KR102486154B1 - 초음파 센서, 초음파 센싱 장치 및 디스플레이 장치 - Google Patents

초음파 센서, 초음파 센싱 장치 및 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예들은, 초음파 센서, 초음파 센싱 장치 및 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 제1 전극이 배치된 박막 트랜지스터 어레이, 압전 물질 및 제2 전극을 포함하는 초음파 센서에서, 제2 전극을 패터닝된 구조로 배치하고 펄스 형태의 고전압을 제2 전극에 인가하여 초음파 발생 및 센싱을 수행함으로써, 박막 트랜지스터 어레이에 고전압이 인가되지 않도록 하여 박막 트랜지스터 어레이에 배치된 회로 소자의 열화를 저감시킬 수 있도록 한다. 따라서, 박막 트랜지스터 어레이에 배치된 회로 소자의 신뢰성 및 수명을 개선하며 센싱을 수행할 수 있도록 한다.

Description

초음파 센서, 초음파 센싱 장치 및 디스플레이 장치{ULTRASONIC SENSOR, ULTRASONIC SENSING DEVICE AND DISPLAY DEVICE}
본 발명의 실시예들은, 초음파 센서, 초음파 센싱 장치 및 디스플레이 장치에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하는 디스플레이 장치에 대한 요구가 증가하고 있으며, 액정 디스플레이 장치, 유기발광 디스플레이 장치 등과 같은 다양한 유형의 디스플레이 장치가 활용되고 있다.
이러한 디스플레이 장치는, 사용자에게 보다 다양한 기능을 제공하기 위하여, 디스플레이 패널에 대한 사용자의 터치를 인식하거나, 디스플레이 패널에 접촉되거나 근접한 생체 정보(예, 지문)를 인식하고 인식된 정보를 기반으로 입력 처리를 수행하는 기능을 제공하고 있다.
여기서, 생체 정보를 인식하기 위하여 광 센서를 이용할 수 있으나, 디스플레이 패널의 베젤 영역에 광 센서가 배치될 경우 액티브 영역이 좁아지는 문제점이 존재한다. 또한, 액티브 영역 내에 광 센서를 배치할 경우, 디스플레이 구동에 영향을 주거나 센싱의 정확도가 낮아질 수 있는 문제점이 존재한다.
따라서, 디스플레이 패널의 액티브 영역의 감소를 방지하면서 디스플레이 패널에 대한 생체 정보 센싱의 정확도를 향상시킬 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명의 실시예들의 목적은, 디스플레이 패널에 접촉되거나 근접한 사용자의 생체 정보를 인식할 수 있도록 하는 초음파 센서 또는 초음파 센싱 장치와, 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예들의 목적은, 초음파 센서의 박막 트랜지스터 어레이의 열화를 저감시키며 센싱을 수행할 수 있는 초음파 센서와, 초음파 센싱 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예들의 목적은, 초음파 센서의 박막 트랜지스터 어레이에서 센싱을 수행하는 면적을 증가시킬 수 있는 초음파 센서와, 초음파 센싱 장치를 제공하는 데 있다.
일 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 다수의 스캔 라인, 다수의 센싱 라인 및 다수의 픽셀이 배치되고 다수의 픽셀 각각에 배치된 다수의 제1 전극을 포함하는 박막 트랜지스터 어레이와, 박막 트랜지스터 어레이 상에 배치된 압전 물질과, 압전 물질 상에 배치된 다수의 제2 전극을 포함하는 초음파 센서를 제공한다.
이러한 초음파 센서에서, 다수의 제1 전극 중 적어도 하나의 제1 전극으로 제1 구동 전압이 인가되는 기간에 다수의 제2 전극 중 적어도 하나의 제2 전극으로 제2 구동 전압이 인가되며, 제2 구동 전압은 최대 전압이 제1 구동 전압보다 높은 교류 전압일 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 다수의 스캔 라인, 다수의 센싱 라인 및 다수의 픽셀이 배치되고 상기 다수의 픽셀 각각에 배치된 다수의 제1 전극을 포함하는 박막 트랜지스터 어레이와, 박막 트랜지스터 어레이 상에 배치된 압전 물질과, 압전 물질 상에 배치된 다수의 제2 전극과, 다수의 스캔 라인으로 스캔 신호를 출력하는 스캔 구동 회로와, 다수의 센싱 라인을 통해 센싱 신호를 검출하는 센싱 회로를 포함하는 초음파 센싱 장치를 제공한다.
이러한 초음파 센싱 장치에서, 다수의 제1 전극 중 적어도 하나의 제1 전극으로 제1 구동 전압이 인가되는 기간에 다수의 제2 전극 중 적어도 하나의 제2 전극으로 제2 구동 전압이 인가되며, 제1 구동 전압은 정전압이고, 제2 구동 전압은 최대 전압이 제1 구동 전압보다 높은 교류 전압일 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 디스플레이 패널과, 디스플레이 패널의 적어도 일면에 배치된 초음파 센서를 포함하고, 초음파 센서는, 다수의 스캔 라인, 다수의 센싱 라인 및 다수의 픽셀이 배치되고 다수의 픽셀 각각에 배치된 다수의 제1 전극을 포함하는 박막 트랜지스터 어레이와, 박막 트랜지스터 어레이 상에 배치된 압전 물질과, 압전 물질 상에 배치된 다수의 제2 전극을 포함하고, 다수의 제1 전극 중 적어도 하나의 제1 전극으로 제1 구동 전압이 인가되는 기간에 다수의 제2 전극 중 적어도 하나의 제2 전극으로 제2 구동 전압이 인가되며, 제1 구동 전압은 정전압이고, 제2 구동 전압은 최대 전압이 제1 구동 전압보다 높은 교류 전압인 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 초음파 센서의 센싱 수행시 박막 트랜지스터 어레이에 저전압이 인가되도록 함으로써, 박막 트랜지스터 어레이의 열화를 방지하며 센싱을 수행할 수 있도록 한다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 초음파 센서의 박막 트랜지스터 어레이에 배치된 제1 전극과 캐패시턴스를 형성하는 제2 전극을 패터닝하여 배치함으로써, 박막 트랜지스터 어레이의 픽셀 열 또는 픽셀 행 단위로 센싱이 이루어질 수 있도록 한다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 초음파 센서의 제2 전극으로 고전압을 공급하는 컨트롤러가 박막 트랜지스터 어레이를 통하지 않고 직접 제2 전극으로 전압을 공급하도록 함으로써, 박막 트랜지스터 어레이에서 센싱 면적이 증가될 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치에 초음파 센서가 배치된 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서의 픽셀 어레이의 회로 구조와 구동 방식의 예시를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서의 픽셀 어레이의 회로 구조와 구동 방식의 다른 예시를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서의 단면 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서의 단면 구조의 다른 예시를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 초음파 센서에서 제2 전극이 패터닝된 평면 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 5에 도시된 초음파 센서의 센싱 방식의 예시를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 5에 도시된 초음파 센서의 센싱 타이밍의 예시를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 5에 도시된 초음파 센서의 픽셀 어레이의 회로 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 10과 도 11은 도 9에 도시된 회로 구조에서 센싱이 수행되는 방식의 예시를 나타낸 도면이다.
도 12는 도 10과 도 11에 도시된 센싱 방식에 따라 초음파 센서가 센싱을 수행하는 과정의 예시를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
또한, 본 발명의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치에 초음파 센서(200)가 배치된 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치는, 다수의 게이트 라인, 다수의 데이터 라인 및 다수의 서브픽셀이 배치된 디스플레이 패널(110)과, 디스플레이 패널(110)에 배치된 신호 라인이나 전압 라인을 구동하기 위한 각종 구동 회로를 포함할 수 있다.
이러한 디스플레이 장치의 적어도 일면에는, 디스플레이 패널(110)에 접촉되거나 근접한 생체 정보(예, 지문)를 센싱하기 위한 초음파 센서(200) 또는 초음파 센싱 장치가 배치될 수 있다.
일 예로, 디스플레이 패널(110)에서 영상이 표시되는 면의 반대편에 초음파 센서(200)가 배치될 수 있다. 이러한 초음파 센서(200)는, 접착부(300)를 통해 디스플레이 패널(110)과 합착될 수 있으며, 접착부(300)는 일 예로 레진으로 구성될 수 있다.
초음파 센서(200)는, 초음파를 발생시키고 커버 글래스(120)에 접촉된 지문에 반사되는 초음파를 센싱하여 커버 글래스(120)에 접촉된 지문을 인식할 수 있다.
구체적으로, 초음파 센서(200)에서 발생된 초음파가 지문의 골(Valley) 부분에 도달하면, 사람의 피부와 커버 글래스(120) 사이에 존재하는 공기에 닿게 된다. 여기서, 커버 글래스(120)와 공기의 음향 임피던스 값의 차이로 인해 공기에 닿은 대부분의 초음파가 반사되게 된다.
그리고, 초음파 센서(200)에서 발생된 초음파가 지문의 마루(Ridge) 부분에 도달하면, 커버 글래스(120)에 접촉된 사람의 피부에 닿게 된다. 여기서, 초음파의 일부가 반사될 수 있으나, 대부분의 초음파는 피부 안에 전달되어 피부 안쪽에서 반사되게 된다.
따라서, 지문의 골 부분과 마루 부분에 도달하여 반사되는 초음파의 세기와 시기 등에 기초하여 지문의 골 부분과 마루 부분을 구분하고 지문을 센싱할 수 있다.
이와 같이, 초음파 센서(200)는, 피부의 안쪽까지 센싱하는 방식이므로, 피부 표면의 오염이나 상태에 민감하지 않으며 보안이 우수한 이점을 제공한다. 또한, 디스플레이 패널(110)에서 영상이 표시되는 영역을 감소시키지 않으면서 디스플레이 장치가 지문을 센싱할 수 있도록 한다.
이러한 초음파 센서(200)는, 초음파 발생을 위한 물질과, 초음파 발생 및 센싱을 위한 여러 회로 소자를 포함할 수 있다.
일 예로, 초음파 센서(200)는, 기판(210)과, 기판(210)에 배치된 박막 트랜지스터 어레이(221), 제1 패드부(222), 제2 패드부(223)를 포함할 수 있다. 그리고, 박막 트랜지스터 어레이(221)는 제1 전극(E1)을 포함할 수 있으며, 박막 트랜지스터 어레이(221)에 압전 물질(224)과 제2 전극(E2)이 순차적으로 배치될 수 있다.
제2 전극(E2)은, 접착층(230)을 통해 반사층(240)과 접착될 수 있으며, 반사층(240)에 보호층(250)이 배치될 수 있다.
박막 트랜지스터 어레이(221)와 제2 전극(E2) 등으로 신호, 전압 등을 공급하는 컨트롤러(280)는, 연성 인쇄 회로(270)와 본딩부(260)를 통해 기판(210)에 배치된 제2 패드부(223)와 전기적으로 연결될 수 있다.
박막 트랜지스터 어레이(221)에는, 초음파를 발생시키는 구동과 지문에 반사되는 초음파의 센싱을 위한 트랜지스터와, 캐패시턴스를 형성하기 위한 제1 전극(E1) 등이 배치될 수 있다.
박막 트랜지스터 어레이(221)에 배치된 캐패시턴스를 형성하기 위한 제1 전극(E1)은, 제2 전극(E2)과 캐패시터(C)를 형성할 수 있다.
그리고, 박막 트랜지스터 어레이(221)에 배치된 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2)에 인가되는 전압에 의해 압전 물질(224)을 진동시켜 초음파를 발생시킬 수 있다.
이러한 제1 전극(E1)을 포함하는 박막 트랜지스터 어레이(221)와, 압전 물질(224) 및 제2 전극(E2)은 회로적으로 픽셀 어레이로 볼 수도 있다.
제2 전극(E2)은, 일 예로, 은 잉크를 코팅하는 방식을 통해 배치될 수 있으며, 경우에 따라, 압전 물질(224) 전체를 덮는 형태로 배치되거나, 일정한 패턴으로 배치될 수도 있다.
반사층(240)은, 일 예로, 구리로 구성될 수 있으며, 지문에서 반사되어 돌아오는 초음파를 박막 트랜지스터 어레이(221)로 반사시켜주는 기능을 할 수 있다.
보호층(250)은, 일 예로, 폴리이미드로 구성될 수 있으며, 초음파 센서(200)의 픽셀 어레이와 반사층(240) 등을 캡핑하는 기능을 할 수 있다.
픽셀 어레이를 구동하기 위한 신호와 전압은, 컨트롤러(280)로부터 공급되나, 경우에 따라 고전압이 요구되지 않는 신호 등은 디스플레이 패널(110)의 구동을 위해 배치된 구동 회로로부터 공급될 수도 있다.
이하에서는, 픽셀 어레이의 회로 구조의 예시를 참조하여 초음파 센서(200)의 구체적인 구동과 센싱 방식을 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서(200)의 픽셀 어레이의 회로 구조와 구동 방식의 예시를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 초음파 센서(200)의 픽셀 어레이에는, 다수의 스캔 라인(SCL)과 다수의 센싱 라인(SSL)이 배치될 수 있다. 스캔 라인(SCL)과 센싱 라인(SSL)은 서로 교차하며 배치될 수 있으며, 스캔 라인(SCL)과 센싱 라인(SSL)의 교차에 의해 정의되는 영역에 다수의 픽셀이 배치될 수 있다.
또한, 픽셀의 초음파 발생 및 센싱을 위한 구동 전압(DV), 센싱 전압(SV) 등을 공급하는 전압 라인이 배치될 수 있다.
그리고, 초음파 센서(200)는, 픽셀 어레이에 배치된 다수의 스캔 라인을 구동하는 회로와, 다수의 센싱 라인을 통해 센싱 신호를 검출하는 회로 등을 포함할 수 있다.
각각의 픽셀에는, 초음파 발생 및 센싱을 위한 여러 회로 소자가 배치될 수 있다.
일 예로, 각각의 픽셀에는, 스캔 라인(SCL)에 인가되는 스캔 신호(SCO)에 의해 제어되는 제1 트랜지스터(T1) 및 제2 트랜지스터(T2)와, 제1 노드(N1)의 전압에 의해 제어되는 제3 트랜지스터(T3)와, 하나의 캐패시터(C)가 배치될 수 있다.
여기서, 제1 트랜지스터(T1), 제2 트랜지스터(T2) 및 제3 트랜지스터(T3)가 모두 N 타입인 경우를 예시로 나타내고 있으나, 경우에 따라 모두 P 타입으로 구현될 수도 있다. 또는, 제1 트랜지스터(T1)와 제2 트랜지스터(T2)만 동일한 타입으로 구현되고, 제3 트랜지스터(T3)는 다른 타입으로 구현될 수도 있다.
제1 트랜지스터(T1)는, 스캔 라인(SCL)에 인가되는 스캔 신호(SCO)에 의해 제어되며, 제1 구동 전압 라인(DVL1)과 제1 노드(N1) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
여기서, 제1 구동 전압 라인(DVL1)은, 초음파 발생을 위한 제1 구동 전압(DV1)을 픽셀로 공급할 수 있다. 이러한 제1 구동 전압(DV1)은, 높은 전압 레벨을 갖는 펄스 형태의 교류 전압일 수 있으며, 일 예로, +100V에서 -100V로 스윙하는 교류 전압일 수 있다.
제2 트랜지스터(T2)는, 스캔 라인(SCL)에 인가되는 스캔 신호(SCO)에 의해 제어되며, 센싱 라인(SSL)과 제3 트랜지스터(T3) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
여기서, 인접한 픽셀에 배치된 제1 트랜지스터(T1)와 제2 트랜지스터(T2)는 동일한 스캔 라인(SCL)에 의해 구동될 수 있다.
즉, 도 2에 도시된 예시와 같이, A열에 배치된 제1 트랜지스터(T1)와 B열에 배치된 제2 트랜지스터(T2)가 동일한 제n 스캔 라인(SCL(n))에 연결되어 제n 스캔 라인(SCL(n))으로 인가되는 제n 스캔 신호(SCO(n))에 의해 동시에 구동될 수 있다.
제3 트랜지스터(T3)는, 제1 노드(N1)의 전압 레벨에 따라 제어되며, 센싱 전압 라인(SVL)과 제2 트랜지스터(T2) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
그리고, 센싱 전압 라인(SVL)으로 인가되는 센싱 전압(SV)은 정전압일 수 있다.
캐패시터(C)는, 제1 노드(N1)와 제2 구동 전압 라인(DVL2) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
즉, 제1 노드(N1)에 연결되는 캐패시터(C)의 전극은, 전술한 박막 트랜지스터 어레이(221)에 배치된 캐패시턴스를 형성하기 위한 제1 전극(E1)을 의미할 수 있으며, 제2 구동 전압 라인(DVL2)에 연결되는 캐패시터(C)의 전극은, 제2 전극(E2)을 의미할 수 있다.
그리고, 제2 전극(E2)은, 적어도 둘 이상의 픽셀에 공통적으로 연결되는 전극일 수 있다.
제2 구동 전압 라인(DVL2)은, 초음파 발생을 위한 제2 구동 전압(DV2)을 픽셀로 공급할 수 있으며, 제2 구동 전압(DV2)은 제1 구동 전압(DV1)의 최대 전압보다 낮은 정전압일 수 있다.
이러한 픽셀 어레이에 배치된 스캔 라인(SCL)으로 스캔 신호(SCO)가 순차적으로 인가되며 초음파 발생과 센싱이 수행될 수 있다.
일 예로, 제n 스캔 라인(SCL(n))으로 제1 트랜지스터(T1)를 턴-온 시키는 레벨의 제n 스캔 신호(SCO(n))가 인가되면, A열에 배치된 제1 트랜지스터(T1)가 턴-온 되게 된다.
제1 트랜지스터(T1)가 턴-온 되므로, 제1 구동 전압(DV1)이 제1 노드(N1)에 인가되게 된다.
캐패시터(C)의 양 전극에 펄스 형태의 고전압과 낮은 정전압이 인가되므로, 캐패시터(C)의 전극 사이에 배치된 압전 물질(224)이 진동하여 초음파가 발생될 수 있다.
즉, 제1 트랜지스터(T1)가 턴-온 되는 A열에서 초음파가 발생되게 된다.
이때, 제n 스캔 라인(SCL(n))으로 제1 트랜지스터(T1)를 턴-온 시키는 레벨의 제n 스캔 신호(SCO(n))가 인가되므로, B열에 배치된 제2 트랜지스터(T2)도 턴-온 되게 된다.
B열에 배치된 제1 트랜지스터(T1)는 턴-오프 된 상태에서, 지문에 반사되는 초음파가 B열에 도달하면 B열에 배치된 픽셀의 제1 노드(N1)의 전압 레벨이 변동될 수 있다. 즉, 반사되는 초음파에 의해 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에 배치된 압전 물질(224)의 분극 상태가 변경되고, 이로 인해 제1 전극(E1), 즉, 제1 노드(N1)의 전압 레벨이 변동될 수 있다.
그리고, 제1 노드(N1)의 전압 레벨이 변동됨에 따라 제3 트랜지스터(T3)가 온, 오프 되며, 제2 트랜지스터(T2)가 턴-온 된 상태이므로 센싱 전압(SV)이 센싱 라인(SSL)을 통해 검출될 수 있다.
즉, 제2 트랜지스터(T2)가 턴-온 되는 B열에서 지문에 반사되어 돌아오는 초음파를 센싱할 수 있게 된다.
이와 같이, 인접한 픽셀 열에 배치된 제1 트랜지스터(T1)와 제2 트랜지스터(T2)를 동일한 스캔 라인(SCL)에 의해 구동함으로써, 인접한 픽셀 열에서 초음파 발생과 센싱이 이루어지도록 할 수 있다.
이때, 초음파 발생을 위한 고전압인 제1 구동 전압(DV1)이 박막 트랜지스터 어레이(221)로 공급됨에 따라, 고전압에 의해 박막 트랜지스터 어레이(221)에 배치된 트랜지스터 등의 열화가 발생할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 압전 물질(224)을 진동시켜 초음파 발생을 위한 고전압과 저전압을 인가하되, 박막 트랜지스터 어레이(221)의 열화를 저감시키며 센싱을 수행할 수 있는 방안을 제공한다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서(200)의 픽셀 어레이의 회로 구조와 구동 방식의 다른 예시를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 초음파 센서(200)의 픽셀 어레이에는, 다수의 스캔 라인(SCL)과 다수의 센싱 라인(SSL)이 서로 교차하며 배치될 수 있다. 그리고, 다수의 픽셀은, 스캔 라인(SCL)과 센싱 라인(SSL)에 의해 정의되는 영역에 배치될 수 있다.
이러한 픽셀에는, 스캔 라인(SCL)에 인가되는 스캔 신호(SCO)에 의해 제어되는 제1 트랜지스터(T1) 및 제2 트랜지스터(T2)와, 제1 노드(N1)의 전압 레벨에 의해 제어되는 제3 트랜지스터(T3)와, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2)에 의해 구성되는 캐패시터(C)가 배치될 수 있다.
제1 트랜지스터(T1)는, 게이트 전극이 스캔 라인(SCL)에 전기적으로 연결되고, 제1 구동 전압 라인(DVL1)과 제1 노드(N1) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 트랜지스터(T2)는, 게이트 전극이 스캔 라인(SCL)에 전기적으로 연결되고, 센싱 라인(SSL)과 제3 트랜지스터(T3) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
여기서, 인접한 픽셀에 배치된 제1 트랜지스터(T1)와 제2 트랜지스터(T2)는 동일한 스캔 라인(SCL)에 연결될 수 있다. 그리고, 동일한 스캔 라인(SCL)에 인가되는 스캔 신호(SCO)에 의해 동시에 구동될 수 있다.
제3 트랜지스터(T3)는, 제1 노드(N1)의 전압 레벨에 의해 제어되고, 센싱 전압 라인(SVL)과 제2 트랜지스터(T2) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
이러한 픽셀 어레이에서, 초음파 발생과 센싱을 수행하는 기간에 스캔 라인(SCL)으로 제1 트랜지스터(T1)를 턴-온 시키는 레벨의 스캔 신호(SCO)가 인가될 수 있다.
일 예로, 제n 스캔 라인(SCL(n))으로 제n 스캔 신호(SCO(n))가 인가되어, A열에 배치된 제1 트랜지스터(T1)가 턴-온 될 수 있다. 또한, B열에 배치된 제2 트랜지스터(T2)도 턴-온 될 수 있다.
제1 트랜지스터(T1)가 턴-온 되므로, 제1 구동 전압 라인(DVL1)을 통해 공급되는 제1 구동 전압(DV1)이 A열의 픽셀의 제1 노드(N1), 즉, 제1 전극(E1)에 인가된다. 그리고, 제2 전극(E2)으로 제2 구동 전압(DV2)이 인가될 수 있다.
여기서, 제1 전극(E1)으로 인가되는 제1 구동 전압(DV1)은 정전압일 수 있다. 그리고, 제2 전극(E2)으로 인가되는 제2 구동 전압(DV2)은 최대 전압이 제1 구동 전압(DV1)보다 높은 교류 전압일 수 있다.
즉, 제1 전극(E1)으로 낮은 정전압이 인가되고, 제2 전극(E2)으로 펄스 형태의 고전압이 인가될 수 있다. 경우에 따라서는, 제1 전극(E1)으로 진폭이 제2 구동 전압(DV2)보다 작은 펄스 형태의 제1 구동 전압(DV1)이 인가될 수도 있다.
캐패시터(C)를 구성하는 양 전극으로 낮은 정전압과 펄스 형태의 고전압이 인가되므로, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에 배치된 압전 물질(224)이 진동하여 A열의 픽셀에서 초음파가 발생될 수 있다.
그리고, B열의 제2 트랜지스터(T2)가 턴-온 된 상태이므로, 반사되는 초음파에 의한 제1 노드(N1)의 전압 변동에 따라 제3 트랜지스터(T3)가 온, 오프되어 센싱 전압(SVL)이 센싱 라인(SSL)을 통해 검출될 수 있다.
따라서, 스캔 라인(SCL)을 통해 인가되는 스캔 신호(SCO)에 의해 픽셀 열을 순차적으로 구동하며, 초음파 발생과 센싱을 수행할 수 있다.
이와 같이, 픽셀 어레이에서, 박막 트랜지스터 어레이(221)에 배치된 제1 전극(E1)으로 낮은 정전압을 인가하고, 압전 물질(224) 상에 배치되는 제2 전극(E2)에 고전압의 교류 전압을 인가함으로써, 압전 물질(224)을 진동시켜 초음파를 발생시키고 센싱을 수행할 수 있다.
그리고, 박막 트랜지스터 어레이(221)에 배치된 제1 전극(E1)으로 저전압이 인가되도록 함으로써, 박막 트랜지스터 어레이(221)에 고전압이 인가되지 않도록 하며 센싱을 수행할 수 있도록 한다.
따라서, 초음파 센싱을 수행하는 과정에서 박막 트랜지스터 어레이(221)에 고전압이 인가되지 않도록 함으로써, 박막 트랜지스터 어레이(221)에 배치된 회로 소자의 열화를 저감시켜 회로 소자의 신뢰성과 수명을 개선할 수 있도록 한다.
이러한 초음파 센서(200)는, 제2 전극(E2)으로 펄스 형태의 고전압을 인가함에 따라, 픽셀 열의 순차 구동을 위해 패터닝된 구조를 갖는 제2 전극(E2)을 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서(200)의 단면 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 초음파 센서(200)는, 기판(210)과, 기판(210)에 배치된 박막 트랜지스터 어레이(221), 제1 패드부(222) 및 제2 패드부(223)를 포함할 수 있다. 박막 트랜지스터 어레이(221)는, 제1 구동 전압(DV1)이 인가되는 제1 전극(E1)을 포함할 수 있으며, 박막 트랜지스터 어레이(221)에 압전 물질(224), 제2 전극(E2)이 순차적으로 배치될 수 있다.
제2 전극(E2)은, 접착층(230)을 통해 반사층(240)과 접착될 수 있으며, 반사층(240)에 보호층(250)이 배치될 수 있다.
그리고, 박막 트랜지스터 어레이(221)와 제2 전극(E2) 등으로 신호, 전압 등을 공급하는 컨트롤러(280)는, 연성 인쇄 회로(270)와 본딩부(260)를 통해 기판(210)에 배치된 제2 패드부(223)와 전기적으로 연결될 수 있다.
여기서, 제2 전극(E2)은, 박막 트랜지스터 어레이(221)에 배치된 픽셀 열 또는 픽셀 행과 대응되도록 분리된 구조로 배치될 수 있다. 또는, 경우에 따라, 제2 전극(E2)은, 박막 트랜지스터 어레이(221)에 배치된 픽셀과 대응되도록 배치될 수도 있다.
일 예로, 제2 전극(E2)은, 박막 트랜지스터 어레이(221)에 배치된 다수의 스캔 라인(SCL)이 배치된 방향을 따라 배치될 수 있으며, 제2 전극(E2)은 각각의 스캔 라인(SCL)과 대응되도록 배치될 수 있다.
즉, 박막 트랜지스터 어레이(221)에서 스캔 라인(SCL)이 픽셀 열을 따라 배치된 구조인 경우, 스캔 라인(SCL)의 제어에 따라 제1 구동 전압(DV1)이 인가되는 제1 전극(E1)이 배치된 픽셀 열과 대응되도록 제2 전극(E2)이 배치될 수 있다.
여기서, 도 4에 도시된 박막 트랜지스터 어레이(221)는 제1 전극(E1)이 배치된 픽셀 열이 제2 전극(E2)과 대응되는 구조를 개념적으로 나타낸 것으로서, 박막 트랜지스터 어레이(221)가 분리되어 배치되는 것을 의미하지 않을 수 있다.
그리고, 제2 전극(E2)으로 펄스 형태의 고전압인 제2 구동 전압(DV2)이 인가되고, 제2 전극(E2)과 대응되는 픽셀 열에 배치된 제1 전극(E1)으로 낮은 정전압이 인가될 수 있다.
여기서, 서로 분리되어 배치된 다수의 제2 전극(E2)으로 제2 구동 전압(DV2)이 순차적으로 공급될 수 있다.
즉, 박막 트랜지스터 어레이(221)에 배치된 스캔 라인(SCL)으로 스캔 신호(SCO)가 순차적으로 인가됨에 따라 박막 트랜지스터 어레이(221)에 배치된 제1 전극(E1)으로 제1 구동 전압(DV1)이 인가된다. 이때, 픽셀 열 단위로 제1 구동 전압(DV1)이 순차적으로 인가될 수 있다.
그리고, 픽셀 열과 대응되도록 배치된 제2 전극(E2)으로 제2 구동 전압(DV2)이 순차적으로 인가됨으로써, 낮은 정전압이 인가된 제1 전극(E1)과 펄스 형태의 고전압이 인가된 제2 전극(E2) 사이에 배치된 압전 물질(224)이 진동하여 초음파가 발생될 수 있다.
따라서, 초음파 발생을 위한 고전압이 박막 트랜지스터 어레이(221)의 픽셀 내 배치된 제1 전극(E1)이 아닌 제2 전극(E2)으로 인가되도록 함으로써, 박막 트랜지스터 어레이(221)의 열화를 저감시킬 수 있다.
또한, 제2 전극(E2)을 패터닝된 구조로 분리하여 배치하고 제2 구동 전압(DV2)을 순차적으로 공급함으로써, 박막 트랜지스터 어레이(221)의 픽셀 열 단위로 초음파 발생과 센싱을 수행할 수 있도록 한다.
이러한 초음파 센서(200)는, 제2 전극(E2)으로 고전압이 인가되도록 함에 따라, 제2 전극(E2)이 높은 구동 전압을 출력하는 컨트롤러(280)와 직접 전기적으로 연결될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서(200)의 단면 구조의 다른 예시를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 초음파 센서(200)는, 기판(210)과, 기판(210)에 배치된 박막 트랜지스터 어레이(221)를 포함할 수 있다. 그리고, 박막 트랜지스터 어레이(221)는, 제1 전극(E1)을 포함하며, 박막 트랜지스터 어레이(221)에 압전 물질(224)과 제2 전극(E2)이 순차적으로 배치될 수 있다.
제2 전극(E2)은, 접착층(230)을 통해 반사층(240)과 접착될 수 있으며, 반사층(240)에 보호층(250)이 배치될 수 있다.
그리고, 제2 전극(E2)으로, 고전압인 제2 구동 전압(DV2)을 공급하는 컨트롤러(280)는 연성 인쇄 회로(270)와 본딩부(260)를 통해 제2 전극(E2)과 전기적으로 연결될 수 있다.
즉, 컨트롤러(280)는, 제2 전극(E2)과 직접 전기적으로 연결되거나, 기판(210)과 연결되지 않은 연결 부재를 통해 제2 전극(E2)과 전기적으로 연결될 수 있다.
따라서, 컨트롤러(280)로부터 출력된 제2 구동 전압(DV2), 즉, 고전압은 박막 트랜지스터 어레이(221)를 거치지 않고 제2 전극(E2)으로 공급될 수 있다. 그리고, 박막 트랜지스터 어레이(221)에 고전압이 인가되지 않도록 함으로써, 박막 트랜지스터 어레이(221)의 열화를 더욱 저감시킬 수 있다.
또한, 제2 전극(E2)과 컨트롤러(280)가 직접 전기적으로 연결됨에 따라, 박막 트랜지스터 어레이(221)에 배치된 패드부가 제거될 수 있으며, 패드부의 제거에 따라 박막 트랜지스터 어레이(221)에서 센싱 면적이 증가할 수 있다.
이때, 박막 트랜지스터 어레이(221)로 공급되는 신호나 전압은 낮은 전압을 이용하므로, 초음파 센서(200)가 부착된 장치, 일 예로, 디스플레이 장치에 포함된 구동 회로로부터 출력될 수 있다.
이와 같이, 패터닝된 제2 전극(E2)으로 고전압이 인가되도록 함으로써, 박막 트랜지스터 어레이(221)의 열화를 방지하면서 초음파 발생과 센싱을 수행할 수 있도록 한다.
또한, 제2 전극(E2)으로 고전압을 공급하는 컨트롤러(280)와 박막 트랜지스터 어레이(221)로 신호를 공급하는 회로를 분리함으로써, 박막 트랜지스터 어레이(221)의 열화를 더욱 저감시키며 초음파 센서(200)에서 센싱 면적을 증가시킬 수 있도록 한다.
도 6은 도 5에 도시된 초음파 센서(200)에서 제2 전극(E2)이 패터닝된 평면 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 초음파 센서(200)의 박막 트랜지스터 어레이(221)에는, 다수의 스캔 라인(SCL)과 다수의 센싱 라인(SSL)이 배치될 수 있다.
그리고, 다수의 스캔 라인(SCL)으로 스캔 신호(SCO)를 출력하는 스캔 구동 회로(610)와, 다수의 센싱 라인(SSL)으로부터 센싱 신호를 검출하는 센싱 회로(620)를 포함할 수 있다.
또한, 박막 트랜지스터 어레이(221)에는, 제1 전극(E1)으로 제1 구동 전압(DV1)을 공급하는 제1 구동 전압 라인(DVL1)과, 제2 전극(E2)으로 제2 구동 전압(DV2)을 공급하는 제2 구동 전압 라인(DVL2)이 배치될 수 있다.
여기서, 제2 전극(E2)은, 박막 트랜지스터 어레이(221)에 배치된 스캔 라인(SCL) 또는 스캔 라인(SCL)에 의해 구동되는 픽셀 열과 대응되도록 분리되어 배치될 수 있다.
따라서, 박막 트랜지스터 어레이(221)의 픽셀 열 단위로 초음파 발생과 센싱이 이루어지도록 할 수 있다.
그리고, 제2 전극(E2)은, 컨트롤러(280)와 전기적으로 연결되어 컨트롤러(280)로부터 출력되는 펄스 형태의 고전압인 제2 구동 전압(DV2)을 공급받을 수 있다.
이때, 박막 트랜지스터 어레이(221)에 배치된 제1 전극(E1)은, 컨트롤러(280) 이외에 별도로 구비된 회로로부터 신호, 전압 등을 공급받을 수 있으며, 일 예로, 초음파 센서(200)가 부착된 디스플레이 장치의 디스플레이 구동 회로(700)로부터 각종 구동 신호 및 전압을 공급받을 수 있다.
따라서, 컨트롤러(280)로부터 출력되는 고전압은 박막 트랜지스터 어레이(221)로 인가되지 않고, 제2 전극(E2)으로만 공급됨으로써, 펄스 형태의 고전압의 인가를 통해 초음파 발생과 센싱을 수행하는 초음파 센서(200)의 박막 트랜지스터 어레이(221)의 열화를 방지할 수 있도록 한다.
그리고, 박막 트랜지스터 어레이(221)에 배치된 회로 소자의 열화를 방지함으로써, 회로 소자의 신뢰성과 수명을 개선하며 센싱 기능을 제공할 수 있도록 한다.
도 7은 도 5에 도시된 초음파 센서(200)의 센싱 방식의 예시를 나타낸 도면이다. 그리고, 도 8은 도 5에 도시된 초음파 센서(200)의 센싱 타이밍의 예시를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 초음파 센서(200)는, 픽셀 어레이에 배치된 다수의 스캔 라인(SCL)으로 스캔 신호(SCO)를 순차적으로 인가하고, 픽셀 열과 대응되도록 배치된 제2 전극(E2)으로 펄스 형태의 고전압인 제2 구동 전압(DV2)을 인가함으로써, 픽셀 열 단위로 초음파를 발생시킬 수 있다.
그리고, 초음파가 발생된 픽셀 열과 인접한 픽셀 열에서 반사되는 초음파를 센싱할 수 있다.
이러한 픽셀 어레이에 배치된 픽셀은, 픽셀 행 단위로 센싱 회로(620)와 연결될 수 있으며, 시프트 레지스터(SR)에서 출력되는 시프트 레지스터 신호(SRO)에 의해 제어되는 먹스(MUX)를 통해 센싱 회로(620)와 연결되어 센싱 신호를 전송할 수 있다.
일 예로, 스캔 라인(SCL)으로 인가되는 스캔 신호(SCO)에 의해 A열에 배치된 픽셀에서 초음파가 발생될 수 있다. 그리고, A열과 인접한 B열에서 반사되는 초음파를 센싱할 수 있다.
이때, 시프트 레지스터(SR)에서 출력되는 시프트 레지스터 신호(SRO)에 의해 제1 먹스(MUX1)가 턴-온 되면, 센싱 신호가 B열의 기수 번째 행에 배치된 픽셀로부터 수신 라인(RX)을 통해 센싱 회로(620)로 전송될 수 있다.
그리고, 시프트 레지스터 신호(SRO)에 의해 제2 먹스(MUX2)가 턴-온 되면, 센싱 신호가 B열의 우수 번째 행에 배치된 픽셀로부터 수신 라인(RX)을 통해 센싱 회로(620)로 전송될 수 있다.
도 8을 참조하면, P(n-1) 기간에 A열의 이전 픽셀 열에 배치된 제1 트랜지스터(T1)를 턴-온 시키는 레벨의 제(n-1) 스캔 신호(SCO(n-1))가 출력될 수 있다. 따라서, A열의 이전 픽셀 열에서 초음파가 발생되고, A열에 배치된 제2 트랜지스터(T2)가 턴-온 되어 A열에서 센싱이 이루어질 수 있다.
그리고, P(n-1) 기간에 시프트 레지스터(SR)가 시프트 레지스터 신호(SRO)를 순차적으로 출력하여, 제1 먹스(MUX1)와 제2 먹스(MUX2)가 번갈아가며 턴-온 될 수 있다.
제1 먹스(MUX1)가 턴-온 되는 동안 A열의 기수 번째 행에 배치된 픽셀(A1, A3, A5, A7, ??, A21, A23)로부터 센싱 신호가 검출될 수 있다. 또한, 제2 먹스(MUX2)가 턴-온 되는 동안 A열의 우수 번째 행에 배치된 픽셀(A2, A4, A6, A8, ??, A22, A24)로부터 센싱 신호가 검출될 수 있다.
P(n) 기간이 되면, 제(n-1) 스캔 신호(SCO(n-1))는 제1 트랜지스터(T1)를 턴-오프 시키는 레벨로 유지되고, 제n 스캔 신호(SCO(n))가 제1 트랜지스터(T1)를 턴-온 시키는 레벨로 공급된다.
따라서, A열에서 초음파가 발생되고, A열과 인접하며 제n 스캔 신호(SCO(n))에 의해 제2 트랜지스터(T2)가 턴-온 된 B열에서 반사되는 초음파에 대한 센싱이 이루어질 수 있다.
마찬가지로, 시프트 레지스터(SR)에서 출력되는 시프트 레지스터 신호(SRO)에 의해 제1 먹스(MUX1)가 턴-온 되는 기간에 B열의 기수 번째 행에 배치된 픽셀(B1, B3, B5, B7, ??, B21, B23)로부터 센싱 신호가 검출될 수 있다. 그리고, 제2 먹스(MUX2)가 턴-온 되는 기간에 B열의 우수 번째 행에 배치된 픽셀(B2, B4, B6, B8, ??, B22, B24)로부터 센싱 신호가 검출될 수 있다.
이와 같이, 초음파 센서(200)의 픽셀 어레이에서, 스캔 라인(SCL)을 순차적으로 구동하며 스캔 라인(SCL)에 의해 구동되는 픽셀 열과 대응되도록 패터닝된 제2 전극(E2)으로 고전압을 순차적으로 공급함으로써, 픽셀 열을 순차적으로 구동하여 초음파 발생과 센싱을 수행할 수 있다.
도 9는 도 5에 도시된 초음파 센서(200)의 픽셀 어레이의 회로 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 초음파 센서(200)의 픽셀 어레이에는, 다수의 스캔 라인(SCL)과 다수의 센싱 라인(SSL)이 서로 교차하며 배치될 수 있다.
그리고, 스캔 라인(SCL)과 센싱 라인(SSL)의 교차에 의해 정의되는 영역에 배치된 픽셀에는, 제1 트랜지스터(T1), 제2 트랜지스터(T2), 제3 트랜지스터(T3)와, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2)에 의해 구성된 캐패시터(C)가 배치될 수 있다.
또한, 픽셀 어레이에는, 제3 트랜지스터(T3)에 연결된 센싱 전압 라인(SVL)과, 제1 구동 전압(DV1)을 공급하는 제1 구동 전압 라인(DVL1) 및 제2 구동 전압(DV2)을 공급하는 제2 구동 전압 라인(DVL2)이 배치될 수 있다.
여기서, 제2 구동 전압 라인(DVL2)은, 스캔 라인(SCL)이 배치된 방향과 동일한 방향을 따라 배치되고, 동일한 픽셀 열에 배치된 캐패시터(C)의 제2 전극(E2)과 전기적으로 연결될 수 있다.
즉, 제2 전극(E2)이 스캔 라인(SCL) 또는 스캔 라인(SCL)에 의해 구동되는 픽셀 열과 대응되도록 패터닝되어 배치되므로, 픽셀 어레이에서 제2 구동 전압 라인(DVL2)이 스캔 라인(SCL)이 배치된 방향과 동일한 방향으로 배치된 것으로 볼 수도 있다.
그리고, 컨트롤러(280)가, 스캔 라인(SCL)으로 스캔 신호(SCO)가 인가되는 타이밍에 맞춰, 제2 구동 전압(DV2)을 제2 구동 전압 라인(DVL2)으로 순차적으로 공급함으로써, 낮은 정전압인 제1 구동 전압(DV1)과 펄스 형태의 고전압인 제2 구동 전압(DV2)에 의해 초음파가 발생되도록 할 수 있다.
도 10과 도 11은 도 9에 도시된 회로 구조에서 센싱이 수행되는 방식의 예시를 나타낸 도면이다.
도 10과 도 11을 참조하면, 제3 스캔 라인(SCL3)으로 제1 트랜지스터(T1)를 턴-온 시키는 레벨의 제3 스캔 신호(SCO3)가 인가되는 기간을 예시로 나타낸다.
제3 스캔 라인(SCL3)으로 제3 스캔 신호(SCO3)가 인가되면, B열에 배치된 제1 트랜지스터(T1)가 턴-온 되어, 낮은 정전압인 제1 구동 전압(DV1)이 제1 노드(N1), 즉, 제1 전극(E1)에 인가된다.
그리고, B열에 배치된 제1 전극(E1)으로 제1 구동 전압(DV1)이 인가되는 기간에 B열에 배치된 제2 전극(E2)과 연결된 제2 구동 전압 라인(DVL2)으로 펄스 형태의 고전압인 제2 구동 전압(DV2)이 인가될 수 있다.
여기서, 제2 구동 전압(DV2)을 공급하는 컨트롤러(280)는, B열 이외의 픽셀 열에 배치된 제2 구동 전압 라인(DVL2)으로는 제2 구동 전압(DV2)을 출력하지 않을 수 있다.
따라서, B열에 배치된 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2)에 인가된 전압에 의해 압전 물질(224)이 진동하며 초음파가 발생될 수 있다.
즉, 픽셀 어레이에서 회로 소자 등이 배치된 박막 트랜지스터 어레이(221)로 고전압을 인가하지 않고, 픽셀 열 단위로 초음파를 발생시킬 수 있다.
B열에서 초음파가 발생되는 동안, 제3 스캔 라인(SCL3)으로 인가된 제3 스캔 신호(SCO3)에 의해 C열에 배치된 제2 트랜지스터(T2)가 턴-온 된다. 따라서, 반사되는 초음파에 의해 C열에 배치된 픽셀에 포함된 제1 노드(N1)의 전압 레벨이 변동되면 제3 트랜지스터(T3)가 온, 오프 되어, 센싱 전압(SV)이 센싱 라인(SSL)을 통해 검출될 수 있게 된다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제1 먹스(MUX1)가 턴-온 된 상태이면, C열의 기수 번째 행에 배치된 픽셀의 제2 트랜지스터(T2)를 통해 검출되는 센싱 신호가 수신 라인(RX)을 통해 센싱 회로(620)로 전송될 수 있다.
그리고, 도 11에 도시된 바와 같이, 제2 먹스(MUX2)가 턴-온 된 상태이면, C열의 우수 번째 행에 배치된 픽셀의 제2 트랜지스터(T2)를 통해 검출되는 센싱 신호가 수신 라인(RX)을 통해 센싱 회로(620)로 전송될 수 있다.
마찬가지로, 스캔 라인(SCO)의 순차적인 구동에 맞춰 제2 전극(E2)으로 펄스 형태의 고전압인 제2 구동 전압(DV2)이 순차적으로 인가되며, C열, D열 등에서 초음파 발생과 센싱이 수행될 수 있다.
도 12는 도 10과 도 11에 도시된 센싱 방식에 따라 초음파 센서(200)가 센싱을 수행하는 과정의 예시를 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 제3 스캔 라인(SCL3)으로 턴-온 레벨의 제3 스캔 신호(SCO3)가 인가되는 기간에 B열에서 초음파가 발생되고, C열에서 센싱이 이루어질 수 있다.
이때, 2개의 먹스(MUX)와 6개의 수신 라인(RX)에 의해 센싱이 이루어지는 경우를 예시로 하면, 제1 먹스(MUX1)와 제2 먹스(MUX2)가 교대로 턴-온 되며 하나의 먹스(MUX)가 턴-온 되는 기간에 6개의 픽셀로부터 센싱 신호가 검출될 수 있다.
따라서, B열이 초음파를 발생하는 기간 동안, C열에서 일정한 개수의 픽셀 행 단위로 센싱이 이루어질 수 있다.
그리고, 제4 스캔 라인(SCL4)으로 턴-온 레벨의 제4 스캔 신호(SCO4)가 인가되면, C열에서 초음파가 발생되고, D열에서 센싱이 이루어질 수 있다.
마찬가지로, C열에서 초음파가 발생되는 동안, 제1 먹스(MUX1)와 제2 먹스(MUX2)가 교대로 턴-온 되며, 픽셀 행 단위로 센싱이 이루어질 수 있다.
이와 같이, 센싱이 이루어지는 동안 초음파를 발생시키는 픽셀 열에 배치된 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2)으로 구동 전압이 인가되어야 하므로, 고전압이 센싱 기간 동안 지속적으로 공급되게 된다.
본 발명의 실시예들은, 펄스 형태의 고전압이 제2 전극(E2)으로 인가되도록 함으로써, 긴 센싱 기간 동안 인가되는 고전압에 의해 박막 트랜지스터 어레이(221)의 열화가 발생하는 것을 저감시킬 수 있다. 따라서, 박막 트랜지스터 어레이(221)에 배치된 회로 소자의 신뢰성과 수명을 개선할 수 있다.
또한, 제2 전극(E2)을 패터닝된 구조로 배치하고, 펄스 형태의 고전압을 순차적으로 공급함으로써, 픽셀 열 단위로 초음파 발생과 센싱이 이루어질 수 있도록 한다.
그리고, 제2 전극(E2)으로 고전압을 공급하는 컨트롤러(280)를 제2 전극(E2)과 직접 전기적으로 연결시킴으로써, 컨트롤러(280)로부터 출력되는 고전압이 박막 트랜지스터 어레이(221)를 거치지 않도록 하여 열화를 더욱 저감시키며 패드부 등의 제거로 인해 센싱 면적을 증가시킬 수 있도록 한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 디스플레이 패널 120: 커버 글래스
200: 초음파 센서 210: 기판
221: 박막 트랜지스터 어레이 222: 제1 패드부
223: 제2 패드부 224: 압전 물질
230: 접착층 240: 반사층
250: 보호층 260: 본딩부
270: 연성 인쇄 회로 280: 컨트롤러
300: 접착부 610: 스캔 구동 회로
620: 센싱 회로 700: 디스플레이 구동 회로

Claims (20)

  1. 다수의 스캔 라인, 다수의 센싱 라인 및 다수의 픽셀이 배치되고, 상기 다수의 픽셀 각각에 배치된 다수의 제1 전극을 포함하는 박막 트랜지스터 어레이;
    상기 박막 트랜지스터 어레이 상에 배치된 압전 물질; 및
    상기 압전 물질 상에 배치된 다수의 제2 전극을 포함하고,
    상기 다수의 제1 전극 중 적어도 하나의 제1 전극으로 제1 구동 전압이 인가되는 기간에 상기 다수의 제2 전극 중 적어도 하나의 제2 전극으로 제2 구동 전압이 인가되며,
    상기 제2 구동 전압은 최대 전압이 상기 제1 구동 전압보다 높은 교류 전압이고, 상기 제2구동 전압은 상기 박막 트랜지스터 어레이를 거치지 않고 상기 제2전극으로 공급되는 초음파 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 구동 전압은 정전압인 초음파 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 제2 전극 각각은,
    상기 다수의 스캔 라인이 배치된 방향을 따라 배치된 초음파 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 구동 전압은 상기 다수의 제2 전극으로 순차적으로 공급되는 초음파 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 제2 전극은,
    상기 다수의 제2 전극과 직접 전기적으로 연결되거나, 상기 박막 트랜지스터 어레이와 전기적으로 분리된 연결 부재를 통해 상기 다수의 제2 전극과 전기적으로 연결된 컨트롤러로부터 상기 제2 구동 전압을 공급받는 초음파 센서.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 다수의 제1 전극은,
    상기 컨트롤러와 별도로 구비된 구동 회로로부터 상기 제1 구동 전압을 공급받는 초음파 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 제2 전극은,
    상기 박막 트랜지스터 어레이에 배치된 패드를 통해 상기 다수의 제2 전극과 전기적으로 연결된 컨트롤러로부터 상기 제2 구동 전압을 공급받는 초음파 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 픽셀 각각은,
    상기 스캔 라인에 인가되는 스캔 신호에 의해 제어되고, 상기 제1 전극과 제1 구동 전압 라인 사이에 연결된 제1 트랜지스터;
    상기 스캔 라인에 인가되는 상기 스캔 신호에 의해 제어되고, 센싱 라인에 연결된 제2 트랜지스터; 및
    상기 제1 전극의 전압 레벨에 의해 제어되고, 상기 제2 트랜지스터와 센싱 전압 라인 사이에 연결된 제3 트랜지스터를 포함하고,
    N번째 픽셀 열에 배치된 상기 제1 트랜지스터와 (N+1)번째 픽셀 열에 배치된 상기 제2 트랜지스터는 동일한 스캔 라인에 의해 구동되는 초음파 센서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 다수의 제2 전극 각각은,
    상기 제2 전극과 대응되는 상기 스캔 라인으로 상기 제1 트랜지스터를 턴-온 시키는 레벨의 스캔 신호가 인가되는 기간에 상기 제2 구동 전압을 공급받는 초음파 센서.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 (N+1)번째 픽셀 열에 배치된 상기 제2 트랜지스터는,
    상기 N번째 픽셀 열에 배치된 상기 제1 트랜지스터가 턴-온 되는 기간에 턴-온 되고, 상기 N번째 픽셀 열에 배치된 상기 제1 트랜지스터가 턴-오프 되는 기간에 턴-오프 되는 초음파 센서.
  11. 다수의 스캔 라인, 다수의 센싱 라인 및 다수의 픽셀이 배치되고, 상기 다수의 픽셀 각각에 배치된 다수의 제1 전극을 포함하는 박막 트랜지스터 어레이;
    상기 박막 트랜지스터 어레이 상에 배치된 압전 물질;
    상기 압전 물질 상에 배치된 다수의 제2 전극;
    상기 다수의 스캔 라인으로 스캔 신호를 출력하는 스캔 구동 회로;
    상기 다수의 센싱 라인을 통해 센싱 신호를 검출하는 센싱 회로;
    상기 다수의 제1 전극 중 적어도 하나의 제1 전극으로 제1 구동 전압이 인가되는 기간에 상기 다수의 제2 전극 중 적어도 하나의 제2 전극으로 제2 구동 전압이 인가되며,
    상기 제1 구동 전압은 정전압이고, 상기 제2 구동 전압은 최대 전압이 상기 제1 구동 전압보다 높은 교류 전압이고, 상기 제2구동 전압은 상기 박막 트랜지스터 어레이를 거치지 않고 상기 제2전극으로 공급되는 초음파 센싱 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 다수의 제2 전극 각각은,
    상기 다수의 스캔 라인이 배치된 방향을 따라 배치된 초음파 센싱 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 다수의 제2 전극으로 상기 제2 구동 전압을 순차적으로 출력하는 컨트롤러를 더 포함하는 초음파 센싱 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 스캔 구동 회로가 상기 스캔 라인으로 상기 스캔 라인에 연결된 트랜지스터를 턴-온 시키는 레벨의 스캔 신호를 출력하는 기간에 상기 다수의 제2 전극 중 상기 스캔 신호가 인가된 상기 스캔 라인과 대응되는 상기 제2 전극으로 상기 제2 구동 전압을 출력하는 초음파 센싱 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 다수의 제2 전극과 직접 전기적으로 연결되거나, 상기 박막 트랜지스터 어레이와 전기적으로 분리된 연결 부재를 통해 상기 다수의 제2 전극과 전기적으로 연결된 초음파 센싱 장치.
  16. 디스플레이 패널; 및
    상기 디스플레이 패널의 적어도 일면에 배치된 초음파 센서를 포함하고,
    상기 초음파 센서는,
    다수의 스캔 라인, 다수의 센싱 라인 및 다수의 픽셀이 배치되고, 상기 다수의 픽셀 각각에 배치된 다수의 제1 전극을 포함하는 박막 트랜지스터 어레이;
    상기 박막 트랜지스터 어레이 상에 배치된 압전 물질; 및
    상기 압전 물질 상에 배치된 다수의 제2 전극을 포함하고,
    상기 다수의 제1 전극 중 적어도 하나의 제1 전극으로 제1 구동 전압이 인가되는 기간에 상기 다수의 제2 전극 중 적어도 하나의 제2 전극으로 제2 구동 전압이 인가되며,
    상기 제1 구동 전압은 정전압이고, 상기 제2 구동 전압은 최대 전압이 상기 제1 구동 전압보다 높은 교류 전압이고, 상기 제2구동 전압은 상기 박막 트랜지스터 어레이를 거치지 않고 상기 제2전극으로 공급되는 디스플레이 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 다수의 제2 전극 각각은,
    상기 다수의 스캔 라인이 배치된 방향을 따라 배치된 디스플레이 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제2 구동 전압은 상기 다수의 제2 전극으로 순차적으로 공급되는 디스플레이 장치.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 다수의 제2 전극 각각은,
    상기 제2 전극과 대응되는 상기 스캔 라인으로 상기 스캔 라인에 연결된 트랜지스터를 턴-온 시키는 레벨의 스캔 신호가 인가되는 기간에 상기 제2 구동 전압을 공급받는 디스플레이 장치.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 다수의 제2 전극은,
    상기 다수의 제2 전극과 직접 전기적으로 연결되거나, 상기 박막 트랜지스터 어레이와 전기적으로 분리된 연결 부재를 통해 상기 다수의 제2 전극과 전기적으로 연결된 컨트롤러로부터 상기 제2 구동 전압을 공급받는 디스플레이 장치.
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