널(100) 상에 터치 센서들이 배치될 수 있다. 터치 입력은 별도의 터치 센서들을 이용하여 센싱되거나 픽셀들을 통해 센싱될 수 있다. 터치 센서들은 온-셀(On-cell type) 또는 애드 온 타입(Add on type)으로 표시 패널의 화면 상에 배치되거나 픽셀 어레이에 내장되는 인-셀(In-cell type) 터치 센서들로 구현될 수 있다.

표시 패널 구동 회로(100)는 데이터 구동부(110)와 게이트 구동부(120)를 구비한다. 데이터 구동부(110)와 데이터 라인들(102) 사이에 배치된 디멀티플렉서(112)가 배치될 수 있다.

표시 패널 구동 회로(100)는 타이밍 콘트롤러(Timing controller, TCON)(130)의 제어 하에 표시 패널(100)의 픽셀들에 입력 영상의 데이터를 기입하여 화면 상에 입력 영상을 표시한다. 표시 패널 구동 회로는 터치 센서들을 구동하기 위한 터치 센서 구동부를 더 구비할 수 있다. 터치 센서 구동부는 도 2에서 생략되어 있다. 모바일 기기나 웨어러블 기기에서 표시 패널 구동 회로, 타이밍 콘트롤러(130) 그리고 전원 회로는 하나의 집적 회로에 집적될 수 있다.

데이터 구동부(110)는 디지털-아날로그 변환기(Digital to Analog converter, 이하 DAC라 함)를 이용하여 매 프레임 기간마다 타이밍 콘트롤러(130)로부터 수신되는 입력 영상의 디지털 데이터를 아날로그 감마 보상 전압으로 변환하여 데이터 전압을 출력한다. 데이터 전압은 디멀티플렉서(112)와 데이터 라인(102)을 통해 픽셀들에 인가된다. 디멀티플렉서(112)는 다수의 스위치 소자들을 이용하여 데이터 구동부(110)와 데이터 라인들(102) 사이에 배치되어 데이터 구동부(110)로부터 출력되는 데이터 전압을 데이터 라인들(102)로 분배한다. 디멀티플렉서(112)에 의해 데이터 구동부(110)의 한 채널이 다수의 데이터 라인들에 시분할 연결되기 때문에 데이터 라인들(102)의 개수가 감소될 수 있다.

게이트 구동부(120)는 액티브 영역의 TFT(Thin film transistors) 어레이와 함께 표시 패널(100) 상의 베젤(bezel) 영역 상에 직접 형성되는 GIP(Gate in panel) 회로로 구현될 수 있다. 게이트 구동부(120)는 타이밍 콘트롤러(130)의 제어 하에 게이트 신호를 게이트 라인들(104)로 출력한다. 게이트 구동부(120)는 시프트 레지스터(Shift register)를 이용하여 게이트 신호를 시프트시킴으로써 그 신호들을 게이트 라인들(104)에 순차적으로 공급할 수 있다. 게이트 신호는 도시하지 않은 스캔 신호(SCAN)와 발광 신호(EM) 등을 포함한다. 스캔 신호(SCAN)는 매 프레임 기간마다 액티브 구간(AT)에 발생된다. 발광 신호(EM)는 픽셀들의 발광 시간을 정의한다.

타이밍 콘트롤러(130)는 호스트 시스템(500)으로부터 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(DATA)와, 그와 동기되는 타이밍 신호를 수신한다. 타이밍 신호는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 클럭 신호(DCLK) 및 데이터 인에이블신호(DE) 등을 포함할 수 있다.

타이밍 콘트롤러(130)는 노말 구동 모드에서 프레임 레이트(Frame rate)를 입력 프레임 주파수 보다 높게 조정할 수 있다. 예를 들어, 타이밍 콘트롤러(130)는 입력 프레임 주파수를 i 배 체배하여 프레임 주파수×i(i는 0 보다 큰 양의 정수) Hz의 프레임 주파수로 표시 패널 구동부(110, 112, 120)의 동작 타이밍을 제어할 수 있다. 프레임 주파수는 NTSC(National Television Standards Committee) 방식에서 60Hz이며, PAL(Phase-Alternating Line) 방식에서 50Hz이다. 타이밍 콘트롤러(130)는 저소비 전력 구동 모드에서 픽셀들의 리프레쉬 레이트(refresh rate)를 낮추기 위하여 프레임 주파수를 1Hz ~ 30Hz 사이의 주파수로 낮출 수 있다.

타이밍 콘트롤러(130)는 호스트 시스템(500)으로부터 수신된 타이밍 신호(Vsync, Hsync, DE)를 바탕으로 데이터 구동부(110)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 데이터 타이밍 제어신호, 디멀티플렉서(112)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 스위치 제어신호, 게이트 구동부(120)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 타이밍 제어신호를 발생하여 표시 패널 구동 회로(100)의 동작 타이밍을 제어한다. 타이밍 콘트롤러(130)로부터 출력된 게이트 타이밍 제어신호는 도 2에서 생략된 레벨 시프터를 통해 게이트 구동부(120)에 공급될 수 있다. 레벨 시프터는 게이트 타이밍 제어신호의 로우 레벨 전압(low level voltage)을 게이트 로우 전압(VGL)으로 변환하고, 게이트 타이밍 제어신호의 하이 레벨 전압(high level voltage)을 게이트 하이 전압(VGH)으로 변환한다.

본 발명의 표시장치는 표시 패널(DP) 상에 지향성 광원 장치(SLS)를 배치하고 표시 패널(DP)의 아래에 이미지 센서(IS)를 배치함으로써 입력 영상이 표시되는 화면 상에서 지문을 센싱할 수 있다. 지향성 광원 장치(SLS)에 사용자의 지문이 접촉되면 그 지문으로부터 반사된 빛이 이미지 센서에 의해 전기적인 신호로 변환되어 지문 패턴이 검출된다.

도 3은 지향성 광원 장치(SLS)를 보여 주는 단면도 및 평면도이다. 도 4는 도 3에 도시된 투명 기판 내에서의 광 경로를 나타내는 단면도이다. 도 5는 표시 패널 상에 배치된 지향성 광원 장치를 보여 주는 단면도 및 평면도이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 지향성 광원 장치(SLS)는 투명 기판(CP), 광원(LS), 입광 소자(CHOE), 출광 소자(EHOE), 및 저굴절율층(LR)을 구비한다.

지향성 광원 장치(SLS)는 시준된(collimated) 빛을 투명 기판(CP) 내에서 대면적으로 확산하는 광학 장치이다. 광원(LS)은 적외선 광을 입광 소자(CHOE)로 조사한다.

입광 소자(CHOE)는 광원(LS)과 투명 기판(CP) 사이에 배치되어 투명 기판(CP) 내에서 빛이 전반사될 수 있는 각도로 광원(LS)으로부터의 적외선 광을 굴절한다. 출광 소자(EHOE)는 표시 패널의 화면 상에서 표시 패널과 투명 기판(CP) 사이에 배치되어 투명 기판(CP) 내에서 진행하는 빛의 일부가 투명 기판(CP)의 하면을 통해 표시 패널(DP) 쪽으로 진행할 수 있도록 투명 기판(CP) 내에서 진행하는 적외선 광의 일부를 굴절 시킨다. 저굴절율층(LR)은 출광 소자(EHOE)와 표시 패널 사이에 배치되고 출광 소자(EHOE) 보다 낮은 굴절율을 갖는다.

투명 기판(CP)의 하부 표면에는 출광 소자(EHOE)와 입광 소자(CHOE)가 접착되어 있다. 출광 소자(EHOE)는 출사광(30)을 제공하는 광학 소자이다. 출광 소자(EHOE) 아래에 표시 패널(DP)에서 입력 영상이 표시되는 화면의 픽셀 어레이가 배치된다.

입광 소자(CHOE)는 광원(LS)으로부터의 시준된 빛을 투명 기판(CP)으로 확산하면서 시준성을 갖도록 전환하는 광학 소자이다. 입광 소자는(CHOE) 이미지 인식과는 직접 관련이 없으므로, 표시 패널의 가장자리에 배치될 수 있다. 입광 소자(CHOE)는 광원(LS)과 대향하여야 한다.

출광 소자(EHOE) 및 입광 소자(CHOE)는 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 제조 공정을 고려하면, 하나의 필름 위에 출광 소자(EHOE)와 입광 소자(CHOE)의 영역을 나누어서 형성하는 것이 바람직하다. 출광 소자(EHOE)와 입광 소자(CHOE)는 홀로그래픽 광학 소자(Holographic Optical Element)일 수 있다. 입광 소자(CHOE)와 출광 소자(EHOE)는 홀로그램 기록 공정에서 동시에 제작될 수 있다. 홀로그램 기록 공정에서, 출광 소자(EHOE)의 패턴을 갖는 마스터 필름과 입광 소자(CHOE)의 패턴을 갖는 마스터 필름이 인접되게 배치된 상태에서 하나의 홀로그래피 기록 필름 상에 출광 소자용 홀로그램 패턴과 입광 소자용 홀로그램 패턴이 동시에 기록될 수 있다.

출광 소자(EHOE) 및 입광 소자(CHOE)와, 표시 패널(DP) 사이에 저굴절율층(LR)이 배치된다. 저굴절율층(LR)은 투명 기판(CP) 및 출광 소자(EHOE)보다 낮은 굴절율을 갖는다. 출광 소자(EHOE)와 저굴절율층(LR)은 표시 패널(DP) 상에 배치된다. 저굴절율층(LR)은 표시 패널(DP) 상에 광학 접착제(Optical clear adhesive, OCA)로 접착될 수 있다.

투명 기판(CP)은 굴절율이 1.5인 투명 기판으로 제작할 수 있다. 출광 소자(EHOE)와 입광 소자(CHOE)는 투명한 홀로그래피 기록 필름으로서 굴절율이 투명 기판(CP)과 동일하거나 조금 더 큰 값을 가질 수 있다. 여기서는, 편의상 출광 소자(EHOE)와 입광 소자(CHOE)의 굴절율은 투명 기판(CP)의 굴절율과 동일한 것으로 설명한다. 저굴절율층(LR)의 굴절율은 인지하고자 하는 지문(IM) 즉, 피부의 굴절율과 비슷한 것이 좋다. 예를 들어, 사람의 피부가 갖는 굴절율인 1.39와 유사한 1.4 정도의 굴절율을 가질 수 있다.

입광 소자(CHOE)와 대향하도록 광원(LS)이 배치되어 있다. 광원(LS)은 레이저와 같이 시준성이 높은 빛을 제공하는 것이 바람직하다.

광원(LS)에서 제공된 시준광(Collimated Light)은 입사광(10)으로서 일정한 단면적을 갖고 입광 소자(CHOE)에 정의된 입사점(IP)에 조사된다. 입사광(10)은 입사점(IP)의 표면에 대해 법선 방향으로 입사하는 것이 바람직하다. 하지만, 이에 국한되는 것은 아니며, 필요에 따라서는 입사점(IP) 표면의 법선에 대해 기울어진 각도로 입사할 수도 있다.

입광 소자(CHOE)에 조사된 입사광(10)은 입광 소자(CHOE)에 의해 소정 각도로 굴절되어 진행광(20)으로서 투명 기판(CP) 내로 전파된다. 진행광(20)의 입사각은 투명 기판(CP)의 내부 전반사 임계각(Internal Total Reflection Critical Angle)보다 큰 값을 갖는 것이 바람직하다. 그 결과, 진행광(20)은 투명 기판(CP)의 내부에서 전반사를 하면서, 투명 기판(CP)의 길이 방향인 X축으로 진행한다. 광원(LS)으로부터의 빛이 투명 기판(CP) 내에서 전반사되기 때문에 광원(LS)으로부터의 빛이 가시광 대역이라도 그 빛이 외부에서 보이지 않는다.

출광 소자(EHOE)는 진행광(20)의 일부 광량을 출사광(30)으로 전환하여 투명 기판(CP)의 상부 표면으로 굴절 시킨다. 진행광(20)의 나머지 광량은 투명 기판(CP) 내부에서 전반사되어 진행한다. 출사광(30)은 투명 기판(CP)의 상부 표면에서는 전반사되지만, 하부 표면에서는 저굴절율층(LR)을 투과한다. 즉, 출사광(30)은 투명 기판(CP)의 상부 표면에서 전반사되어, 출광 소자(EHOE)와 저굴절율층(LR)을 통과하여 이미지 센서(IS)로 향한다. 도면 부호 "40"은 이미지 센서(IS)로 향하는 검출광(혹은, '센싱광')을 나타낸다. 검출광(40)은 적외선 광이다.

출사광(30)의 광량은 출광 소자(EHOE)의 광 추출 효율에 의해 결정된다. 출광 소자(EHOE)의 광 추출 효율이 3% 일 때, 진행광(20)이 출광 소자(EHOE)에 가장 먼저 닿은 첫 번째 발광 영역에서는 초기 입사광(10)의 3%에 해당하는 광량이 출사광(30)으로 추출된다. 97%의 진행광(20)은 계속 전반사되어 진행한다. 그 후, 두 번째 발광 영역에서는 97%의 3%인 초기 입사광(10) 광량의 2.91%에 해당하는 광량이 출사광(30)으로 추출된다.

이와 같이, 광원(LS)의 반대측인 투명 기판(CP)의 끝 변에 도달할 때까지 출사광(30)이 추출된다. 진행광(20)이 투명 기판(CP) 내에서 진행하면서, 일정한 광량을 갖는 출사광(30)을 제공하기 위해서, 출광 소자(EHOE)의 광 추출 효율이 지수함수적으로 점차 증가하는 값을 갖도록 설계하는 것이 바람직하다.

진행광(20)을 길이 방향 축과 두께 방향 축으로 이루어진 XZ 평면(혹은, '수직 평면') 상에서 보면, 입사광(10)의 시준된 상태를 그대로 유지한다. 반면에, 폭 방향 축과 길이 방향 축으로 이루어진 XY 평면(혹은, '수평 평면')에서는 도 2에 도시된 확산각(φ)을 갖는 것이 바람직하다. 이는 이미지 검출 면적을 투명 기판(CP)의 면적에 대응하도록 설정하기 위함이다. 예를 들어, 출광 소자(EHOE)는 가급적, 광 출사부(LOT) 면적 전체에 대응하도록 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 확산각(φ)은 입사점(IP)에서 입광 소자(CHOE)와 대향하는 투명 기판(CP)의 타측변의 두 끝점(P1, P2)을 각각 연결하는 두 선분이 이루는 내측 각도와 같거나 큰 것이 바람직하다.

입광 소자(CHOE)가 배치된 영역을 광 입사부(LIN)로 정의할 수 있다. 또한, 출광 소자(EHOE)가 배치된 영역을 광 출사부(LOT)로 정의할 수 있다. 한편, 광 출사부(LOT)는 광이 진행하기도 하는 광 진행부이기도 하다.

광원(LS)에서 제공하는 시준된 빛의 단면적이 0.5mm x 0.5mm인 정원인 경우, 입광 소자(CHOE)는 투명 기판(CP)의 폭에 대응하는 길이와 3mm ~ 5mm정도의 폭을 가질 수 있다. 입광 소자(CHOE)는 투명 기판(CP)의 폭 방향으로 가로 질로 배치될 수 있다.

광원(LS)에서 제공된 시준된 빛이 투명 기판(CP) 내에서 어떠한 경로를 거쳐, 이미지 검출에 사용하는 지향성(Directional) 빛으로 전환되는지 설명하기로 한다.

광원(LS)에서 제공된 입사광(10)은 입광 소자(CHOE)의 입사점(IP)의 표면에 대해 법선 방향으로 입사한다. 입광 소자(CHOE)는 입사광(10)을 입사각(θ)을 갖도록 굴절시킨 진행광(20)으로 전환하여 투명 기판(CP)의 내부로 보낸다.

진행광(20)의 입사각(θ)은 출광 소자(EHOE)와 저굴절율층(LR)의 계면에서의 전반사 임계각(T_{EHOE _ LR})보다 큰 값을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 투명 기판(CP) 및 출광 소자(EHOE)의 굴절율이 1.5이고, 저굴절율층(LR)의 굴절율이 1.4일 경우, 출광 소자(EHOE)와 저굴절율층(LR)의 계면에서의 전반사 임계각(T_{EHOE _ LR})은 약 69도로 계산된다. 따라서, 입사각(θ)은 69도보다 큰 값을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 입사각(θ)은 70도 내지 75 중 어느 한 값을 갖도록 설정할 수 있다.

투명 기판(CP)의 상부 표면은 공기층(AIR)과 접촉하고 있으므로, 진행광(20)은 투명 기판(CP)의 상부 표면에서 역시 전반사된다. 이는, 투명 기판(CP)과 공기층(AIR)의 계면에서의 전반사 임계각(T_{CP_AIR})은 약 41.4도이기 때문이다. 즉, 입사각(θ)이 출광 소자(EHOE)와 저굴절율층(LR)의 계면에서의 전반사 임계각(T_{EHOE _ LR})보다 큰 값을 가지면, 이는 항상 투명 기판(CP)과 공기층(AIR)의 계면에서의 전반사 임계각(T_{CP_AIR})보다 큰 값이다.

출광 소자(EHOE)는 진행광(20)의 일정 광량을 반사각(α)을 갖는 출사광(30)으로 전환시켜 투명 기판(CP)의 내부로 되돌려 보낸다. 출사광(30)은 투명 기판(CP)의 상면에 접촉된 지문(IM)의 패턴을 인지하기 위한 광이다. 출사광(30)은 투명 기판(CP)의 표면 상에 지문이 없는 경우에 투명 기판(CP)의 상부 표면에서 전반사되어 지향성 광원 장치(SLS)의 아래에 배치된 이미지 센서로 전파되어야 한다. 출사광(30)은 투명 기판(CP)의 상부 표면에서 전반사된 후에, 검출광(40)으로서 지향성 광원 장치(SLS)의 아래로 전파된다.

입사광(10)은 입광 소자(CHOE)에 의해 진행광(20)으로 변환된다. 진행광(20)은 길이 방향 축인 X축과 폭 방향 축인 Y축으로 이루어진 수평 평면인 XY 평면에서는 확산각(φ)을 가지도록 변환된다. 또한, 길이 방향 축인 X과 두께 방향 축인 Z축으로 이루어진 수직 평면인 XZ 평면에서는 원래의 시준된 상태를 유지한다.

확산각(φ)은 입사점(IP)에서 입광 소자(CHOE)와 대향하는 투명 기판(CP)의 타측변의 두 끝점을 각각 연결하는 두 선분이 이루는 내측 각도와 같거나 이보다 큰 것이 바람직하다. 이 경우, 진행광(20)은 확산각(φ)을 갖는 삼각형 형상으로 확산되면서 투명 기판(CP) 내에서 전파된다. 출사광(30) 역시 진행광(20)과 동일한 범위에 걸쳐 제공된다. 그 결과, 지문 센싱 영역은 입사점(IP)으로부터 확산각(φ)으로 넓어지는 삼각형 영역 내에서 선택될 수 있다. 도 5에서 빗금친 원형으로 표시한 부분이 지문 센싱 영역(SA)으로 지정될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

도 5에 도시된 바와 같이 표시 패널(DP)의 중앙부 혹은 입광 소자(CHOE)와 대향하는 상단변의 일부에 센싱 영역(SA)을 설정할 경우, 센싱 영역(SA)에서 출사광(30)의 광량이 최대 값을 갖도록 설계하는 것이 바람직하다. 이를 위해서, 출광 소자(EHOE)의 광 추출 효율이 센싱 영역(SA)에 대응하는 부분에서 최대 값을 갖고, 다른 부분에서는 최소 값 혹은 '0'에 가까운 값을 갖도록 위치에 따른 함수 관계로 설계할 수 있다.

투명 기판(CP) 상에 지문(IM)이 접촉되면, 지문의 골(V) 위치에서 투명 기판(CP)의 상부 표면으로부터 빛이 반사되고, 그 빛은 출광 소자(EHOE)와 저굴절율층(LR)을 통과하여 이미지 센서(IS) 쪽으로 진행하기 때문에 이미지 센서(IS)에 도달할 수 있다. 투명 기판(CP)과 접촉된 지문의 융선(R)에서, 빛은 피부를 통해 외부로 전파되기 때문에 이미지 센서(ISS)에 도달할 수 없다. 이미지 센서(ISS)는 수신된 빛을 전기적인 신호로 변환하여 지문 패턴을 검출한다. 예컨대, 지문(IM)의 골(V)은 이미지 센서(IS)에 의해 화이트 계조(white gray level)의 데이터로 변환되고, 지문(IM)의 융선(R)은 이미지 센서(IS)에 의해 블랙 계조(black gray level)의 데이터로 변환될 수 있다. 이와 반대로, 지문의 골(V)이 블랙 계조의 데이터로 변환되고, 지문의 융선(R)이 화이트 계조의 데이터로 변환될 수 있다.

이미지 센서(IS)의 수광 효율을 높이기 위하여, 이미지 센서(IS)는 센싱 영역(SA) 아래에 배치될 수 있다. 지문 인증이 필요할 때, 화면 상에 센싱 영역(SA)을 지시하는 이미지가 표시될 수 있다.

도 6은 이미지 센서(IS)를 보여 주는 도면이다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 구동 방법을 보여 주는 파형도이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 이미지 센서(IS)는 센서 어레이(200), 로우 디코더(Row decoder)(210), 컬럼 디코더(column decoder)(220), 컬럼 구동부(222), 샘플 & 홀더(sample & holder)(230), 노이즈 제거부(240), 및 ADC(250)를 구비한다.

센서 어레이(200)는 로우 라인들(R1~R5), 로우 라인들(R1~R5)과 직교하는 컬럼 라인들(C1~C4), 리드 아웃(read out) 라인(ROL), 및 로우 라인들(R1~R5)과 컬럼 라인들(C1~C4)의 교차 구조에 의해 매트릭스 형태로 배치된 픽셀들을 포함한다. 픽셀들 각각은 광전 변환 소자와 제1 스위치 소자(M1)를 포함한다. 광전 변환 소자는 빛에 반응하여 전류를 발생하는 포토 다이오드(Photo diode, PD)로 구현될 수 있다. 포토 다이오드(PD)는 빛에 반응하여 전압을 발생하는 광기전력 효과를 이용하여 광을 검출한다. 포토 다이오드(PD)로부터 출력된 지문 신호의 전압은 제1 및 제2 스위치 소자들(M1, M2)과 리드 아웃 라인(ROL)을 통해 샘플 & 홀더(230)로 출력된다. 제1 및 제2 스위치 소자들(M1, M2)은 트랜지스터로 구현될 수 있다.

제1 스위치 소자(M1)는 로우 어드레스 신호(Row address signal, ROW1~ROW5)에 따라 턴-온(turn-on)되어 포토 다이오드(PD)를 컬럼 라인(C1~C4)에 연결한다. 제1 스위치 소자(M1)는 로우 라인(R1~R5)에 연결된 게이트, 포토 다이오드(PD)에 연결된 드레인, 및 컬럼 라인(C1~C4)에 연결된 소스를 포함한다. 도 6에서 포토 다이오드(PD)와 제1 스위치 소자(M1)로 픽셀 회로가 예시되었으나 이는 픽셀 회로를 간략히 표시하기 위한 예시이므로 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 픽셀은 포토 다이오드(PD), 커패시터, 다수의 스위치 소자들을 포함할 수 있고, 공지된 이미지 센서의 픽셀 회로로 구현될 수 있다.

로우 디코더(210)는 타이밍 신호 발생부(310)의 제어 하에 도 7에 도시된 바와 같이 로우 어드레스 신호(ROW1~ROW5)를 순차적으로 발생하여 로우 라인들(R1~R5)로 출력한다. 제1 로우 라인(R1)에 제1 로우 어드레스 신호(ROW1)가 출력된 후, 제2 로우 라인(R2)에 제2 로우 어드레스 신호(ROW2)가 출력된다. 이와 같은 방법으로 로우 어드레스 신호들(ROW1~ROW5)이 로우 라인들(R1~R5)에 순차적으로 공급된다. 로우 어드레스 신호들(ROW1~ROW5) 각각은 광원 구동 신호(LD)와 컬럼 어드레스 신호(column address signal, COL)에 동기된다.

광원 구동 신호(LD)는 소정의 듀티비(duty ratio)를 갖는 PWM 신호로 발생된다. 광원 구동 신호(LD)는 온 레벨(ON level) 전압의 펄스가 발생되는 온 구간과, 오프 레벨(OFF level) 전압으로 발생되는 오프 구간을 포함한다. 도 7의 예에서, 오프 레벨 전압은 온 레벨 전압 보다 낮은 전압이다. 광원 구동 신호(LD)의 온 구간에서 광원(LS)으로부터의 빛이 강하게 발생하고, 광원 구동 신호(LD)의 오프 구간에 광원(LS)의 전류가 감소되어 소등된다. 광원 구동 신호(LD)의 듀티비 D (%) = TP/T * 100 에 따라 광원(LS)의 구동 전류가 조절될 수 있다. T는 광원 구동 신호(LD)의 1 주기이고, TP는 온 구간이다.

본 발명은 광원 구동 신호의 듀티비를 조정하여 태양광 및 주변광의 영향이 큰 환경에서 광원(LS)의 구동 전류를 높이고, 태양광 및 주변광의 영향이 작은 환경에서 광원(LS)의 구동 전류를 낮출 수 있다. 조도 센서를 이용하여 태양광 및 주변광의 세기를 감지하여 광원 구동 신호(LD)의 듀티비가 적응적으로 조절될 수 있으나 이에 한정된다. 표시장치의 사용 환경에 따라 광원 구동 신호(LD)의 듀티비가 적정 수순으로 선택될 수 있다.

로우 어드레스 신호(ROW1~ROW5)의 펄스 폭은 광원 구동 신호(LD)의 1 주기와 실질적으로 동일하다. 로우 어드레스 신호(ROW1~ROW5)의 펄스폭 내에 광원 구동 신호(LD)의 온 구간과 오프 구간이 존재한다. 따라서, 로우 어드레스 신호(ROW1~ROW5)의 펄스는 광원 구동 신호(LD)의 온 구간과 오프 구간에 중첩된다.

로우 어드레스 신호(ROW1~ROW5)아 컬럼 어드레스 신호(COL)에 의해 선택된 픽셀에서 지문 신호가 출력된다. 광원 구동 신호(LD)의 온 구간 동안 얻어진 지문 신호는 태양광 및 주변광으로 인한 외부광 노이즈에 광원(LS)으로부터의 자외선 광이 더해진 값으로 얻어진다. 반면에, 광원 구동 신호(LD)의 오프 구간은 광원(LS)으로부터의 자외선 광이 거의 없어 지문 신호에서 외부광 노이즈가 지배적이다. 본 발명은 하나의 픽셀로부터 얻어진 지문 신호에서 광원 구동 신호(LD)의 온 구간에서 발생되는 지문 신호(이하, "제1 지문 신호"라 함)와, 광원 구동 신호(LD)의 오프 구간에서 발생되는 지문 신호(이하, "제2 지문 신호"라 함)의 차를 계산하여 외부광 노이즈가 제거된 지문 신호를 얻을 수 있다.

도 7의 경우에, 로우 어드레스 신호의 펄스 구간에서 픽셀로부터 제2 지문 신호에 이어서 제1 지문 신호가 출력되지만 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어,

로우 어드레스 신호의 펄스 구간에서 픽셀로부터 제2 지문 신호에 이어서 제1 지문 신호가 출력되지만 도 12에 도시된 구동 방법은 제2 지문 신호가 제1 지문 신호 보다 먼저 출력된다. 도 12의 경우에도, 제1 지문 신호와 제2 지문 신호의 차를 계산하면 외부광 노이즈가 제거된다.

컬럼 디코더(220)는 타이밍 신호 발생부(310)의 제어 하에 로우 어드레스 신호에 동기되는 컬럼 어드레스 신호(COL)를 발생하여 컬럼 구동부(222)로 출력한다. 컬럼 구동부(222)는 컬럼 디코더(220)의 출력 단자들과 컬럼 라인들(C1~C4) 사이에 연결된 다수의 제2 스위치 소자(M2)들을 포함한다.

제2 스위치 소자들(M2) 각각은 컬럼 디코더(220)로부터의 컬럼 어드레스 신호(COL)에 따라 턴-온되어 컬럼 라인(C1~C4)을 리드 아웃 라인(ROL)에 연결한다. 제2 스위치 소자(M2)는 컬럼 디코더(220)의 출력 단자에 연결된 게이트, 컬럼 라인(C1~C4)에 연결된 드레인, 및 리드 아웃 라인(ROL)에 연결된 소스를 포함한다.

로우 어드레스 신호(ROW1~ROW5)와 컬럼 어드레스 신호(COL)에 의해 제1 및 제2 스위치 소자들(M1, M2)이 턴-온되어 픽셀이 선택된다. 선택된 픽셀로부터 출력된 지문 신호는 샘플 & 홀더(230)로 출력된다.

샘플 & 홀더(230)는 리드 아웃 라인(ROL)과 노이즈 제거부(240) 사이에 배치되어 아날로그 전압으로 수신되는 지문 신호를 샘플링한 후에 일시 저장하여 다수의 픽셀들로부터 얻어진 지문 신호들을 동시에 출력하는 샘플 & 홀드 회로를 포함한다. 샘플 & 홀더(230)에 수신되는 지문 신호는 광원 구동 신호(LD)의 온 구간에 수신된 제1 지문 신호와, 광원 구동 신호(LD)의 오프 구간에서 수신된 제2 지문 신호를 포함한다.

노이즈 제거부(240)는 샘플 & 홀더(230)로부터 아날로그 전압의 지문 센서(도 10, Vin)를 수신한다. 지문 센서는 제1 지문 신호와 제2 지문 신호를 포함한다. 노이즈 제거부(240)는 광원 구동 신호(LD)의 1 주기 동안 얻어진 제1 지문 신호와 제2 지문 신호의 차를 구하여 지문 신호에서 외부광 노이즈를 제거한다.

ADC(250)는 노이즈 제거부(240)로부터 외부광 노이즈가 제거된 아날로그 전압의 지문 신호를 수신한다. ADC(250)는 지문 신호를 디지털 데이터로 변한하여 지문 데이터(FDATA)를 발생한다. 지문 데이터(FDATA)는 지문 이미지를 나타내는 로 데이터(raw data)이다. 지문 데이터(FDATA)는 지문의 융선(R)과 골(V)에서 서로 다른 논리값을 갖는다. 이 지문 데이터(FDATA)는 타이밍 신호 발생부(310)의 제어 하에 메모리(320)에 저장되고 데이터 송신부(330)를 통해 호스트 시스템(500)으로 전송된다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 로우 디코드(210)는 픽셀들에 연결된 로우 라인들(R1~R5)에 로우 어드레스 신호(ROW1~ROW5)를 순차적으로 출력한다. 컬럼 구동부(222)는 컬럼 라인들(C1~C4)에 연결되어 로우 어드레스 신호(ROW1~ROW5)에 동기되는 컬럼 어드레스 신호(COL)에 응답하여 로우 라인으로부터의 제1 및 제2 지문 신호를 리드 아웃 라인(ROL)에 공급한다. 컬럼 디코더(220)는 컬럼 어드레스 신호(COL)를 컬럼 구동부(222)에 순차적으로 공급한다. 타이밍 신호 발생부(310)는 이미지 센서(IS)의 구동 회로(210 ~250)의 구동 타이밍을 제어하고 광원 구동 신호(LD)와 로우 어드레스 신호(ROW1~ROW5)를 동기시킨다.

도 8은 노이즈 제거부(240)를 상세히 보여 주는 도면이다.

도 8을 참조하면, 노이즈 제거부(240)는 차동 증폭기(Differential amplifier)(241)와, 제1 지문 신호와 제2 지문 신호를 동기시켜 차동 증폭기에 입력하는 동기화 회로(242)를 포함한다.

차동 증폭기(241)는 제1 지문 신호(Vin1)와 제2 지문 신호(Vin2)의 차를 증폭하여 지문 신호에서 외부광 노이즈를 제거하여 광원(LS)으로부터 발생된 적외선 광으로 얻어진 유효 지문 신호를 출력한다. 차동 증폭기(241)는 연산 증폭기(AMP)와, 연산 증폭기(AMP)의 반전 입력 단자(-)와 출력 단자 사이에 연결된 피드백 저항(Rf), 연산 증폭기(AMP)의 반전 입력 단자(-)와 비반전 입력 단자(+)에 연결된 다수의 저항들(R)을 포함한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 차동 증폭기(241)의 입력 신호(Vin)에서 외부광 노이즈에 해당하는 전압이 차감되기 때문에 차동 증폭기(241)의 출력 신호(Vout)의 전압은 입력 신호(Vin)에 비하여 대폭 작아진다.

동기화 회로(242)는 하나의 로우 어드레스 신호의 펄스 구간에서 제1 및 제2 지문 신호(Vin1, Vin2) 간에 시간차가 있기 때문에 샘플 & 홀드 회로를 이용하여 제1 및 제2 지문 신호(Vin1, Vin2) 중 먼저 수신된 신호를 지연한다. 동기화 회로(242)는 제1 및 제2 지문 신호(Vin1, Vin2)를 차동 증폭(241)의 입력 단자들에 동시에 공급한다.

동기화 회로(242)는 연산 증폭기(AMP)의 반전 입력 단자(-)에 연결된 제1 스위치 소자(S1), 연산 증폭기(AMP)의 반전 입력 단자(+)에 직렬로 연결된 제2 및 제3 스위치 소자(S2, S3), 및 제2 스위치 소자(S2)와 제3 스위치 소자(S3) 사이에 연결된 커패시터(C)를 포함한다. 스위치 소자들(S1, S2, S3)은 타이밍 신호 발생부(310)에 의해 광원 구동 신호(LD)에 동기된다. 스위치 소자들(S1, S2, S3)은 트랜지스터로 구현될 수 있다.

제1 지문 신호(Vin1)는 제1 스위치 소자(S1)에 입력된다. 제1 스위치 소자(S1)는 광원 구동 신호(LD)의 온 구간에 턴-온되어 제1 지문 신호를 연산 증폭기(AMP)의 반전 입력 단자에 공급한다.

제2 및 제3 스위치 소자들(S2, S3)은 서로 반대로 동작한다. 제2 지문 신호(Vin2)는 제2 스위치 소자(S2)에 입력된다. 제2 스위치 소자(S2)는 광원 구동 신호(LD)의 오프 구간에 턴-온되어 제2 지문 신호를 커패시터(C)에 공급한다. 이 때, 제3 스위치 소자(S2)는 턴-오프된다. 이렇게 제2 스위치 소자(S2)가 턴-온될 때, 제2 지문 신호(Vin2)가 커패시터(C)에 저장되어 샘플링된 후, 제3 스위치 소자(S3)가 턴-온되고 제2 스위치 소자(S2)가 턴-오프되면 샘플링된 제2 지문 신호(Vin2)가 연산 증폭기(AMP)의 비반전 입력 단자(+)에 공급된다.

제1 및 제3 스위치 소자들(S2, S3)은 광원 구동 신호(LD)의 온 구간에서 동시에 턴-온된다. 따라서, 연산 증폭기(AMP)에 제1 및 제2 지문 신호(Vin1, Vin2)가 동시에 입력된다.

도 9는 광원 구동 신호(LD)의 듀티비 가변에 따른 광원(LS)의 구동 전류를 보여 주는 도면이다. 도 9에서 횡축은 시간(sec)이고, 종축은 전류(A)이다.

도 9를 참조하면, 광원(LS)으로 이용되는 LED는 광원 구동 신호(LD)의 듀티비에 따라 그 밝기가 조절될 수 있다. LED에 흐르는 전류(IF)가 크면 LED의 발광량이 많아진다.

도 9의 예에서, Duty D=1은 듀티비 100(%) 즉, 광원 구동 신호(LD)가 온 레벨의 직류 전압(DC)으로 발생되는 예이다. 광원 구동 신호(LD)가 직류 전압일 때 LED의 전류(IF)는 정격 전류까지 가능하다. 이에 비하여, 광원 구동 신호(LD)가 온 레벨과 오프 레벨 사이에서 스윙하는 교류 전압(AC)으로 발생되면 이 신호의 듀티비(%)에 따라 LED의 전류를 더 크게 조정할 수 있다.

본 발명은 도 9의 예에서 duty D = 0.2 ~ 0.5 사이의 범위에서 광원 구동 신호(LD)의 듀티비를 선택하여 광원(LS)으로 이용되는 LED를 구동할 수 있다. 도 9에서 D = 0.2는 20%의 듀티비(%)이고, D = 0.5는 50%의 듀티비(%)이다. 이 듀티비 범위에서 LED의 구동 전류는 수백 mA 정도이다. 본 발명은 광원(LS)의 구동 전류를 150 mA ~ 500 mA 사이에서 적절히 조정하기 위하여 광원 구동 신호(LD)의 듀티비(%)를 적절히 선택한다. 태양광 및 주변광의 영향을 줄이기 위하여 광원(LS)의 발광량을 높일 수 있다. 실험 결과에 따르면, 전술한 방법으로 외부광 노이즈를 제거하고 LED의 전류(IF)를 400mA ~ 500 mA 정도로 높일 때 지문 신호의 신호 대 잡음비(SNR)이 향상되어 지문 센서의 인식률이 대폭 개선된다.

한편, 광원 구동 신호(LD)의 듀티비는 이미지 센서(IS)로부터 얻어진 지문 이미지의 화질을 고려하여 결정될 수 있다. 태양광 및 주변광의 영향으로 인하여, 지문 이미지에서 지문의 융선(R)과 골(V)의 구분이 명확하지 않으면 광원 구동 신호(LD)의 듀티비를 크게 하여 LED의 온 구간을 증가시킬 수 있다. 반대로, 태양광 및 주변광의 영향이 적은 사용 환경에서, 지문 이미지에서 융선(R)과 골(V)이 충분히 구별될 수 있도록 대비비가 크면 적정 수준으로 LED의 듀티비를 줄여 온 구간을 감소시켜 실질적인 지문 인식률 저하 없이 소비 전력을 줄일 수 있다.

도 10은 외부광 노이즈 제거 전후 지문 신호의 전압을 보여 주는 도면이다.

도 10을 참조하면, 이미지 센서(IS)의 수광면 위에 IR 투과 필터가 배치되더라도 태양광 및 주변광으로 인하여 이미지 센서(IS)에 수신되는 빛에 외부광 노이즈가 더해진다. 이로 인하여, 이미지 센서(IS)의 픽셀로부터 얻어진 지문 신호(Vin)의 전압은 외부광 노이즈로 인한 옵셋 전압(Vffs)과 지문으로부터 반사된 적외선 광에 대응하는 유효 지문 신호 전압(Vfs)을 포함한다. 옵셋 전압(Vffs)이 유효 지문 신호 전압(Vfs)이 현저히 크다. 이러한 지문 신호(Vin)의 전압이 크고 신호 대 잡음비(SNR)가 나쁘기 때문에 최소 12bit 이상의 고해상도의 ADC와 노이즈 제거를 위한 별도의 ISP 및 DSP가 필요한다.

본 발명은 노이즈 제거부(240)를 이용하여 지문 신호(Vin)에서 외부광 노이즈에 대응하는 옵셋 전압(Voffs)을 제거한다. 그 결과, ADC(350)에 입력되는 노이즈 제거부(340)의 출력 전압(Vout)은 그 전압이 대폭 감소되고 신호 대 잡음비(SNR)가 향상된다. 그 결과, 본 발명은 ISP와 DSP 없이 8bit ~10bit 해상도의 ADC로 지문 이미지가 선명한 지문 데이터를 출력할 수 있다.

광원(LS)의 구동 전류가 커지면 지문으로부터 반사되는 적외선 광(IR)의 광량이 증가한다. 광원(LS)의 구동 전류는 400mA ~ 500 mA 수준으로 커질 수 있다. 이미지 센서(IS)의 노출 시간이 감소되면 이미지 센서(IS)의 픽셀들 각각에서 광전 변환 시간이 감소된다. 본 발명은 광원(LS)의 구동 전류를 높이고 이미지 센서(IS)의 노출 시간을 줄임으로써 외부광 노이즈를 더 줄일 수 있다.

도 11a는 광원(LS)의 구동 전류를 낮추고 이미지 센서(IS)의 노출 시간을 크게 할 이미지 센서(IS)에 수광되는 광과 지문 신호의 전압을 나타낸다. 광원(LS)의 구동 전류가 감소되면, 광원(LS)으로부터의 적외선 광(IR)이 감소되기 때문에 이미지 센서(IS)에 수광되는 광에서 태양광 및 주변광의 외부광이 상대적으로 많아진다. 그 결과, 이미지 센서(IS)의 픽셀로부터 출력된 지문 신호의 전압에서 외부광 노이즈로 인한 옵셋 전압(Voffs)이 크다.

도 11b는 광원(LS)의 구동 전류를 높이고 이미지 센서(IS)의 노출 시간을 줄일 때 이미지 센서(IS)에 수광되는 광과 지문 신호의 전압을 나타낸다. 광원(LS)의 구동 전류를 크게 하면, 광원(LS)으로부터의 적외선 광(IR)이 증가되기 때문에 이미지 센서(IS)에 수광되는 광에서 광원(LS)으로부터의 적외선 광 비율이 높아진다. 이미지 센서(IS)의 노출 시간이 감소되면, 이미지 센서(IS)의 픽셀들의 광전 변한 시간이 감소된다. 따라서, 이미지 센서(IS)의 픽셀들에 적외선 광(IR)의 수광 비율이 높아지고 외부광의 노출 시간이 감소되어 유효 지문 신호 전압(Vfs)이 커진다. 유효 지문 신호 전압(Vfs)은 지문으로부터 반사된 적외선 광(IR)의 광량으로부터 얻어진 전압이다.

도 12는 광원 구동 신호(LD)에 동기되는 노출 조정 신호(EXP)를 보여 주는 파형도이다. 노출 조정 신호(EXP)는 타이밍 신호 발생부(310)로부터 발생될 수 있다.

도 12를 참조하면, 광원 구동 신호(LD)의 듀티비는 광원(LS)의 구동 전류가 400mA ~ 500 mA 수준이 되도록 선택될 수 있다.

노출 조정 신호(EXP)는 광원 구동 신호(LD)의 펄스와 동기되는 펄스로 발생된다. 노출 조정 신호(EXP)의 펄스를 온 레벨 전압으로 발생되어 이미지 센서(IS)의 픽셀 노출 시간을 정의한다. 노출 조정 신호(EXP)의 펄스 폭이 크면, 픽셀의 노출 시간이 감소되어 픽셀의 광원 변환 시간이 감소된다.

노출 조정 신호(EXP)는 이미지 센서(IS)에서 픽셀들의 노출 시간을 정의한다. 태양광 및 주변광으로 인한 영향을 줄이기 위하여, 노출 조정 신호(EXP)의 온 구간은 광원 구동 신호(LD)의 온 구간 이하로 발생될 수 있다. 이 경우, 픽셀들의 노출 시간은 광원 구동 신호(LD)의 온 구간 이하로 작아진다. 노출 조정 신호(EXP)에서 펄스가 발생되는 온 구간은 광원 구동 신호(LD)의 온 구간과 중첩된다. 노출 조정 신호(EXP)의 온 구간은 광원 구동 신호(LD)의 온 구간 이하로 설정된다.

도 13은 노출 조정 신호를 이용한 이미지 센서의 노출 시간 조정 방법을 보여 주는 도면이다.

도 13을 참조하면, 이미지 센서(IS)는 노출 조정 신호(EXP)를 이용하여 로우 어드레스 신호(ROW1~ROW5)와 컬럼 어드레스 신호(COL)의 펄스 폭을 조정하여 픽셀들 각각의 노출 시간을 줄일 수 있다.

이미지 센서(IS)는 로우 디코더(210)로부터 로우 라인들(R1~R5) 사이에 배치된 제1 AND 게이트(131)와, 컬럼 디코더(220)와 컬럼 구동부(222) 사이에 연결된 제2 AND 게이트(132)를 더 포함한다.

제1 AND 게이트(131)는 노출 조정 신호(EXP)와 로우 어드레스 신호(ROW1~ROW5)의 논리곱(AND) 연산 결과를 출력한다. 로우 라인들(R1~R5)에 공급되는 로우 어드레스 신호(ROW1~ROW5)의 펄스 폭은 노출 조정 신호(EXP)에 의해 결정된다. 노출 조정 신호(EXP)가 온 레벨의 직류 전압으로 발생되면, 로우 디코드(210)로부터 출력된 로우 어드레스 신호(ROW1~ROW5)와 동일한 신호가 로우 라인들(R1~R5)에 공급된다. 도 12와 같은 노출 조정 신호(EXP)가 발생되면, 로우 어드레스 신호(ROW1~ROW5)의 펄스폭은 노출 조정 신호(EXP)의 펄스폭으로 감소된다.

제2 AND 게이트(132)는 노출 조정 신호(EXP)와 컬럼 어드레스 신호(COL)의 논리곱(AND) 연산 결과를 출력한다. 컬럼 라인들(C1~C4)에 공급되는 컬럼 어드레스 신호(COL)의 펄스 폭은 노출 조정 신호(EXP)에 의해 결정된다. 노출 조정 신호(EXP)R가 온 레벨의 직류 전압으로 발생되면, 컬럼 디코드(220)로부터 출력된 컬럼 어드레스 신호(COL)와 동일한 신호가 컬럼 라인들(C1~C4)에 공급된다. 도 12와 같은 노출 조정 신호(EXP)가 발생되면, 컬럼 어드레스 신호(COL)의 펄스폭은 노출 조정 신호(EXP)의 펄스폭으로 감소된다. 컬럼 어드레스 신호(COL)의 펄스폭이 감소되면, 컬럼 구동부(222)에서 제2 스위치 소자(M2)의 턴-온 시간이 감소되어 리드 아웃 라인(ROL)을 통해 출력되는 지문 신호의 폭이 감소된다.

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

SLS : 지향성 광원 장치 CP : 투명 기판
DP : 표시 패널 LR : 저굴절율층
LS : 광원 IS : 이미지 센서
100 : 표시패널 구동 회로 200 : 이미지 센서의 센서 어레이
210 : 로우 디코더(Row decoder) 220 : 컬럼 디코더(column decoder)
222 : 컬럼 구동부 230 : 샘플 & 홀더(sample & holder)
240 : 노이즈 제거부 250 : Analog to Digital Convertor(ADC)
300 : 지문 센서 및 광원 제어부 310 : 타이밍 신호 발생부
320 : 메모리 330 : 데이터 송신부
500 : 호스트 시스템 600 : 광원 구동부

Claims (15)

1. 화면 상에 입력 영상을 표시하는 표시패널;
   상기 표시패널 위에 배치되어 광원으로부터의 빛을 상기 표시패널의 화면 위에 조사하는 광원 장치;
   소정의 듀티비를 갖는 광원 구동 신호로 상기 광원을 구동하는 광원 구동부; 및
   상기 표시패널의 아래에 배치되는 이미지 센서를 구비하고,
   상기 이미지 센서는
   상기 광원 구동 신호의 온 구간에 제1 지문 신호를 출력하고 상기 광원 구동 신호의 오프 구간에 제2 지문 신호를 출력하는 다수의 픽셀들;
   상기 제1 지문 신호와 상기 제2 지문 신호의 차를 증폭하여 지문 신호를 출력하는 노이즈 제거부; 및
   상기 노이즈 제거부로부터 입력된 상기 지문 신호를 디지털 데이터로 변환하는 아날로그-디지털 변환기를 구비하는 표시장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 이미지 센서는
   상기 픽셀들에 연결된 로우 라인들에 로우 어드레스 신호를 순차적으로 출력하는 로우 디코더;
   상기 로우 라인들과 직교하는 컬럼 라인들에 연결되어 상기 로우 어드레스 신호에 동기되는 컬럼 어드레스 신호에 응답하여 상기 로우 라인으로부터의 상기 제1 및 제2 지문 신호를 리드 아웃 라인에 공급하는 컬럼 구동부;
   상기 컬럼 어드레스 신호를 상기 컬럼 구동부에 순차적으로 공급하는 컬럼 디코더;
   상기 광원 구동 신호와 상기 로우 어드레스 신호를 동기시키는 타이밍 신호 발생부를 더 구비하는 표시장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 로우 어드레스 신호의 펄스폭 내에 상기 광원 구동 신호의 온 구간과 오프 구간이 존재하는 표시장치.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 이미지 센서는,
   상기 리드 아웃 라인과 상기 노이즈 제거부 사이에 배치되어 상기 리드 아웃 라인으로부터의 상기 제1 및 제2 지문 신호를 샘플링하여 일시 저장한 후에 상기 노이즈 제거부로 출력하는 샘플 & 홀더를 더 구비하는 표시장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 노이즈 제거부는,
   상기 제1 및 제2 지문 신호 중에서 먼저 수신된 신호를 지연시켜 상기 제1 및 제2 지문 신호를 동시에 출력하는 동기화 회로; 및
   상기 동기화 회로로부터 수신된 상기 제1 및 제2 지문 신호를 차등 증폭하는 차동 증폭기를 구비하는 표시장치.
6. 제 2 항에 있어서,
   상기 광원은 적외선 광을 발생하고 상기 광원 구동 신호의 온 구간에 점등하고 상기 광원 구동 신호의 오프 구간에 소등하는 IR LED(Light Emitting Diode)를 구비하는 표시장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 광원의 전류가 400mA ~ 500 mA 인 표시장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 이미지 센서의 픽셀 노출 시간이 상기 광원 구동 신호의 온 구간 이하인 표시장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 타이밍 신호 발생부는
   상기 광원 구동 신호의 온 구간 이하로 제한하는 노출 조정 신호를 발생하여 상기 이미지 센서의 픽셀 노출 시간을 제어하고,
   상기 노출 조정 신호의 온 구간이 상기 광원 구동 신호의 온 구간과 중첩되고,
   상기 노출 조정 신호의 온 구간이 상기 광원 구동 신호의 온 구간 이하인 표시장치.
10. 표시패널 위에 배치되어 상기 표시패널의 화면 상에 광원으로부터의 적외선 광을 조사하는 광원 장치;
    소정의 듀티비를 갖는 광원 구동 신호로 상기 광원을 구동하는 광원 구동부; 및
    상기 표시패널의 아래에 배치되어 상기 화면 상의 지문으로부터 반사된 지문 이미지를 감지하는 이미지 센서를 구비하고,
    상기 이미지 센서는
    상기 광원 구동 신호의 온 구간에 제1 지문 신호를 출력하고 상기 광원 구동 신호의 오프 구간에 제2 지문 신호를 출력하는 다수의 픽셀들;
    상기 제1 지문 신호와 상기 제2 지문 신호의 차를 증폭하여 지문 신호를 출력하는 노이즈 제거부; 및
    상기 노이즈 제거부로부터 입력된 상기 지문 신호를 디지털 데이터로 변환하는 아날로그-디지털 변환기를 구비하는 지문 센서.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 광원의 전류가 400mA ~ 500 mA 인 지문 센서.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 이미지 센서의 픽셀 노출 시간이 상기 광원 구동 신호의 온 구간 이하인 지문 센서.
13. 표시패널 위에 배치되어 상기 표시패널의 화면 상에 광원으로부터의 적외선 광을 조사하는 광원 장치, 소정의 듀티비를 갖는 광원 구동 신호로 상기 광원을 구동하는 광원 구동부, 및 상기 표시패널의 아래에 배치되어 상기 화면 상의 지문으로부터 반사된 지문 이미지를 감지하는 이미지 센서를 구비하는 지문 센서의 구동 방법에 있어서,
    상기 광원 구동 신호의 온 구간에 제1 지문 신호를 출력하고 상기 광원 구동 신호의 오프 구간에 제2 지문 신호를 출력하는 단계;
    상기 제1 지문 신호와 상기 제2 지문 신호의 차를 증폭하여 상기 제1 및 제2 지문 신호의 외부광 노이즈를 제거하는 단계; 및
    상기 외부광 노이즈가 제거된 지문 신호를 디지털 데이터로 변환하는 단계를 포함하는 지문 센서의 구동 방법.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 광원의 전류가 400mA ~ 500 mA 이 되도록 상기 광원 구동 신호의 듀티비가 선택되는 지문 센서의 구동 방법.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 이미지 센서의 픽셀 노출 시간을 상기 광원 구동 신호의 온 구간 이하로 제어하는 지문 센서의 구동 방법.

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