KR102631414B1 - 센싱장치 및 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 실시예들은, 센싱장치 및 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 각 픽셀은 제1 및 제2 구동전극과 압전물질층을 포함하는 트랜스듀서와, 제1 구동전극에 제1 및 제2 구동전압을 번갈아 가면서 공급해주기 위한 제1 및 제2 송신 트랜지스터와, 리드아웃 라인과 전원전압이 공급되는 전원라인 사이에 전기적으로 연결된 제1 및 제2 수신 트랜지스터를 포함하고, 해당 픽셀이 구동되는 기간 동안, 제1 및 제2 구동전압은 서로 다른 레벨의 DC 전압이고, 해당 픽셀에서 제1 및 제2 송신 트랜지스터는 서로 다른 타이밍에 온-오프를 반복함으로써, DC 전압 형태의 제1 및 제2 구동전압에 기초한 구동에도 정상적인 센싱 동작이 가능할 수 있다. 이를 통해, 소비전력을 감소시켜줄 수 있으며, 대면적 센서 구현을 더욱 용이하게 해줄 수 있다.

Description

센싱장치 및 디스플레이 장치{SENSING DEVICE AND DISPLAY DEVICE}
본 발명의 실시예들은 센싱장치 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.
또한, 디스플레이 장치는 사용자에게 보다 다양한 응용 기능을 제공하기 위하여 사용자의 터치를 센싱하거나 사용자의 지문 등의 생체 정보를 센싱하여, 센싱 결과에 기초한 다양한 응용 기능을 제공하고 있다.
이에, 디스플레이 장치는 터치 또는 지문 등의 생체 정보를 센싱하기 위한 센싱장치를 구비한다. 디스플레이 장치에서 센싱 결과를 이용하는 응용 기술(예: 사용자 인증, 금융 거래 등)은 센싱장치의 센싱결과가 높은 정확도를 갖거나 센싱장치의 센싱 동작이 높은 보안성을 갖기를 요구하기도 한다. 하지만, 기존의 센싱장치는 센싱 정확도 및 보안성에 대한 만족도가 떨어지는 실정이다.
또한, 센싱장치는 필요에 따라 소형화 또는 대면적 센싱이 가능해야만 하지만, 기존의 센싱장치는 광원 등으로 인해 소형화가 어렵거나, 대면적 센싱이 어려운 실정이다.
본 발명의 실시예들의 목적은, 높은 센싱 정확도와 높은 보안성을 갖는 센싱장치 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 실시예들의 다른 목적은, 소형화가 가능한 픽셀구조를 갖는 센싱장치 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 실시예들의 또 다른 목적은, 대면적 센서 구현이 더욱 용이한 픽셀구조를 갖는 센싱장치 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 실시예들의 또 다른 목적은, 센싱 동작 시 소비전력을 감소시켜줄 수 있는 센싱장치 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 실시예들의 또 다른 목적은, 센싱 동작 시 구동을 위해 사용되는 신호의 지연에 영향을 받지 않는 센싱장치 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공하는 데 있다.
일 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 다수의 픽셀을 포함하는 센싱패널과, 다수의 픽셀 중 선택된 하나 이상의 제1 픽셀을 구동하고, 다수의 픽셀 중 하나 이상의 제1 픽셀과 인접한 하나 이상의 제2 픽셀로부터 센싱신호를 검출하는 센싱회로를 포함하는 센싱장치를 제공할 수 있다.
다수의 픽셀 각각은, 제1 구동전극, 압전물질층 및 제2 구동전극을 포함하는 트랜스듀서와, 제1 구동전압이 공급되는 구동라인과 제2 구동전압이 공급되는 제2 구동전극 사이에 전기적으로 연결된 제1 송신 트랜지스터 및 제2 송신 트랜지스터와, 리드아웃 라인과 전원전압이 공급되는 전원라인 사이에 전기적으로 연결된 제1 수신 트랜지스터 및 제2 수신 트랜지스터를 포함할 수 있다.
제1 송신 트랜지스터는, 제1 송신 트랜지스터와 제2 송신 트랜지스터가 전기적으로 연결된 연결노드와, 구동라인 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 송신 트랜지스터는 연결노드와 제2 구동전극 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 수신 트랜지스터는, 제1 수신 트랜지스터 및 제2 수신 트랜지스터가 연결된 중간노드와 전원라인 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 수신 트랜지스터는, 수신 스캔신호에 따라 제어되고, 중간노드와 리드아웃 라인 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 구동전압 및 제2 구동전압은 서로 다른 레벨의 DC 전압일 수 있다.
제1 픽셀이 구동되는 기간 동안, 제1 픽셀에서, 제1 송신 트랜지스터는 온-오프를 반복하고, 제2 송신 트랜지스터는 제2 송신 트랜지스터의 온-오프와 반대로 온-오프를 반복할 수 있다.
제1 픽셀이 구동된다는 것은, 제1 픽셀이 구동모드로 동작한다는 것일 수 있으며, 제1 픽셀이 구동 픽셀이라는 것을 의미할 수 있다.
제1 픽셀이 구동되는 경우, 제1 픽셀에 포함된 트랜스듀서는 신호를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 트랜스듀서에서 발생된 신호는 초음파 등일 수 있다.
제1 픽셀에서 발생된 초음파 는 손가락 지문에 반사된다. 반사된 초음파는 제1 픽셀과 인접한 제2 픽셀에 포함된 트랜스듀서에 의해 수신되어 전기적 신호가 생성될 수 있다.
제1 픽셀이 구동되는 기간 동안, 제1 픽셀에 포함된 트랜스듀서의 제1 구동전극의 전압 레벨은, 제1 구동전압과 제2 구동전압 사이에서 스윙할 수 있다.
제1 픽셀이 구동되는 기간 동안, 제1 픽셀에서 포함된 트랜스듀서의 제1 구동전극의 전압 레벨이 스윙하는 속도는, 제1 픽셀에 포함된 제1 송신 트랜지스터 및 제2 송신 트랜지스터가 교번하면서 턴-온 되는 속도와 대응될 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 디스플레이 패널과, 다수의 픽셀을 포함하는 센싱패널과, 디스플레이 패널을 구동하기 위한 디스플레이 구동 회로와, 센싱패널을 구동하여 센싱하는 센싱회로를 포함하는 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
센싱패널에 배치된 다수의 픽셀 각각은, 제1 구동전극, 압전물질층 및 제2 구동전극을 포함하는 트랜스듀서와, 제1 구동전압이 공급되는 구동라인과 제2 구동전압이 공급되는 제2 구동전극 사이에 전기적으로 연결된 제1 송신 트랜지스터 및 제2 송신 트랜지스터와, 리드아웃 라인과 전원전압이 공급되는 전원라인 사이에 전기적으로 연결된 제1 수신 트랜지스터 및 제2 수신 트랜지스터를 포함할 수 있다.
제1 송신 트랜지스터는, 제1 송신 트랜지스터와 제2 송신 트랜지스터가 전기적으로 연결된 연결노드와, 구동라인 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 송신 트랜지스터는 연결노드와 제2 구동전극 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 수신 트랜지스터는, 제1 수신 트랜지스터 및 제2 수신 트랜지스터가 연결된 중간노드와 전원라인 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 수신 트랜지스터는, 수신 스캔신호에 따라 제어되고, 중간노드와 리드아웃 라인 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 구동전압 및 제2 구동전압은 서로 다른 레벨의 DC 전압일 수 있다.
제1 픽셀이 구동되는 기간 동안, 제1 픽셀에서, 제1 송신 트랜지스터는 온-오프를 반복하고, 제2 송신 트랜지스터는 제2 송신 트랜지스터의 온-오프와 반대로 온-오프를 반복할 수 있다.
제1 픽셀이 구동되는 기간 동안, 제1 픽셀에 포함된 트랜스듀서의 제1 구동전극의 전압 레벨은, 제1 구동전압과 제2 구동전압 사이에서 스윙 할 수 있다.
제1 송신 트랜지스터 및 제2 송신 트랜지스터 모두는 N 타입 트랜지스터이거나 P 타입 트랜지스터일 수 있다.
제1 송신 트랜지스터 및 제2 송신 트랜지스터 각각의 게이트 노드는 서로 다른 스캔라인에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 송신 트랜지스터 및 제2 송신 트랜지스터 중 하나는 N 타입 트랜지스터이고 나머지 하나는 P 타입 트랜지스터일 수 있다.
제1 송신 트랜지스터 및 제2 송신 트랜지스터 각각의 게이트 노드는 동일한 스캔라인에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 송신 트랜지스터와 제2 송신 트랜지스터가 연결된 연결노드와 제1 구동전극 사이에 모드제어 트랜지스터가 전기적으로 연결될 수 있다.
모드제어 트랜지스터는, 제1 송신 트랜지스터 및 제2 송신 트랜지스터가 교번하면서 턴-온 될 때에는 턴-온 상태일 수 있다.
모드제어 트랜지스터는, 제1 송신 트랜지스터 및 제2 송신 트랜지스터 중 하나만 턴-온 상태를 유지할 때에는 턴-오프 상태일 수 있다.
디스플레이 장치는 센싱패널의 센싱 데이터를 토대로 디스플레이 패널 상의 터치 또는 지문을 센싱할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 높은 센싱 정확도와 높은 보안성을 갖는 센싱장치 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 소형화가 가능한 픽셀구조를 갖는 센싱장치 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 대면적 센서 구현이 더욱 용이한 픽셀구조를 갖는 센싱장치 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 센싱 동작 시 소비전력을 감소시켜줄 수 있는 센싱장치 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 센싱 동작 시 구동을 위해 사용되는 신호의 지연에 영향을 받지 않는 센싱장치 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치에 대한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치의 픽셀 구조이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치의 신호 시스템을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치의 활용 예와 센싱 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치의 센싱패널 내 픽셀들에 포함된 트랜스듀서들을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치의 센싱회로 내 스캐닝 회로를 나타낸 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치의 센싱 구동들과, 2가지 스캐닝 방향에 대한 픽셀 열 별 센싱 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치에서, 제1 기간과 제2 기간 동안 제1 내지 제3 픽셀의 스캐닝과 구동 타이밍도이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치의 다른 픽셀 구조들이다.
도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치의 픽셀이 도 14 또는 도 15의 픽셀 구조들을 갖는 경우, 센싱장치의 신호 시스템을 나타낸 도면이다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치의 픽셀이 도 14 또는 도 15의 픽셀 구조들을 갖는 경우, 제1 기간과 제2 기간 동안 제1 내지 제3 픽셀의 스캐닝과 구동 타이밍도이다.
도 19는 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치의 또 다른 픽셀 구조이다.
도 20은 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치의 픽셀이 도 19의 픽셀 구조를 갖는 경우, 센싱장치의 신호 시스템을 나타낸 도면이다.
도 21 및 도 22는 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치의 픽셀이 도 19의 픽셀 구조를 갖는 경우, 제1 기간과 제2 기간 동안 제1 내지 제3 픽셀의 스캐닝과 구동 타이밍도이다.
도 23은 본 발명의 실시에들에 따른 센싱장치의 픽셀이 송신 파트에 2개의 트랜지스터를 포함하는 경우, 트랜스듀서의 제1 구동전극에 형성되는 전압 상태를 나타낸 도면이다.
도 24는 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치의 구현 예시도이다.
도 25는 본 발명의 싫시예들에 따른 디스플레이 장치의 시스템 구성도이다.
도 26은 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치에서, 디스플레이 패널의 외부에 센싱패널이 위치하는 경우를 나타낸 도면이다.
도 27은 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치에서, 디스플레이 패널의 내부에 센싱패널이 위치하는 경우를 나타낸 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
또한, 본 발명의 실시예들을 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. 또한, 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 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에서의 구성 요소들을 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 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.
또한, 본 발명의 실시예들에서의 구성 요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위하여 사용하는 것일 뿐이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성 요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성 요소일 수도 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에서의 특징들(구성들)이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 또는 분리 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예는 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치(100)에 대한 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치(100)는 센싱패널(S-PNL) 및 센싱회로(S-CC) 등을 포함할 수 있다. 센싱장치(100)를 센서라고도 할 수 있다.
센싱패널(S-PNL)은 센싱영역(S/A) 내 다수의 픽셀(PXL)이 배치될 수 있다.
센싱회로(S-CC)는 센싱패널(S-PNL)을 구동하여 센싱할 수 있다. 즉, 센싱회로(S-CC)는 하나 이상의 픽셀(PXL)을 구동하고 하나 이상의 픽셀(PXL)을 센싱할 수 있다.
센싱회로(S-CC)는 하나 이상의 픽셀(PXL)로 구동신호를 공급함으로써 하나 이상의 픽셀(PXL)을 구동할 수 있고, 하나 이상의 픽셀(PXL)로부터 센싱신호를 검출함으로써 하나 이상의 픽셀(PXL)을 센싱할 수 있다.
센싱회로(S-CC)는 하나 이상의 픽셀(PXL)로부터 검출된 센싱신호를 토대로 생체 정보(예: 지문 등)를 인식할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치(100)의 픽셀 구조이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치(100)의 센싱패널(S-PNL)에 배치된 픽셀(PXL)은 제1 구동전극(DE1), 압전물질층(PIEZO) 및 제2 구동전극(DE2)을 포함하는 트랜스듀서(TRDS)와, 구동모드(송신모드) 시 동작하는 부분으로서, 구동신호(DS)를 트랜스듀서(TRDS)의 제1 구동전극(DE1)으로 전송해줄 수 있는 송신파트(TX-PART)와, 센싱모드(수신모드) 시 동작하는 부분으로서, 리드아웃 회로(RX-CC)가 리드아웃 라인(RL: Readout Line)을 통해 전기적인 신호(센싱신호)를 검출하도록 해줄 수 있는 수신파트(RX-PART) 등을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 "구동"은 "송신(TX, Transmission)"과 동일한 의미로 사용될 수도 있고, "센싱"은 "수신(RX, Reception)"와 동일한 의미로 사용될 수도 있을 것이다.
전술한 바와 같이, 트랜스듀서(TRDS)는 제1 구동전극(DE1), 압전물질층(PIEZO) 및 제2 구동전극(DE2)을 포함할 수 있다. 이러한 트랜스듀서(TRDS)에서, 제1 구동전극(DE1)은 송신파트(TX-PART)를 통해 구동신호(DS)가 인가될 수 있는 전극이다. 제1 구동전극(DE1) 또는 이와 동일한 전기적인 상태를 갖는 지점(패턴, 전극)을 구동노드(Nd)라고 한다. 제2 구동전극(DE2)은 바이어스 전압(GB)을 인가 받을 수 있다.
예를 들어, 제1 구동전극(DE1)에 인가되는 구동신호(DS)는 소정의 진폭(△V)을 갖고 전압 레벨이 변하는 신호로서, AC 신호(펄스 신호 또는 변조 신호라고도 함)일 수 있다. 구동신호(DS)는 구형파, 정현파, 삼각파 등의 다양한 파형을 가질 수 있다.
이러한 구동신호(DS)는 다수의 픽셀(PXL) 중에서 구동 대상이 되는 하나 이상의 픽셀(구동 픽셀)에 공급되는 신호일 수 있다.
예를 들어, 제2 구동전극(DE2)에 인가되는 바이어스 전압(GB)은 구동신호(DS)와 다른 전압으로서, DC 전압일 수 있으며, 낮은 전압 레벨의 전압일 수 있다.
제1 구동전극(DE1)에 AC 신호 형태의 구동신호(DS)가 인가되고, 제2 구동전극(DE2)에 낮은 DC 전압 레벨의 바이어스 전압(GB)이 인가되면, 압전물질층(PIEZO)은 진동하여 신호를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 트랜스듀서(TRDS)에서 발생되는 신호는 전자기파 일 수 있으며, 음파 또는 초음파 등일 수 있다.
여기서, 트랜스듀서(TRDS)에서 음파가 발생되는 경우, 음파는 대략 16Hz ~ 20KHz의 범위를 가질 수 있다. 그리고, 트랜스듀서(TRDS)에서 초음파가 발생되는 경우, 초음파는 20KHz 이상의 주파수를 가질 수 있다. 즉, 트랜스듀서(TRDS)에서 발생되는 초음파는 50μsec 이하의 주기를 가질 수 있다.
위에서 언급한 압전물질층(PIEZO)은, 일 예로, ZnO (Zinc Oxide), 페로브스카이트(Perovskite) 등으로 구성될 수 있으며, 이외에도, 다양한 압전물질들이 사용될 수 있다.
아래에서는, 설명의 편의를 위하여, 트랜스듀서(TRDS)에서 발생되는 신호는 20KHz 이상의 주파수를 갖는 초음파인 것으로 가정하여 설명한다.
전술한 트랜스듀서(TRDS)는 전기적인 에너지를 다른 에너지 형태의 신호로 변환하여 발생시키고, 신호가 수신되면 이를 전기적인 에너지로 변환하여 발생시키는 일종의 에너지 변환 장치이며 신호 발생 장치일 수 있다. 일 예로, 트랜스듀서(TRDS)는 제1 구동전극(DE1)에 인가된 전기적인 에너지에 따라 초음파를 발생시키고, 초음파가 수신되면 전기적인 에너지를 발생시키는 초음파 트랜스듀서일 수 있다.
보다 구체적으로, 트랜스듀서(TRDS)에서, 제1 구동전극(DE1)에 AC 신호 형태의 구동신호(DS)가 인가되고 제2 구동전극(DE2)에 낮은 DC 전압 레벨의 바이어스 전압(GB)이 인가되면, 압전물질층(PIEZO)은 진동하여 제1 및 제2 구동전극(DE2)에 인가된 전압들(DS, GB)에 의한 전기적인 에너지를 초음파로 변환시켜 발생시킬 수 있다. 여기서, 압전물질층(PIEZO)의 진동은 압전물질층(PIEZO)의 분극 상태가 변화하는 것을 의미할 수 있다.
그리고, 트랜스듀서(TRDS)에서, 압전물질층(PIEZO)에 초음파가 수신되면, 압전물질층(PIEZO)이 진동하여 초음파가 전기적인 에너지로 변환된 전압이 제1 구동전극(DE1)에서 발생하게 된다. 여기서, 압전물질층(PIEZO)의 진동은 압전물질층(PIEZO)의 분극 상태가 변화하는 것을 의미할 수 있다.
송신파트(TX-PART)는, 구동모드(송신모드) 시, 트랜스듀서(TRDS)에서 신호(예: 초음파)가 발생될 수 있도록 하는 회로파트이다.
송신파트(TX-PART)는 제1 구동전극(DE1)과 전압 레벨이 변하는 구동신호(DS)가 공급되는 구동라인(DRL) 사이에 전기적으로 연결된 송신 트랜지스터(TXT)를 포함할 수 있다.
송신 트랜지스터(TXT)는 제n 스캔라인(SCL(n))을 통해 공급된 제n 스캔신호(SC(n))에 의해 온-오프가 제어될 수 있다.
송신 트랜지스터(TXT)는 제n 스캔신호(SC(n))에 의해 턴-온 되어, 구동라인(DRL)에서 공급된 구동신호(DS)를 트랜스듀서(TRDS)의 제1 구동전극(DE1)에 전달해줄 수 있다.
수신파트(RX-PART)는 센싱모드(수신모드) 시 리드아웃 라인(RL)을 통해 신호가 검출될 수 있도록 해주는 회로파트이다.
수신파트(RX-PART)는 리드아웃 라인(RL)과 전원라인(VL) 사이에 전기적으로 연결된 제1 수신 트랜지스터(RXT1) 및 제2 수신 트랜지스터(RXT2)를 포함할 수 있다. 여기서, 전원라인(VL)은 전원전압(VCC)이 인가되는 라인이다. 여기서, 전원전압(VCC)은 DC 전압일 수 있다.
제1 수신 트랜지스터(RXT1)의 소스노드 또는 드레인노드와 제2 수신 트랜지스터(RXT2)의 드레인노드 또는 소스노드는 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 제1 수신 트랜지스터(RXT1) 및 제2 수신 트랜지스터(RXT2)가 연결된 지점(노드)를 중간노드(Ni)라고 한다.
제1 수신 트랜지스터(RXT1)는 중간노드(Ni)와 전원라인(VL) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 수신 트랜지스터(RXT1)는 게이트노드에 전기적으로 연결된 제1 구동전극(DE1)의 전압 상태에 따라 제어될 수 있다.
제2 수신 트랜지스터(RXT2)는 중간노드(Ni)와 리드아웃 라인(RL) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 수신 트랜지스터(RXT2)는, 제(n-1) 스캔라인(SCL(n-1))을 통해 게이트노드에 인가되는 제(n-1) 스캔신호(SC(n-1))에 따라 제어될 수 있다.
턴-온 레벨 전압의 제(n-1) 스캔신호(SC(n-1))가 제2 수신 트랜지스터(RXT2)의 게이트노드에 인가되고 있는 상황에서, 구동노드(Nd)의 전압 변동이 발생하여 제1 수신 트랜지스터(RXT1)가 턴-온 되는 경우, 리드아웃 회로(RX-CC)와 전원라인(VL)은 전기적으로 연결될 수 있다.
이에 따라, 리드아웃 회로(RX-CC)는 전원전압(VCC) 또는 이와 대응되는 전기적인 신호를 센싱신호로서 검출할 수 있다.
하나의 픽셀(PXL)은 구동모드(송신모드)로 동작할 수도 센싱모드(수신모드)로 동작할 수도 있다.
도 2의 예시된 픽셀(PXL)의 경우, Tn-1 기간 동안 센싱모드(수신모드)로 동작할 수 있다. 즉, Tn-1 기간 동안, 해당 픽셀(PXL)에서 제2 수신 트랜지스터(RXT2)의 게이트노드에는 턴-온 전압 레벨의 제(n-1) 스캔신호(SC(n-1))가 인가된다. 하지만, Tn-1 기간 동안 해당 픽셀(PXL)이 구동모드(송신모드)로 동작하지 않도록, 해당 픽셀(PXL)에서 송신 트랜지스터(TXT)의 게이트노드에는 턴-오프 전압 레벨의 제n 스캔신호(SC(n))가 인가될 수 있다.
Tn-1 기간 동안, 다른 픽셀(PXL)에서 발생된 초음파가 주변에서 반사되어 도 2에 에시된 해당 픽셀(PXL)로 수신되면, 트랜스듀서(TRDS)의 압전물질층(PIEZO)이 진동하게 되어, 제1 구동전극(DE1)에 전압 변동이 발생하게 된다. 이에 따라, 제1 수신 트랜지스터(RXT1)가 턴-온 될 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 수신 트랜지스터(RXT2)가 모두 턴-온 되어, 리드아웃 회로(RX-CC)는 리드아웃 라인(RL)을 통해 전원라인(VL)의 전원전압(VCC)을 센싱신호로서 검출할 수 있다.
도 2의 예시된 픽셀(PXL)의 경우, Tn-1 기간과 다른 Tn 기간 동안 구동모드(송신모드)로 동작할 수 있다. 즉, Tn 기간 동안, 해당 픽셀(PXL)에서 송신 트랜지스터(TXT)의 게이트노드에는 턴-온 전압 레벨의 제n 스캔신호(SC(n))가 인가될 수 있다. 하지만, Tn 기간 동안 해당 픽셀(PXL)이 센싱모드(수신모드)로 동작하지 않도록, 제2 수신 트랜지스터(RXT2)의 게이트노드에는 턴-오프 전압 레벨의 제(n-1) 스캔신호(SC(n-1))가 인가될 수 있다.
Tn 기간 동안, Tn 기간 동안, 해당 픽셀(PXL)에서 송신 트랜지스터(TXT)의 게이트노드에는 턴-온 전압 레벨의 제n 스캔신호(SC(n))가 인가됨으로써, 송신 트랜지스터(TXT)가 턴-온 된다. 턴-온 된 송신 트랜지스터(TXT)를 구동신호(DS)가 트랜스듀서(TRDS)의 제1 구동전극(DE1)에 인가된다. 이때, 트랜스듀서(TRDS)의 제2 구동전극(DE2)에는 바이어스 전압(GB)이 인가된 상태이다. 따라서, 제1 구동전극(DE1)과 제2 구동전극(DE2) 사이의 압전물질층(PIEZO)이 진동하게 되어 초음파가 발생된다.
제n 스캔라인(SCL(n)) 및 제(n-1) 스캔라인(SCL(n-1))은 각 픽셀 열 마다 대응되어 배치될 수도 있다. 즉, 하나의 픽셀 행에서 볼 때, 제n 스캔라인(SCL(n)) 및 제(n-1) 스캔라인(SCL(n-1))은 각 픽셀에 대응되어 배치될 수 있다.
이와 다르게, 제n 스캔라인(SCL(n)) 및 제(n-1) 스캔라인(SCL(n-1)) 각각은 2개의 픽셀 열이 공유할 수도 있다. 즉, 예를 들어, 제(n-1) 스캔라인(SCL(n-1))은 제1 픽셀의 수신파트(RX-PART)와, 제1 픽셀의 수신파트(RX-PART)와 인접한 다른 픽셀(PXL) 내 송신파트(TX-PART)와 공유될 수 있다. 제n 스캔라인(SCL(n))은 제1 픽셀의 송신파트(TX-PART)와, 제1 픽셀의 송신파트(TX-PART)와 인접한 또 다른 픽셀(PXL) 내 수신파트(RX-PART)와 공유될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치(100)의 신호 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 센싱패널(S-PNL)에는 다수의 구동라인(DRL), 다수의 전원라인(VL), 다수의 스캔라인(SCL(n-1), SCL(n), …), 다수의 리드아웃 라인(RL) 및 제2 구동전극(DE2) 등이 배치될 수 있다.
다수의 구동라인(DRL), 다수의 전원라인(VL), 다수의 리드아웃 라인(RL) 및 제2 구동전극(DE2) 각각은 다양한 형태, 다양한 배치, 다양한 개수 등으로 배치될 수 있다.
구동라인(DRL)은 픽셀 행 방향 또는 픽셀 열 방향으로 배치될 수 있다. 다만, 아래에서는, 설명의 편의를 위해, 도 3과 같이, 구동라인(DRL)은 픽셀 행 방향으로 배치된 것을 가정한다.
구동라인(DRL)은 1개의 픽셀 행 또는 2개 이상의 픽셀 행마다 1개씩 배치될 수수 있다. 또는, 구동라인(DRL)은 1개의 픽셀 열 또는 2개 이상의 픽셀 열마다 1개씩 배치될 수 있다. 또는, 구동라인(DRL)은 메쉬 형태로 배치될 수도 있다.
전원라인(VL)은 픽셀 행 방향 또는 픽셀 열 방향으로 배치될 수 있다. 다만, 아래에서는, 설명의 편의를 위해, 도 3과 같이, 전원라인(VL)은 픽셀 행 방향으로 배치된 것을 가정한다.
전원라인(VL)은 1개의 픽셀 행 또는 2개 이상의 픽셀 행마다 1개씩 배치될 수수 있다. 또는, 전원라인(VL)은 1개의 픽셀 열 또는 2개 이상의 픽셀 열마다 1개씩 배치될 수 있다. 또는, 전원라인(VL)은 메쉬 형태로 배치될 수도 있다.
스캔라인들(SCL(n-1), SCL(n), …)은 픽셀 행 방향 또는 픽셀 열 방향과 평행하게 배치될 수 있다. 다만, 아래에서는, 설명의 편의를 위해, 도 3과 같이, 스캔라인들(SCL(n-1), SCL(n), …)은 픽셀 행 방향으로 배치된 것을 가정한다.
각 스캔라인(SCL(n-1), SCL(n))은 2개의 픽셀 열(또는 2개의 픽셀 행)이 공유할 수도 있다. 즉, 제(n-1) 스캔라인(SCL(n-1))은 2개의 픽셀 열 사이에 배치되고, 제n 스캔라인(SCL(n))도 2개의 픽셀 열 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제(n-1) 스캔라인(SCL(n-1))은 제1 픽셀의 수신파트(RX-PART)와, 제1 픽셀의 수신파트(RX-PART)와 인접한 다른 픽셀(PXL) 내 송신파트(TX-PART)와 공유될 수 있다. 제n 스캔라인(SCL(n))은 제1 픽셀의 송신파트(TX-PART)와, 제1 픽셀의 송신파트(TX-PART)와 인접한 또 다른 픽셀(PXL) 내 수신파트(RX-PART)와 공유될 수 있다.
리드아웃 라인(RL)은 픽셀 행 또는 픽셀 열과 평행하게 배치될 수 있다.
리드아웃 라인(RL)은 1개의 픽셀 행 또는 2개 이상의 픽셀 행마다 1개씩 배치될 수수 있다. 또는, 리드아웃 라인(RL)은 1개의 픽셀 열 또는 2개 이상의 픽셀 열마다 1개씩 배치될 수 있다.
제2 구동전극(DE2)은 센싱패널(S-PNL)에 전 영역에 판 형태로 형성된 1개의 큰 판 전극일 수도 있다. 이와 다르게, 제2 구동전극(DE2)은 여러 개로 분할되어, 다수의 픽셀(PXL) 각각의 영역마다 배치될 수도 있다. 한편, 제1 구동전극(DE1)은 다수의 픽셀(PXL) 각각의 영역마다 배치될 수 있다.
도 3을 참조하면, 센싱회로(S-CC)는 스캐닝 회로(SC-CC), 송신회로(TX-CC), 수신회로(RX-CC), 멀티플렉서(MUX) 등을 포함할 수 있으며, 센싱 컨트롤러를 더 포함할 수도 있다. 이 센싱 컨트롤러는 수신회로(RX-CC)에 포함될 수도 있다.
스캐닝 회로(SC-CC)는 제n 스캔라인(SCL(n)) 및 제(n-1) 스캔라인(SCL(n-1))으로 제n 스캔신호(SC(n)) 및 제(n-1) 스캔신호(SL(n-1))를 출력할 수 있다.
이에 따라, 다수의 픽셀 열 중 제1 픽셀 열이 구동모드로 동작할 수 있고, 제2 픽셀 열이 센싱모드로 동작할 수 있다. 구동모드로 동작하는 픽셀 열은 초음파를 발생시키는 픽셀들(PXL)을 의미하고, 센싱모드로 동작하는 픽셀 열은 초음파를 수신하는 픽셀들(PXL)을 의미할 수 있다. 어느 한 시점에서, 구동모드로 동작하는 픽셀(PXL)과 센싱모드로 동작하는 픽셀(PXL)은 서로 인접한 다른 픽셀들(PXL)이지만, 동일한 픽셀(PXL)일 수도 있다.
송신회로(TX-CC)는 센싱패널(S-PNL)로 구동신호(DS), 바이어스 전압(GB) 및 전원전압(VCC)을 출력할 수 있다.
구동신호(DS)는 센싱패널(S-PNL)에 배치된 구동모드로 동작하는 픽셀열과 대응되는 구동라인(DRL)으로 공급될 수 있다.
바이어스 전압(GB)은 센싱패널(S-PNL)에 배치된 제2 구동전극(DE2)에 인가될 수 있다.
전원전압(VCC)은 센싱패널(S-PNL)에 배치된 전원라인(VL)에 공급될 수 있다.
송신회로(TX-CC), 수신회로(RX-CC) 및 센싱 컨트롤러는 별도의 부품으로 구현될 수도 있고, 송신회로(TX-CC), 수신회로(RX-CC) 및 센싱 컨트롤러 중 둘 이상이 통합되어 하나의 부품으로 구현되거나, 송신회로(TX-CC), 수신회로(RX-CC) 및 센싱 컨트롤러 등이 모두 통합되어 하나의 부품으로 구현될 수도 있다.
멀티플렉서(MUX)는 수신회로(RX-CC) 내에 포함될 수도 있고, 센싱패널(S-PNL)의 센싱영역(S/A)의 외곽영역에 해당하는 센싱 외곽영역(N/A)에 배치될 수도 있다. 이러한 멀티플렉서(MUX)는 다수의 스위치소자(트랜지스터)를 포함하여 구현될 수 있다.
스캐닝 회로(SC-CC)는 센싱패널(S-PNL)의 외부에 위치하여, 센싱패널(S-PNL)의 센싱 외곽영역(N/A)에 위치할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치(100)의 활용 예와 센싱 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치(100)는 초음파에 기초하여 손가락 지문(Fingerprint)을 인식(센싱)할 수 있다.
다수의 픽셀(PXL) 중 구동모드로 동작하는 구동 픽셀(D-PXL)이 구동되어 구동 픽셀(D-PXL) 내에서 초음파가 발생하면, 발생된 초음파는 센싱장치(100)의 표면(커버 글라스의 표면일 수 있음)에 접촉한 손가락 지문에 닿게 되고 반사될 수 있다.
손가락 지문은 리지(Ridge)와 밸리(Valley)에 의해 형성된다. 리지는, 센싱장치(100)의 표면과 접촉하거나, 밸리보다 센싱장치(100)의 표면에 더욱 근접해 있다. 밸리는 센싱장치(100)의 표면과 접촉하지 않거나, 리지보다 센싱장치(100)의 표면과 더 멀리 떨어져 있을 수 있다.
손가락 지문의 밸리 영역에서는, 센싱장치(100)의 표면과 사람의 피부 사이에 공기가 존재한다. 구동 픽셀(D-PXL)에서 발생된 초음파가 공기층에 닿게 되면, 센싱장치(100)의 표면과 공기의 음향 임피던스(acoustic impedance) 차이로 인하여, 공기층에 닿은 초음파는 대부분 반사되어 센싱장치(100)의 내부로 향하게 된다.
손가락 지문의 리지 영역에서는, 센싱장치(100)의 표면에 사람이 닿아 있다. 구동 픽셀(D-PXL)에서 발생된 초음파는 리지 영역에서 사람의 피부에 도달하게 된다. 피부에 도달한 초음파 중에서 일부는 반사되나, 대부분은 피부 안으로 들어가서 피부 안에서 반사될 수 있다.
따라서, 손가락 지문의 리지 영역과 밸리 영역 각각에서 반사되어 센싱장치(100)의 센싱 픽셀(S-PXL)에 수신되는 초음파는 수신세기나 수신시간(수신지연) 등이 다를 수 있으며, 이에 기초하여, 센싱장치(100)는 리지와 밸리를 구분하여 지문을 인식할 수 있다.
이와 같이, 센싱장치(100)는, 피부의 안쪽까지 센싱하는 방식이므로, 피부 표면의 오염이나 상태에 민감하지 않으며, 개인정보에 해당하는 지문과 관련한 높은 보안성을 제공할 수 있다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치(100)의 센싱패널(S-PNL) 내 픽셀들(PXL)에 포함된 트랜스듀서들(TRDS)을 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 각 픽셀(PXL)은 트랜스듀서(TRDS)를 포함하고, 트랜스듀서(TRDS)는 제1 구동전극(DE1), 압전물질층(PIEZO) 및 제2 구동전극(DE2)으로 구성된다.
도 5 및 도 6과 같이, 센싱패널(S-PNL)에서, 압전물질층(PIEZO)은 하나의 판 형태로 다수의 픽셀(PXL)의 전 영역에 공통으로 배치될 수 있다. 또는, 도 7 및 도 8과 같이, 센싱패널(S-PNL)에서, 압전물질층(PIEZO)은 다수의 픽셀(PXL) 각각의 영역 크기에 대응되게 분할되어 배치될 수 있다. 즉, 압전물질층(PIEZO)은 전면에 형성될 수도 있고, 분할되어 픽셀 영역마다 형성될 수도 있다.
도 5 및 도 7과 같이, 제2 구동전극(DE2)은 하나의 판 전극 형태로 다수의 픽셀(PXL)의 전 영역에 공통으로 배치될 수 있다. 또는, 도 6 및 도 8과 같이, 제2 구동전극(DE2)은 다수의 픽셀(PXL) 각각의 영역 크기에 대응되게 분할되어 배치될 수 있다. 즉, 제2 구동전극(DE2)은 전면에 형성될 수도 있고, 분할되어 픽셀 영역마다 형성될 수도 있다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치(100)의 센싱회로(S-CC) 내 스캐닝 회로(SC-CC)를 나타낸 도면이다.
도 9는 스캐닝 회로(SC-CC)에서 1개의 스캔라인에 대응되는 부분만을 간략하게 도시한 것으로서, 스캐닝 회로(SC-CC)는 해당 스캔신호(SC(n-1), SC(n))를 해당 스캔라인(SCL(n-1), SCL(n))으로 정해진 타이밍에 맞게 출력할 수 있다. 즉, 도 9에서 스캔신호는 SC(n-1) 및 SC(n) 등 중 하나일 수 있으며, 스캔라인은 SCL(n-1) 및 SCL(n) 등 중 하나일 수 있다.
스캐닝 회로(SC-CC)는 풀-업 트랜지스터(Tup), 풀-다운 트랜지스터(Tdown) 및 제어 스위치 회로(CSC) 등을 포함할 수 있다.
제어 스위치 회로(CSC)는 풀-업 트랜지스터(Tup)의 게이트 노드에 해당하는 Q 노드의 전압과, 풀-다운 트랜지스터(Tdown)의 게이트 노드에 해당하는 QB 노드의 전압을 제어하는 회로로서, 여러 개의 스위치(트랜지스터)를 포함할 수 있다.
풀-업 트랜지스터(Tup)는 스캔신호 출력노드(Nout)를 통해 해당 스캔라인으로 제1 레벨 전압에 해당하는 스캔신호를 공급하는 트랜지스터이다. 풀-다운 트랜지스터(Tdown)는 스캔신호 출력노드(Nout)를 통해 스캔라인으로 제2 레벨 전압에 해당하는 스캔신호를 공급하는 트랜지스터이다. 풀-업 트랜지스터(Tup)와 풀-다운 트랜지스터(Tdown)는 서로 다른 타이밍에 턴-온 될 수 있다.
제1 레벨 전압은, 스캔라인과 연결된 픽셀 내 트랜지스터(TXT 또는 RXT2)를 턴-온 시킬 수 있는 전압으로서, 일 예로, 하이 레벨 전압일 수 있다. 제2 레벨 전압은, 스캔라인과 연결된 픽셀 내 트랜지스터(TXT 또는 RXT2)를 턴-오프 시킬 수 있는 전압으로서, 일 예로, 로우 레벨 전압일 수 있다.
풀-업 트랜지스터(Tup)는, 클럭신호(CLK)가 인가되는 클럭신호 인가 노드(Nclk)와 스캔라인에 전기적으로 연결된 스캔신호 출력노드(Nout) 사이에 전기적으로 연결되고, Q 노드의 전압에 의해 턴 온 또는 턴 오프 된다.
풀-업 트랜지스터(Tup)의 게이트 노드는 Q 노드에 전기적으로 연결된다. 풀-업 트랜지스터(Tup)의 드레인 노드 또는 소스 노드는 클럭신호 인가 노드(Nclk)에 전기적으로 연결된다. 풀-업 트랜지스터(Tup)의 소스 노드 또는 드레인 노드는 스캔신호가 출력되는 스캔신호 출력 노드(Nout)에 전기적으로 연결된다.
풀-업 트랜지스터(Tup)는, Q 노드의 전압에 의해 턴 온 되어, 클럭신호(CLK)의 하이 레벨 구간에서의 제1 레벨 전압의 스캔신호를 스캔신호 출력 노드(Nout)로 출력한다.
스캔신호 출력노드(Nout)에 출력된 제1 레벨 전압의 스캔신호는 해당 스캔라인에 공급된다.
풀-다운 트랜지스터(Tdown)는, 스캔신호 출력노드(Nout)와 기저전압 노드(Nvss) 사이에 전기적으로 연결되고, QB 노드의 전압에 의해 턴 온 또는 턴 오프 된다.
풀-다운 트랜지스터(Tdown)의 게이트 노드는, QB 노드에 전기적으로 연결된다. 풀-다운 트랜지스터(Tdown)의 드레인 노드 또는 소스 노드는 기저전압 노드(Nvss)에 전기적으로 연결되어 정 전압에 해당하는 기저전압(VSS)을 인가받는다. 풀-다운 트랜지스터(Tdown)의 소스 노드 또는 드레인 노드는, 게이트 신호(Vgate)가 출력되는 스캔신호 출력노드(Nout)에 전기적으로 연결된다.
풀-다운 트랜지스터(Tdown)는, QB 노드의 전압에 의해 턴 온 되어, 제2 레벨 전압의 스캔신호를 스캔신호 출력노드(Nout)로 출력한다. 이에 따라, 제2 레벨 전압의 스캔신호는 스캔신호 출력노드(Nout)를 통해 해당 스캔라인으로 공급될 수 있다. 여기서, 제2 레벨 전압의 스캔신호는, 일 예로, 기저 전압(VSS)일 수 있다.
한편, 제어 스위치 회로(CSC)는, 둘 이상의 트랜지스터 등으로 구성될 수 있으며, Q 노드, QB 노드, 세트 노드(S, 스타트 노드라고도 함), 리셋 노드(R) 등의 주요 노드가 있다. 경우에 따라서, 제어 스위치 회로(CSC)는 구동전압(VDD) 등의 각종 전압이 입력되는 입력 노드 등이 더 있을 수 있다.
제어 스위치 회로(CSC)에서, Q 노드는 풀-업 트랜지스터(Tup)의 게이트 노드와 전기적으로 연결되고, 충전과 방전이 반복된다. 제어 스위치 회로(CSC)에서, QB 노드는 풀-다운 트랜지스터(Tdown)의 게이트 노드와 전기적으로 연결되고, 충전과 방전이 반복된다.
제어 스위치 회로(CSC)에서, 세트 노드(S)는 해당 게이트 구동회로(GDC)의 게이트 구동의 시작을 지시하기 위한 세트 신호(SET)를 인가 받는다. 여기서, 세트 노드(S)에 인가되는 세트 신호(SET)는 스캐닝 회로(SC-CC)의 외부에서 입력되는 스타트 신호(VST)일 수도 있고, 현재 보다 앞선 이전 스테이지(stage)의 스캐닝 회로 부분에서 출력된 스캔신호가 피드백 된 신호(캐리 신호)일 수도 있다.
제어 스위치 회로(CSC)에서 리셋 노드(R)에 인가되는 리셋 신호(RST)는 모든 스테이지의 스캐닝 회로(SC-CC)를 동시에 초기화하기 위한 리셋 신호일 수도 있고, 다른 스테이지(이전 또는 이후 스테이지)로부터 입력된 캐리 신호일 수 있다.
제어 스위치 회로(CSC)는 세트 신호(SET)에 응답하여 Q 노드를 충전하고, 리셋 신호(RST)에 응답하여 Q 노드를 방전한다. 제어 스위치 회로(CSC)는 Q 노드와 QB 노드 각각을 서로 다른 타이밍에 충전 또는 방전시키기 위하여 인버터 회로를 포함할 수 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치(100)의 센싱 구동들(S-PXL, RL, MXU, RX-CC)과, 2가지 스캐닝 방향에 대한 픽셀 열 별 센싱 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 다수의 픽셀 행 각각마다 리드아웃 라인(RL)이 1개씩 배치될 수 있다.
각 리드아웃 라인(RL)은 해당 픽셀 행에 포함되는 픽셀들(PXL) 각각의 제2 수신 트랜지스터(RXT2)의 소스노드 또는 드레인노드와 모두 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 1개의 리드아웃 라인(RL)은 여러 개의 픽셀들(PXL)의 제2 수신 트랜지스터(RXT2)의 소스노드 또는 드레인노드와 전기적으로 연결되는 여러 개의 컨택지점(CNT)이 존재할 수 있다.
예를 들어, 픽셀들(PXL) 각각의 제2 수신 트랜지스터(RXT2)의 소스노드 또는 드레인노드 상에는 절연층이 위치하고, 절연층 상에 리드아웃 라인(RL)이 배치된다. 리드아웃 라인(RL)은 컨택지점(CNT)에서 절연층의 컨택홀을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 어느 한 시점에서, 다수의 픽셀 열 중에서 하나의 픽셀 열이 구동 픽셀 열(Driving Pixel Column)이 되고, 구동 픽셀 열과 인접한 다른 픽셀 열이 센싱 픽셀 열(Sensing Pixel Column)이 될 수 있다. 구동 픽셀 열에 포함된 픽셀들(PXL)은 구동 픽셀(D-PXL)이라고 한다. 센싱 픽셀 열에 포함된 픽셀들(PXL)은 센싱 픽셀(S-PXL)이라고 한다.
구동 픽셀(D-PXL)은 구동모드(송신모드)로 동작하여 초음파를 발생시키고, 센싱 픽셀(S-PXL)은 센싱모드(수신모드)로 동작하여 구동 픽셀(D-PXL)에서 발생된 초음파가 지문에 반사되어 들어오는 초음파를 수신할 수 있다.
센싱 픽셀(S-PXL)에 포함된 제2 수신 트랜지스터(RXT2)는 턴-온 되어 있다. 구동 픽셀(D-PXL)에 포함된 제2 수신 트랜지스터(RXT2)는 턴-오프 되어 있으며, 구동 픽셀(D-PXL) 및 센싱 픽셀(S-PXL)이 아닌 픽셀(PXL)에 포함된 제2 수신 트랜지스터(RXT2) 또한 턴-오프 되어 있다. 따라서, 수신회로(RX-CC)는, 리드아웃 라인(RL)을 통해서, 센싱 픽셀(S-PXL)에 대한 신호 검출만 수행할 수 있다.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 센싱 픽셀 열은 구동 픽셀 열보다 멀티플렉서(MUX)에 더 인접한 픽셀 열일 수 있다. 픽셀 회로에서 송신파트(TX-PART)와 수신파트(RX-PART)의 위치가 바뀌거나 구동방식이 변경되거나 하는 경우, 구동 픽셀 열이 센싱 픽셀 열보다 멀티플렉서(MUX)에 더 인접한 픽셀 열일 수 있다.
한편, 도 10에 도시된 바와 같이, 센싱회로(S-CC)는 멀티플렉서(MUX)와 가까워지는 방향으로 센싱 픽셀 열을 선택하면서 스캐닝하여, 모든 픽셀들(PXL)을 센싱할 수 있다.
반대로, 도 11에 도시된 바와 같이, 센싱회로(S-CC)는 멀티플렉서(MUX)와 멀어지는 방향으로 센싱 픽셀 열을 선택하면서 스캐닝하여, 모든 픽셀들(PXL)을 센싱할 수 있다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치(100)에서, 제1 기간(t=T1)과 제2 기간(t=T2) 동안 제1 내지 제3 픽셀(PXL1, PXL2, PXL3)의 스캐닝과 구동 타이밍도이다.
도 12를 참조하면, 제1 내지 제3 픽셀(PXL1, PXL2, PXL3)은 순차적으로 인접하게 배치된다.
도 12 및 도 13은 스캐닝 방향이 멀티플렉서(MUX)와 가까워지는 방향인 것을 예로 든 것이다. 이에 따라, 제1 내지 제3 픽셀(PXL1, PXL2, PXL3) 중에서, 제1 픽셀(PXL1)이 멀티플렉서(MUX)와 가장 멀리 위치하고, 제3 픽셀(PXL3)이 멀티플렉서(MUX)와 가장 가깝게 위치할 수 있다.
만약, 스캐닝 방향이 멀티플렉서(MUX)에서 멀어지는 방향이면, 제1 픽셀(PXL1)이 멀티플렉서(MUX)와 가장 가깝게 위치하고, 제3 픽셀(PXL3)이 멀티플렉서(MUX)와 가장 멀게 위치할 수 있다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 제1 기간(t=T1) 동안, 제1 픽셀(PXL1)이 구동 픽셀(D-PXL)이고, 제2 픽셀(PXL2)이 센싱 픽셀(S-PXL)이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 제1 기간(t=T1) 동안, 제(n-1) 스캔라인(SCL(n-1))에 공급된 턴-온 레벨 전압의 제(n-1) 스캔신호(SC(n-1))는, 제1 픽셀(PXL1)의 송신 트랜지스터(TXT)의 게이트 노드와 제2 픽셀(PXL2)의 제2 수신 트랜지스터(RXT2)의 게이트 노드에 공통으로 인가된다.
따라서, 제1 픽셀(PXL1)의 송신파트(TX-PART)의 구동 동작에 따라 트랜스듀서(TRDS)에서 초음파가 발생하고, 이렇게 발생된 초음파는 손가락 지문에서 반사되어, 제2 픽셀(PXL2)의 트랜스듀서(TRDS)의 압전물질층(PIEZO)에서 수신될 수 있다. 이에 따라, 센싱회로(S-CC)는 제2 픽셀(PXL2)과 대응되는 리드아웃 라인(RL)을 통해 신호를 검출할 수 있다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 제2 기간(t=T2) 동안, 제2 픽셀(PXL2)이 구동 픽셀(D-PXL)이고, 제3 픽셀(PXL3)이 센싱 픽셀(S-PXL)이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 제2 기간(t=T2) 동안, 제n 스캔라인(SCL(n))에 공급된 턴-온 레벨 전압의 제n 스캔신호(SC(n))는, 제2 픽셀(PXL2)의 송신 트랜지스터(TXT)의 게이트 노드와 제3 픽셀(PXL3)의 제2 수신 트랜지스터(RXT2)의 게이트 노드에 공통으로 인가된다.
따라서, 제2 픽셀(PXL2)의 송신파트(TX-PART)의 구동 동작에 따라 트랜스듀서(TRDS)에서 초음파가 발생하고, 이렇게 발생된 초음파는 손가락 지문에서 반사되어, 제3 픽셀(PXL3)의 트랜스듀서(TRDS)의 압전물질층(PIEZO)에서 수신될 수 있다. 이에 따라, 센싱회로(S-CC)는 제3 픽셀(PXL3)과 대응되는 리드아웃 라인(RL)을 통해 신호를 검출할 수 있다.
한편, 도 2의 픽셀구조에 기초한 센싱장치(100)는, 전술한 바와 같이, 피부의 안쪽까지 센싱하는 방식이므로, 피부 표면의 오염이나 상태에 민감하지 않으며, 개인정보에 해당하는 지문과 관련한 높은 보안성을 제공할 수 있다.
또한, 도 2의 픽셀구조에 기초한 센싱장치(100)는, 광 센싱 방식에 기초한 다른 센싱장치에 비해, 별도의 광원이 필요하지 않기 때문에, 소형화가 가능하고, 이점이 있다.
한편, 트랜스듀서(TRDS)에서 발생되는 초음파는 20KHz 이상의 주파수를 가질 수 있다. 즉, 트랜스듀서(TRDS)에서 발생되는 초음파는 50μsec 이하의 주기를 가질 수 있다. 따라서, 도 2의 픽셀구조에 따르면, 압전물질층(PIEZO)을 진동시켜 초음파를 발생시키기 위한 구동신호(DS)는 20KHz 이상의 주파수(초음파 주파수)를 갖는 AC 신호일 필요가 있다.
이와 같이, 도 2의 픽셀구조에 따르면, 센싱패널(S-PNL)의 전 영역에, 20KHz 이상의 주파수(초음파 주파수)를 갖는 AC 신호 형태의 구동신호(DS)를 인가해주어야 하기 때문에, 소비전력이 증가하는 단점이 있을 수 있고, 구동신호(DS)가 AC 신호 형태이기 때문에 파형의 지연(Delay)가 발생하여 감도가 저하되는 단점이 발생할 수도 있다.
이러한 단점들은 센싱패널(S-PNL)의 사이즈가 커질수록 심화될 수 있다. 따라서, 도 2의 픽셀구조를 이용하는 센싱장치(100)는 대면적 센서에 적용하기가 어려울 수 있다.
아래에서는, 소비전력을 줄여주고, 신호 지연의 발생을 방지하여, 대면적 센서를 구현하기가 용이한 픽셀구조들을 제시한다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치(100)의 다른 픽셀구조들이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치(100)는, 다수의 픽셀(PXL)을 포함하는 센싱패널(S-PNL)과, 다수의 픽셀(PXL) 중 구동 픽셀(D-PXL)로서 선택된 하나 이상의 제1 픽셀(PXL1)을 구동하고, 다수의 픽셀(PXL) 중 하나 이상의 제1 픽셀(PXL1)과 인접하며 센싱 픽셀(S-PXL)에 해당하는 하나 이상의 제2 픽셀(PXL2)로부터 센싱신호를 검출하는 센싱회로(S-CC) 등을 포함할 수 있다.
다수의 픽셀(PXL) 각각은 트랜스듀서(TRDS), 송신파트(TX_PART) 및 수신파트(RX_PART) 등을 포함할 수 있다.
트랜스듀서(TRDS)는 제1 구동전극(DE1), 압전물질층(PIEZO) 및 제2 구동전극(DE2)을 포함할 수 있다. 여기서, 제2 구동전극(DE2)에는 제2 구동전압(GB)이 공급될 수 있다.
송신파트(TX_PART)는 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2)를 포함할 수 있다.
제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2)는 구동라인(DRL)과 제2 구동전극(DE2) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 구동라인(DRL)은 제1 구동전압(VDD)이 공급되는 라인이다.
제1 송신 트랜지스터(TXT1)는, 연결노드(Nit)와 구동라인(DRL) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 연결노드(Nit)는 제1 송신 트랜지스터(TXT1)와 제2 송신 트랜지스터(TXT2)가 전기적으로 연결된 지점(노드)이다.
제2 송신 트랜지스터(TXT2)는 연결노드(Nit)와 제2 구동전극(DE2) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 송신 트랜지스터(TXT1)의 게이트노드는 제1 송신 스캔라인(SCL_TX1)과 전기적으로 연결되고, 제2 송신 트랜지스터(TXT2)의 게이트노드는 제1 송신 스캔라인(SCL_TX1)과 다른 제2 송신 스캔라인(SCL_TX2)과 전기적으로 연결될 수 있다.
수신파트(RX_PART)는 제1 수신 트랜지스터(RXT1) 및 제2 수신 트랜지스터(RXT2)를 포함할 수 있다.
제1 수신 트랜지스터(RXT1) 및 제2 수신 트랜지스터(RXT2)는 리드아웃 라인(RL)과 전원전압(VCC)이 공급되는 전원라인(VL) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 수신 트랜지스터(RXT1)는, 중간노드(Ni)와 전원라인(VL) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 중간노드(Ni)는 제1 수신 트랜지스터(RXT1) 및 제2 수신 트랜지스터(RXT2)가 연결될 수 있다.
제2 수신 트랜지스터(RXT2)는 수신 스캔신호(SC_RX)에 따라 제어되고, 중간노드(Ni)와 리드아웃 라인(RL) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 픽셀(PXL1)이 구동 픽셀(D-PXL)로서 구동되는 기간 동안, 제1 픽셀(PXL1)에 포함된 제2 수신 트랜지스터(RXT2)는 턴-오프 상태일 수 있다.
제1 픽셀(PXL1)이 구동 픽셀(D-PXL)로서 구동되는 기간 동안, 센싱 픽셀(S-PXL)에 해당하는 제2 픽셀(PXL2)에서, 제2 수신 트랜지스터(RXT2)는 턴-온 상태이고, 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2)는 모두 턴-오프 상태일 수 있다.
한편, 제1 픽셀(PXL1)이 구동 픽셀(D-PXL)로서 구동되는 기간의 이전 또는 이후에, 제1 픽셀(PXL1)이 센싱 픽셀(S-PXL)로 센싱 되는 기간이 진행될 때에는, 제1 픽셀(PXL1)에 포함된 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2)는 턴-오프 상태이고, 제2 수신 트랜지스터(RXT2)는 턴-온 상태일 수 있다.
한편, 구동라인(DRL)에 공급되는 제1 구동전압(VDD)은 DC 전압일 수 있다.
도 2의 픽셀구조에서 구동라인(DRL)에는 AC 신호 형태의 구동신호(DS)가 공급되지만, 도 14 및 도 15의 픽셀구조에서 구동라인(DRL)에는 DC 전압 형태의 제1 구동전압(VDD)이 공급된다.
제2 구동전극(DE2)에 인가되는 제2 구동전압(GB)도 DC 전압일 수 있다.
제1 구동전압(VDD) 및 제2 구동전압(GB)은 서로 다른 레벨의 DC 전압일 수 있다.
제1 픽셀(PXL1)이 구동되는 기간 동안, 제1 픽셀(PXL1)에서, 제1 송신 트랜지스터(TXT1)는 온-오프를 반복하고, 제2 송신 트랜지스터(TXT2) 또한 온-오프를 반복한다.
다만, 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2)는 서로 다른 타이밍에 턴-온 되고 턴-오프 된다. 즉, 제2 송신 트랜지스터(TXT2)는 제1 송신 트랜지스터(TXT1)의 온-오프와 반대로 온-오프를 반복할 수 있다.
또 다시 말해, 제1 송신 트랜지스터(TXT1)가 턴-온 되면 제2 송신 트랜지스터(TXT2)는 턴-오프 되고, 제1 송신 트랜지스터(TXT1)가 턴-오프 되면 제2 송신 트랜지스터(TXT2)는 턴-온 된다.
따라서, 제1 픽셀(PXL1)이 구동되는 기간 동안, 제1 픽셀(PXL1)에서, 제1 송신 스캔라인(SCL_TX1)을 통해 제1 송신 트랜지스터(TXT1)의 게이트 노드에 인가되는 제1 송신 스캔신호(SC_TX1)와, 제2 송신 스캔라인(SCL_TX2)을 통해 제2 송신 트랜지스터(TXT2)의 게이트 노드에 인가되는 제2 송신 스캔신호(SC_TX2)는, 전압 레벨이 변하는 AC 신호이고, 반대의 위상을 가질 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 구동전압(VDD)와 제2 구동전압(GB) 모두가 DC 전압 형태이더라도, 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2)가 서로 다른 타이밍에 온-오프 됨으로써, 제1 픽셀(PXL1)이 구동되는 기간 동안, 제1 픽셀(PXL1)에 포함된 트랜스듀서(TRDS)의 제1 구동전극(DE1)의 전압 레벨은, 제1 구동전압(VDD)과 제2 구동전압(GB) 사이에서 스윙 할 수 있다.
한편, 제1 픽셀(PXL1)이 구동되는 기간 동안, 제1 픽셀(PXL1)에 포함된 트랜스듀서(TRDS)의 제1 구동전극(DE1)의 전압 레벨 스윙 속도는, 제1 픽셀(PXL1)에 포함된 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2)가 교번하면서 턴-온 되는 속도와 대응될 수 있다.
또한, DC 전압에 해당하는 제1 구동전압(VDD)와 제2 구동전압(GB)는 △V만큼의 전압 차이를 갖는다. 따라서, 제1 픽셀(PXL1)이 구동되는 기간 동안, 제1 픽셀(PXL1)에 포함된 트랜스듀서(TRDS)의 제1 구동전극(DE1)의 전압 레벨의 스윙 폭(변동폭)은 △V가 된다.
제1 픽셀(PXL1)에 포함된 트랜스듀서(TRDS)의 제1 구동전극(DE1)의 전압 레벨의 스윙 폭(변동폭)이 도 2의 픽셀구조에서 구동라인(DRL)에 공급되는 AC 신호 형태의 구동신호(DS)의 진폭(△V)과 동일해지도록, DC 전압에 해당하는 제1 구동전압(VDD)와 제2 구동전압(GB) 각각의 값이 설정될 수 있다.
이와 함께, 도 2의 픽셀구조에서 구동라인(DRL)에 공급되는 AC 신호 형태의 구동신호(DS)의 주파수와 대응되도록, 제1 픽셀(PXL1)에 포함된 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2)의 교번하는 턴-온 속도가 설정될 수 있다.
즉, 도 2의 픽셀구조에서 구동라인(DRL)에 공급되는 AC 신호 형태의 구동신호(DS)의 주파수와 대응되도록, 제1 픽셀(PXL1)에 포함된 제1 송신 트랜지스터(TXT1)의 제1 송신 스캔신호(SC_TX1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2)의 제2 송신 스캔신호(SC_TX2) 각각의 주파수가 설정될 수 있다.
전술한 바에 따르면, 도 14 및 도 15의 픽셀구조에서는 구동라인(DRL)에 DC 전압 형태의 제1 구동전압(VDD)이 공급되지만, 도 2의 픽셀구조에서 구동라인(DRL)에 AC 신호 형태의 구동신호(DS)가 공급되는 것과 동일한 구동환경을 만들어줄 수 있다.
전술한 바에 따르면, DC 전압 형태의 제1 구동전압(VDD)을 이용하기 때문에, 도 2의 픽셀구조에 비해, 소비전력을 상당히 줄여줄 수 있고, 신호 지연의 발생도 차단할 수 있고, 대면적 센서를 구현하기가 더욱더 용이해질 수 있다.
도 14 및 도 15와 같이, 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2)는 동일한 타입의 트랜지스터일 수 있다.
예를 들어, 도 14와 같이, 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2)는 N 타입 트랜지스터일 수 있다. 도 15와 같이, 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2)는 P 타입 트랜지스터일 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2)가 동일한 타입의 트랜지스터인 경우, 제1 송신 트랜지스터(TXT1)의 게이트노드에 인가되는 제1 송신 스캔신호(SC_TX1)와 제2 송신 트랜지스터(TXT2)의 게이트노드에 인가되는 제2 송신 스캔신호(SC_TX2)는 위상이 반대인 AC 신호 형태일 수 있다.
해당 제1 픽셀(PXL1)의 구동모드 동작이 중단되면, 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2)는 턴-오프 되어야 한다. 이를 위해서, 제1 송신 트랜지스터(TXT1)의 게이트노드에 인가되는 제1 송신 스캔신호(SC_TX1)와 제2 송신 트랜지스터(TXT2)의 게이트노드에 인가되는 제2 송신 스캔신호(SC_TX2) 각각은 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2)를 턴-오프 시킬 수 있는 전압 레벨이 된다.
물론, 제1 송신 트랜지스터(TXT1)와 제2 송신 트랜지스터(TXT2)가 서로 다른 타이밍에 온-오프를 반복하도록 해줄 수만 있다면, 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2)는 다른 타입의 트랜지스터일 수도 있다.
예를 들어, 제1 송신 트랜지스터(TXT1)는 N 타입 트랜지스터이고, 제2 송신 트랜지스터(TXT2)는 P 타입 트랜지스터일 수 있다. 제1 송신 트랜지스터(TXT1)는 P 타입 트랜지스터이고, 제2 송신 트랜지스터(TXT2)는 N 타입 트랜지스터일 수 있다.
제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2)가 다른 타입의 트랜지스터인 경우, 제1 송신 트랜지스터(TXT1)와 제2 송신 트랜지스터(TXT2)가 서로 다른 타이밍에 온-오프를 반복할 수 있도록, 제1 송신 트랜지스터(TXT1)의 게이트노드에 인가되는 제1 송신 스캔신호(SC_TX1)와 제2 송신 트랜지스터(TXT2)의 게이트노드에 인가되는 제2 송신 스캔신호(SC_TX2)는 동일한 위상의 AC 신호 형태일 수 있다.
해당 제1 픽셀(PXL1)의 구동모드 동작이 중단되면, 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2)는 턴-오프 되어야 한다. 이를 위해서, 제1 송신 트랜지스터(TXT1)의 게이트노드에 인가되는 제1 송신 스캔신호(SC_TX1)와 제2 송신 트랜지스터(TXT2)의 게이트노드에 인가되는 제2 송신 스캔신호(SC_TX2) 각각은 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2)를 턴-오프 시킬 수 있는 전압 레벨이 된다.
도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치(100)의 픽셀(PXL)이 도 14 또는 도 15의 픽셀구조들을 갖는 경우, 센싱장치(100)의 신호 시스템을 나타낸 도면이다.
도 16을 참조하면, 픽셀(PXL)이 도 14 또는 도 15의 픽셀구조들을 갖는 경우, 센싱장치(100)의 신호 시스템은, 도 2의 픽셀구조를 위한 도 3의 신호 시스템과 기본적으로 동일하다. 이에, 도 3의 신호 시스템과 차이가 나는 부분을 위주로 설명한다.
도 16을 참조하면, 센싱패널(S-PNL)에는, 3가지 종류의 스캔라인들(SCL_TX1, SCL_TX2, SCL_RX)이 픽셀 열마다 대응되어 배치될 수 있다. 경우에 따라, 3가지 종류의 스캔라인들(SCL_TX1, SCL_TX2, SCL_RX)은 픽셀 행마다 대응되어 배치될 수도 있다.
다수의 픽셀 열 중에서 구동 픽셀 열에 포함되는 픽셀들 각각에 대응되는 3가지 종류의 스캔라인들(SCL_TX1, SCL_TX2, SCL_RX) 중에서, 제1 송신 스캔라인들(SCL_TX1)에 인가되는 제1 송신 스캔신호(SC_TX1)과 제2 송신 스캔라인들(SCL_TX2)에 인가되는 제2 송신 스캔신호(SC_TX2)은, 반대 위상을 갖는 AC 신호 형태일 수 있다.
다수의 픽셀 열 중에서 센싱 픽셀 열에 포함되는 픽셀들 각각에 대응되는 3가지 종류의 스캔라인들(SCL_TX1, SCL_TX2, SCL_RX) 중에서, 1 송신 스캔라인들(SCL_TX1)에 인가되는 제1 송신 스캔신호(SC_TX1)과 제2 송신 스캔라인들(SCL_TX2)에 인가되는 제2 송신 스캔신호(SC_TX2)은, 일정한 전압 레벨(턴-오프 전압 레벨)의 DC 전압이다.
도 16을 참조하면, 구동라인(DRL)에 공급되는 제1 구동전압(VDD)은 DC 전압일 수 있다. 구동라인(DRL)에 공급되는 제1 구동전압(VDD)은 제2 구동전극(DE2)에 인가되는 DC 전압인 바이어스 전압(GB)과 다른 전압 값일 수 있다.
구동라인(DRL)에 공급되는 제1 구동전압(VDD)과 제2 구동전극(DE2)에 인가되는 바이어스 전압(GB) 간의 전압 차이(ΔV=VDD-GB)는, 트랜스듀서(DRDS)의 압전물질층(PIEZO)을 진동시킬 수 있고, 이를 통해, 초음파가 압전물질층(PIEZO)에서 발생할 수 있도록 설정되어야 한다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치(100)의 픽셀(PXL)이 도 14 또는 도 15의 픽셀구조들을 갖는 경우, 제1 기간(t=T1)과 제2 기간(t=T2) 동안 제1 내지 제3 픽셀(PXL1~PXL3)의 스캐닝과 구동 타이밍도이다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 제1 내지 제3 픽셀(PXL1, PXL2, PXL3)은 순차적으로 인접하게 배치된다.
도 17 및 도 18는 스캐닝 방향이 멀티플렉서(MUX)에서 멀어지는 방향인 것을 예로 든 것이다. 이에 따라, 제1 내지 제3 픽셀(PXL1, PXL2, PXL3) 중에서, 제1 픽셀(PXL1)이 멀티플렉서(MUX)와 가장 가깝게 위치하고, 제3 픽셀(PXL3)이 멀티플렉서(MUX)와 가장 멀게 위치할 수 있다.
만약, 스캐닝 방향이 멀티플렉서(MUX)에서 가까워지는 방향이면, 제1 픽셀(PXL1)이 멀티플렉서(MUX)와 가장 가깝게 위치하고, 제3 픽셀(PXL3)이 멀티플렉서(MUX)와 가장 멀게 위치할 수 있다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 제1 기간(t=T1) 동안, 제2 픽셀(PXL2)이 구동 픽셀(D-PXL)이고, 제1 픽셀(PXL1)이 센싱 픽셀(S-PXL)이다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 제1 기간(t=T1) 동안, 반대 위상을 갖는 AC 신호 형태인 제1 송신 스캔신호(SC_TX1)와 제2 송신 스캔신호(SC_TX2)에 의해, 제2 픽셀(PXL2)에 포함된 제1 송신 트랜지스터(TXT1)와 제2 송신 트랜지스터(TXT2)는 서로 다른 타이밍에 턴-온과 턴-오프를 반복한다.
이에 따라, 서로 다른 타이밍에 턴-온과 턴-오프를 반복하는 제1 송신 트랜지스터(TXT1)와 제2 송신 트랜지스터(TXT2)를 통해, 제2 픽셀(PXL2)에 포함된 트랜스듀서(TRDS)의 제1 구동전극(DE1)에 해당하는 구동노드(Nd)에는 서로 다른 전압 레벨의 DC 전압인 제1 구동전압(VDD)과 제2 구동전압(GB)이 번갈아 가면서 인가된다. 즉, 제1 송신 트랜지스터(TXT1)를 통해, 구동노드(Nd)에 높은 전압 레벨의 제1 구동전압(VDD)이 인가되고, 이후, 제2 송신 트랜지스터(TXT2)를 통해, 구동노드(Nd)에 낮은 전압 레벨의 제2 구동전압(GB)이 인가된다.
이러한 방식이 반복됨에 따라, 제2 픽셀(PXL2)에 포함된 트랜스듀서(TRDS)의 제1 구동전극(DE1)에 해당하는 구동노드(Nd)는, 높은 전압 레벨의 제1 구동전압(VDD)과 낮은 전압 레벨의 제2 구동전압(GB) 사이에서 반복적으로 스윙 하는 AC 전압 상태가 될 수 있다.
따라서, 제2 픽셀(PXL2)의 송신파트(TX-PART)의 구동 동작에 따라 트랜스듀서(TRDS)에서 초음파가 발생하고, 제2 픽셀(PXL2)의 송신파트(TX-PART)와 인접한 제1 픽셀(PXL1)의 트랜스듀서(TRDS)의 압전물질층(PIEZO)에서 초음파를 수신할 수 있다. 이러한 초음파에 의해 제1 픽셀(PXL1) 내 제1 구동전극(DE1)의 전압 변동이 발생한다.
이에 따라, 제1 픽셀(PXL1)의 수신파트(RX-PART)에 포함된 제1 수신 트랜지스터(RXT1)는 게이트노드가 제1 구동전극(DE1)과 전기적으로 연결되어 있기 때문에, 턴-온 될 수 있다. 또한, 제1 픽셀(PXL1)의 수신파트(RX-PART)에 포함된 제2 수신 트랜지스터(RXT2)는 수신 스캔신호(SC_RX)에 의해 턴-온 상태이다. 따라서, 센싱회로(S-CC)는 제1 픽셀(PXL1)을 센싱할 수 있게 된다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 제2 기간(t=T2) 동안, 제3 픽셀(PXL3)이 구동 픽셀(D-PXL)이고, 제2 픽셀(PXL2)이 센싱 픽셀(S-PXL)이다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 제2 기간(t=T2) 동안, 반대 위상을 갖는 AC 신호 형태인 제1 송신 스캔신호(SC_TX1)와 제2 송신 스캔신호(SC_TX2)에 의해, 제3 픽셀(PXL3)에 포함된 제1 송신 트랜지스터(TXT1)와 제2 송신 트랜지스터(TXT2)는 서로 다른 타이밍에 턴-온과 턴-오프를 반복한다.
이에 따라, 서로 다른 타이밍에 턴-온과 턴-오프를 반복하는 제1 송신 트랜지스터(TXT1)와 제2 송신 트랜지스터(TXT2)를 통해, 제3 픽셀(PXL3)에 포함된 트랜스듀서(TRDS)의 제1 구동전극(DE1)에 해당하는 구동노드(Nd)에는 서로 다른 전압 레벨의 DC 전압인 제1 구동전압(VDD)과 제2 구동전압(GB)이 번갈아 가면서 인가된다. 즉, 제1 송신 트랜지스터(TXT1)를 통해, 구동노드(Nd)에 높은 전압 레벨의 제1 구동전압(VDD)이 인가되고, 이후, 제2 송신 트랜지스터(TXT2)를 통해, 구동노드(Nd)에 낮은 전압 레벨의 제2 구동전압(GB)이 인가된다.
이러한 방식이 반복됨에 따라, 제3 픽셀(PXL3)에 포함된 트랜스듀서(TRDS)의 제1 구동전극(DE1)에 해당하는 구동노드(Nd)는, 높은 전압 레벨의 제1 구동전압(VDD)과 낮은 전압 레벨의 제2 구동전압(GB) 사이에서 반복적으로 스윙 하는 AC 전압 상태가 될 수 있다.
따라서, 제3 픽셀(PXL3)의 송신파트(TX-PART)의 구동 동작에 따라 트랜스듀서(TRDS)에서 초음파가 발생하고, 제3 픽셀(PXL3)의 송신파트(TX-PART)와 인접한 제2 픽셀(PXL2)의 트랜스듀서(TRDS)의 압전물질층(PIEZO)에서 초음파를 수신할 수 있다. 이러한 초음파에 의해 제2 픽셀(PXL2) 내 제1 구동전극(DE1)의 전압 변동이 발생한다.
이에 따라, 제2 픽셀(PXL2)의 수신파트(RX-PART)에 포함된 제1 수신 트랜지스터(RXT1)는 게이트노드가 제1 구동전극(DE1)과 전기적으로 연결되어 있기 때문에, 턴-온 될 수 있다. 또한, 제2 픽셀(PXL2)의 수신파트(RX-PART)에 포함된 제2 수신 트랜지스터(RXT2)는 수신 스캔신호(SC_RX)에 의해 턴-온 상태이다. 따라서, 센싱회로(S-CC)는 제2 픽셀(PXL2)을 센싱할 수 있게 된다.
도 19는 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치(100)의 또 다른 픽셀구조다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치(100)는, 다수의 픽셀(PXL)을 포함하는 센싱패널(S-PNL)과, 다수의 픽셀(PXL) 중 구동 픽셀(D-PXL)로서 선택된 하나 이상의 제1 픽셀(PXL1)을 구동하고, 다수의 픽셀(PXL) 중 하나 이상의 제1 픽셀(PXL1)과 인접하며 센싱 픽셀(S-PXL)에 해당하는 하나 이상의 제2 픽셀(PXL2)로부터 센싱신호를 검출하는 센싱회로(S-CC) 등을 포함할 수 있다.
다수의 픽셀(PXL) 각각은 트랜스듀서(TRDS), 송신파트(TX_PART) 및 수신파트(RX_PART) 등을 포함할 수 있다.
트랜스듀서(TRDS)는 제1 구동전극(DE1), 압전물질층(PIEZO) 및 제2 구동전극(DE2)을 포함할 수 있다. 여기서, 제2 구동전극(DE2)에는 제2 구동전압(GB)이 공급될 수 있다.
송신파트(TX_PART)는 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2)를 포함할 수 있다.
제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2)는 구동라인(DRL)과 제2 구동전극(DE2) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 구동라인(DRL)은 제1 구동전압(VDD)이 공급되는 라인이다.
제1 송신 트랜지스터(TXT1)는, 연결노드(Nit)와 구동라인(DRL) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 연결노드(Nit)는 제1 송신 트랜지스터(TXT1)와 제2 송신 트랜지스터(TXT2)가 전기적으로 연결된 지점(노드)이다.
제2 송신 트랜지스터(TXT2)는 연결노드(Nit)와 제2 구동전극(DE2) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 송신 트랜지스터(TXT1)의 게이트노드와 제2 송신 트랜지스터(TXT2)의 게이트노드는 공통 송신 스캔라인(SCL_TX)과 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 제1 송신 트랜지스터(TXT1)의 게이트노드와 제2 송신 트랜지스터(TXT2)의 게이트노드는 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2) 중 하나는 N 타입 트랜지스터이고 나머지 하나는 P 타입 트랜지스터일 수 있다. 따라서, 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2)는 CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor)에 해당할 수 있다.
예를 들어, 제1 송신 트랜지스터(TXT1)가 N 타입 트랜지스터이고, 제2 송신 트랜지스터(TXT2)가 P 타입 트랜지스터일 수 있다. 반대로, 제1 송신 트랜지스터(TXT1)가 P 타입 트랜지스터이고, 제2 송신 트랜지스터(TXT2)가 N 타입 트랜지스터일 수 있다.
수신파트(RX_PART)는 제1 수신 트랜지스터(RXT1) 및 제2 수신 트랜지스터(RXT2)를 포함할 수 있다.
제1 수신 트랜지스터(RXT1) 및 제2 수신 트랜지스터(RXT2)는 리드아웃 라인(RL)과 전원전압(VCC)이 공급되는 전원라인(VL) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 수신 트랜지스터(RXT1)는, 중간노드(Ni)와 전원라인(VL) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 중간노드(Ni)는 제1 수신 트랜지스터(RXT1) 및 제2 수신 트랜지스터(RXT2)가 연결될 수 있다.
제2 수신 트랜지스터(RXT2)는 수신 스캔신호(SC_RX)에 따라 제어되고, 중간노드(Ni)와 리드아웃 라인(RL) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 도 19의 픽셀구조에 따르면, 각 픽셀(PXL)은, 드제어신호(CTS)에 의해 온-오프가 제어되고, 연결노드(Nit)와 제1 구동전극(DE1) 사이에 전기적으로 연결된 모드제어 트랜지스터(CT)를 더 포함할 수 있다.
모드제어신호(CTS)는 모드제어라인(CL)을 통해, 모드제어 트랜지스터(CT)의 게이트노드에 인가될 수 있다.
모드제어 트랜지스터(CT)는, 해당 픽셀(PXL)이 구동모드(송신모드)에서 센싱모드(수신모드)로 바뀌는 경우, 초음파에 의해 구동노드(Nd)의 전압 변동이 발생할 수 있도록, 구동노드(Nd)를 전기적으로 플로팅(Floating) 시켜준다.
이에 따라, 해당 픽셀(PXL)이 센싱 모드로 동작할 때, 해당 픽셀(PXL)에 포함된 트랜스듀서(TRDS)의 압전물질층(PIEZO)의 진동에 의해 제1 구동전극(DE1)에서 전압 변동이 발생할 수 있게 됨으로써, 정상적인 센싱 결과가 얻어질 수 있다. 즉, 모드제어 트랜지스터(CT)로 인해서, 해당 픽셀(PXL)이 센싱 픽셀(S-PXL)로 정상 동작 할 수 있다.
제1 픽셀(PXL1)이 구동 픽셀(D-PXL)로서 구동되는 기간 동안, 제1 픽셀(PXL1)에 포함된 제2 수신 트랜지스터(RXT2)는 턴-오프 상태일 수 있다.
제1 픽셀(PXL1)이 구동되는 기간 동안, 제1 픽셀(PXL1)에서, 공통 송신 스캔라인(SCL_TX)을 통해 인가되는 공통 송신 스캔신호(SC_TX)는 전압 레벨이 변하는 AC 신호이고, 모드제어 트랜지스터(CT)는 턴-온 상태일 수 있다.
제1 픽셀(PXL1)이 구동 픽셀(D-PXL)로서 구동되는 기간 동안, 센싱 픽셀(S-PXL)에 해당하는 제2 픽셀(PXL2)에서, 제2 수신 트랜지스터(RXT2)는 턴-온 상태이고, 제2 픽셀(PXL2)에서 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2) 중 하나는 턴-온 상태일 수 있다. 제2 픽셀(PXL2)에서 모드제어 트랜지스터(CT)는 턴-오프 상태일 수 있다.
한편, 제1 픽셀(PXL1)이 구동 픽셀(D-PXL)로서 구동되는 기간의 이전 또는 이후에, 즉, 제1 픽셀(PXL1)이 구동 픽셀(D-PXL)로서 구동되는 기간이 종료된 이후, 제1 픽셀(PXL1)이 센싱 픽셀(S-PXL)로 센싱 되는 기간이 진행될 때에는, 제1 픽셀(PXL1)에서, 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2) 중 하나는 턴-온 상태를 유지한다.
다시 말해, 제1 픽셀(PXL1)에 포함되는 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2)는 서로 다른 타입의 트랜지스터이고, 제1 픽셀(PXL1)이 센싱 픽셀(S-PXL)로 동작하는 기간 동안 제1 픽셀(PXL1)에 포함되는 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2)는 일정 전압 레벨의 공통 스캔신호(SC_TX)가 게이트노드에 인가되기 때문에, 제1 픽셀(PXL1)이 센싱 픽셀(S-PXL)로 동작하는 기간 동안, 제1 픽셀(PXL1)에 포함되는 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2) 중 하나는 턴-온 상태이다. 이에 따라, 제1 구동전압(VDD) 및 제2 구동전압(GB) 중 하나(DC 전압)는 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2) 간의 연결노드(Nit)에 인가될 수 있다.
따라서, 제1 픽셀(PXL1)이 센싱 픽셀(S-PXL)로 동작하는 기간 동안, 제1 픽셀(PXL1)에 포함된 트랜스듀서(TRDS)의 압전물질층(PIEZO)의 진동에 의해 제1 구동전극(DE1)에 대응되는 구동노드(Nd)에서 전압 변동이 발생할 수 있도록, 연결노드(Nit)에 인가된 DC 전압(VDD 또는 GB)이 구동노드(Nd)에 인가되지 않도록 해주어야 한다.
따라서, 즉, 제1 픽셀(PXL1)이 구동 픽셀(D-PXL)로서 구동되는 기간이 종료된 이전 또는 이후, 제1 픽셀(PXL1)이 센싱 픽셀(S-PXL)로 동작하는 기간 동안, 모드제어 트랜지스터(CT)는 턴-오프 상태를 유지할 수 있다.
한편, 구동라인(DRL)에 공급되는 제1 구동전압(VDD)은 DC 전압일 수 있다.
도 2의 픽셀구조에서 구동라인(DRL)에는 AC 신호 형태의 구동신호(DS)가 공급되지만, 도 14 및 도 15의 픽셀구조에서 구동라인(DRL)에는 DC 전압 형태의 제1 구동전압(VDD)이 공급된다.
제2 구동전극(DE2)에 인가되는 제2 구동전압(GB)도 DC 전압일 수 있다.
제1 구동전압(VDD) 및 제2 구동전압(GB)은 서로 다른 레벨의 DC 전압일 수 있다.
제1 픽셀(PXL1)이 구동되는 기간 동안, 제1 픽셀(PXL1)에서, 제1 송신 트랜지스터(TXT1)는 온-오프를 반복하고, 제2 송신 트랜지스터(TXT2) 또한 온-오프를 반복한다.
다만, 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2)는 서로 다른 타이밍에 턴-온 되고 턴-오프 된다. 즉, 제2 송신 트랜지스터(TXT2)는 제1 송신 트랜지스터(TXT1)의 온-오프와 반대로 온-오프를 반복할 수 있다.
또 다시 말해, 제1 송신 트랜지스터(TXT1)가 턴-온 되면 제2 송신 트랜지스터(TXT2)는 턴-오프 되고, 제1 송신 트랜지스터(TXT1)가 턴-오프 되면 제2 송신 트랜지스터(TXT2)는 턴-온 된다.
따라서, 제1 픽셀(PXL1)이 구동되는 기간 동안, 제1 픽셀(PXL1)에서, 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2) 각각의 게이트노드는 공통 송신 스캔라인(SCL_TX)을 통해 전압 레벨이 변하는 AC 신호 형태의 공통 송신 스캔신호(SC_TX)를 공급받지만, 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2)의 타입이 서로 다르기 때문에, 도 14 및 도 15의 픽셀구조와 유사한 구동환경이 제공될 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 구동전압(VDD)와 제2 구동전압(GB) 모두가 DC 전압 형태이더라도, 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2)가 서로 다른 타이밍에 온-오프 됨으로써, 제1 픽셀(PXL1)이 구동되는 기간 동안, 제1 픽셀(PXL1)에 포함된 트랜스듀서(TRDS)의 제1 구동전극(DE1)의 전압 레벨은, 제1 구동전압(VDD)과 제2 구동전압(GB) 사이에서 스윙 할 수 있다.
한편, 제1 픽셀(PXL1)이 구동되는 기간 동안, 제1 픽셀(PXL1)에 포함된 트랜스듀서(TRDS)의 제1 구동전극(DE1)의 전압 레벨 스윙 속도는, 제1 픽셀(PXL1)에 포함된 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2)가 교번하면서 턴-온 되는 속도와 대응될 수 있다.
또한, DC 전압에 해당하는 제1 구동전압(VDD)와 제2 구동전압(GB)는 △V만큼의 전압 차이를 갖는다. 따라서, 제1 픽셀(PXL1)이 구동되는 기간 동안, 제1 픽셀(PXL1)에 포함된 트랜스듀서(TRDS)의 제1 구동전극(DE1)의 전압 레벨의 스윙 폭(변동폭)은 △V가 된다.
제1 픽셀(PXL1)에 포함된 트랜스듀서(TRDS)의 제1 구동전극(DE1)의 전압 레벨의 스윙 폭(변동폭)이 도 2의 픽셀구조에서 구동라인(DRL)에 공급되는 AC 신호 형태의 구동신호(DS)의 진폭(△V)과 동일해지도록, DC 전압에 해당하는 제1 구동전압(VDD)와 제2 구동전압(GB) 각각의 값이 설정될 수 있다.
이와 함께, 도 2의 픽셀구조에서 구동라인(DRL)에 공급되는 AC 신호 형태의 구동신호(DS)의 주파수와 대응되도록, 제1 픽셀(PXL1)에 포함된 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2)의 교번하는 턴-온 속도가 설정될 수 있다.
즉, 도 2의 픽셀구조에서 구동라인(DRL)에 공급되는 AC 신호 형태의 구동신호(DS)의 주파수와 대응되도록, 제1 픽셀(PXL1)에 포함된 제1 송신 트랜지스터(TXT1)의 제1 송신 스캔신호(SC_TX1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2)의 제2 송신 스캔신호(SC_TX2) 각각의 주파수가 설정될 수 있다.
전술한 바에 따르면, 도 19의 픽셀구조에서는 구동라인(DRL)에 DC 전압 형태의 제1 구동전압(VDD)이 공급되지만, 도 2의 픽셀구조에서 구동라인(DRL)에 AC 신호 형태의 구동신호(DS)가 공급되는 것과 동일한 구동환경을 만들어줄 수 있다.
전술한 바에 따르면, DC 전압 형태의 제1 구동전압(VDD)을 이용하기 때문에, 도 2의 픽셀구조에 비해, 소비전력을 상당히 줄여줄 수 있고, 신호 지연의 발생도 차단할 수 있고, 대면적 센서를 구현하기가 더욱더 용이해질 수 있다.
도 20은 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치(100)의 픽셀(PXL)이 도 19의 픽셀구조를 갖는 경우, 센싱장치(100)의 신호 시스템을 나타낸 도면이다.
도 20을 참조하면, 픽셀(PXL)이 도 19의 픽셀구조를 갖는 경우, 센싱장치(100)의 신호 시스템은, 도 2의 픽셀구조를 위한 도 3의 신호 시스템과 기본적으로 동일하다. 이에, 도 3의 신호 시스템과 차이가 나는 부분을 위주로 설명한다.
도 20을 참조하면, 센싱패널(S-PNL)에는, 3가지 종류의 스캔라인들(SCL_TX, SCL_RX, CL)이 픽셀 열마다 대응되어 배치될 수 있다. 경우에 따라, 3가지 종류의 스캔라인들(SCL_TX, SCL_RX, CL)은 픽셀 행마다 대응되어 배치될 수도 있다.
다수의 픽셀 열 중에서 구동 픽셀 열에 포함되는 픽셀들 각각에 대응되는 3가지 종류의 스캔라인들(SCL_TX, SCL_RX, CL) 중에서, 공통 송신 스캔라인들(SCL_TX)에 인가되는 공통 송신 스캔신호(SC_TX)는 AC 신호 형태일 수 있다.
또한, 다수의 픽셀 열 중에서 구동 픽셀 열에 포함되는 픽셀들 각각에 대응되는 3가지 종류의 스캔라인들(SCL_TX, SCL_RX, CL) 중에서, 모드제어라인(CL)에 인가되는 모드제어신호(CTS)는 모드제어 트랜지스터(CT)의 게이트노드에 인가되어 모드제어 트랜지스터(CT)를 턴-온 시킬 수 있는 전압일 수 있다. 이러한 모드제어 트랜지스터(CT)의 턴-온에 의해, 구동노드(Nd)는 연결노드(Nit)와 전기적으로 연결될 수 있다.
다수의 픽셀 열 중에서 센싱 픽셀 열에 포함되는 픽셀들 각각에 대응되는 3가지 종류의 스캔라인들(SCL_TX, SCL_RX, CL) 중에서 공통 송신 스캔라인들(SCL_TX)에 인가되는 공통 송신 스캔신호(SC_RX)는 일정한 전압 레벨의 DC 전압이다.
여기서, 일정한 전압 레벨의 DC 전압은 N 타입 트랜지스터의 게이트노드에 인가되어 N 타입 트랜지스터를 턴-오프 시킬 수 있는 전압이거나, 또는, P 타입 트랜지스터의 게이트노드에 인가되어 P 타입 트랜지스터를 턴-오프 시킬 수 있는 전압일 수 있다.
또한, 다수의 픽셀 열 중에서 센싱 픽셀 열에 포함되는 픽셀들 각각에 대응되는 3가지 종류의 스캔라인들(SCL_TX, SCL_RX, CL) 중에서, 모드제어라인(CL)에 인가되는 모드제어신호(CTS)는 모드제어 트랜지스터(CT)의 게이트노드에 인가되어 모드제어 트랜지스터(CT)를 턴-오프 시킬 수 있는 전압일 수 있다. 이러한 모드제어 트랜지스터(CT)의 턴-오프에 의해, 구동노드(Nd)는 연결노드(Nit)와 전기적으로 분리되어, 전기적으로 플로팅 상태가 될 수 있다.
구동라인(DRL)에 공급되는 제1 구동전압(VDD)은 DC 전압일 수 있다. 구동라인(DRL)에 공급되는 제1 구동전압(VDD)은 제2 구동전극(DE2)에 인가되는 DC 전압인 바이어스 전압(GB)과 다른 전압 값일 수 있다.
구동라인(DRL)에 공급되는 제1 구동전압(VDD)과 제2 구동전극(DE2)에 인가되는 바이어스 전압(GB) 간의 전압 차이(ΔV=VDD-GB)는, 트랜스듀서(DRDS)의 압전물질층(PIEZO)을 진동시킬 수 있고, 이를 통해, 초음파가 압전물질층(PIEZO)에서 발생할 수 있도록 설정되어야 한다.
도 21 및 도 22는 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치(100)의 픽셀(PXL)이 도 19의 픽셀구조를 갖는 경우, 제1 기간(T1)과 제2 기간(T2) 동안 제1 내지 제3 픽셀(PXL1~PXL3)의 스캐닝과 구동 타이밍도이다.
도 21 및 도 22를 참조하면, 제1 내지 제3 픽셀(PXL1, PXL2, PXL3)은 순차적으로 인접하게 배치된다.
도 21 및 도 22는 스캐닝 방향이 멀티플렉서(MUX)에서 멀어지는 방향인 것을 예로 든 것이다. 이에 따라, 제1 내지 제3 픽셀(PXL1, PXL2, PXL3) 중에서, 제1 픽셀(PXL1)이 멀티플렉서(MUX)와 가장 가깝게 위치하고, 제3 픽셀(PXL3)이 멀티플렉서(MUX)와 가장 멀게 위치할 수 있다.
만약, 스캐닝 방향이 멀티플렉서(MUX)에서 가까워지는 방향이면, 제1 픽셀(PXL1)이 멀티플렉서(MUX)와 가장 가깝게 위치하고, 제3 픽셀(PXL3)이 멀티플렉서(MUX)와 가장 멀게 위치할 수 있다.
도 21 및 도 22를 참조하면, 제1 기간(t=T1) 동안, 제2 픽셀(PXL2)이 구동 픽셀(D-PXL)이고, 제1 픽셀(PXL1)이 센싱 픽셀(S-PXL)이다.
도 21 및 도 22를 참조하면, 제1 기간(t=T1) 동안, 제2 픽셀(PXL2)에 포함되며 서로 다른 타입(N 타입, P 타입)인 제1 송신 트랜지스터(TXT1)와 제2 송신 트랜지스터(TXT2)는, AC 신호 형태인 공통 송신 스캔신호(SC_TX)를 게이트노드로 공통으로 인가 받는다.
따라서, 제1 기간(t=T1) 동안, 구동 픽셀(D-PXL)로 동작하는 제2 픽셀(PXL2)에 포함된 제1 송신 트랜지스터(TXT1)와 제2 송신 트랜지스터(TXT2)는 서로 다른 타이밍에 턴-온과 턴-오프를 반복한다. 그리고, 제1 기간(t=T1) 동안, 구동 픽셀(D-PXL)로 동작하는 제2 픽셀(PXL2)에 포함된 모드제어 트랜지스터(CT)는 모드제어신호(CTS)에 의해 턴-온 상태이다.
따라서, 서로 다른 타이밍에 턴-온과 턴-오프를 반복하는 제1 송신 트랜지스터(TXT1)와 제2 송신 트랜지스터(TXT2)를 통해, 제2 픽셀(PXL2)에 포함된 트랜스듀서(TRDS)의 제1 구동전극(DE1)에 해당하는 구동노드(Nd)에는, 서로 다른 전압 레벨의 DC 전압인 제1 구동전압(VDD)과 제2 구동전압(GB)이 번갈아 가면서 인가된다. 즉, 제1 송신 트랜지스터(TXT1)를 통해, 구동노드(Nd)에 높은 전압 레벨의 제1 구동전압(VDD)이 인가되고, 이후, 제2 송신 트랜지스터(TXT2)를 통해, 구동노드(Nd)에 낮은 전압 레벨의 제2 구동전압(GB)이 인가된다.
이러한 방식이 반복됨에 따라, 제2 픽셀(PXL2)에 포함된 트랜스듀서(TRDS)의 제1 구동전극(DE1)에 해당하는 구동노드(Nd)는, 높은 전압 레벨의 제1 구동전압(VDD)과 낮은 전압 레벨의 제2 구동전압(GB) 사이에서 반복적으로 스윙 하는 AC 전압 상태가 될 수 있다.
따라서, 제2 픽셀(PXL2)의 송신파트(TX-PART)의 구동 동작에 따라 트랜스듀서(TRDS)에서 초음파가 발생하고, 제2 픽셀(PXL2)의 송신파트(TX-PART)와 인접한 제1 픽셀(PXL1)의 트랜스듀서(TRDS)의 압전물질층(PIEZO)에서 초음파를 수신할 수 있다.
이때, 초음파에 의한 압전물질층(PIEZO)의 진동에 따라, 제1 픽셀(PXL1)의 트랜스듀서(TRDS)의 트랜스듀서(TRDS)의 제1 구동전극(DE1)의 전압이 변동될 수 있도록, 제1 픽셀(PXL1)의 모드제어 트랜지스터(CT)는 모드제어신호(CTS)에 의해 턴-오프 된다.
제1 픽셀(PXL1)의 수신파트(RX-PART)에 포함된 제1 수신 트랜지스터(RXT1)의 게이트노드가 초음파에 의해 전압 변동이 생긴 제1 구동전극(DE1)과 전기적으로 연결되어 있기 때문에, 제1 픽셀(PXL1)의 수신파트(RX-PART)에 포함된 제1 수신 트랜지스터(RXT1)는 턴-온 될 수 있다. 또한, 제1 픽셀(PXL1)의 수신파트(RX-PART)에 포함된 제2 수신 트랜지스터(RXT2)는 수신 스캔신호(SC_RX)에 의해 턴-온 상태이다. 따라서, 센싱회로(S-CC)는 제1 픽셀(PXL1)과 대응된 리드아웃 라인(RL)을 통해 신호 겸출을 할 수 있게 된다.
도 21 및 도 22를 참조하면, 제2 기간(t=T2) 동안, 제3 픽셀(PXL3)이 구동 픽셀(D-PXL)이고, 제2 픽셀(PXL2)이 센싱 픽셀(S-PXL)이다.
도 21 및 도 22를 참조하면, 제2 기간(t=T2) 동안, 제3 픽셀(PXL3)에 포함되며 서로 다른 타입(N 타입, P 타입)인 제1 송신 트랜지스터(TXT1)와 제2 송신 트랜지스터(TXT2)는, AC 신호 형태인 공통 송신 스캔신호(SC_TX)를 게이트노드로 공통으로 인가 받는다.
따라서, 제2 기간(t=T2) 동안, 구동 픽셀(D-PXL)로 동작하는 제3 픽셀(PXL3)에 포함된 제1 송신 트랜지스터(TXT1)와 제2 송신 트랜지스터(TXT2)는 서로 다른 타이밍에 턴-온과 턴-오프를 반복한다. 그리고, 제2 기간(t=T2) 동안, 구동 픽셀(D-PXL)로 동작하는 제3 픽셀(PXL3)에 포함된 모드제어 트랜지스터(CT)는 모드제어신호(CTS)에 의해 턴-온 상태이다.
따라서, 서로 다른 타이밍에 턴-온과 턴-오프를 반복하는 제1 송신 트랜지스터(TXT1)와 제2 송신 트랜지스터(TXT2)를 통해, 제3 픽셀(PXL3)에 포함된 트랜스듀서(TRDS)의 제1 구동전극(DE1)에 해당하는 구동노드(Nd)에는, 서로 다른 전압 레벨의 DC 전압인 제1 구동전압(VDD)과 제2 구동전압(GB)이 번갈아 가면서 인가된다. 즉, 제1 송신 트랜지스터(TXT1)를 통해, 구동노드(Nd)에 높은 전압 레벨의 제1 구동전압(VDD)이 인가되고, 이후, 제2 송신 트랜지스터(TXT2)를 통해, 구동노드(Nd)에 낮은 전압 레벨의 제2 구동전압(GB)이 인가된다.
이러한 방식이 반복됨에 따라, 제3 픽셀(PXL3)에 포함된 트랜스듀서(TRDS)의 제1 구동전극(DE1)에 해당하는 구동노드(Nd)는, 높은 전압 레벨의 제1 구동전압(VDD)과 낮은 전압 레벨의 제2 구동전압(GB) 사이에서 반복적으로 스윙 하는 AC 전압 상태가 될 수 있다.
따라서, 제3 픽셀(PXL3)의 송신파트(TX-PART)의 구동 동작에 따라 트랜스듀서(TRDS)에서 초음파가 발생하고, 제3 픽셀(PXL3)의 송신파트(TX-PART)와 인접한 제2 픽셀(PXL2)의 트랜스듀서(TRDS)의 압전물질층(PIEZO)에서 초음파를 수신할 수 있다.
이때, 초음파에 의한 압전물질층(PIEZO)의 진동에 따라, 제2 픽셀(PXL2)의 트랜스듀서(TRDS)의 트랜스듀서(TRDS)의 제1 구동전극(DE1)의 전압이 변동될 수 있도록, 제1 픽셀(PXL1)의 모드제어 트랜지스터(CT)는 모드제어신호(CTS)에 의해 턴-오프 된다.
제2 픽셀(PXL2)의 수신파트(RX-PART)에 포함된 제1 수신 트랜지스터(RXT1)의 게이트노드가 초음파에 의해 전압 변동이 생긴 제1 구동전극(DE1)과 전기적으로 연결되어 있기 때문에, 제1 픽셀(PXL1)의 수신파트(RX-PART)에 포함된 제1 수신 트랜지스터(RXT1)는 턴-온 될 수 있다. 또한, 제2 픽셀(PXL2)의 수신파트(RX-PART)에 포함된 제2 수신 트랜지스터(RXT2)는 수신 스캔신호(SC_RX)에 의해 턴-온 상태이다. 따라서, 센싱회로(S-CC)는 제2 픽셀(PXL2)과 대응된 리드아웃 라인(RL)을 통해 신호 겸출을 할 수 있게 된다.
도 23은 본 발명의 실시에들에 따른 센싱장치(100)의 픽셀(PXL)이 도 14, 도 15 및 도 19의 픽셀구조와 같이 송신파트(TX_PART)에 2개의 트랜지스터(TXT1, TXT2)를 포함하는 경우, 트랜스듀서(TRDS)의 제1 구동전극(DE1)에 형성되는 전압 상태를 나타낸 도면이다.
도 23을 참조하면, 픽셀(PXL)이 도 14, 도 15 및 도 19의 픽셀구조와 같이 송신파트(TX_PART)에 2개의 트랜지스터(TXT1, TXT2)를 포함하는 경우, 트랜스듀서(TRDS)의 제1 구동전극(DE1)은, 서로 DC 전압들인 제1 구동전압(VDD)과 제2 구동전압(GB)이 교번되면서 인가됨으로써, 소정의 전압 차이(ΔV=VDD-GB)를 갖는 제1 구동전압(VDD)과 제2 구동전압(GB) 사이에서 스윙 하는 전압 상태를 갖는다.
이와 같이, 제1 구동전극(DE1)에서 만들어지는 전압 상태는, 도 2의 픽셀구조에서 구동라인(DRL)에서 제1 구동전극(DE1)으로 인가되는 구동신호(DS)와 진폭(ΔV), 주파수 및 위상 등에서 대응될 수 있다.
도 24는 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치(100)의 구현 예시도이다.
도 24를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 센싱장치(100)센싱장치(100)는, 센싱패널(S-PNL) 및 센싱회로(S-CC)를 포함할 수 있다.
센싱패널(S-PNL)은, 도 2, 도 14, 도 15 및 도 16의 픽셀(PXL)에 포함되는 트랜지스터들이 배치되는 박막 트랜지스터 기판(TFT(Thin Film Transistor)Substrate, 2410)과, 박막 트랜지스터 기판(2410)의 하부에 위치하는 압전물질층(PIEZO)과, 그 아래에 위치하는 제2 구동전극(DE2)을 포함할 수 있다.
박막 트랜지스터 기판(2410)은 각 픽셀(PXL)에 포함되는 제1 구동전극(DE1)을 포함할 수 있다.
제2 구동전극(DE2)은, 일 예로, 은 잉크를 코팅하는 방식을 통해 배치될 수 있으며, 경우에 따라, 압전물질층(PIEZO)의 전체를 덮는 형태로 배치되거나, 일정한 패턴으로 배치될 수도 있다.
센싱패널(S-PNL)은, 접착층(2450)을 통해 제2 구동전극(DE2)의 하부에 접착되는 반사층(2440)을 더 포함할 수 있다. 반사층(2440)은, 일 예로, 구리 등의 금속으로 구성될 수 있으며, 지문에서 반사되어 돌아오는 초음파를 박막 트랜지스터 기판(2410)으로 반사시켜주는 기능을 할 수 있다.
센싱패널(S-PNL)은 반사층(2440)의 아래에 위치하는 보호층(2430)을 더 포함할 수 있다. 반사층(2440)은, 일 예로, 폴리이미드(PI: Polyimid)로 구성될 수 있다. 보호층(2430)은 센싱패널(S-PNL)의 픽셀들(PXL)과 반사층(2440) 등을 캡핑하여 보호해줄 수 있다.
픽셀들(PXL)을 구동하고 센싱하기 위한 각종 신호 및 전압은 센싱회로(S-CC)로부터 공급될 수 있다.
센싱패널(S-PNL)과 센싱회로(S-CC) 각각의 패드부(2420)는 FPC (Flexible Printed Circuit) 등에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
도 25는 본 발명의 싫시예들에 따른 디스플레이 장치의 시스템 구성도이다. 도 26 및 도 27은 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치에서, 디스플레이 패널(D-PNL)의 외부 및 내부에 포함된 센싱패널(S-PNL)을 나타낸 도면들이다.
도 25를 참조하면, 본 발명의 싫시예들에 따른 디스플레이 장치는, 디스플레이 패널(D-PNL), 디스플레이 구동 회로(DDR, GDR, CTR), 센싱패널(S-PNL) 및 센싱회로(S-CC)를 포함할 수 있다.
디스플레이 패널(D-PNL)은 영상 표시를 위한 패널로서 다수의 데이터 라인(DL)과 다수의 게이트 라인(GL)이 배치되고, 다수의 서브픽셀(SP)이 배열될 수 있다.
디스플레이 패널(D-PNL)은 LCD (Liquid Crystal Display) 패널, OLED (Organic Light Emitting Diode) 패널 등 다양한 타입의 패널일 수 있다.
디스플레이 패널(D-PNL)에 배치되는 신호배선들의 종류는, 서브픽셀 구조, 패널 타입(예: LCD 패널, OLED 패널 등) 등에 따라 달라질 수 있다. 그리고, 본 명세서에서는 신호배선은 신호가 인가되는 전극을 포함하는 개념일 수도 있다.
디스플레이 패널(D-PNL)은 화상(영상)이 표시되는 액티브 영역과, 그 외곽 영역이고 화상이 표시되지 않는 넌-액티브 영역을 포함할 수 있다.
액티브 영역에는 화상 표시를 위한 다수의 서브픽셀(SP)이 배치된다.
넌-액티브 영역에는 데이터 드라이버(DDR)가 전기적으로 연결되기 위한 패드부가 배치되고, 이러한 패드부와 다수의 데이터 라인(DL) 간의 연결을 위한 다수의 데이터 링크 라인이 배치될 수도 있다. 여기서, 다수의 데이터 링크 라인은 다수의 데이터 라인(DL)이 넌-액티브 영역으로 연장된 부분들이거나, 다수의 데이터 라인(DL)과 전기적으로 연결된 별도의 패턴들일 수 있다.
또한, 넌-액티브 영역에는 데이터 드라이버(DDR)가 전기적으로 연결되는 패드 부를 통해 게이트 드라이버(GDR)로 게이트 구동에 필요한 전압(신호)을 전달해주기 위한 게이트 구동 관련 배선들이 배치될 수 있다. 예를 들어, 게이트 구동 관련 배선들은, 클럭 신호를 전달해주기 위한 클럭 배선들, 게이트 전압(VGH, VGL)을 전달해주는 게이트 전압 배선들, 스캔신호 생성에 필요한 각종 제어신호를 전달해주는 게이트 구동 제어 신호배선들 등을 포함할 수 있다. 이러한 게이트 구동 관련 배선들은, 액티브 영역(A/A)에 배치되는 게이트 라인들(GL)과 다르게, 넌-액티브 영역에 배치된다.
디스플레이 구동 회로(DDR, GDR, CTR)는 디스플레이 패널(D-PNL)을 구동하기 위한 회로로서, 다수의 데이터 라인(DL)을 구동하기 위한 데이터 드라이버(DDR)와, 다수의 게이트 라인(GL)을 구동하기 위한 게이트 드라이버(GDR)와, 데이터 드라이버(DDR) 및 게이트 드라이버(GDR)를 제어하는 컨트롤러(CTR) 등을 포함할 수 있다.
데이터 드라이버(DDR)는 다수의 데이터 라인(DL)으로 데이터 전압을 출력함으로써 다수의 데이터 라인(DL)을 구동할 수 있다.
게이트 드라이버(GDR)는 다수의 게이트 라인(GL)으로 스캔신호를 출력함으로써 다수의 게이트 라인(GL)을 구동할 수 있다.
컨트롤러(CTR)는, 데이터 드라이버(DDR) 및 게이트 드라이버(GDR)의 구동 동작에 필요한 각종 제어신호(DCS, GCS)를 공급하여 데이터 드라이버(DDR) 및 게이트 드라이버(GDR)의 구동 동작을 제어할 수 있다. 또한, 컨트롤러(CTR)는 데이터 드라이버(DDR)로 영상데이터(DATA)를 공급할 수 있다.
컨트롤러(CTR)는, 각 프레임에서 구현하는 타이밍에 따라 스캔을 시작하고, 외부에서 입력되는 입력 영상데이터를 데이터 드라이버(DDR)에서 사용하는 데이터 신호 형식에 맞게 전환하여 전환된 영상데이터(DATA)를 출력하고, 스캔에 맞춰 적당한 시간에 데이터 구동을 통제한다.
컨트롤러(CTR)는, 데이터 드라이버(DDR) 및 게이트 드라이버(GDR)를 제어하기 위하여 각종 제어 신호들(DCS, GCS)을 생성하여 데이터 드라이버(DDR) 및 게이트 드라이버(GDR)로 출력한다.
예를 들어, 컨트롤러(CTR)는, 게이트 드라이버(GDR)를 제어하기 위하여, 게이트 스타트 펄스(GSP: Gate Start Pulse), 게이트 쉬프트 클럭(GSC: Gate Shift Clock), 게이트 출력 인에이블 신호(GOE: Gate Output Enable) 등을 포함하는 각종 게이트 제어 신호(GCS: Gate Control Signal)를 출력한다.
또한, 컨트롤러(CTR)는, 데이터 드라이버(DDR)를 제어하기 위하여, 소스 스타트 펄스(SSP: Source Start Pulse), 소스 샘플링 클럭(SSC: Source Sampling Clock), 소스 출력 인에이블 신호(SOE: Source Output Enable) 등을 포함하는 각종 데이터 제어 신호(DCS: Data Control Signal)를 출력한다.
컨트롤러(CTR)는, 통상의 디스플레이 기술에서 이용되는 타이밍 컨트롤러(Timing Controller)이거나, 타이밍 컨트롤러(Timing Controller)를 포함하여 다른 제어 기능도 더 수행할 수 있는 제어장치일 수 있다.
컨트롤러(CTR)는, 데이터 드라이버(DDR)와 별도의 부품으로 구현될 수도 있고, 데이터 드라이버(DDR)와 함께 통합되어 집적회로로 구현될 수 있다.
데이터 드라이버(DDR)는, 컨트롤러(CTR)로부터 영상데이터(DATA)를 입력 받아 다수의 데이터 라인(DL)로 데이터 전압을 공급함으로써, 다수의 데이터 라인(DL)을 구동한다. 여기서, 데이터 드라이버(DDR)는 소스 드라이버라고도 한다.
데이터 드라이버(DDR)는 다양한 인터페이스를 통해 컨트롤러(CTR)와 각종 신호를 주고받을 수 있다.
게이트 드라이버(GDR)는, 다수의 게이트 라인(GL)로 스캔신호를 순차적으로 공급함으로써, 다수의 게이트 라인(GL)을 순차적으로 구동한다. 여기서, 게이트 드라이버(GDR)는 스캔 드라이버라고도 한다.
게이트 드라이버(GDR)는, 컨트롤러(CTR)의 제어에 따라, 온(On) 전압 또는 오프(Off) 전압의 스캔신호를 다수의 게이트 라인(GL)로 순차적으로 공급한다.
데이터 드라이버(DDR)는, 게이트 드라이버(GDR)에 의해 특정 게이트 라인이 열리면, 컨트롤러(CTR)로부터 수신한 영상데이터(DATA)를 아날로그 형태의 데이터 전압으로 변환하여 다수의 데이터 라인(DL)로 공급한다.
데이터 드라이버(DDR)는, 디스플레이 패널(D-PNL)의 일 측(예: 상측 또는 하측)에만 위치할 수도 있고, 경우에 따라서는, 구동 방식, 패널 설계 방식 등에 따라 디스플레이 패널(D-PNL)의 양측(예: 상 측과 하 측)에 모두 위치할 수도 있다.
게이트 드라이버(GDR)는, 디스플레이 패널(D-PNL)의 일 측(예: 좌측 또는 우측)에만 위치할 수도 있고, 경우에 따라서는, 구동 방식, 패널 설계 방식 등에 따라 디스플레이 패널(D-PNL)의 양측(예: 좌 측과 우 측)에 모두 위치할 수도 있다.
데이터 드라이버(DDR)는 하나 이상의 소스 드라이버 집적회로(SDIC: Source Driver Integrated Circuit)를 포함하여 구현될 수 있다.
각 소스 드라이버 집적회로(SDIC)는 시프트 레지스터(Shift Register), 래치 회로(Latch Circuit), 디지털 아날로그 컨버터(DAC: Digital to Analog Converter), 출력 버퍼(Output Buffer) 등을 포함할 수 있다. 데이터 드라이버(DDR)는, 경우에 따라서, 하나 이상의 아날로그 디지털 컨버터(ADC: Analog to Digital Converter)를 더 포함할 수 있다.
각 소스 드라이버 집적회로(SDIC)는, TAB (Tape Automated Bonding) 타입 또는 COG (Chip On Glass) 타입으로 디스플레이 패널(D-PNL)의 본딩 패드(Bonding Pad)에 연결되거나 디스플레이 패널(D-PNL) 상에 직접 배치될 수도 있다. 경우에 따라서, 각 소스 드라이버 집적회로(SDIC)는 디스플레이 패널(D-PNL)에 집적화되어 배치될 수도 있다. 또한, 각 소스 드라이버 집적회로(SDIC)는 COF (Chip On Film) 타입으로 구현될 수 있다. 이 경우, 각 소스 드라이버 집적회로(SDIC)는 회로필름 상에 실장 되어, 회로필름을 통해 디스플레이 패널(D-PNL)에서의 데이터 라인들(DL)과 전기적으로 연결될 수 있다.
게이트 드라이버(GDR)는 다수의 게이트 구동회로(GDC)를 포함할 수 있다. 여기서, 다수의 게이트 구동회로(GDC)는 다수의 게이트 라인(GL)과 각각 대응될 수 있다.
각 게이트 구동회로(GDC)는 시프트 레지스터(Shift Register), 레벨 시프터(Level Shifter) 등을 포함할 수 있다.
각 게이트 구동회로(GDC)는 TAB (Tape Automated Bonding) 타입 또는 COG (Chip On Glass) 타입으로 디스플레이 패널(D-PNL)의 본딩 패드(Bonding Pad)에 연결될 수 있다. 또한, 각 게이트 구동회로(GDC)는 COF (Chip On Film) 방식으로 구현될 수 있다. 이 경우, 각 게이트 구동회로(GDC)는 회로필름 상에 실장 되어, 회로필름을 통해 디스플레이 패널(D-PNL)에서의 게이트 라인들(GL)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 각 게이트 구동회로(GDC)는 GIP (Gate In Panel) 타입으로 구현되어 디스플레이 패널(D-PNL)에 내장될 수 있다. 즉, 각 게이트 구동회로(GDC)는 디스플레이 패널(D-PNL)에 직접 형성될 수 있다.
센싱패널(S-PNL)에는 다수의 픽셀(PXL)이 배치될 수 있다.
센싱회로(S-CC)는 센싱패널(S-PNL)을 구동하여 센싱할 수 있다.
센싱패널(S-PNL)에 배치된 다수의 픽셀(PXL) 각각은 도 2의 픽셀구조, 도 14의 픽셀구조, 도 15의 픽셀구조, 또는 도 19의 픽셀구조를 가질 수 있다.
만약, 센싱패널(S-PNL)에 배치된 다수의 픽셀(PXL) 각각이 도 14의 픽셀구조, 도 15의 픽셀구조, 또는 도 19의 픽셀구조를 가지는 경우, 다수의 픽셀(PXL) 각각은 제1 구동전극(DE1), 압전물질층(PIEZO) 및 제2 구동전극(DE2)을 포함하는 트랜스듀서(TRDS)와, 제1 구동전압(VDD)이 공급되는 구동라인(DRL)과 제2 구동전압(GB)이 공급되는 제2 구동전극(DE2) 사이에 전기적으로 연결된 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2)와, 리드아웃 라인(RL)과 전원전압(VCC)이 공급되는 전원라인(VL) 사이에 전기적으로 연결된 제1 수신 트랜지스터(RXT1) 및 제2 수신 트랜지스터(RXT2) 등을 포함할 수 있다.
제1 송신 트랜지스터(TXT1)는, 제1 송신 트랜지스터(TXT1)와 제2 송신 트랜지스터(TXT2)가 전기적으로 연결된 연결노드(Nit)와, 구동라인(DRL) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 송신 트랜지스터(TXT2)는 연결노드(Nit)와 제2 구동전극(DE2) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 수신 트랜지스터(RXT1)는, 제1 수신 트랜지스터(RXT1) 및 제2 수신 트랜지스터(RXT2)가 연결된 중간노드(Ni)와 전원라인(VL) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 수신 트랜지스터(RXT2)는, 수신 스캔신호(SC_RX)에 따라 제어되고, 중간노드(Ni)와 리드아웃 라인(RL) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 구동전압(VDD) 및 제2 구동전압(GB)은 서로 다른 레벨의 DC 전압일 수 있다.
제1 픽셀(PXL1)이 구동되는 기간 동안, 즉, 제1 픽셀(PXL1)이 구동 픽셀(D-PXL)로 동작하는 기간 동안, 제1 픽셀(PXL1)에서, 제1 송신 트랜지스터(TXT1)는 온-오프를 반복하고, 제2 송신 트랜지스터(TXT2)는 제2 송신 트랜지스터(TXT2)의 온-오프와 반대로 온-오프를 반복할 수 있다.
제1 픽셀(PXL1)이 구동되는 기간 동안, 제1 픽셀(PXL1)에서 포함된 트랜스듀서(TRDS)의 제1 구동전극(DE1)의 전압 레벨은, 제1 구동전압(VDD)과 제2 구동전압(GB) 사이에서 스윙 할 수 있다.
도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2) 모두는 N 타입 트랜지스터이거나 P 타입 트랜지스터일 수 있다.
이 경우, 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2) 각각의 게이트 노드는 서로 다른 스캔라인(SCL_TX1, SCL_TX2)에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2) 중 하나는 N 타입 트랜지스터이고 나머지 하나는 P 타입 트랜지스터일 수 있다.
이 경우, 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2) 각각의 게이트 노드는 동일한 스캔라인(SCL_TX)에 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 제1 송신 트랜지스터(TXT1)와 제2 송신 트랜지스터(TXT2)가 연결된 연결노드(Nit)와 제1 구동전극(DE1) 사이에 모드제어 트랜지스터(CT)가 전기적으로 연결될 수 있다.
모드제어 트랜지스터(CT)는, 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2)가 교번하면서 턴-온 될 때에는 턴-온 상태이고, 제1 송신 트랜지스터(TXT1) 및 제2 송신 트랜지스터(TXT2) 중 하나만 턴-온 상태를 유지할 때에는 턴-오프 상태이다.
한편, 센싱패널(S-PNL)에 대한 센싱 데이터를 토대로 디스플레이 패널(D-PNL) 상의 터치가 센싱되거나 지문 등의 생체 정보가 센싱될 수 있다.
센싱회로(S-CC)가 지문 이미지 등의 지문 센싱 결과를 획득할 수 있다. 이와 다르게, 프로세서가 센싱 회로(S-CC)에서 얻어진 센싱 데이터를 수신하고, 이를 이용하여 지문 이미지 등의 지문 센싱 결과를 획득할 수도 있다.
센싱회로(S-CC)는 디스플레이 구동회로와 별도로 구현될 수도 있고, 디스플레이 구동회로에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 센싱회로(S-CC)는 데이터 드라이버(DDR)에 포함될 수도 있다. 센싱회로(S-CC)와 데이터 드라이버(DDR)가 통합되어 하나의 구동 칩으로 구현될 수도 있다.
도 26에 도시된 바와 같이, 센싱패널(S-PNL)은 디스플레이 패널(D-PNL)의 외부에 위치할 수 있다. 예를 들어, 센싱패널(S-PNL)은 디스플레이 패널(D-PNL)의 하부에 부착될 수 있다.
센싱패널(S-PNL)은 디스플레이 패널(D-PNL)과 대응되는 크기 또는 유사한 크기를 가질 수 있다. 이와 다르게, 센싱패널(S-PNL)은 디스플레이 패널(D-PNL)보다 작은 크기를 가질 수도 있다. 센싱패널(S-PNL)은 디스플레이 패널(D-PNL)의 하부의 특정영역에만 부착될 수 있다.
도 27에 도시된 바와 같이, 센싱패널(S-PNL)은 디스플레이 패널(D-PNL)의 내부에 위치할 수 있다.
이상에서 전술한 본 발명의 실시예들에 의하면, 높은 센싱 정확도와 높은 보안성을 갖는 센싱장치(100) 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 필요에 따라 소형화가 가능한 픽셀구조(예: 도 2, 도 14, 도 15, 도 19) 또는 대면적 센싱에 더욱더 유리한 픽셀구조(예: 도 14, 도 15, 도 19)를 갖는 센싱장치(100) 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 대면적 센서 구현이 더욱 용이한 픽셀구조(예: 도 14, 도 15, 도 19)를 갖는 센싱장치(100) 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 센싱 동작 시 소비전력을 감소시켜줄 수 있는 센싱장치(100) 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 센싱 동작 시 구동을 위해 사용되는 신호의 지연에 영향을 받지 않는 센싱장치(100) 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 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 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 센싱장치, S-PNL: 센싱패널, PXL: 픽셀
S-CC: 센싱회로, TX-CC: 송신회로, RX-CC: 수신회로
TXT, TXT1, TXT2: 송신 트랜지스터, 제1 송신 트랜지스터, 제2 송신 트랜지스터
RXT1, RXT2: 제1 수신 트랜지스터, 제2 수신 트랜지스터
TRDS: 트랜스듀서, DE1: 제1 구동전극, DE2: 제2 구동전극, PIEZO: 압전물질층

Claims (23)

  1. 다수의 픽셀을 포함하는 센싱패널; 및
    상기 다수의 픽셀 중 선택된 하나 이상의 제1 픽셀을 구동하고, 상기 다수의 픽셀 중 상기 하나 이상의 제1 픽셀과 인접한 하나 이상의 제2 픽셀로부터 센싱신호를 검출하는 센싱회로를 포함하고,
    상기 다수의 픽셀 각각은,
    제1 구동전극, 압전물질층 및 제2 구동전극을 포함하는 트랜스듀서와,
    제1 구동전압이 공급되는 구동라인과 제2 구동전압이 공급되는 상기 제2 구동전극 사이에 전기적으로 연결된 제1 송신 트랜지스터 및 제2 송신 트랜지스터와,
    리드아웃 라인과 전원전압이 공급되는 전원라인 사이에 전기적으로 연결된 제1 수신 트랜지스터 및 제2 수신 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제1 송신 트랜지스터는 상기 제1 송신 트랜지스터 및 상기 제2 송신 트랜지스터 간의 연결노드와 상기 구동라인 사이에 전기적으로 연결되고,
    상기 제2 송신 트랜지스터는 상기 연결노드와 상기 제2 구동전극 사이에 전기적으로 연결되고,
    상기 제1 수신 트랜지스터는 상기 제1 수신 트랜지스터 및 상기 제2 수신 트랜지스터 간의 연결지점에 해당하는 중간노드와 상기 전원라인 사이에 전기적으로 연결되고,
    상기 제2 수신 트랜지스터는 수신 스캔신호에 따라 제어되고, 상기 중간노드와 상기 리드아웃 라인 사이에 전기적으로 연결되고,
    상기 제1 구동전압 및 상기 제2 구동전압은 서로 다른 레벨의 DC 전압이고,
    상기 제1 픽셀이 구동되는 기간 동안, 상기 제1 픽셀에서,
    상기 제1 송신 트랜지스터는 온-오프를 반복하고, 상기 제2 송신 트랜지스터는 상기 제1 송신 트랜지스터의 온-오프와 반대로 온-오프를 반복하는 센싱장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 픽셀이 구동되는 기간 동안,
    상기 제1 픽셀에 포함된 상기 트랜스듀서의 상기 제1 구동전극은 상기 연결노드와 전기적으로 연결되고,
    상기 제1 픽셀에 포함된 상기 트랜스듀서의 상기 제1 구동전극의 전압 레벨은, 상기 제1 구동전압과 상기 제2 구동전압 사이에서 스윙 하는 센싱장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 픽셀이 구동되는 기간 동안, 상기 제1 픽셀에서 포함된 상기 트랜스듀서의 상기 제1 구동전극의 전압 레벨이 스윙 하는 속도는,
    상기 제1 픽셀에 포함된 상기 제1 송신 트랜지스터 및 상기 제2 송신 트랜지스터가 교번하면서 턴-온 되는 속도와 대응되는 센싱장치. .
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 픽셀이 구동되고 상기 제2 픽셀이 센싱되는 기간 동안,
    상기 제1 픽셀에 포함된 상기 제2 수신 트랜지스터는 턴-오프 상태이고,
    상기 제2 픽셀에서, 상기 제2 수신 트랜지스터는 턴-온 상태이고, 상기 제1 송신 트랜지스터 및 상기 제2 송신 트랜지스터는 모두 턴-오프 상태인 센싱장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 픽셀이 구동되고 상기 제2 픽셀이 센싱되는 기간 동안,
    상기 제1 픽셀에 포함된 상기 제2 수신 트랜지스터는 턴-오프 상태이고,
    상기 제2 픽셀에서, 상기 제2 수신 트랜지스터는 턴-온 상태이고, 상기 제2 픽셀에서 상기 제1 송신 트랜지스터 및 상기 제2 송신 트랜지스터 중 하나는 턴-온 상태인 센싱장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 송신 트랜지스터의 게이트노드는 제1 송신 스캔라인과 전기적으로 연결되고,
    상기 제2 송신 트랜지스터의 게이트노드는 상기 제1 송신 스캔라인과 다른 제2 송신 스캔라인과 전기적으로 연결되는 센싱장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 픽셀이 구동되는 기간 동안, 상기 제1 픽셀에서,
    상기 제1 송신 스캔라인을 통해 상기 제1 송신 트랜지스터의 게이트 노드에 인가되는 제1 송신 스캔신호와,
    상기 제2 송신 스캔라인을 통해 상기 제2 송신 트랜지스터의 게이트 노드에 인가되는 제2 송신 스캔신호는,
    전압 레벨이 변하는 AC 신호이고, 반대의 위상을 갖는 센싱장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 송신 트랜지스터 및 상기 제2 송신 트랜지스터는 모두 N 타입 트랜지스터이거나 P 타입 트랜지스터인 센싱장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 송신 트랜지스터의 게이트노드와 상기 제2 송신 트랜지스터의 게이트노드는 공통 송신 스캔라인과 전기적으로 연결되고,
    상기 제1 송신 트랜지스터 및 상기 제2 송신 트랜지스터 중 하나는 N 타입 트랜지스터이고 나머지 하나는 P 타입 트랜지스터이고,
    상기 제1 픽셀이 구동되는 기간 동안, 상기 제1 픽셀에서, 상기 공통 송신 스캔라인을 통해 인가되는 공통 송신 스캔신호는 전압 레벨이 변하는 AC 신호인 센싱장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 다수의 픽셀 각각은, 상기 연결노드와 상기 제1 구동전극 사이에 전기적으로 연결된 모드제어 트랜지스터를 더 포함하고,
    상기 제1 픽셀에 포함된 상기 모드제어 트랜지스터는,
    상기 제1 픽셀이 구동되는 기간 동안, 턴-온 상태이고,
    상기 제1 픽셀이 구동되는 기간이 종료되면, 턴-오프 상태인 센싱장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 트랜스듀서는 상기 제1 구동전극의 전기적인 상태에 따라 초음파를 발생시키는 센싱장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 압전물질층은 하나의 판 형태로 상기 다수의 픽셀의 전 영역에 공통으로 배치되는 센싱장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 압전물질층은 상기 다수의 픽셀 각각의 영역 크기에 대응되게 분할되어 배치되는 센싱장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제2 구동전극은 하나의 판 전극 형태로 상기 다수의 픽셀의 전 영역에 공통으로 배치되는 센싱장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제2 구동전극은 상기 다수의 픽셀 각각의 영역 크기에 대응되게 분할되어 배치되는 센싱장치.
  16. 디스플레이 패널;
    다수의 픽셀을 포함하는 센싱패널;
    상기 디스플레이 패널을 구동하기 위한 디스플레이 구동 회로; 및
    상기 센싱패널을 구동하여 센싱하는 센싱회로를 포함하고,
    상기 센싱패널에 배치된 다수의 픽셀 각각은,
    제1 구동전극, 압전물질층 및 제2 구동전극을 포함하는 트랜스듀서와,
    제1 구동전압이 공급되는 구동라인과 제2 구동전압이 공급되는 상기 제2 구동전극 사이에 전기적으로 연결된 제1 송신 트랜지스터 및 제2 송신 트랜지스터와,
    리드아웃 라인과 전원전압이 공급되는 전원라인 사이에 전기적으로 연결된 제1 수신 트랜지스터 및 제2 수신 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제1 송신 트랜지스터는, 상기 제1 송신 트랜지스터와 상기 제2 송신 트랜지스터가 전기적으로 연결된 연결노드와, 상기 구동라인 사이에 전기적으로 연결되고,
    상기 제2 송신 트랜지스터는 상기 연결노드와 상기 제2 구동전극 사이에 전기적으로 연결되고,
    상기 제1 수신 트랜지스터는, 상기 제1 수신 트랜지스터 및 상기 제2 수신 트랜지스터가 연결된 중간노드와 상기 전원라인 사이에 전기적으로 연결되고,
    상기 제2 수신 트랜지스터는, 수신 스캔신호에 따라 제어되고, 상기 중간노드와 상기 리드아웃 라인 사이에 전기적으로 연결되고,
    상기 제1 구동전압 및 상기 제2 구동전압은 서로 다른 레벨의 DC 전압이고,
    상기 다수의 픽셀 중 제1 픽셀이 구동되는 기간 동안, 상기 제1 픽셀에서,
    상기 제1 송신 트랜지스터는 온-오프를 반복하고,
    상기 제2 송신 트랜지스터는 상기 제1 송신 트랜지스터의 온-오프와 반대로 온-오프를 반복하는 디스플레이 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 픽셀이 구동되는 기간 동안,
    상기 제1 픽셀에 포함된 상기 트랜스듀서의 상기 제1 구동전극의 전압 레벨은, 상기 제1 구동전압과 상기 제2 구동전압 사이에서 스윙 하는 디스플레이 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제1 송신 트랜지스터 및 상기 제2 송신 트랜지스터 모두는 N 타입 트랜지스터이거나 P 타입 트랜지스터인 디스플레이 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 송신 트랜지스터 및 상기 제2 송신 트랜지스터 각각의 게이트 노드는 서로 다른 스캔라인에 전기적으로 연결되는 디스플레이 장치.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 제1 송신 트랜지스터 및 상기 제2 송신 트랜지스터 중 하나는 N 타입 트랜지스터이고 나머지 하나는 P 타입 트랜지스터인 디스플레이 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제1 송신 트랜지스터 및 상기 제2 송신 트랜지스터 각각의 게이트 노드는 동일한 스캔라인에 전기적으로 연결되고,
    상기 제1 송신 트랜지스터와 상기 제2 송신 트랜지스터가 연결된 상기 연결노드와 상기 제1 구동전극 사이에 모드제어 트랜지스터가 전기적으로 연결되는 디스플레이 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 모드제어 트랜지스터는,
    상기 제1 송신 트랜지스터 및 상기 제2 송신 트랜지스터가 교번하면서 턴-온 될 때에는 턴-온 상태이고,
    상기 제1 송신 트랜지스터 및 상기 제2 송신 트랜지스터 중 하나만 턴-온 상태를 유지할 때에는 턴-오프 상태인 디스플레이 장치.
  23. 제16항에 있어서,
    상기 센싱패널의 센싱 데이터를 토대로 상기 디스플레이 패널 상의 터치 또는 지문을 센싱하는 디스플레이 장치.
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