KR102495197B1 - 광전지가 내장된 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 표시 장치에서 출력되는 광의 반사광을 수광하여 사용자 터치를 인식하는 표시 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 스캔 라인과 데이터 라인의 교차 영역마다 픽셀을 구비하는 표시 패널, 상기 표시 패널의 하부에서 교차 형성되는 복수의 제1 전극과 제2 전극, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 구비되고, 상기 표시 패널로부터 출력되어 반사체에 의해 반사된 반사광을 수광하여 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 전압차를 형성하는 광전지 및 상기 제1 전극과 제2 전극에 각각 연결된 검출 회로를 통해 상기 제1 전극과 제2 전극 사이의 전압을 검출하여 상기 반사체의 위치를 검출하는 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

광전지가 내장된 표시 장치{DISPLAY DEVICE WITH PHOTOCELLS}
본 발명은 표시 장치에서 출력되는 광의 반사광을 수광하여 사용자 터치를 인식하는 표시 장치에 관한 것이다.
최근의 표시 장치는 기본적으로 터치 인식 기능을 제공하고, 이에 더하여 사용자 편의성 향상 및 보안성 강화를 위한 지문 인식 기능을 추가적으로 제공하고 있다.
지문 인식 기능은 크게 광학식 지문 센서(Optical Fingerprint Sensor) 또는 정전용량식 지문 센서(Capacitive Fingerprint Sensor)에 의해 수행된다.
광학식 지문 센서를 이용한 방법(이하, 광학식 센싱 방법)은, 표시 장치 내부에서 LED(Light Emitting Diode) 등의 별도 광원을 이용하여 빛을 조사하고 지문의 융선(ridge)에 의해 반사된 빛을 이미지 센서를 통해 감지하는 방식이다.
한편, 정전용량식 지문 센서를 이용한 방법(이하, 정전용량식 센싱 방법)은 복수의 센서 전극에 인가된 전압 펄스가 센서와 접촉되는 지문의 융선과 골(valley) 사이에 대전되는 전기량의 차이에 따라 변화되는 것을 감지하는 방식이다.
그러나, 종래 광학식 센싱 방법에 의하면 지문을 센싱하기 위한 별도의 광원이 필수적으로 요구되고, 이에 따라 기본적으로 빛을 발산하는 표시 장치에 별도의 광원을 유기적으로 결합하여 활용하는 데 어려움이 있다. 또한, 광원에서 출력되는 광의 확산에 의해 표시 장치의 전 영역에서 지문을 정확히 센싱하는데 한계가 있다.
한편, 정전용량식 센싱 방법에 의하면 한 프레임의 화상을 표시할 때, 화상을 표시하기 위한 시간과 지문을 센싱하기 위한 시간을 나누어 구동(시분할 구동)해야 하므로, 상대적으로 짧은 시간 동안 화상을 표시해야 하고, 이에 따라 표시 장치에 가로 크로스토크(crosstalk) 및 딤(dim) 현상이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 표시 장치에서 출력되는 광의 반사광을 광전지를 통해 수광하여 사용자 터치를 인식하는 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 검출 대상에 따라 복수의 전극을 그룹핑(grouping)하여 검출 해상도를 조절하는 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 광전지에서 발생한 전압을 이용하는 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 스캔 라인과 데이터 라인의 교차 영역마다 픽셀을 구비하는 표시 패널, 상기 표시 패널의 하부에서 교차 형성되는 복수의 제1 전극과 제2 전극, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 구비되고, 상기 표시 패널로부터 출력되어 반사체에 의해 반사된 반사광을 수광하여 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 전압차를 형성하는 광전지 및 상기 제1 전극과 제2 전극에 각각 연결된 검출 회로를 통해 상기 제1 전극과 제2 전극 사이의 전압을 검출하여 상기 반사체의 위치를 검출하는 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 상기 검출 회로를 제어하여 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극 중 적어도 하나의 전극을 그룹핑(grouping)하는 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 상기 검출 회로를 제어하여 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극을 쇼트(short)시켜 제1 전극과 제2 전극 사이의 전압을 출력하는 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 표시 장치에서 출력되는 광의 반사광을 광전지를 통해 수광하여 사용자 터치를 인식함으로써, 별도의 광원 없이도 광학식 센싱 방법을 통해 사용자 터치를 인식할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 검출 대상에 따라 복수의 전극을 그룹핑하여 검출 해상도를 조절함으로써, 불필요한 신호 처리를 방지하여 검출 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 광전지에서 발생한 전압을 이용함으로써, 센싱 기능뿐만 아니라 에너지 하베스팅(energy harvesting) 기능을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 도시한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 화소에 대응하는 등가회로의 일 예를 도시한 도면.
도 3은 표시 패널에서 출력된 광이 반사체에 의해 반사되는 모습을 도시한 도면.
도 4는 도 3에 도시된 반사광이 수광되는 광 검출 모듈의 일 예를 도시한 도면.
도 5는 도 4에 도시된 광 검출 모듈의 단면을 도시한 도면.
도 6은 도 3에 도시된 반사광이 수광되는 광 검출 모듈의 다른 예를 도시한 도면.
도 7은 도 6에 도시된 광 검출 모듈의 단면을 도시한 도면.
도 8은 광 검출 모듈을 구성하는 복수의 전극이 구동 모드에 따라 그룹핑되는 모습을 도시한 도면.
도 9 내지 도 11은 도 8에 도시된 구동 모드에 따른 검출 회로를 각각 도시한 도면.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
본 발명은 표시 장치에서 출력되는 광의 반사광을 수광하여 사용자 터치를 인식하는 표시 장치에 관한 것으로, 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD), 전계방출 표시장치(Field Emission Display; FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel; PDP), 유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Display; OLED), 전기영동 표시장치(Electrophoresis Display; EPD) 등의 평판 표시 장치로 구현될 수 있다.
아래에서는, 본 발명이 유기발광 다이오드 표시장치(OLED)로 구현되는 것을 가정하여 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 상술한 예시들뿐만 아니라 표시 패널에서 출력된 광이 반사되어 표시 패널 하부로 투과될 수 있는 임의의 표시 장치에 구현될 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 도시한 도면이다. 또한, 도 2는 도 1에 도시된 화소에 대응하는 등가회로의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3은 표시 패널에서 출력된 광이 반사체에 의해 반사되는 모습을 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 반사광이 수광되는 광 검출 모듈의 일 예를 도시한 도면이고, 도 5는 도 4에 도시된 광 검출 모듈의 단면을 도시한 도면이다.
도 6은 도 3에 도시된 반사광이 수광되는 광 검출 모듈의 다른 예를 도시한 도면이고, 도 7은 도 6에 도시된 광 검출 모듈의 단면을 도시한 도면이다.
도 8은 광 검출 모듈을 구성하는 복수의 전극이 구동 모드에 따라 그룹핑되는 모습을 도시한 도면이고, 도 9 내지 도 11은 도 8에 도시된 구동 모드에 따른 검출 회로를 각각 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 타이밍 컨트롤러(TC), 데이터 구동부(DD), 게이트 구동부(GD), 표시 패널(10), 및 광 검출 모듈(OD)을 포함할 수 있다. 여기서, 광 검출 모듈(OD)은 광 검출 패널(20), 검출 회로(30) 및 검출부(40)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 표시 장치는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 1에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
표시 패널(10)은 스캔 라인(12)과 데이터 라인(11)의 교차 영역마다 픽셀을 구비할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 표시 패널(10) 내에서 스캔 라인(12)은 수평 방향으로 나란히 배열되고, 데이터 라인(11)은 수직 방향으로 나란히 배열될 수 있다. 이 때, 픽셀은 복수의 스캔 라인(12)과 데이터 라인(11)이 교차되는 영역에 매트릭스(matrix) 형태로 구비될 수 있다.
또한, 표시 패널(10)은 복수의 화소(PXL)에 제1 구동전원(VDD)을 공급하는 제1 구동전원라인(13)과, 제1 구동전원(VDD)보다 낮은 전위의 제2 구동전원(VSS)을 공급하는 제2 구동전원라인을 더 포함할 수 있다.
타이밍 컨트롤러(TC)는 외부로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 표시 패널(10)의 해상도에 맞게 재정렬하고, 재정렬된 디지털 비디오 데이터(RGB')를 데이터 구동부(DD)에 공급할 수 있다.
또한, 타이밍 컨트롤러(TC)는 수평 동기신호(Hsync), 수직 동기신호(Vsync), 도트클럭신호(DCLK) 및 데이터 인에이블신호(DE) 등의 타이밍 신호들에 기초하여 데이터 구동부(DD)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 데이터 제어신호(DDC)와 게이트 구동부(GD)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 제어신호(GDC)를 공급할 수 있다.
데이터 구동부(DD)는 데이터 제어신호(DDC)에 기초하여 재정렬된 디지털 비디오 데이터(RGB')를 아날로그 데이터 전압(VDATA)으로 변환할 수 있다. 이어서, 데이터 구동부(DD)는 복수의 데이터 라인(11)을 통해 각 화소(PXL)에 데이터 전압(VDADA)을 공급할 수 있다.
한편, 게이트 구동부(GD)는 게이트 제어신호(GDC)에 기초하여 복수의 스캔 라인(12)에 순차적으로 스캔신호(SCAN)를 공급할 수 있다.
도 1에 도시되어 있지는 않으나, 표시 패널(10)은 상호 대향 합착되는 한 쌍의 기판과 그 사이에 배치되는 유기발광소자 어레이를 포함할 수 있다. 또한, 한 쌍의 기판 중 어느 하나는, 각 화소(PXL) 내 유기발광소자(OLED)에 구동전류를 공급하기 위한 박막 트랜지스터 어레이 기판일 수 있다.
도 2를 참조하면, 각 화소(PXL)는 유기발광소자(OLED), 구동 트랜지스터(DT), 스위칭 트랜지스터(DT) 및 스토리지 커패시터(Cst)를 포함할 수 있다.
구동 트랜지스터(DT)는 제1 구동전원(VDD)을 공급하는 제1 구동전원라인(13)과 제2 구동전원(VSS)을 공급하는 제2 구동전원라인 사이에서 유기발광소자(OLED)와 직렬로 배치될 수 있다.
스위칭 트랜지스터(ST)는 각 화소(PXL)에 데이터 전압(VDATA)을 공급하는 데이터 라인(11)과 구동 트랜지스터(DT)의 게이트 전극에 연결된 노드 1(ND1) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 스위칭 트랜지스터(ST)는 스캔 라인(12)에 공급되는 스캔신호(SCAN)에 따라 턴 온되어 노드 1(ND1)에 데이터 전압(VDATA)을 공급할 수 있다.
스토리지 커패시터(Cst)는 그 양단이 노드 1(ND1)과, 구동 트랜지스터(DT)와 유기발광소자(OLED) 사이의 노드 2(ND2)에 연결될 수 있다. 이러한 스토리지 커패시터(Cst)는 턴 온된 스위칭 트랜지스터(ST)를 통해 노드 1(ND1)에 공급되는 데이터 전압(VDATA)에 의해 충전될 수 있다.
구동 트랜지스터(DT)는 스토리지 커패시터(Cst)에 충전된 전압에 의해 턴 온되고, 데이터 전압(VDATA)에 대응하는 구동전류를 노드 2(ND2), 다시 말해 유기발광소자(OLED)로 공급할 수 있다.
상술한 동작에 따라 화소(PXL)는 표시 패널(10)의 상부 방향으로 광을 출력할 수 있다.
도 3을 참조하면, 전술한 표시 패널(10)에서 출력된 광은 커버글라스(C/G) 등의 투과체를 통과하여 외부로 출력될 수 있다. 이 때, 표시 장치 상면에 사용자의 지문(fingerprint) 등과 같은 반사체가 위치하는 경우 외부로 출력된 광은 표시 패널(10)으로 다시 반사될 수 있다.
반사광은 표시 패널(10)을 통과하여 광 검출 모듈(OD)로 수광될 수 있으며, 이하에서는 도 4 내지 도 11을 참조하여, 광 검출 모듈(OD)의 구조 및 동작 방법을 구체적으로 설명하도록 한다.
광 검출 모듈(OD)은 표시 패널(10) 하부에 형성되며 광 검출 패널(20), 검출 회로(30) 및 검출부(40)를 포함할 수 있고, 광 검출 패널(20)은 제1 전극(21), 제2 전극(22) 및 광전지(23)를 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 표시 패널(10)의 하부에서 교차 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 복수의 제1 전극(21)과 복수의 제2 전극(22)은 상호 수직으로 교차 형성될 수 있다.
이에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이 제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 매트릭스 형태의 교차 영역(C11~Cmn)을 형성할 수 있다.
본 발명에서 제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 교차 형성되는 두 전극을 구분하기 위한 용어로서, 어느 하나의 전극은 다른 하나의 전극에 대해 상대적으로 정의될 수 있다. 다만, 아래에서는 설명의 편의를 위해 수평 방향으로 나란히 배열되는 전극을 제1 전극(21)으로, 수직 방향으로 나란히 배열되는 전극을 제2 전극(22)으로 가정하여 설명하도록 한다.
제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 임의의 전도성 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, ITO(Indium Tin Oxide), 전도성 유기분자, 메탈 메쉬(Metal mesh), 탄소나노튜브(Carbon NanoTube; CNT), 은 나노와이어(Ag Nanowire) 등으로 이루어질 수 있다.
도 5를 참조하면, 광전지(23)는 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에 구비되고, 표시 패널(10)로부터 출력되어 반사체에 의해 반사된 광을 수광하여 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에 전압차를 형성할 수 있다.
여기서 광전지(23)는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 임의의 소자로 구성될 수 있고, 예를 들어, 태양전지 셀(photovoltaic cell), 광저항(photoresister) 등으로 구성될 수 있다.
다만, 기판의 유연성을 향상시키기 위하여 광전지(23)는 OPV(Organic Photo Voltaic solar cell)로 구성됨이 바람직할 수 있다. 이 때, OPV는 단분자인 PCBM, MPc(Methacryloyl Phosphoryl choline), Me-PCT, 팬타센(pentacene), PTCBI, ICBA로 이루어질 수도 있고, 고분자인 MEH-PPV, PCPDTBT, MDMO-PPV, P3HT, PDTTDABT로 이루어질 수도 있다.
도 3을 참조하여 설명한 바와 같이 표시 장치 상면에 반사체가 위치하는 경우 표시 패널(10)에서 출력된 광은 다시 표시 패널(10) 방향으로 반사될 수 있다. 이 때, 광전지(23)는 반사광을 수광할 수 있고, 반사광은 광전지(23) 내의 전류 흐름을 생성하여 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에 일정 전압차를 형성할 수 있다.
한편, 광전지(23)는 전술한 반사광 외에도 외부 광원으로부터 출력된 광을 수광하여 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에 전압차를 형성할 수 있다.
보다 구체적으로, 광전지(23)는 수광되는 임의의 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하므로, 전술한 바와 같이 표시 패널(10) 상의 반사체에 의한 반사광 외에도, 레이저 포인터(laser pointer)와 같은 외부 광원으로부터 출력된 광을 수광하여 전기 에너지로 변환할 수 있다.
이와 같은 광전지(23)는 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)이 구비된 임의의 위치에서 광을 수광하기 위해 제1 전극(21)과 제2 전극(22)이 교차되는 영역을 포함하도록 구비될 수 있다.
다시 도 4 및 도 5를 참조하면, 단일의 광전지(23)는 제1 전극(21)보다 넓게 형성되어 제1 전극(21) 상부에 구비될 수 있다. 마찬가지로 단일의 광전지(23)는 제2 전극(22)보다 넓게 형성되어 제2 전극(22) 하부에 구비될 수 있다.
이에 따라, 제1 전극(21)과 제2 전극(22)이 교차되는 복수의 교차 영역(C11~Cmn) 중 적어도 하나의 영역 상에 광이 입사되는 경우, 광전지(23)는 해당 교차 영역에 구비된 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에 전압차를 형성할 수 있다.
도 4를 예로 들어 설명하면, 사용자가 C11, C12, C21, C22의 교차 영역 상에 터치(touch)를 입력한 경우, 해당 교차 영역(C11, C12, C21, C22)에는 반사광이 입사될 수 있다. 이 때, 해당 교차 영역(C11, C12, C21, C22)을 포함하도록 구비된 광전지(23)는 반사광을 수광하여 해당 교차 영역(C11, C12, C21, C22)에 구비된 두 개의 제1 전극(21)과 두 개의 제2 전극(22) 사이에 반사광에 따른 전압차를 형성할 수 있다.
한편, 광전지(23)는 제1 전극(21)과 제2 전극(22)이 교차되는 각 영역에 매트릭스 형태로 구비될 수도 있다.
도 6을 참조하면, 광전지(23)는 복수의 서브 광전지(23)로 이루어질 수 있고, 복수의 서브 광전지(23)는 제1 전극(21)과 제2 전극(22)이 형성하는 교차 영역(C11~Cmn)마다 구비될 수 있다.
이 때, 복수의 서브 광전지(23)는 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)이 구비된 임의의 위치에서 광을 수광하기 위해 제1 전극(21)과 제2 전극(22)이 형성하는 교차 영역(C11~Cmn)을 포함하도록 구비될 수 있다.
도 7을 참조하면, 복수의 서브 광전지(23)는 제1 전극(21) 상에서 복수로 형성되어 제1 상부에 구비될 수 있다. 또한, 복수의 서브 광전지(23)는 그 폭이 제2 전극(22)보다 넓게 형성되어 제2 전극(22) 하부에 각각 구비될 수 있다. 이에 따라, 각 서브 광전지(23)는 제1 전극(21)과 제2 전극(22)이 교차되는 교차 영역(C11~Cmn)을 포함하도록 구비되면서 인접한 서브 광전지(23)와 분리 형성될 수 있다.
이러한 구조에서, 제1 전극(21)과 제2 전극(22)이 교차되는 복수의 교차 영역(C11~Cmn) 중 적어도 하나의 영역 상에 광이 입사되는 경우, 광전지(23)는 해당 영역에 구비된 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에 전압차를 형성할 수 있다.
도 6을 예로 들어 설명하면, 레이저 포인터가 C22, C23, C32, C33의 교차 영역 상에 레이저 광을 조사한 경우, 해당 교차 영역(C22, C23, C32, C33)에는 레이저 광이 입사될 수 있다. 이 때, 해당 교차 영역(C22, C23, C32, C33)을 포함하도록 구비된 복수의 서브 광전지(23)는 레이저 광을 수광하여 해당 교차 영역(C22, C23, C32, C33)에 구비된 두 개의 제1 전극(21) 및 두 개의 제2 전극(22) 사이에 레이저 광에 따른 전압차를 형성할 수 있다.
이와 같이 광전지(23)가 매트릭스 형태로 배치된 서브 광전지(23)로 이루어지는 경우, 전극간의 크로스토크(crosstalk)를 방지할 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 광전지(23)가 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)이 교차되는 영역을 포함하도록 단일로 구비되는 경우, 수광된 광에 의한 전압차는 인접 교차 영역을 형성하는 전극 간에 발생할 수 있다.
예를 들어, C12 교차 영역 상에 광이 수광되면, 수광된 광에 의해 광전지(23) 내에서는 전자와 정공의 확산이 발생할 수 있다. 이 때, 전자와 정공은 인접한 C13 교차 영역에까지 넓게 확산될 수 있고, 이에 따라 C12 교차 영역을 형성하는 전극뿐만 아니라, C13 교차 영역을 형성하는 전극 간에도 전압차가 발생할 수 있다.
반면, 도 6을 참조하면, 광전지(23)가 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)이 교차되는 영역을 각각 포함하도록 복수의 서브 광전지(23)로 이루어진 경우, 수광된 광에 의한 전압차는 어느 한 교차 영역을 형성하는 전극 간에만 발생할 수 있다.
예를 들어, C12 교차 영역 상에 광이 수광되면, 수광된 광에 의해 광전지(23) 내에서는 전자와 정공의 확산이 발생할 수 있다. 다만, C12 교차 영역에 구비된 서브 광전지(23)와 인접한 서브 광전지(23)는 물리적으로 분리되어 있는 바, 전압차는 C12 교차 영역을 형성하는 전극에만 발생할 수 있다.
이에 따라, 도 6과 같이 광전지(23)가 매트릭스 형태의 서브 광전지(23)로 이루어지는 경우, 전극간의 크로스토크가 발생하지 않을 수 있다.
검출부(40)는 제1 전극(21)과 제2 전극(22)에 각각 연결된 검출 회로(30)를 통해 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이의 전압을 검출하고, 검출된 전압에 기초하여 반사체의 위치를 검출할 수 있다.
도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 전극(21)은 복수의 제1 전극 라인(HL1~HLm)을 통해 검출 회로(30)와 연결될 수 있다. 또한, 복수의 제2 전극(22)은 복수의 제2 전극 라인(VL1~VLn)을 통해 검출 회로(30)와 연결될 수 있다.
도면에서는 제1 전극 라인(HL1~HLm)과 연결된 검출 회로(30)와 제2 전극 라인(VL1~VLn)과 연결된 검출 회로(30)를 각각 도시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이고, 제1 전극 라인(HL1~HLm)과 제2 전극 라인(VL1~VLn)은 위치상 어느 하나의 검출 회로(30)에 연결될 수 있다.
도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 검출부(40)는 검출 회로(30)를 통해 제1 전극(21)과 연결된 제1 전극 라인(HL1~HLm)과 제2 전극(22)과 연결된 제2 전극 라인(VL1~VLn)에 각각 연결되어, 두 전극 라인 사이의 전압을 검출할 수 있다.
검출부(40)는 검출된 전압의 크기와 기준 전압의 크기를 비교하여, 전압이 검출된 전극 라인을 식별할 수 있다. 보다 구체적으로, 검출부(40)는 전압이 검출된 하나 이상의 전극 라인 중에서, 검출된 전압이 기준 전압 이상인 검출 라인을 선택적으로 식별할 수 있다.
예를 들어, 표시 장치 상면에는 먼지 등의 이물이 위치할 수 있고, 표시 패널(10)에서 출력된 광은 해당 이물에 의해 반사되어 광전지(23)에 수광될 수 있다. 이 때, 해당 반사광에 의해 발생한 전압차는 기준 전압 미만일 수 있고, 해당 전압차를 갖는 전극 라인은 검출부(40)에 의해 식별되지 않을 수 있다.
반면에, 표시 장치 상면에는 사용자의 손가락이 위치할 수 있고, 표시 패널(10)에서 출력된 광은 손가락에 의해 반사되어 광전지(23)에 수광될 수 있다. 또한, 표시 장치 상면에는 레이저 포인트(레이저 광)가 위치할 수 있고, 레이저 광은 광전지(23)에 수광될 수 있다. 이 때, 수광된 광에 의해 발생한 전압차는 기준 전압 이상일 수 있고, 해당 전압차를 갖는 전극 라인은 검출부(40)에 의해 식별될 수 있다.
도 6을 예로 들어 설명하면, C11의 교차 영역 상 레이저 광이 입력된 경우, 해당 교차 영역(C11)을 형성하는 제1 전극(21) 및 제2 전극(22) 사이에는 기준 전압 이상의 전압차가 발생할 수 있다.
검출부(40)는 수평 라인의 최상단에 위치한 제1 전극 라인(HL1)과, 수직 라인의 좌측단에 위치한 제2 전극 라인(VL1)을 통해 전압차를 식별할 수 있다. 이에 따라, 검출부(40)는 레이저 광이 입력된 위치를 HL1의 제1 전극 라인과 VL1의 제2 전극 라인이 교차되는 영역(C11)으로 검출할 수 있다.
다른 예에서, 사용자가 C11, C12, C21, C22의 교차 영역 상에 사용자 터치를 입력한 경우, 해당 교차 영역(C11, C12, C21, C22)을 형성하는 제1 전극(21) 및 제2 전극(22) 사이에는 기준 전압 이상의 전압차가 발생할 수 있다.
검출부(40)는 수평 라인의 상단에 위치한 두 개의 제1 전극 라인(HL1, HL2)과, 수직 라인의 좌측단에 위치한 두 개의 제2 전극 라인(VL1, VL2)를 통해 전압차를 식별할 수 있다. 이에 따라, 검출부(40)는 사용자 터치가 입력된 위치를 HL1, HL2의 제1 전극 라인과 VL1, VL2의 제2 전극 라인이 교차되는 영역(C11, C12, C21, C22)으로 검출할 수 있다.
기준 전압은 후술하는 구동 모드에 따라 다르게 설정될 수 있고, 터치 모드 및 지문 모드 보다 레이저 포인트 모드에서 기준 전압이 더 높게 설정될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 표시 장치에서 출력되는 광의 반사광을 광전지(23)를 통해 수광하여 사용자 터치를 인식함으로써, 별도의 광원 없이도 광학식 센싱 방법을 통해 사용자 터치를 인식할 수 있다.
한편, 검출부(40)는 검출 회로(30)를 제어하여 복수의 제1 전극(21) 및 복수의 제2 전극(22) 중 적어도 하나의 전극을 그룹핑(grouping)할 수 있다.
도 8을 참조하면, 검출부(40)는 구동 모드에 따라 검출 회로(30)를 제어하여 전극을 그룹핑할 수 있다. 한편, 도 8에서는 설명의 편의를 위해, 수평으로 배열된 제1 전극(21)과 수직으로 배열된 제2 전극(22)을 각각 도선으로 간략하게 도시하였다.
사용자 지문을 검출하기 위한 전극의 해상도는 레이저 포인트를 검출하기 위한 전극의 해상도(ppi; pixels per inch)보다 높을 수 있다. 또한, 레이저 포인트를 검출하기 위한 전극의 해상도는 사용자 터치를 검출하기 위한 전극의 해상도보다 높을 수 있다.
이에 따라, 사용자 터치를 검출하기 위해 사용자 지문 또는 레이저 포인트를 검출하기 위한 전극을 이용하는 경우 불필요한 신호 처리를 수행해야 하고, 검출 속도가 느려지는 문제가 있다.
이를 해결하기 위해, 검출부(40)는 구동 모드에 따라 검출 회로(30)를 제어하여 전극을 그룹핑함으로써, 전극의 해상도를 조절할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 8에 도시된 바와 같이 검출부(40)는 지문 모드(Fingerprint Mode)에서는 전극을 그룹핑하지 않음으로써 검출 해상도를 최대로 조절할 수 있다. 이에 따라, 검출부(40)는 모든 전극으로부터 전압을 검출할 수 있다.
반면, 검출부(40)는 레이저 포인터 모드(Laser Pointer Mode) 및 터치 모드(Touch Mode)에서는 전극을 그룹핑함으로써 검출 해상도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 검출부(40)는 레이저 포인터 모드에서는 인접한 두 개의 전극을 그룹핑할 수 있고, 터치 모드에서는 인접한 네 개의 전극을 그룹핑할 수 있다.
이하에서는, 설명의 편의를 위해 검출부(40)가 검출 회로(30)를 제어하여 제1 전극(21)을 그룹핑하는 내용만을 설명하나, 후술되는 방법은 제2 전극(22)에 대해서도 적용될 수 있다.
일 예에서, 검출 회로(30)는 제1 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 복수의 제1 전극(21)을 제1 센싱 라인을 통해 검출부(40)에 각각 연결하는 제1 스위치(S1)와, 제2 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 복수의 제1 전극(21) 중 인접한 두 전극을 제2 센싱 라인을 통해 검출부(40)에 각각 연결하는 제2 스위치(S2)를 포함할 수 있다.
도 9를 참조하면, 검출부(40)는 두 가지의 구동 모드에 따라 전극을 그룹핑할 수 있고, 예를 들어, 두 가지의 구동 모드는 지문 모드 및 레이저 포인트 모드일 수 있다.
이 때, 제1 인에이블 신호는 지문 인에이블 신호(Fingerprint Enalbe)일 수 있고, 제2 인에이블 신호는 레이저 포인터 인에이블 신호(Laser Pointer Enable)일 수 있다. 지문 인에이블 신호는 지문 모드일 때 공급될 수 있고, 레이저 포인터 인에이블 신호는 레이저 포인터 모드일 때 공급될 수 있다.
제1 스위치(S1)는 지문 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 복수의 제1 전극(21)을 제1 센싱 라인(F1~F8)과 연결시킬 수 있다. 한편, 제2 스위치(S2)는 레이저 포인터 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 복수의 제1 전극(21) 중 인접한 두 전극을 제2 센싱 라인(L1~L4)에 각각 연결시킬 수 있다.
제1 센싱 라인(F1~F8)과 제2 센싱 라인(L1~L4)은 검출부(40)에 연결되고, 검출부(40)는 구동 모드에 따라 제1 전극(21)에 대한 각 센싱 라인과 제2 전극(22)에 대한 각 센싱 라인을 통해 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에 형성된 전압차를 검출할 수 있다.
다른 예에서, 검출 회로(30)는 제1 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 복수의 제1 전극(21)을 제1 센싱 라인을 통해 검출부(40)에 각각 연결하는 제1 스위치(S1)와, 제2 인에이블 신호 또는 제3 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 복수의 제1 전극(21) 중 인접한 두 전극을 제1 노드에 각각 연결하는 제2 스위치(S2)를 포함할 수 있다.
또한, 검출 회로(30)는 제2 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 제1 노드를 제2 센싱 라인을 통해 검출부(40)에 각각 연결하는 제3 스위치(S3)와, 제3 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 인접한 두 제1 노드를 제3 센싱 라인을 통해 검출부(40)에 각각 연결하는 제4 스위치(S4)를 포함할 수 있다.
도 10을 참조하면, 검출부(40)는 세 가지의 구동 모드에 따라 전극을 그룹핑할 수 있고, 예를 들어, 세 가지의 구동 모드는 지문 모드, 레이저 포인트 모드 및 터치 모드일 수 있다.
이 때, 제1 인에이블 신호는 지문 인에이블 신호일 수 있고, 제2 인에이블 신호는 레이저 포인터 인에이블 신호일 수 있고, 제3 인에이블 신호는 터치 인에이블 신호(Touch Enable)일 수 있다. 지문 인에이블 신호는 지문 모드일 때 공급될 수 있고, 레이저 포인터 인에이블 신호는 레이저 포인터 모드일 때 공급될 수 있으며, 터치 인에이블 신호는 터치 모드일 때 공급될 수 있다.
제1 스위치(S1)는 지문 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 복수의 제1 전극(21)을 제1 센싱 라인(F1~F8)과 연결시킬 수 있다.
제2 스위치(S2)는 레이저 포인터 인에이블 신호 또는 터치 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 복수의 제1 전극(21) 중 인접한 두 전극을 제1 노드(N1)에 각각 연결시킬 수 있다.
제3 스위치(S3)는 레이저 포인터 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 제1 노드를 제2 센싱 라인(L1~L4)과 연결시킬 수 있다.
제4 스위치(S4)는 터치 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 인접한 두 제1 노드를 제3 센싱 라인(T1, T2)에 연결시킬 수 있다.
제1 센싱 라인(F1~F8), 제2 센싱 라인(L1~L4) 및 제3 센싱 라인(T1, T2)은 검출부(40)에 연결되고, 검출부(40)는 구동 모드에 따라 제1 전극(21)에 대한 각 센싱 라인과 제2 전극(22)에 대한 각 센싱 라인을 통해 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에 형성된 전압차를 검출할 수 있다.
한편, 본 발명에서 이용되는 광전지(23)는 전술한 바와 같이 사용자 터치에 의한 반사광 및 레이저 포인터에서 출력되는 레이저 광을 수광할 수 있을 뿐만 아니라, 임의의 외부 광을 수광할 수도 있다.
이 때, 광전지(23)는 외부 광에 의한 전류 흐름을 발생시킬 수 있다. 검출부(40)는 이와 같이 발생된 전류를 이용하여 에너지 하베스팅(energy harvesting) 동작을 수행할 수 있다.
이를 위해, 검출부(40)는 검출 회로(30)를 제어하여 복수의 제1 전극(21) 및 복수의 제2 전극(22)을 쇼트(short)시켜 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이의 전압(Vsolar)을 출력할 수 있다.
검출부(40)는 복수의 제1 전극(21)을 어느 한 노드에 쇼트시키고, 복수의 제2 전극(22)을 다른 한 노드에 쇼트시킨 후, 두 노드 간의 전압(Vsolar)을 출력하여 표시 장치 내 배터리, 외부 장치 등에 해당 전압을 공급할 수 있다.
보다 구체적으로, 검출부(40)는 에너지 하베스팅을 위한 솔라 셀 모드(Solar Cell Mode)에서 제1 전극(21)과 제2 전극(22)을 쇼트시킬 수 있다.
도 8에 도시된 솔라 셀 모드를 참조하면, 에너지 하베스팅을 위해 복수의 제1 전극(21)은 검출 회로(30) 내에서 제1 쇼트 라인을 통해 검출부(40)와 연결될 수 있다. 마찬가지로, 복수의 제2 전극(22)은 검출 회로(30) 내에서 제2 쇼트 라인을 통해 검출부(40)와 연결될 수 있다. 이 때, 검출부(40)는 제1 쇼트 라인과 제2 쇼트 라인 사이의 전압(Vsolar)을 출력할 수 있다.
검출부(40)는 전술한 세 가지의 구동 모드에 더하여 에너지 하베스팅을 위한 모드를 포함한 총 네 가지의 구동 모드에 따라 전극을 그룹핑할 수 있다.
이를 위해, 검출 회로(30)는 제1 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 복수의 제1 전극(21)을 제1 센싱 라인을 통해 검출부(40)에 각각 연결하는 제1 스위치(S1)와, 제2 인에이블 신호, 제3 인에이블 신호 또는 제4 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 복수의 제1 전극(21) 중 인접한 두 전극을 제1 노드에 각각 연결하는 제2 스위치(S2)를 포함할 수 있다.
또한, 검출 회로(30)는 제2 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 제1 노드를 제2 센싱 라인을 통해 검출부(40)에 각각 연결하는 제3 스위치(S3)와, 제3 인에이블 신호 또는 제4 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 인접한 두 제1 노드를 제2 노드에 각각 연결하는 제4 스위치(S4)를 포함할 수 있다.
이에 더하여, 검출 회로(30)는 제3 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 제2 노드를 제3 센싱 라인을 통해 검출부(40)에 각각 연결하는 제5 스위치(S5)와, 제4 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 제2 노드를 쇼트 라인에 연결하는 제6 스위치(S6)를 포함할 수 있다.
도 11을 참조하면, 검출부(40)는 도 10을 참조하여 설명한 세 가지의 구동 모드와 솔라 셀 모드에 따라 전극을 그룹핑할 수 있다.
이 때, 제1 인에이블 신호는 지문 인에이블 신호일 수 있고, 제2 인에이블 신호는 레이저 포인터 인에이블 신호일 수 있고, 제3 인에이블 신호는 터치 인에이블 신호(Touch Enable)일 수 있고, 제4 인에이블 신호는 솔라 인에이블 신호(Solar Enable)일 수 있다.
지문 인에이블 신호는 지문 모드일 때 공급될 수 있고, 레이저 포인터 인에이블 신호는 레이저 포인터 모드일 때 공급될 수 있으며, 터치 인에이블 신호는 터치 모드일 때 공급될 수 있다. 또한, 솔라 인에이블 신호는 솔라 셀 모드일 때 공급될 수 있다.
제1 스위치(S1)는 지문 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 복수의 제1 전극(21)을 제1 센싱 라인(F1~F8)과 연결시킬 수 있다.
제2 스위치(S2)는 레이저 포인터 인에이블 신호, 터치 인에이블 신호 또는 솔라 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 복수의 제1 전극(21) 중 인접한 두 전극을 제1 노드에 각각 연결시킬 수 있다.
제3 스위치(S3)는 레이저 포인터 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 제1 노드를 제2 센싱 라인(L1~L4)과 연결시킬 수 있다.
제4 스위치(S4)는 터치 인에이블 신호 또는 솔라 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 인접한 두 제1 노드를 제2 노드에 각각 연결시킬 수 있다.
제5 스위치(S5)는 터치 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 제2 노드를 제3 센싱 라인(T1, T2)과 연결시킬 수 있다.
제6 스위치(S6)는 솔라 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 제2 노드를 쇼트 라인(S)과 연결시킬 수 있다.
제1 센싱 라인(F1~F8), 제2 센싱 라인(L1~L4), 제3 센싱 라인(T1, T2) 및 쇼트 라인(S)은 검출부(40)에 연결되고, 검출부(40)는 구동 모드에 따라 제1 전극(21)에 대한 각 센싱 라인과 제2 전극(22)에 대한 각 센싱 라인을 통해 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에 형성된 전압차를 검출하거나, 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이의 전압(Vsolar)을 출력할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 검출 대상에 따라 복수의 전극을 그룹핑함으로써, 사용자의 필요에 따라 전극의 해상도를 조절하여 불필요한 신호 처리를 방지할 수 있고, 이에 따라, 지문, 터치, 레이저 포인트 등의 검출 시간을 단축할 수 있다.
또한, 본 발명은 광전지에서 발생한 전압을 배터리, 외부 장치 등 전원이 필요한 곳에 출력함으로써, 센싱 기능뿐만 아니라 에너지 하베스팅 기능을 수행할 수 있는 장점이 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (12)

  1. 스캔 라인과 데이터 라인의 교차 영역마다 픽셀을 구비하는 표시 패널;
    상기 표시 패널의 하부에서 교차 형성되는 복수의 제1 전극과 제2 전극;
    상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 구비되고, 상기 표시 패널로부터 출력되어 반사체에 의해 반사된 반사광을 수광하여 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 전압차를 형성하는 광전지; 및
    상기 제1 전극과 제2 전극에 각각 연결된 검출 회로를 통해, 상기 광전지에 의해 형성된 상기 제1 전극과 제2 전극 사이의 전압을 검출하여 상기 반사체의 위치를 검출하는 검출부를 포함하는
    표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광전지는 외부 광원으로부터 출력된 광을 수광하여 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 전압차를 형성하는 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광전지는 상기 제1 전극과 제2 전극이 교차되는 영역을 포함하도록 구비되는 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광전지는 상기 제1 전극과 제2 전극이 교차되는 각 영역에 매트릭스 형태로 구비되는 복수의 서브 광전지를 포함하는 표시 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 서브 광전지는 상기 제1 전극과 제2 전극이 교차되는 영역을 포함하도록 구비되는 표시 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 검출부는 상기 검출 회로를 제어하여 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극 중 적어도 하나의 전극을 그룹핑(grouping)하는 표시 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 검출부는 상기 검출 회로를 제어하여 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극을 쇼트(short)시켜 제1 전극과 제2 전극 사이의 전압을 출력하는 표시 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 제1 전극은 상기 검출 회로 내에서 제1 쇼트 라인을 통해 상기 검출부와 연결되고,
    상기 복수의 제2 전극은 상기 검출 회로 내에서 제2 쇼트 라인을 통해 상기 검출부와 연결되고,
    상기 검출부는 상기 제1 쇼트 라인과 제2 쇼트 라인 사이의 전압을 출력하는 표시 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 검출 회로는
    제1 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 상기 복수의 제1 전극을 제1 센싱 라인을 통해 상기 검출부에 각각 연결하는 제1 스위치와,
    제2 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 상기 복수의 제1 전극 중 인접한 두 전극을 제2 센싱 라인을 통해 상기 검출부에 각각 연결하는 제2 스위치를 포함하는 표시 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 검출 회로는
    제1 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 상기 복수의 제1 전극을 제1 센싱 라인을 통해 상기 검출부에 각각 연결하는 제1 스위치와,
    제2 인에이블 신호 또는 제3 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 상기 복수의 제1 전극 중 인접한 두 전극을 제1 노드에 각각 연결하는 제2 스위치와,
    상기 제2 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 상기 제1 노드를 제2 센싱 라인을 통해 상기 검출부에 각각 연결하는 제3 스위치와,
    상기 제3 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 상기 인접한 두 제1 노드를 제3 센싱 라인을 통해 상기 검출부에 각각 연결하는 제4 스위치를 포함하는 표시 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 검출 회로는
    제1 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 상기 복수의 제1 전극을 제1 센싱 라인을 통해 상기 검출부에 각각 연결하는 제1 스위치와,
    제2 인에이블 신호, 제3 인에이블 신호 또는 제4 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 상기 복수의 제1 전극 중 인접한 두 전극을 제1 노드에 각각 연결하는 제2 스위치와,
    상기 제2 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 상기 제1 노드를 제2 센싱 라인을 통해 상기 검출부에 각각 연결하는 제3 스위치와,
    상기 제3 인에이블 신호 또는 제4 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 상기 인접한 두 제1 노드를 제2 노드에 각각 연결하는 제4 스위치와,
    상기 제3 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 상기 제2 노드를 제3 센싱 라인을 통해 상기 검출부에 각각 연결하는 제5 스위치와,
    상기 제4 인에이블 신호에 따라 턴 온되어 상기 제2 노드를 쇼트 라인에 연결하는 제6 스위치를 포함하는 표시 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 검출부는
    상기 제1 전극과 제2 전극 사이의 전압을 기준 전압과 비교하여 상기 반사체의 위치를 검출하는 표시 장치.
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