KR20160014716A - 다기능 픽셀 및 디스플레이 - Google Patents

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잭 콘웨이 2세 키친스
존 키스 슈나이더
데이비드 윌리엄 부른스
수르얍라카쉬 간티
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퀄컴 인코포레이티드
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Abstract

디스플레이 어레이가 기재된다. 다기능 픽셀은 복수의 다기능 픽셀들을 포함할 수도 있다. 각각의 다기능 픽셀은, 레드 디스플레이 영역, 그린 디스플레이 영역, 및 블루 디스플레이 영역 뿐만 아니라, 다음의 센서 타입들, 즉 초음파 센서, 적외선 센서, 광전자 센서, 및 정전용량형 센서로부터 선택된 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있다. 블루 디스플레이 영역은, 복수의 다기능 픽셀들 각각에서 레드 디스플레이 영역보다 작거나 또는 그린 디스플레이 영역보다 작을 수 있다.

Description

다기능 픽셀 및 디스플레이{MULTIFUNCTIONAL PIXEL AND DISPLAY}
관련 출원들에 대한 상호-참조
[0001] 본 출원은, 2013년 12월 20일자로 출원된 미국 비-가특허 출원 시리얼 넘버 14/137,489호; 2013년 6월 3일자로 출원된 미국 가특허 출원 시리얼 넘버 61/830,548호; 2013년 6월 3일자로 출원된 미국 가특허 출원 시리얼 넘버 61/830,601호; 및 2013년 6월 3일자로 출원된 미국 가특허 출원 시리얼 넘버 61/830,606호에 대한 우선권의 이득을 주장하며, 이들의 개시내용은 인용에 의해 본 명세서에 포함된다.
[0002] 본 발명은 일반적으로, 시각적인 디스플레이의 픽셀들 내에 임베딩된 하나 또는 그 초과의 타입들의 감지 디바이스들을 갖는 시각적인 디스플레이에 관한 것이다.
[0003] 시각적인 디스플레이 기술은, 시각적인 디스플레이들이 일반적으로 높은 픽셀 밀도를 가지면서 얇고 평평하도록 발전해왔다. 디스플레이-기반 디스플레이들과 연관된 센서들은 일반적으로, 디스플레이의 전면의 배치가 디스플레이이 상에서 도시되는 이미지들의 시야를 가릴 수 있으므로, 디스플레이 디바이스 인클로져(enclosure)의 측면 또는 후면 상에 또는 디스플레이의 겉면 주변에서의 배치로 이관(relegate)된다. 터치 센서들 및 핑거프린트 센서들을 포함하는 센서 어레이들과 같은 몇몇 타입들의 센서들에 대해, 디스플레이 및 센서 어레이가 동일한 공간을 점유하는 것이 바람직하다.
[0004] 본 발명은 디스플레이 어레이를 설명한다. 다기능 픽셀은 복수의 다기능 픽셀들을 포함할 수도 있다. 각각의 다기능 픽셀은, 레드 디스플레이 영역, 그린 디스플레이 영역, 및 블루 디스플레이 영역 뿐만 아니라, 다음의 센서 타입들, 즉 초음파 센서, 적외선 센서, 광전자 센서, 및 정전용량형 센서로부터 선택된 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있다. 블루 디스플레이 영역은, 복수의 다기능 픽셀들 각각에서 레드 디스플레이 영역보다 작거나 또는 그린 디스플레이 영역보다 작을 수 있다.
[0005] 레드 디스플레이 영역은 하나 또는 그 초과의 레드 서브-픽셀들로 구성될 수 있고, 그린 디스플레이 영역은 하나 또는 그 초과의 그린 서브-픽셀들로 구성될 수 있으며, 블루 디스플레이 영역은 하나 또는 그 초과의 블루 서브-픽셀들로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 다기능 픽셀에서 블루 서브-픽셀들보다 더 많은 레드 서브-픽셀들, 또는 더 많은 그린 서브-픽셀들이 존재할 수 있다. 다른 실시예에서, 블루 서브-픽셀들 각각은, 레드 서브-픽셀들 각각 또는 그린 서브-픽셀들 각각보다 작을 수도 있다.
[0006] 본 발명의 더 완전한 이해를 위해, 첨부한 도면들 및 후속 설명에 대한 참조가 행해져야 한다.
[0007] 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 픽셀의 확대된 사시도이다.
[0008] 도 2a-2c는 다기능 픽셀의 다른 실시예들의 확대된 사시도들이다.
[0009] 도 3a-3c는 다기능 픽셀 또는 픽셀 디스플레이 어레이와 함께 사용될 수도 있는 광 및/또는 음향 렌즈들을 도시한다.
[0010] 도 4a-4d는 다기능 픽셀 디바이스와 결합되는 플래튼(platen) 및 렌즈 어레인지먼트(arrangement)들을 도시한다.
[0011] 도 5는 모바일 디바이스의 예시적인 실시예의 블록도를 도시한다.
[0012] 도 6은, 다기능 픽셀 디스플레이 어레이를 포함하는 디스플레이 디바이스와 함께 사용될 수도 있는 초음파 센서 어레이의 블록도를 도시한다.
[0013] 도 7은 다기능 픽셀 또는 픽셀 어레이를 이용할 수도 있는 디바이스들을 도시한다.
[0014] 도 8은 다기능 픽셀들의 어레이를 포함하는 시각적인 디스플레이를 도시하며, 그의 일부가 확대된다.
[0015] 도 9는 디스플레이 픽셀들과 교번하는 다기능 픽셀들의 어레이를 포함하는 다른 시각적인 디스플레이를 도시한다.
[0016] 도 10은 다기능 픽셀들의 어레이 및 디스플레이 픽셀들을 포함하는 다른 시각적인 디스플레이를 도시한다.
[0017] 도 11a-11f는 다기능 픽셀들의 다양한 어레인지먼트들을 도시한다.
[0018] 도 12-13은 다기능 픽셀을 동작시키는 방법들을 도시한 흐름도들이다.
[0019] 도 14a-14g는, 다기능 픽셀 디스플레이 어레이를 동작시키는데 사용될 수도 있는 다기능 픽셀 시스템의 회로를 도시한다.
[0020] 도 14h-14z는 다기능 픽셀 내의 센서들 및 센서 타입들의 다양한 어레인지먼트들을 도시한다.
[0021] 도 14aa-14ae는 다기능 픽셀 내의 센서들 및 센서 타입들의 부가적인 어레인지먼트들을 도시한다.
[0022] 도 15a-15d는 다기능 픽셀과 함께 사용될 수 있는 다양한 센서들을 도시한다.
[0023] 본 발명은, 디스플레이 픽셀들 또는 서브-픽셀들로 본 명세서에서 지칭되는 디스플레이 엘리먼트들 사이에 포지셔닝된 센서들로 본 명세서에서 지칭되는 감지 엘리먼트들을 갖는 인-셀(in-cell) 디스플레이 디바이스를 설명하며, 디스플레이 픽셀들 및 센서들은 시각적인 디스플레이의 일부를 형성한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 어구 "인-셀"은, 시각적인 디스플레이 디바이스에 대한 다기능 픽셀을 집합적으로 구성하는 디스플레이 엘리먼트들과 함께 물리적으로 로케이팅되는 하나 또는 그 초과의 센서들을 지칭한다. 그러한 어레인지먼트는, 컬러(예를 들어, 레드, 그린 및 블루, 또는 레드, 그린, 블루 및 옐로우)를 생성하기 위한 하나 또는 그 초과의 디스플레이 서브-픽셀들, 및 광자검출기 또는 광자 센서로 또한 지칭될 수도 있는 (광학 광 센서 또는 적외선 광 센서일 수도 있는) 광전자 센서, (사운드 또는 음향 방출들을 검출하기 위한 음향 센서일 수도 있는) 초음파 센서, (초음파 센서, 힘(force) 센서, 압력 센서, 써멀(thermal) 센서, 음향 센서 또는 음향 방출 센서일 수도 있는) 압전 센서, (열 센서로 종종 지칭되는 써멀 센서 또는 적외선 센서일 수도 있는) 초전(pyroelectric) 센서, 또는 정전용량형 센서와 같은 하나 또는 그 초과의 센서들을 일반적으로 갖는 다기능 픽셀을 초래하며, 그 센서들 중 하나 또는 그 초과는 시각적인 디스플레이 근방의 또는 그에 접촉한 오브젝트들을 검출하는데 사용될 수도 있다. 그러한 픽셀은, 그것이 디스플레이 픽셀보다 더 많은 컴포넌트들 및 기능을 포함하기 때문에, 다기능 픽셀 또는 "슈퍼 픽셀"로 본 명세서에서 지칭된다. 광학 광 센서는, 실질적으로 약 400nm(나노미터)과 약 700nm 사이의 파장들의 대역에서 가시광을 검출할 수도 있다. 적외선 광 센서는, 실질적으로 약 700nm과 약 1400nm 사이의 파장들의 대역에서 근적외선 광을 검출할 수도 있다. 본 명세서에서 적외선 센서로 지칭되는 초전 센서는 적외선, 써멀 또는 열 에너지를 검출할 수도 있다.
[0024] 시각적인 디스플레이 기술을 하나 또는 그 초과의 센서들과 결합시키는 것은, 시각적인 디스플레이 상에 또는 그 근방에 포지셔닝된 핑거, 스타일러스 또는 다른 오브젝트의 사용에 의해 터치스크린 동작을 제공하거나, 디스플레이 상에 배치된 핑거로부터의 핑거프린트 정보 또는 다른 생체(biometric) 정보를 포착하기 위한 능력과 같은 장점들을 제공한다. 사용될 수도 있는 특정한 타입의 센서는 초음파 센서이다. 초음파 센서에 대해, 핑거프린트 마루(ridge)들 및 협곡(valley)들을 포함하는 핑거프린트와 같은 생물학적 오브젝트에 대한 생체 정보가 획득될 수도 있다. 초음파 센서들은, 디스플레이의 커버 유리일 수도 있는 플래튼의 표면 상에 포지셔닝된 핑거를 향해 초음파 펄스를 방출하고, 플래튼 표면으로부터 반사된 초음파 에너지를 검출함으로써 핑거프린트에 대한 정보를 캡쳐할 수 있다.
[0025] 초음파 센서 및 시각적인 디스플레이 기술들의 결합은, 시각적인 디스플레이 표면 상에서의 직접적인 터치패드 또는 터치스크린 동작의 장점을 제공한다. 고-해상도 핑거프린트 이미징은, 다기능 픽셀들의 어레이 또는 서브-어레이를 갖는 디스플레이(예를 들어, 플래튼) 상에 직접적으로 포지셔닝된 핑거를 이용하여 수행될 수도 있다. 다기능 픽셀 상에 또는 그 근방에 포지셔닝되는 경우, 스타일러스 또는 스타일러스 팁이 검출될 수도 있다. 압전 센서들, 초전 센서들, 광전자 센서들, 또는 정전용량형 센서들과 같은 다양한 감지 기술들이 다기능 픽셀에 포함될 수도 있다. 다기능 픽셀은 디스플레이 픽셀 및 정전용량형 센서를 포함할 수도 있다. 정전용량형 센서는, 예를 들어, 핑거 또는 다른 오브젝트의 존재를 용량성으로 검출할 수도 있다. 광전자 센서는, 예를 들어, 디스플레이 디바이스에 지향된 레이저 포인터로부터의 가시광 방출을 검출할 수도 있다. 초전 센서는, 예를 들어, 적외선 원격 제어 디바이스로부터의 신호들을 검출할 수도 있다. 적외선 센서는, 예를 들어, 적외선 원격 제어 디바이스, 또는 적외선 레이저 포인터와 같은 적외선 광 소스로부터의 신호들을 검출할 수도 있다.
[0026] 초음파 센서, 광전자 센서, 적외선 광 센서, 초전 적외선 센서, 또는 정전용량형 센서는, 다기능 픽셀 또는 디스플레이 어레이 근방 또는 그 상에 있는 손들 또는 다른 오브젝트들의 다양한 제스쳐들을 검출하는데 사용될 수도 있다. 추가적인 장점들은, 다기능 픽셀들 중 몇몇 또는 모두에서 센서 타입들의 결합을 사용함으로써 달성될 수도 있다. 예를 들어, 센서 어레이 내의 다기능 픽셀들 중 몇몇은 초음파 센서를 가질 수도 있고, 몇몇은 초전 센서를 가질 수도 있고, 몇몇은 광전자 센서를 가질 수도 있고, 몇몇은 적외선 센서를 가질 수도 있으며, 몇몇은 정전용량형 센서를 가질 수도 있다. 또는, 다기능 픽셀은 2개 또는 그 초과의 타입들의 센서들을 가질 수도 있다. 예를 들어, 다기능 픽셀은, 디스플레이 픽셀, 광학 또는 적외선 광을 검출하기 위한 광전자 센서, 적외선 또는 써멀 에너지를 검출하기 위한 적외선 센서, 및 초음파 또는 음향 에너지를 검출하기 위한 초음파 센서를 포함할 수도 있다. 다기능 픽셀은 디스플레이 픽셀, 광전자 센서, 및 적외선 센서를 포함할 수도 있다. 다기능 픽셀은 디스플레이 픽셀, 광전자 센서, 및 정전용량형 센서를 포함할 수도 있다. 다기능 픽셀은 디스플레이 픽셀, 초음파 센서, 및 써멀 센서를 포함할 수도 있다. 디스플레이 픽셀 및 정전용량형 센서는, 광전자 센서, 초음파 센서, 음향 방출 센서, (초음파 에너지, 힘, 압력, 써멀 에너지, 음향 에너지, 또는 음향 방출들을 검출하기 위한) 압전 센서, 또는 (적외선 또는 써멀 에너지를 검출하기 위한) 적외선 센서와 같은 하나 또는 그 초과의 부가적인 센서들과 다기능 픽셀에서 결합될 수도 있다. 디스플레이 픽셀 및 광전자 센서(광학 광 또는 적외선 광)는, 제 2 광전자 센서(광학 또는 적외선), 초음파 센서, 압전 센서, 적외선 센서, 또는 정전용량형 센서와 같은 하나 또는 그 초과의 부가적인 센서들과 결합될 수도 있다. 디스플레이 픽셀 및 초음파 센서는, 광전자 센서, 압전 센서, 적외선 센서, 또는 정전용량형 센서와 같은 하나 또는 그 초과의 부가적인 센서들과 결합될 수도 있다. 디스플레이 픽셀 및 적외선 센서는, 초음파 센서, 압전 센서, 또는 정전용량형 센서와 같은 하나 또는 그 초과의 부가적인 센서들과 결합될 수도 있다. 전술된 센서들의 다른 결합들은 다기능 픽셀 내에 포지셔닝될 수도 있다. 디스플레이 픽셀, 광전자 센서, 및 초음파 센서 또는 디스플레이 픽셀들과 다기능 픽셀의 센서들의 다른 결합들은 공통 기판 상에 로케이팅, 포지셔닝, 또는 그렇지 않으면 배치될 수도 있다. 디스플레이 픽셀, 광전자 센서, 및 초음파 센서 또는 디스플레이 픽셀들과 센서들의 다른 결합들은 실질적으로 평면에 놓여있을 수도 있다. 몇몇 실시예들에서, 압전 계층이 적외선 에너지를 흡수하고 열을 검출하기 위해 초전 계층으로서 또한 수행할 수도 있으므로, 압전 계층을 갖는 초음파 센서는 또한 적외선 센서로서 서빙할 수도 있다.
[0027] 본 문서의 맥락에서, 압전 재료가 초전 속성들을 또한 나타낼 수도 있음을 인식한다. 따라서, 용어 "압전"이 본 명세서에서 사용되는 경우, 재료 또는 디바이스가 초전 속성들을 또한 나타낼 수도 있음을 암시한다.
[0028] 본 발명은, (a) 초음파, 음향, 압전, 힘, 압력, 광전자, 적외선 광, 광학 광, 적외선, 초전, 써멀, 또는 정전용량형 센서와 같은 적어도 하나의 센서; 및 (b) LCD 또는 OLED 디스플레이 픽셀의 3개의 서브-픽셀들(레드, 그린 및 블루)과 같은 발광 또는 광-제어 디스플레이 픽셀을 갖는 다기능 픽셀 디바이스를 설명한다. 예를 들어, 그러한 디바이스는, 결과적인 다기능 픽셀이 디스플레이 픽셀 및 하나 또는 그 초과의 센서들을 갖도록, 초음파 센서, 적외선 센서, 광전자 센서, 압전 센서, 초전 센서, 또는 정전용량형 센서와 같은 하나 또는 그 초과의 센서들에 의해 증분되고, 레드, 그린 및 블루 서브-픽셀들을 갖는 시각적인 디스플레이 픽셀로서 고려될 수도 있다. 이러한 구성은, 시각적인 정보를 디스플레이하면서, 디스플레이와 접촉할 수도 있는 오브젝트에 대한 터치 또는 접촉 정보를 또한 수집하는데 사용될 수 있다. 디스플레이가 셀 폰, 스마트 폰 또는 다른 모바일 디바이스의 일부로서 사용되면, 센서들에 의해 제공된 터치 또는 접촉 정보는, 핑거프린트, 이어(ear) 프린트, 또는 디스플레이와 접촉하는 사용자의 안면의 측면과 같은 생체 정보에 관련될 수도 있다. 디스플레이는, 외부 디스플레이 표면으로부터 떨어져 이격된 오브젝트들을 검출할 수 있을 수도 있다. 이러한 방식으로, 정보는, 디스플레이 표면과 접촉하지 않지만, 센서들 중 하나 또는 그 초과에 의해 검출되도록 디스플레이에 충분히 근접한 오브젝트들로부터 획득될 수도 있다. 다기능 픽셀 디스플레이 어레이는, 디스플레이 어레이 상에 또는 그 근방에 있는 손 또는 핑거와 같은 오브젝트의 제스쳐들을 검출할 수 있을 수도 있다. 본 명세서에서 제공된 예들은 단지, 교시들의 제한된 수의 가능한 애플리케이션들일 뿐이다. 본 명세서의 교시들은 다양한 상이한 방식들로 적용될 수 있다.
[0029] 설명된 실시예들은, 이미지(들)가 텍스트, 그래픽, 또는 화상들인지에 관계없이 이미지(예를 들어, 스틸 이미지) 또는 복수의 순차적인 이미지들(예를 들어, 비디오)을 디스플레이하도록 구성된 디바이스에서 구현될 수도 있다. 더 상세하게, 본 명세서의 교시들은, 모바일 디바이스들, 디스플레이 디바이스들, 전화기들, 멀티미디어 인터넷 가능한 셀룰러 전화기들, 모바일 텔레비젼 수신기들, 무선 디바이스들, 스마트폰들, 블루투스 디바이스들, 개인 휴대 정보 단말(PDA)들, 무선 전자 메일 수신기들, 핸드-헬드 또는 휴대용 컴퓨터들, 넷북들, 노트북들, 스마트북들, 태블릿들, 프린터들, 복사기들, 스캐너들, 팩시밀리 디바이스들, GPS 수신기들/네비게이션들, 카메라들, MP3 플레이어들, 캠코더들, 게임 콘솔들, 의료용 디바이스들, 웨어러블 전자 디바이스들, 모바일 건강 디바이스들, 손목 시계들, 클록들, 계산기들, 텔레비젼 모니터들, 평판 디스플레이들, 전자 판독 디바이스들(예를 들어, e-리더들), 컴퓨터 모니터들, 자동차 디스플레이들(예를 들어, 주행거리계(odometer) 디스플레이들 등), 조종실 제어들 및/또는 디스플레이들, 카메라 뷰 디스플레이들(예를 들어, 차량의 후방 뷰 카메라의 디스플레이), 또는 자동 출납기(automatic teller machine)들과 같지만 이에 제한되지는 않는 다양한 전자 디바이스들에서 구현되거나 그들과 연관될 수도 있다는 것이 고려된다. 따라서, 본 명세서의 교시들은, 도면들에만 도시된 구현들로 제한되도록 의도되지는 것이 아니라, 대신, 당업자에게 용이하게 명백할 바와 같이 넓은 적용가능성을 갖는다.
[0030] 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 픽셀의 확대된 사시도이다. 다기능 픽셀(1)은 터치-가능, 스타일러스-가능, 또는 핑거프린트-가능 액정 디스플레이(LCD) 디바이스를 형성하는데 사용될 수도 있다. 다기능 픽셀(1)은, 2개의 전도성 전극들 사이에 샌드위치된 압전막 또는 계층을 갖는 압전막 초음파 송신기(12)에 부착된 엣지형(edge-lit) 백라이트 패널(10)을 포함할 수도 있다. 초음파 송신기(12)의 반대쪽의 백라이트 패널(10)의 소스 상에, 유리 또는 플라스틱 TFT 기판(16) 상의 박막 트랜지스터(TFT) 어레이(14)가 부착될 수도 있다. TFT 어레이(14)는 하나 또는 그 초과의 회로들 및 서브-회로들로 구성될 수 있다. 다기능 픽셀(1)은, 하나 또는 그 초과의 LCD 디스플레이 서브-픽셀들(18a-c) 및 복수의 센서들(20)을 갖는 LCD 디스플레이 픽셀(18)을 포함할 수도 있다. 디스플레이 서브-픽셀들(18a-c)은 레드, 그린 및 블루 컬러 서브-픽셀들에 각각 대응할 수도 있다. 몇몇 구현들에서, 센서(20a)는 초음파 센서일 수도 있고, 센서(20b)는 광전자 센서일 수도 있으며, 센서(20c)는 적외선 센서일 수도 있다. 초음파 센서(20a) 또는 적외선 센서(20c)를 포함하는 센서들(20)은, 예를 들어, 연관된 센서 회로의 전계-효과 트랜지스터(FET) 입력에 대한 TFT 어레이(14) 상의 픽셀 입력 전극으로서 서빙하는 전도성 패드에 접합되거나 그렇지 않으면 그 패드 상에 배치된 압전 폴리머(22)의 계층과 연관될 수도 있다. 압전 폴리머(22)를 갖는 초음파 센서(20a)는 또한, 적외선 또는 써멀 센서로서 동작할 수도 있다. 예를 들어, 압전 폴리머(22)는, 압전 폴리머(22)가 초전 속성들을 나타내면, 적외선 센서의 일부로서 사용될 수도 있다. 그 방식으로, 초음파 센서(20a)는 초음파 및 적외선 신호들을 검출하는데 사용될 수 있다.
[0031] 센서들(20)은, 초음파 센서 회로, 음향 센서 회로, 압전 센서 회로, 압전 힘 센서 회로, 압전 압력 센서 회로, 광전자 회로, 광 센서 회로, 적외선 광 센서 회로, 초전 센서 회로, 써멀 센서 회로, 또는 정전용량형 센서 회로와 같은 하나 또는 그 초과의 센서 회로들 및 서브-회로들을 포함할 수도 있다. 광전자 센서(20b)와 같은 센서들(20)은, 광학 또는 적외선 광을 수용하고 그것을 전하로 변환하기 위해 PIN 다이오드를 사용할 수도 있다. 가시광(미도시)을 차단하기보다는 적외선 광(미도시) 또는 적외선 필터를 차단하는 광학 필터는, 광학 광 또는 적외선 광을 각각 감지하기 위해 PIN 다이오드 위에 포지셔닝될 수도 있다. 몇몇 구현들에서, 압전 폴리머(22)는, 광을 수용하기 위한 광전자 센서 회로의 능력에 실질적으로 영향을 주지 않으면서 그것이 광전자 센서 회로 위에 포지셔닝될 수 있기에 충분히 광학적으로 투명할 수도 있다. 다른 구현들에서, 압전 폴리머(22)는, 광전자 센서 회로를 오버레이(overlay)하지 않기 위한 방식으로 배치될 수도 있다. 예를 들어, 그러한 어레인지먼트에서, 압전 폴리머(22)는 광전자 센서 회로와 플래튼(32) 사이에 상주하지 않을 수도 있다. 정전용량형 센서는, 예를 들어, 전하 증폭기, 적분기(integrator), 또는 커패시턴스 값들의 검출을 위한 다른 커패시턴스 감지 회로에 전기적으로 접속된 센서 입력 전극을 가질 수도 있다.
[0032] 다른 실시예에서, 압전 폴리머(22)는 정전용량형 센서를 오버레이할 수도 있다. 압전 계층은, 정전용량형 센서로의 입력에 대한 유전 계층으로서 서빙할 수도 있다. 압전 계층은 또한, 유전 파괴(breakdown)를 위한 전위를 최소화시키기 위해 정전용량형 센서에 대한 유전체 분리(isolation) 계층으로서 서빙할 수도 있다. TCF 전극 계층들(21 및/또는 23)은 정전용량형 센서 위에서 생략될 수도 있다. 대안적으로, TCF 전극 계층들(21, 23)은, 전극들을 전기적으로 절연시키기 위해 정전용량형 센서의 겉면 주변에서 패터닝 및 에칭될 수도 있다. 몇몇 구현들에서, 압전 폴리머(22)와 같은 압전 계층은, 초음파 센서, 압전 센서, 초전(적외선 또는 써멀) 센서, 및/또는 정전용량형 센서의 일부로서 포함될 수도 있다. 몇몇 구현들에서, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 또는 폴리비닐리덴-트리플루오르에틸렌(PVDF-TrFE) 코폴리머들의 계층과 같은 몇몇 압전 계층들이 가시 및 적외선 스펙트럼 영역들에서 실질적으로 투명하므로, 압전 계층은 광전자자 광 센서(광학 광 또는 적외선 광)를 오버레이할 수도 있다. 몇몇 구현들에서, PVDF 또는 PVDF-TrFE 계층은 LCD 또는 OLED 디스플레이 엘리먼트들 위에 포함될 수도 있다. 도 1에 예시된 바와 같이, 디스플레이 픽셀(18) 및 센서들(20)의 실질적인 부분들은 공통 기판 상에 포지셔닝되거나 그렇지 않으면 배치될 수도 있다. 디스플레이 픽셀(18) 및 센서들(20)의 실질적인 부분들은 실질적으로 동일한 평면에 놓여있을 수도 있다.
[0033] 도 1은, 디스플레이 픽셀 및 서브-픽셀들에 대한 회로 위의 TFT 어레이(14) 상의 액정 재료(24)의 계층을 도시한다. 몇몇 구현들에서, 액정 재료(24)는 센서 회로들 위에서 연장될 수도 있다. 액정 재료(24)에 걸쳐 인가된 전압을 제어함으로써, 백라이트 패널(10)로부터의 광은, 가변 양들로 디스플레이 픽셀들을 통과하도록 허용될 수 있다. 압전 폴리머(22)는, 액정 재료(24) 위에서 그리고/또는 아래에서 액정 재료에 의해 둘러싸이거나(circumscribe) 또는 부분적으로 둘러싸일 수도 있다. 도 1은, 예를 들어, 압전 폴리머(22) 위에 있는 것으로서 액정 재료(24)의 계층의 일부를 도시하고, 압전 폴리머(22) 옆에 액정 재료의 다른 부분을 도시한다. 몇몇 구현들에서, 폴리이미드의 얇은 계층 또는 코팅(미도시)은, 액정 재료의 적절한 배향을 보조하기 위해 압전 폴리머(22)와 액정 재료(24) 사이에 포지셔닝될 수도 있다.
[0034] 도 1은 또한, 액정 재료(24) 위에 포지셔닝된 투명 전도성 막(TCF) 전극(26)을 도시한다. TCF 전극(26)은, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), FTO(fluorinated tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), PEDOT 또는 폴리(3,4-에틸렌에디옥시씨오펜)), 또는 실질적으로 투명하고 전기 도전성 막들로서 사용될 수 있는 다른 전도성 재료들과 같은 재료들로부터 형성될 수도 있다. ITO 계층은, 예를 들어, 컬러 필터 어레이(28)의 일부로서 포함될 수도 있으며, 초음파 센서들(20a)에 대한 TCF 전극(26)으로서 서빙할 수도 있다. 초음파 센서들(20a)에 대한 TCF 전극들(26)은 또한, 수신기 바이어스 전극으로 지칭될 수도 있다.
[0035] TCF 전극(26)은, 센서들(20) 및 디스플레이 픽셀(18)에 대한 공통 전극으로서 사용될 수도 있다. 도 1에 도시된 예에서, TCF 전극(26)은 컬러 필터 어레이(28)에 부착될 수도 있다. 컬러 필터 어레이(28)는, 예를 들어, 각각의 디스플레이 픽셀에 대한 레드, 그린 및 블루 컬러 필터들에 대응하는 3개의 개별적인 컬러 필터 엘리먼트들(28a, 28b 및 28c)을 포함할 수도 있다. 컬러 필터 엘리먼트들(28a, 28b 및 28c)은, 유리 또는 플라스틱 계층과 같은 컬러 필터 기판(28d) 상에 형성되거나 그렇지 않으면 배치될 수도 있다. 컬러 필터 어레이(28) 위에는 편광 필터(30)가 존재할 수도 있다. 플래튼(32)은, 커버 유리 또는 커버 렌즈로서 또한 서빙할 수도 있는 최외각 보호 계층으로서 제공될 수 있다. 플래튼(32)은, 내-마모성 유리 또는 플라스틱의 계층으로 구성될 수도 있다.
[0036] 그러한 디스플레이의 시각적인 양상들은 대부분의 LCD 디스플레이들과 유사한 방식으로 동작할 수도 있다. TFT 어레이(14)와 TCF 전극들(26) 사이의 전압은, 각각의 디스플레이 서브-픽셀(18a, 18b 및 18c)이 턴 온 또는 턴 오프하게 한다. 각각의 디스플레이 픽셀(18)은, 개별 디스플레이 서브-픽셀들(18a, 18b 및 18c) 사이의 공간을 통해 누설될 수도 있는 백라이트 패널(10)로부터의 원치않는 광을 배제시키기 위해 개별 서브-픽셀들(18a, 18b 및 18c)을 둘러싸는 블랙 마스크(미도시)로서 또한 알려진 블랙 매트릭스를 가질 수도 있다. 블랙 마스크는, 센서들을 통과하는 백라이트 패널(10)로부터의 광의 양을 감소시키고 디스플레이의 어두운 상태 거동(behavior)을 개선시키기 위해, 예컨대 초음파 센서(20a) 또는 다른 센서들 위에 또는 아래에 센서 스택의 일부로서 포지셔닝될 수도 있다. 블랙 마스크는, 디스플레이의 콘트라스트 비율을 증가시키기 위해 발광 디스플레이들 및 반사형 디스플레이들과 같은 다른 디스플레이 타입들과 함께 사용될 수도 있다. 반사 계층(미도시)은, 백라이트를 향하여 후방으로 백라이트 패널(10)로부터의 광을 재안내하고 조명 효율을 증가시키기 위해, 초음파 센서(20a) 또는 다른 센서들 아래에 포지셔닝될 수도 있다.
[0037] 도 2a-2c는 다기능 픽셀의 다른 실시예들의 확대된 사시도들이다. 이들 실시예들에서, OLED 서브-픽셀들은 디스플레이 픽셀(18)을 형성하기 위해 결합된다. 다기능 픽셀(2)은, 복수의 센서들(20), 및 하나 또는 그 초과의 OLED 디스플레이 서브-픽셀들(18a, 18b 및 18c)을 갖는 디스플레이 픽셀(18)을 가질 수도 있다. 압전 막 초음파 송신기(12)는, TFT 어레이(14)의 TFT 기판(16)의 후방에 부착될 수도 있다. TFT 어레이(14)는, 하나 또는 그 초과의 발광 디스플레이 픽셀들 또는 디스플레이 서브-픽셀들(18a, 18b 및 18c)을 갖는 디스플레이 픽셀(18)을 포함할 수도 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 제 1 TCF 전극(21), 압전 폴리머(22)의 계층, 및 제 2 TCF 전극(23)은, 디스플레이 서브-픽셀들(18a, 18b, 및 18c) 위에 포지셔닝되는 것이 아니라, 연관된 센서 회로들 위에 포지셔닝될 수도 있다. 도 2b에 도시된 다른 실시예에서, 제 1 TCF 전극 계층(21a)은, 센서 회로들 위에 및 디스플레이 서브-픽셀들(18a, 18b, 및 18c) 위에 배치될 수도 있다. 도 2c에 도시된 제 3 실시예에서, 제 1 TCF 전극(21a) 및 제 2 TCF 전극(23a)은, 센서 회로들 위에 및 디스플레이 서브-픽셀들(18a, 18b, 및 18c) 위에 배치될 수도 있다.
[0038] 광학적으로 투명한 절연 재료(25)는, 3개의 OLED 디스플레이 서브-픽셀들(18a-c) 위에서 도 2a-2c에 도시된다. 도 2a에 도시된 실시예에서, 절연 재료(25)는, TCF 전극들(21 및 23)로부터 OLED 디스플레이 서브-픽셀들(18a-c)을 절연시킬 수도 있다. 도 2b-2c에 도시된 실시예들에서, 절연 재료(25)는, TCF 전극(23)으로부터 OLED 디스플레이 서브-픽셀들(18a-c)을 절연시킬 수도 있다.
[0039] 컬러 필터 어레이(28)는, 레드-그린-블루 시각적인 디스플레이 컬러들을 허용하도록 제공될 수도 있다. 플래튼(32)으로서 서빙할 수도 있는 커버 유리는, 물리적인 마모 및 기계적인 손상에 대해 디스플레이 디바이스를 보호하도록 제공될 수도 있다. 각각의 디스플레이 픽셀(18)은, 개별 디스플레이 서브-픽셀들(18a, 18b 및 18c) 사이의 임의의 공간들을 통해 누설될 수도 있는 이웃한 OLED 서브-픽셀들로부터의 원치않는 광을 배제시키기 위해 개별 서브-픽셀들을 둘러싸는 블랙 매트릭스 또는 블랙 마스크(미도시)를 가질 수도 있다.
[0040] 센서들(20)은, 초음파 센서 회로, 음향 센서 회로, 압전 센서 회로, 압전 힘 센서 회로, 압전 압력 센서 회로, 광전자 센서 회로, 광학 광 센서 회로, 적외선 광 센서 회로, 초전 적외선 센서 회로, 써멀 센서 회로, 또는 정전용량형 센서 회로와 같은 하나 또는 그 초과의 센서 회로들 및 서브-회로들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 센서(20a)는 초음파 센서 회로를 포함하는 초음파 센서일 수도 있고, 센서(20b)는 광전자자 센서 회로를 포함하는 광전자자 센서일 수도 있으며, 센서(20c)는 적외선 센서 회로를 포함하는 적외선 센서일 수도 있다. 몇몇 실시예들에서, 압전식 초음파 센서 회로 및 초전 적외선 센서 회로는, 피크 검출기, 바이어싱 회로 및 압전/초전 계층의 사용에 대한 점들에서는 많이 유사할 수도 있지만, (도 14a 및 14b에 대해 더 상세히 설명되는) 외부 바이어싱 및 타이밍 회로는, 초음파 센서에 대한 반사된 초음파 신호들을 검출하기 위해 타이밍 윈도우를 사용할 수도 있고, 써멀 또는 적외선 에너지를 검출하기 위해서는 어떠한 타이밍 윈도우(및 어떠한 초음파 송신기 활동)도 사용하지 않을 수도 있다. 광전자 센서(20b)의 광전자 센서 회로는, 초음파 또는 적외선 센서들의 몇몇 구현들에서 사용되는 피크 검출 다이오드 및 커패시터를 PIN-타입 광다이오드로 대체함으로써 형성될 수도 있다. PIN-타입 광다이오드들은 광학 또는 적외선 광을 전하로 직접 변환할 수 있다. 일단 전하로서 이용가능하면, TFT 어레이 회로는, TFT 어레이와 연관된 로우(row) 및 컬럼(column) 어드레싱 회로를 통해 신호를 출력하는데 사용될 수도 있다.
[0041] 당업자는, 센서 회로들 및 센서들의 일부들을 포함하는 다양한 계층들이 디스플레이 스택 내의 상이한 계층들 상에 위치될 수 있고, 동일하거나 유사한 기능을 여전히 달성할 수 있음을 인식할 것이다. 따라서, 본 명세서에서 설명된 특정한 어레인지먼트들은, 인-셀 기술이 구현될 수 있는 어레인지먼트들로서만 간주되지 않아야 한다.
[0042] 도 3a-3c는 다기능 픽셀 또는 픽셀 디스플레이 어레이와 함께 사용될 수도 있는 굴절 광 및/또는 음향 렌즈들을 도시한다. 상술된 다기능 픽셀(1, 2)은, 디스플레이 상의 또는 디스플레이로부터 떨어진 특정한 위치로부터 센서들(20) 중 하나 또는 그 초과 상으로 에너지를 포커싱하도록 구성된 하나 또는 그 초과의 렌즈들을 포함할 수도 있다. 렌즈들은, 적외선 또는 광학 에너지를 포커싱하도록 구성된 광학 렌즈일 수도 있거나, 초음파 에너지를 포커싱하기 위해 구성된 초음파 렌즈일 수도 있다. 광학 렌즈가 제공되면, 초음파 에너지를 송신 또는 수용하기 위한 압전 디바이스의 능력에 영향을 주지 않으면서 적외선 에너지를 포커싱하는 것이 가능하다. 그러나, 압전 디바이스에 의해 감지되는 적외선 에너지를 포커싱하기 위해 광학 렌즈를 제공하는 것은 시각적인 디스플레이에 의해 생성되는 이미지를 왜곡시킬 수 있음을 인식해야 한다.
[0043] 도 3a-3c는 다기능 픽셀과 함께 사용될 수도 있는 굴절 광 및/또는 음향 렌즈들을 도시한다. 상술된 다기능 픽셀(1, 2)은, 디스플레이 상의 또는 디스플레이로부터 떨어진 특정한 위치로부터 센서들(20) 중 하나 또는 그 초과 상으로 에너지를 포커싱하도록 구성된 하나 또는 그 초과의 렌즈들을 포함할 수도 있다. 렌즈들은, 적외선 또는 광학 에너지를 포커싱하도록 구성된 광학 렌즈일 수도 있거나, 초음파 에너지를 포커싱하기 위해 구성된 초음파 렌즈일 수도 있다. 광학 렌즈가 제공되면, 초음파 에너지를 송신 또는 수용하기 위한 압전 디바이스의 능력에 영향을 주지 않으면서 적외선 에너지를 포커싱하는 것이 가능하다. 그러나, 압전 디바이스에 의해 감지되는 적외선 에너지를 포커싱하기 위해 광학 렌즈를 제공하는 것은 시각적인 디스플레이에 의해 생성되는 이미지를 왜곡시킬 수 있음을 인식해야 한다.
[0044] 렌즈들(50)의 예들은 도 3a-3c에 도시되어 있다. 예를 들어, 렌즈(50)는, (도 3a에 도시된) 프레넬 렌즈(50a), (도 3b에 도시된) 평면-볼록 광학 렌즈(50b), 또는 (도 3c에 도시된) 마이크로-렌즈 어레이(50c)일 수도 있다. 렌즈(50)는 센서를 대략 무한으로 포커싱하는데 사용될 수도 있다. 일 예에서, 대략적으로 길이 1/2인치 × 폭 1/2인치이고 1/50인치와 1/16 두께 사이의 두께를 갖는 광학 렌즈가 제공될 수도 있다. 그러나, 다른 사이즈의 렌즈들이 본 발명의 범위 내에 있다. 또한, 렌즈(50)가 복수의 광학적으로 정렬된 렌즈들(미도시)로서 구현될 수도 있음을 고려한다. 그러한 복수의 렌즈들은 서로에 대해 고정되거나 이동가능할 수도 있다.
[0045] 도 4a-4d는 다기능 픽셀 디바이스(36)와 결합되는 플래튼 및 렌즈 어레인지먼트들을 도시한다. 광학 또는 음향 렌즈(50)는, 다기능 픽셀 디바이스(36)의 다기능 픽셀(1,2)의 하나 또는 그 초과의 계층들로 또는 그들 상으로 집적될 수도 있다. 예를 들어, 렌즈(50)는, 센서들(20)과 플래튼(32) 사이에 포지셔닝될 수도 있다. 몇몇 구현들에서, 플래튼(32)은 렌즈를 포함하거나 렌즈로서 서빙할 수도 있다. 도 4a는, 실질적으로 평면인 플래튼(32)을 갖는 어레인지먼트를 도시하며, 이러한 어레인지먼트에서, 다기능 픽셀(1,2)의 센서들(20)은 플래튼(32)의 노출된 표면 상에 포지셔닝된 오브젝트로부터 방출하거나 반사되는 에너지를 검출할 수도 있다. 도 4b 및 4c는, 플래튼(32a)의 최외각 표면이, 렌즈로서 동작할 수도 있는 곡선형 표면을 갖는 실시예들을 도시한다. 예를 들어, 도 4b는, 광학 또는 적외선 렌즈로서 서빙할 수 있는 볼록 플래튼(32a)을 갖는다. 도 4b는, 다기능 픽셀(1,2)을 이용하여 핑거(34)를 감지하기 위하여 볼록 플래튼(32a)에 대해 가압된 핑거(34)를 도시한다. 그러한 다기능 픽셀(1,2)이 초음파 센서(20a)를 포함하면, 초음파 이미지는 도 4b의 핑거(34)로부터 취해질 수도 있다. 도 4b에 도시된 어레인지먼트에 의해 취해진 초음파 이미지는, 도 4a에 도시된 실시예에 의해 취해진 초음파 이미지와 실질적으로 유사할 수도 있다. 도 4c는, 볼록 플래튼(32a)으로부터 이격된 핑거(34)를 도시한다. 이러한 볼록 플래튼(32a)은, 핑거(34)가 볼록 플래튼(32a)의 외부 표면으로부터 떨어진 그리고 분리된 포지션에 있는 경우, 핑거(34)의 포커싱된 이미지를 획득하기 위해 초음파 에너지 또는 적외선 에너지를 하나 또는 그 초과의 다기능 픽셀들(1,2) 상으로 포커싱할 수 있다. 이러한 방식으로, 핑거(34)와 같은 오브젝트의 이미지는, 부가적인 계층을 다기능 픽셀(1,2)에 부가하지 않으면서 광학 또는 적외선 센서 어레이를 이용하여 취해질 수 있다. 본 발명의 맥락에서, 용어 "이미지"는, 오브젝트의 이미지를 표현하는 저장된 데이터 뿐만 아니라 이미징 센서로부터 도출된 저장된 데이터로서 구현된 데이터를 포함한다.
[0046] 렌즈는 또한, 다기능 픽셀 디바이스(36)와는 별개일 수 있다. 예를 들어, 도 4d는, 평면형 플래튼 위에 포지셔닝되거나 그에 부착된 프레넬 렌즈(50a)를 갖는 다기능 픽셀 디바이스(36)를 도시한다. 대안적으로, 프레넬 렌즈(50a)는 플래튼을 이용하여 모놀리식으로 형성될 수도 있다. 프레넬 렌즈(50a)가 도시되지만, 임의의 적절한 렌즈가 사용될 수도 있다. 렌즈(50a)는, 플래튼으로부터 떨어진 위치에 핑거(34)의 포커싱된 이미지를 획득하기 위해, 적외선 또는 광학 에너지를 적외선 또는 광전자 센서 상으로 포커싱할 수 있다. 렌즈(50a)가 플래튼에 고정될 수도 있지만, 렌즈(50a)는 다기능 픽셀 디바이스(36)에 대해 변위가능할 수도 있다. 예를 들어, 렌즈(50a)는, 포지션으로 슬라이딩하도록 제공되거나, 다기능 픽셀 디바이스(36)로부터 분리가능할 수도 있다.
[0047] 도 4b 및 4c에 도시된 볼록 플래튼(32a)은 버튼으로서의 사용에 유리할 수도 있다. 버튼은, 자동 출납기, 폰, 태블릿 컴퓨터 등과 같은 컴퓨터 디바이스에 대한 입력일 수도 있다. 버튼은, 사용자로부터의 입력을 등록하기 위해 적소에 고정되거나 변위가능할 수도 있다. 고정된 버튼의 경우, 버튼은, 다기능 픽셀(1,2)의 센서들을 이용하여 압력을 감지하거나, 사용자의 입력을 결정하도록 구성될 수도 있다. 버튼은 어레이로 배열된 복수의 다기능 픽셀들(1,2)을 포함할 수 있다. 평면형 플래튼(32)은 상술된 것과 동일한 방식으로 버튼으로서 사용될 수도 있다. 몇몇 구현들에서, 볼록 플래튼(32a)의 곡선형 형상은, 다른 버튼들을 포함하여 디바이스의 다른 영역들로부터 버튼을 구별하기 위해 사용자에게 도움이 될 수도 있다.
[0048] 광학 렌즈가 제공되지 않으면, 플래튼으로부터 이격된 오브젝트의 상세한 이미지를 획득하기가 어려울 수도 있다. 예를 들어, 플래튼으로부터 6mm 등을 초과하는 의미있는 생체 정보를 제공하기 위한 필수적인 세부사항을 갖는 광학 또는 적외선 이미지를 획득하는 것이 어려울 수도 있다. 그러나, 광학 렌즈 없이 취해진 광학 또는 적외선 이미지는, 플래튼 표면으로부터 이격된 오브젝트의 존재 또는 오브젝트의 이동을 결정하기에 충분한 정보를 제공할 수도 있다. 예를 들어, 오브젝트의 모션은, 렌즈 없이 약 0.01" 내지 약 2.0"의 범위에서 감지될 수도 있다. 다기능 픽셀(1,2)에서 제공된 센서(들) 또는 감지되는 오브젝트에 의존하여 다른 범위들이 획득될 수도 있다.
[0049] 상술된 하나 또는 그 초과의 다기능 픽셀들(1,2)은, 모바일 폰과 같은 소비자 디바이스 또는 의료용 디바이스와 같은 모바일 디바이스에 포함될 수도 있다. 도 5는 모바일 디바이스의 예시적인 실시예의 블록도를 도시하며, 일반적으로 (1500)으로 지정된다. 디바이스(1500)는 메모리(1532)에 커플링된 디지털 신호 프로세서(DSP) 또는 마이크로제어기와 같은 마이크로프로세서(1510)를 포함할 수도 있다. 예시된 예에서, 마이크로프로세서(1510)는, 캡쳐된 이미지들 또는 이미지 정보의 피쳐(feature)들을 식별하도록 구성된 이미지 프로세싱 로직을 포함한다. 마이크로프로세서(1510)는, 모바일 디바이스에 할당된 다양한 태스크들을 수행하도록 동작가능할 수도 있다. 특정한 실시예에서, 메모리(1532)는, 명령들(1560)을 포함하는 비-일시적인 컴퓨터 판독가능 매체일 수도 있다. 마이크로프로세서(1510)는, 모바일 디바이스에 할당된 태스크들을 수행하기 위해, 메모리(1532)에 저장된 명령들(1560)을 실행하도록 구성될 수도 있다. 다른 예시적인 예에서, 메모리(1532)는, 카메라(1570)에 의해 캡쳐된 광학 이미지들을 저장할 수도 있다.
[0050] 모바일 디바이스(1500)는 또한, 마이크로프로세서(1510) 및 디스플레이 디바이스(1528)에 커플링된 디스플레이 제어기(1526)를 포함할 수도 있다. 디스플레이 디바이스(1528)는, 하나 또는 그 초과의 다기능 픽셀들(1,2)을 갖는 도 1 또는 도 2a-2c에 도시된 인-셀 디스플레이 디바이스에 대응할 수도 있다. 코더/디코더(코덱)(1534)는 마이크로프로세서(1510)에 커플링될 수도 있다. 하나 또는 그 초과의 스피커들(1536) 및 마이크로폰들(1538)은 코덱(1534)에 커플링될 수도 있다. 특정한 실시예에서, 마이크로폰(1538)은 오디오를 캡쳐하도록 구성될 수도 있다. 마이크로폰(1538)은, 카메라(1570)가 비디오를 캡쳐하는 동안 오디오를 캡쳐하도록 구성될 수도 있다.
[0051] 무선 제어기(1540)는 마이크로프로세서(1510) 및 안테나(1542)에 커플링될 수도 있다. 특정한 실시예에서, 마이크로프로세서(1510), 디스플레이 제어기(1526), 메모리(1532), 코덱(1534), 및 무선 제어기(1540)는 시스템-인-패키지 또는 시스템-온-칩(SOC) 디바이스(1522)에 포함된다. 특정한 실시예에서, 입력 디바이스(1530) 및 전력 공급(1544)은, 시스템-온-칩 디바이스(1522)에 커플링될 수도 있다. 모바일 디바이스(1500)가 터치-스크린을 포함하는 예시적인 예에서, 디스플레이 디바이스(1528) 및 입력 디바이스(1530)는, 하나 또는 그 초과의 다기능 픽셀들(1,2)을 갖는 인-셀 시스템을 사용하여 적어도 부분적으로 집적될 수도 있다. 특정한 실시예에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 디스플레이 디바이스(1528), 입력 디바이스(1530), 스피커들(1536), 마이크로폰들(1538), 안테나(1542), 전력 공급(1544), 및 안테나(1570)는 시스템-온-칩 디바이스(1522) 외부에 있다. 그러나, 디스플레이 디바이스(1528), 입력 디바이스(1530), 스피커들(1536), 마이크로폰들(1538), 안테나(1542), 전력 공급(1544), 및 카메라(1570) 각각은, 인터페이스 또는 임베디드 마이크로제어기와 같은 시스템-온-칩 디바이스(1522)의 컴포넌트에 커플링될 수도 있다.
[0052] 초음파 센서가 탑재되는 경우, 하나 또는 그 초과의 다기능 픽셀들(1,2)을 포함하는 디스플레이 디바이스(1528)는 압전 막 초음파 송신기(12)를 포함할 수도 있다. 동작 동안, 초음파 송신기(12)는, 플래튼(32)을 향하여 다기능 픽셀(1,2)의 다양한 계층들을 통해 그리고 플래튼(32)을 통해 이동할 수도 있는 초음파 펄스를 방출할 수도 있다. 핑거(34)와 같은 플래튼(32) 상에 상주하는 오브젝트는 초음파 에너지의 일부를 흡수할 수도 있으며, 오브젝트에 의해 흡수되지 않는 초음파 에너지의 일부는 플래튼(32)을 통해 역으로 초음파 센서(20a)에 반사될 수도 있다. 초음파 센서(20a)가 수용하는 신호들을 주목함으로써, 오브젝트에 대한 정보가 결정될 수도 있다. 예를 들어, 오브젝트가 핑거(34)이면, 초음파 센서들로부터 도출되는 정보는 핑거프린트의 시각적인 표현의 생성을 가능하게 할 수도 있다. 도전성 트레이스(trace)들은, 초음파 센서들(20a)에 의해 생성된 신호들을 판독 출력하는 것을 허용하는 전자기기들과 초음파 센서(20a)의 초음파 센서 회로들을 접속시킬 수도 있다.
[0053] 도 6은, 다기능 픽셀 디스플레이 어레이를 포함하는 디스플레이 디바이스와 함께 사용될 수도 있는 초음파 센서 시스템의 블록도를 도시한다. 도 6은 초음파 센서 어레이(1601)와 연관된 회로(1600)를 도시한다. 제어 유닛(1610)은, 초음파 송신기(1620)를 통해 초음파 펄스를 전송하기 위해 신호들을 초음파 센서 어레이(1601)에 전송할 수도 있다. 예를 들어, 제어 유닛(1610)은, 초음파 송신기(1620)를 구동시키기 위해 송신기 여기 신호(1622)를 송신기 드라이버(1624)에 전송할 수도 있다. 제어 유닛(1610)은, 초음파 센서 어레이(1601)에 의해 제공된 신호들을 판독 출력하기 위한 회로를 활성화시킬 수도 있다. 예를 들어, 제어 유닛(1610)은, 초음파 센서 어레이(1601)의 바이어스를 제어하기 위해 레벨 선택 입력(1626)을 수신기 바이어스 드라이버(1628)에 전송할 수도 있다. 반사된 초음파 에너지가 초음파 센서 어레이(1601)에 도달하도록 예상되는 시간을 알게 됨으로써, 제어 유닛(1610)은, 핑거(34)(또는 스타일러스와 같은 다른 오브젝트)가 상주하는 플래튼(32)으로부터 반사되었던 초음파 에너지와 연관된 센서 신호들을 판독 출력할 수도 있다. 제어 유닛(1610)은, 게이트 드라이버들(1627)을 통해 초음파 센서 어레이(1601)를 구성하는 다기능 픽셀들(1,2)의 판독출력을 제어할 수도 있다. 일단 센서 신호들이 판독 출력되면, 데이터 프로세서(1630)는, 센서 신호들에 대응하는 디지털화된 데이터 세트를 형성하는데 사용될 수도 있으며, 이러한 데이터 세트는 디지털 출력(1640)으로서 제공될 수도 있다. 아날로그-디지털 변환기와 같은 디지털화기(1629)는, 아날로그일 수도 있는 픽셀 신호들을 디지털 형태로 변환하도록 제공될 수도 있다. 데이터 프로세서(1630)는 디지털 신호 프로세서, 또는 다른 유사한 프로세서일 수도 있다.
[0054] (핑거(34)와 같은) 오브젝트가 플래튼(32) 상에 상주하면, 오브젝트에 도달하는 초음파 펄스 또는 파(wave)는 플래튼(32)으로부터 오브젝트로 계속되며, 여기서, 에너지가 흡수된다. 예를 들어, 플래튼(32)에 접촉하는 핑거프린트의 릿지(ridge)들은, 플래튼(32)을 통해 핑거(34)에 송신된 초음파 에너지를 실질적으로 흡수할 것이다. 그러나, 플래튼(32)에 접촉하지 않는 핑거프린트의 밸리(valley)들이 존재하는 경우, 초음파 에너지는, 플래튼(32)을 통해 역으로 실질적으로 반사되고, 초음파 센서 어레이(1601)에 의해 검출될 것이다. 다른 전자기기들은, 초음파 센서 어레이(1601)로부터 개별 로우 및 컬럼 신호들을 판독 출력할 수도 있으며, 데이터 프로세서(1630)는 신호들로부터 도출된 데이터를 생성하는데 사용될 수도 있다. 그 데이터는, 오브젝트의 이미지(예를 들어, 핑거프린트의 이미지)를 생성하는데 사용될 수도 있다.
[0055] 도 7은 다기능 픽셀 또는 픽셀 디스플레이 어레이를 이용할 수도 있는 디바이스들을 도시한다. 다기능 픽셀들(1,2)의 어레이를 갖는 디스플레이 디바이스들은, 랩탑 컴퓨터(1700), 셀폰(1710), 태블릿 컴퓨터(1720)(예를 들어, iPad®), 게임 콘솔(1730), 및 의료용 디바이스(1740)를 포함할 수도 있다.
[0056] 도 8은 다기능 픽셀들의 어레이를 포함하는 시각적인 디스플레이를 도시하며, 그의 일부가 확대된다. 시각적인 디스플레이(1800)의 확대된 부분(1800a)은 16개의 다기능 픽셀들(1,2)의 디스플레이 서브-어레이(3)를 포함한다. 이러한 구현에서, 디스플레이 서브-어레이(3) 내의 각각의 픽셀은 다기능 픽셀(1,2)이다. 몇몇 동작 모드들에서, 센서들(20)의 하나 또는 그 초과의 센서 회로들은 턴 온 될 필요가 없다. 이러한 방식으로, 센서 해상도가 수정될 수도 있다. 예를 들어, 다기능 픽셀들(1,2)이 디스플레이(1800)의 2번째 로우마다(every other row) 및 2번째 컬럼마다 턴 온되면, 센서 해상도는 디스플레이(1800)의 시각적인 해상도의 1/4일 것이다.
[0057] 도 9는 디스플레이 픽셀들과 교번하는 다기능 픽셀들의 어레이를 포함하는 다른 시각적인 디스플레이를 도시한다. 이러한 구현에서, 다기능 픽셀들(1,2)은, 어떠한 감지 기능들도 갖지 않는 디스플레이 픽셀들(4)을 갖거나 디스에이블링된 감지 기능을 갖는 체커보드 패턴을 갖는 2×2(two-by-two) 디스플레이 서브-어레이(3)에서 배열되며, 센서 해상도들은 디스플레이(1800)의 시각적인 해상도의 1/2이다.
[0058] 도 10은 다기능 픽셀들의 어레이 및 디스플레이 픽셀들을 포함하는 다른 시각적인 디스플레이를 도시한다. 이러한 구현에서, 2개의 다기능 픽셀들(1,2)의 2×2 디스플레이 서브-어레이(3)는, 어떠한 감지 기능들도 갖지 않거나, 또는 디스에이블링되거나 그렇지 않으면 디스카운팅된 감지 기능들을 갖는 2개의 디스플레이 픽셀들(4) 옆에 배치되며, 센서 해상도는 디스플레이 해상도의 절반이다.
[0059] 도 11a-11g는 다기능 픽셀들의 다양한 어레인지먼트들을 도시한다. 다기능 픽셀들은, 하나 또는 그 초과의 초음파 센서들(20a), 광전자 센서들(20b), 적외선 센서들(20c), 또는 정전용량형 센서들(20d)의 결합을 갖는 디스플레이 픽셀들(18)을 포함할 수도 있다. 도 11a-11g에서, 명확화를 위해 다기능 픽셀(1,2)의 모든 계층들이 도시되지는 않음을 유의한다. 도 11a에서, 레드, 그린 및 블루 디스플레이 서브-픽셀들(18a, 18b 및 18c)을 각각 갖고, 초음파 센서(20a), 및 적외선 센서(20c)를 갖는 디스플레이 픽셀(18)을 갖는 인-셀 다기능 픽셀(1,2)이 도시되어 있다. 도 11b에서, 레드, 그린 및 블루 디스플레이 서브-픽셀들(18a-c), 초음파 센서(20a), 및 광전자 센서(20b)를 갖는 디스플레이 픽셀(18)을 갖는 인-셀 다기능 픽셀(1,2)이 도시되어 있다. 도 11c에서, 레드, 그린 및 블루 디스플레이 서브-픽셀들(18a-c), 제 1 초음파 센서(20a), 및 제 2 초음파 센서(20a)를 갖는 인-셀 다기능 픽셀(1,2)이 도시되어 있다. 도 11d에서, 레드, 그린 및 블루 디스플레이 서브-픽셀들(18a-c), 초음파 센서(20a), 및 정전용량형 센서(20d)를 갖는 인-셀 다기능 픽셀(1,2)이 도시되어 있다. 도 11e에서, 레드, 그린 및 블루 디스플레이 서브-픽셀들(18a-18c), 광전자 센서(20b), 및 정전용량형 센서(20d)를 갖는 디스플레이 픽셀(18)을 갖는 인-셀 다기능 픽셀(1,2)이 도시되어 있다. 도 11f에서, 레드, 그린 및 블루 서브-픽셀들(18a-c), 광전자 센서(20b), 및 적외선 센서(20c)를 갖는 디스플레이 픽셀(18)을 갖는 인-셀 다기능 픽셀(1,2)이 도시되어 있다. 다른 구현들(미도시)은, 디스플레이 픽셀, 광전자 광 센서(광학 광 또는 적외선 광), 및 정전용량형 센서(20d)를 갖는 다기능 픽셀(1,2)을 포함할 수도 있다. 다른 구현들은, 디스플레이 픽셀들 및 하나 또는 그 초과의 센서들의 다른 결합들을 포함할 수도 있다.
[0060] 인-셀 다기능 픽셀(1,2)은, 디스플레이 디바이스의 디스플레이 및 다른 컴포넌트들에 대한 전력의 제어를 허용하는 신호들을 제공할 수 있을 수도 있는 적외선 센서(20c)를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 적외선 센서(20c)가 적외선 에너지 및 열을 검출할 수도 있으므로, 디스플레이 상에 또는 그 근방에 포지셔닝된 사람의 핑거, 손, 머리, 또는 이어로부터의 열은, 디스플레이에 임베딩된 적외선 센서들(20c)에 의해 검출되며, 디스플레이 디바이스 내의 다른 컴포넌트들을 턴 온 또는 턴 오프시키기 위한 명령들을 제공하도록 해석될 수도 있다. 예를 들어, 초음파 센서(20a)의 초음파 센서 회로 또는 광전자 센서(20b)의 광전자 센서 회로는, 디스플레이에 접근하고 있는 사람의 손, 핑거, 머리, 또는 이어로부터의 열의 검출에 응답하여 턴 온될 수도 있다. 이러한 방식으로, 초음파 센서(20a)와 연관된 초음파 송신기(12)는, 필요할 때까지 오프로 유지될 수도 있다. 몇몇 구현들에서, 다기능 픽셀(1,2)은, 다기능 픽셀(1,2) 근방의 또는 그 상의 핑거 또는 다른 오브젝트의 존재를 검출할 수 있을 수도 있는 정전용량형 센서(20d)를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예들에서, 정전용량형 센서(20d)에 의해 검출된 신호들은, 디스플레이 디바이스 내의 초음파 송신기(12) 및 초음파 센서들(20a) 또는 다른 컴포넌트들을 턴 온시키기 위한 기반으로서 사용될 수도 있다. 대안적으로, 정전용량형 센서(20d)로부터의 신호들은 디스플레이 디바이스에 대한 터치스크린 입력을 제공하는데 사용될 수도 있다. 몇몇 구현들에서, 압전 재료의 적외선 검출 능력은, 터칭 오브젝트의 상세한 포지션을 신속하게 결정하기 위해, 디스플레이의 표면 상에서의 핑거 또는 스타일러스와 같은 터칭 오브젝트로부터의 초기 터치 이벤트, 후속하여 터치의 근처에서의 다양한 센서들의 적응적 스캔을 검출하는데 사용될 수도 있다.
[0061] 유사한 메커니즘은, 모바일 디바이스가 사용자의 명령들을 수용할 준비가 되었다는 것을 표시하기 위하여, 시각적인 디스플레이를 통해 "웰컴(welcome) 메시지" 또는 다른 프롬프트(prompt)를 사용자에게 제공하도록 프로그래밍된 마이크로프로세서에 대해 사용될 수도 있다. 마이크로프로세서는, 덜 활성인 상태로 유지될 수도 있으며, 디스플레이의 센서들이 사용자가 디스플레이를 사용하기를 소망한다는 것을 표시하는 경우 더 활성인 상태로 이끌릴 수도 있다. 예를 들어, 마이크로프로세서는, 전력을 보존하기 위해 덜 활성인 상태로 유지될 수도 있지만, 필요한 경우, 마이크로프로세서는 프롬프트를 제공하기 위해 더 활성인 상태로 이끌릴 수도 있다. 이러한 방식으로, 센서 어레이는, 시각적인 디스플레이를 통해 전달된 응답을 생성하는데 사용될 수도 있는 이벤트를 검출할 수도 있다.
[0062] 도 12는 다기능 픽셀을 동작시키는 방법의 일 구현을 도시한 흐름도이다. 인-셀 다기능 픽셀(1,2)의 적외선 센서(20c)는, 열을 검출하고, 센서에 의해 감지된 열의 양에 비례하는 신호를 전송할 수도 있다. 신호는 임계치와 비교될 수도 있으며, 임계치가 초과되면, 초음파 송신기(12)는 활성화될 수도 있다. 임계치가 초과되지 않으면, 초음파 송신기(12)는 활성으로 유지되거나 비활성 상태로 배치될 수도 있다. 유사한 방식으로, 다기능 픽셀(1,2)의 정전용량형 센서(20d)는, 핑거, 스타일러스 또는 다른 오브젝트의 근접도를 검출하며, 초음파 송신기(12)가 활성화되게 하거나 활성화되게 유지하게 할 수도 있다.
[0063] 도 13은 다기능 픽셀을 동작시키는 방법의 다른 구현을 도시한 흐름도이다. 인-셀 다기능 픽셀(1,2)의 적외선 센서(20c)는, 열을 검출하고, 센서에 의해 감지된 열의 양에 비례하는 신호를 전송할 수도 있다. 신호는 임계치와 비교될 수도 있으며, 임계치가 초과되면, 초음파 송신기(12)는 활성화될 수도 있다. 초음파 송신기(12)가 활성화되면, 초음파 이미지는, 다기능 픽셀(1,2)의 초음파 센서(20a)에 의해 캡쳐될 수도 있다. 임계치가 초과되지 않으면, 초음파 송신기(12)는 활성으로 유지되거나 비활성 상태로 배치될 수도 있다. 유사하게, 다기능 픽셀(1,2)의 정전용량형 센서(20d)는, 핑거, 스타일러스 또는 다른 오브젝트의 근접도를 검출하며, 초음파 송신기(12)가 활성화되게 하고, 초음파 이미지가 캡쳐되게 할 수도 있다.
[0064] 도 14a 및 14b는, 다기능 픽셀 디스플레이 어레이를 동작시키는데 사용될 수도 있는 다기능 픽셀 시스템의 회로를 도시한다. 도 14a는, LCD 디스플레이 컴포넌트들을 갖는 다기능 픽셀 디스플레이 어레이(2001)에 대한 회로(2000)를 도시한다. 도 14b는, OLED 디스플레이 컴포넌트들을 갖는 다기능 픽셀 디스플레이 어레이(2002)에 대한 회로(2000)를 도시한다. 회로(2000)는, 컬럼-드라이버 회로(2030)를 갖는 픽셀 디스플레이 어레이 드라이버(2020)에 신호들을 제공하도록 프로그래밍되는 마이크로프로세서(2010)를 포함할 수도 있다. 부가적으로, 마이크로프로세서(2010)는, 센서 어레이 판독출력 회로(2040)를 동작시키기 위한 신호들을 제공하도록 프로그래밍될 수도 있다. 타이밍 바이어스 및 펄스 생성 제어 회로(2050)는, 예를 들어, 디스플레이 회로들(2060) 및/또는 센서 회로들(2070)의 타이밍 및 바이어스를 제어하도록 제공될 수 있다. 바이어스 및 펄스 생성 제어 회로(2050)는, 다기능 픽셀 디스플레이 어레이(2001, 2002)의 로우들 또는 컬럼들을 선택하도록 구성될 수도 있다. 압전 센서, 광전자 센서 및 초전 센서의 트라이어드(triad)가 도 14a 및 14b에 도시되지만, 광전자 센서들, 광학 광 센서들, 적외선 광 센서들, 적외선 센서들, 초음파 센서들, 음향 또는 음향 방출 센서들, 압전 힘 또는 압력 센서들, 써멀 센서들, 또는 정전용량형 센서들을 포함하는 하나 또는 그 초과의 센서 타입들은, 디스플레이 어레이 내의 하나 또는 그 초과의 다기능 픽셀들로 구성될 수도 있다.
[0065] 많은 수들의 로우 선택 라인들, 컬럼 드라이버 라인들 및 센서 판독출력 라인들이 디스플레이 엘리먼트들의 뷰잉을 가릴 수 있으므로, 라인들의 수를 최소화시키기 위한 접근법들이 유리할 수도 있다. 도 14c는, 레드, 그린 및 블루 각각에 대한 3개의 서브-픽셀들(18a, 18b 및 18c), 및 초음파 센서, 광전자 센서, 및 정전용량형 센서를 각각 표현하는 3개의 센서들(20a, 20b 및 20d)을 갖는 LCD 또는 OLED 디스플레이 픽셀을 이용하여 구성된 다기능 픽셀들(1,2)의 디스플레이 어레이(2001, 2002)에 대한 독립적인 로우 어드레싱을 도시한다. 디스플레이 서브-픽셀들에 대한 비디오 또는 디스플레이 입력 라인들 및 센서들에 대한 센서 출력 신호 라인들이 분리된다. 이러한 구성은, 디스플레이 픽셀들 및 센서들에 대한 독립적인 프레임 레이트들을 허용하고, 센서들의 특정한 로우들 또는 컬럼들을 디스에이블링하거나, 디스카운팅하거나, 접속해제하거나, 무시하거나, 인에이블링시키지 않거나, 액세스하지 않거나, 어드레싱하지 않거나, 또는 그렇지 않으면 묵살함으로써 상이한 센서 해상도들을 또한 허용한다. 일 실시예에서, 다기능 픽셀 디스플레이 어레이 내의 광전자 센서들, 제 2 센서들, 또는 다른 센서들의 프레임 레이트, 프레임 사이즈, 및 해상도는, 센서 로우들 및 컬럼들의 서브세트를 결정 및 액세스함으로써 조정가능하도록 구성될 수도 있다. 상이한 실시예에서, 로우 선택 라인들의 수는 도 14d에 도시된 바와 같이, 공통 로우 선택 라인을 이용하여 디스플레이 엘리먼트들의 로우 및 센서 엘리먼트들의 로우를 어드레싱함으로써 감소될 수도 있다. 센서들에 전력공급하거나 센서들을 리셋하기 위한 부가적인 라인들이 또 다른 실시예에 포함될 수도 있다.
[0066] 추가적인 실시예에서, 도 14e에 도시된 바와 같이, 비디오 입력 라인들 및 센서 출력 라인들의 수는, 디스플레이 픽셀들을 구동시키고 동일한 컬럼 라인을 이용하여 센서 출력 신호들을 감지함으로써 감소될 수도 있다. 이러한 실시예에서, 공통 컬럼 라인은 비디오 입력을 위해 사용될 수도 있는 반면, 디스플레이 픽셀들의 로우들이 선택되고, 센서들의 로우들이 선택되는 경우 센서 출력을 위해 사용될 수도 있다. 디스플레이 컬럼 드라이버들에 대한 높은 출력 임피던스 모드는, 감지 모드에 있는 경우 컬럼 라인들 상에서의 센서 출력 신호들의 정확한 검출을 허용하도록 포함될 수도 있다. 도 14f에 도시된 바와 같이, 다른 실시예는, 공통 디스플레이/센서 로우 선택 라인들 및 공통 비디오 입력/센서 출력 컬럼 라인들을 가질 수도 있다. 도 14g에 도시된 바와 같이, 다른 실시예는, 레드, 그린 및 블루 서브-픽셀들(18a-c), 다수의 초음파 센서들(20a), 및 적외선 센서(20c)의 수 개의 세트들을 갖는 다기능 픽셀(1,2)을 도시한다. 로우 및 컬럼 어드레싱은, 디스플레이 엘리먼트들에 대한 디스플레이 데이터를 제공하고, 센서 엘리먼트들로부터 센서 데이터를 판독하는데 사용된다. 초음파 센서들(20a)은 적당히 높은 해상도의 초음파 이미징을 위해 사용될 수도 있는 반면, 적외선 센서(20c)는 희박한 적외선 이미징을 위해 사용될 수도 있다. 희박한 적외선 이미징은, 예를 들어, 제스쳐들을 검출하거나, 다기능 픽셀(1,2)에 근접하게 또는 그 상에 포지셔닝된 핑거로부터의 열을 검출하기에 유용할 수도 있다. 몇몇 구현들에서, 희박한 적외선 이미징은, 초음파 이미징을 위해 초음파 송신기를 턴 온시키기 전에 오브젝트의 존재를 검출하는데 사용될 수도 있다. 도 14c-14g에 도시된 것들과 같은 몇몇 구현들에서, 다른 제어 및 전력 라인들과 함께 로우 선택 라인들 및/또는 컬럼 구동/감지 라인들은, 더 작은 면적 공간을 소비하고 디스플레이 어레이의 과도한 시야막힘을 회피하기 위해 2개 또는 그 초과의 상호접속 계층들로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 디스플레이 서브-픽셀들 및 센서들의 로우에 대한 제 1 로우 선택 라인은, 디스플레이 서브-픽셀들 및 센서들의 이웃한 로우에 대한 제 2 로우 선택 라인 위에 직접적으로 포지셔닝될 수도 있다.
[0067] 도 14h-14u는 다기능 픽셀 내의 센서들 및 센서 타입들의 다양한 어레인지먼트들을 도시한다. 이들 어레인지먼트들에서, 레드-그린-블루 디스플레이 픽셀(18) 내의 블루 서브-픽셀(18c)의 일부는, 다기능 픽셀 디스플레이 어레이(2001, 2002)의 일부로서 형성되는 경우 다기능 픽셀(1,2) 내의 다양한 센서들 및 센서 타입들의 포지션을 허용하기 위해 감소된다. 블루 서브-픽셀(18c)은 LCD, OLED 및 반사형 디스플레이들에서 더 효율적일 수도 있어서, 블루 서브-픽셀에 할당된 영역은 레드 서브-픽셀(18a) 또는 그린 서브-픽셀(18b)과 같은 다른 디스플레이 서브-픽셀들에 비해 감소될 수도 있으며, 디스플레이 성능에 실질적인 영향을 주지 않을 수도 있다. 초음파 센서(20a)는, 도 14h에 도시된 바와 같이, 다기능 픽셀(1,2) 내에 포지셔닝될 수도 있다. 초음파 센서(20a) 및 광전자 센서(20b)는, 도 14i에 도시된 바와 같이, 다기능 픽셀(1,2) 내에 포지셔닝될 수도 있다. 초음파 센서(20a) 및 적외선 센서(20c)는, 도 14j에 도시된 바와 같이, 다기능 픽셀(1,2) 내에 포지셔닝될 수도 있다. 초음파 센서(20a) 및 정전용량형 센서(20d)는, 도 14k에 도시된 바와 같이, 다기능 픽셀(1,2) 내에 포지셔닝될 수도 있다. 초음파 센서(20a), 광전자 센서(20b), 및 적외선 센서(20c)는, 도 14l에 도시된 바와 같이, 다기능 픽셀(1,2) 내에 포지셔닝될 수도 있다. 초음파 센서(20a), 광전자 센서(20b), 및 정전용량형 센서(20d)는, 도 14m에 도시된 바와 같이, 다기능 픽셀(1,2) 내에 포지셔닝될 수도 있다. 초음파 센서(20a), 적외선 센서(20c), 및 정전용량형 센서(20d)는, 도 14n에 도시된 바와 같이, 다기능 픽셀(1,2) 내에 포지셔닝될 수도 있다. 초음파 센서(20a), 광전자 센서(20b), 적외선 센서(20c) 및 정전용량형 센서(20d)는, 도 14o에 도시된 바와 같이, 다기능 픽셀(1,2) 내에 포지셔닝될 수도 있다. 추가적인 어레인지먼트들에서, 광전자 센서(20b)는, 도 14p에 도시된 바와 같이, 다기능 픽셀(1,2) 내에 포지셔닝될 수도 있다. 광전자 센서(20b) 및 적외선 센서(20c)는, 도 14q에 도시된 바와 같이, 다기능 픽셀(1,2) 내에 포지셔닝될 수도 있다. 광전자 센서(20b) 및 정전용량형 센서(20d)는, 도 14r에 도시된 바와 같이, 다기능 픽셀(1,2) 내에 포지셔닝될 수도 있다. 광전자 센서(20b), 적외선 센서(20c), 및 정전용량형 센서(20d)는, 도 14s에 도시된 바와 같이, 다기능 픽셀(1,2) 내에 포지셔닝될 수도 있다. 추가적인 어레인지먼트들에서, 적외선 센서는, 도 14t에 도시된 바와 같이, 다기능 픽셀(1,2) 내에 포지셔닝될 수도 있다. 적외선 센서(20c) 및 정전용량형 센서(20d)는, 도 14u에 도시된 바와 같이, 다기능 픽셀(1,2) 내에 포지셔닝될 수도 있다. 어드레스, 데이터 및 감지 라인들은 명확화를 위해 이들 도 14h-14u에 도시되지 않는다.
[0068] 도 14v-14z는, 다기능 픽셀 내의 센서들 및 센서 타입들의 다양한 어레인지먼트들을 도시하며, 여기서, 블루 서브-픽셀(18c)은 디스플레이 어레이 내의 다양한 장소들에서 센서와 교체된다. 즉, 다기능 픽셀(1,2)에 대해 블루 서브-픽셀들보다 더 많은 레드 서브-픽셀들 또는 그린 서브-픽셀들이 존재한다. 블루 서브-픽셀이 레드 서브-픽셀 또는 그린 서브-픽셀과 같은 다른 서브-픽셀들보다 더 효율적일 수도 있는 경우, 블루 서브-픽셀을 센서와 종종 교체하는 것은 디스플레이 성능의 최소 감소를 초래할 수도 있다. 도 14v는, 다기능 픽셀 디스플레이 어레이(2001, 2002)의 일부일 수도 있는 다기능 픽셀(1,2)에서 디스플레이 서브-픽셀들(18a-c)과 함께 초음파 센서(20a)를 포함한다. 도 14w는 다기능 픽셀(1,2)에서 초음파 센서(20a) 및 광전자 센서(20b)를 포함한다. 도 14x는 다기능 픽셀(1,2)에서 초음파 센서(20a) 및 적외선 센서(20c)를 포함한다. 도 14y는 다기능 픽셀(1,2)에서 초음파 센서(20a) 및 정전용량형 센서(20d)를 포함한다. 도 14z는 다기능 픽셀(1,2)에서 초음파 센서(20a), 광전자 센서(20b), 적외선 센서(20c), 및 정전용량형 센서(20d)를 포함한다. 어드레스, 데이터 및 감지 라인들은 명확화를 위해 이들 도 14v-14z에 도시되지 않는다. 다른 구성들(미도시)은, 다기능 픽셀(1,2)에서 초음파 센서(20a), 광전자 센서(20b), 및 적외선 센서(20c) 또는 정전용량형 센서(20d); 다기능 픽셀(1,2)에서 초음파 센서(20a), 적외선 센서(20c) 및 정전용량형 센서(20d); 다기능 픽셀(1,2)에서 광전자 센서(20b); 다기능 픽셀(1,2)에서 광전자 센서(20b) 및 적외선 센서(20c) 또는 정전용량형 센서(20d); 다기능 픽셀(1,2)에서 광전자 센서(20b), 적외선 센서(20c), 및 정전용량형 센서(20d); 다기능 픽셀(1,2)에서 적외선 센서(20c); 및 다기능 픽셀(1,2)에서 적외선 센서(20c) 및 정전용량형 센서(20d)를 포함한다.
[0069] 도 14aa-14ae는 다기능 픽셀 내의 센서들 및 센서 타입들의 부가적인 어레인지먼트들을 도시한다. 이들 어레인지먼트들은 다양한 쿼드(quad) 구성들을 표현하며, 여기서, 하나 또는 그 초과의 센서들과 함께 레드, 그린 및 블루 서브-픽셀들은 대략 2×2 구성 또는 그의 배수로 배열된다. 이들 어레인지먼트들에서, 센서 데이터는 블루 서브-픽셀을 구동시키는 것 대신에 수집될 수도 있다. 대안적으로, 별개의 구동 및/또는 감지 라인은 센서와 연관될 수도 있다. 도 14aa는, 쿼드 어레인지먼트로 초음파 센서(20a) 및 디스플레이 서브-픽셀들(18a-c)을 갖는 다기능 픽셀(1,2)을 도시한다. 도 14ab는, 초음파 센서(20a), 광전자 센서(20b), 및 디스플레이 서브-픽셀들(18a-c)을 갖는 다기능 픽셀(1,2)을 도시한다. 도 14ac는, 초음파 센서(20a), 적외선 센서(20c), 및 디스플레이 서브-픽셀들(18a-c)을 갖는 다기능 픽셀(1,2)을 도시한다. 도 14ad는, 초음파 센서(20a), 정전용량형 센서(20d), 및 디스플레이 서브-픽셀들(18a-c)을 갖는 다기능 픽셀(1,2)을 도시한다. 도 14ae는, 초음파 센서(20a), 광전자 센서(20b), 적외선 센서(20c), 정전용량형 센서(20d), 및 디스플레이 서브-픽셀들(18a-c)을 갖는 다기능 픽셀(1,2)을 도시한다. 다른 어레인지먼트들은, 하나 또는 그 초과의 초음파 센서들(20a), 광전자 센서들(20b), 적외선 센서들(20c) 또는 정전용량형 센서들(20d), 및 이들의 결합들을 갖는 디스플레이 픽셀들을 포함한다.
[0070] 하나 또는 그 초과의 센서들이 각각의 다기능 픽셀에서 디스플레이 서브-픽셀들로 점재(intersperse)되는 실시예, 또는 디스플레이 서브-픽셀들 및 센서 엘리먼트들이 도시된 것들 이외의 양들 및 포지션들에 존재하는 실시예를 갖는 것이 또한 가능하다.
[0071] 다기능 픽셀 디스플레이 어레이 내의 센서 엘리먼트들의 해상도가, 예컨대 교번하는 로우들 및 교번하는 컬럼들에 액세스하거나, 로우들 및 컬럼들의 서브세트를 어드레싱하거나, 또는 하나 또는 그 초과의 로우들 또는 컬럼들의 그룹들을 스킵함으로써 동작 동안 조정가능하도록 구성될 수도 있으므로, 센서들로부터의 데이터 포착의 프레임 레이트가 또한 조정가능할 수도 있다. 즉, 센서 엘리먼트들에 대한 프레임 레이트는, 디스플레이 엘리먼트들에 대한 프레임 레이트보다 높거나, 그와 동일하거나, 그보다 낮을 수도 있다. 일 예에서, 인-셀 정전용량형 센서 어레이의 프레임 레이트는 디스플레이 업데이트 레이트보다 훨씬 더 빠를 수도 있으므로, 터치 또는 스타일러스 입력 데이터는, 예컨대 스타일러스 트래킹을 위해 필요한 경우 고속 레이트로 포착될 수도 있다. 다른 예에서, 인-셀 초음파 핑거프린트 센서 어레이의 프레임 레이트는, 핑거프린트들과 같은 고해상도 생체 정보의 포착을 허용하기 위해 디스플레이 업데이트 레이트로부터 감소될 수도 있다. 센서 데이터의 포착에 대한 프레임 레이트는, 상이한 애플리케이션들에 관한 센서 데이터에 대한 가변 필요성에 기초하여 동적일 수도 있다. 프레임 사이즈는 동적일 수도 있어서, 예를 들어, 디스플레이 어레이의 표면 상의 또는 그 근방의 스타일러스 또는 다른 오브젝트의 트래킹을 허용하기 위해 디스플레이 어레이의 더 작은 부분들로부터의 센서 데이터의 신속한 액세스를 허용한다. 동적 프레임 사이즈 및 동적 프레임 레이트는 디스플레이 어레이 상에서 또는 그 근방에서 오브젝트들의 제스쳐들을 검출하는데 사용될 수도 있어서, 제스쳐의 신속한 트래킹을 허용한다. 몇몇 모드들에서, 센서 엘리먼트들의 일부 또는 전부는 적어도 일 시간 동안 역방향으로 액세스될 수도 있다. 일 동작 모드에서, 다기능 픽셀 디스플레이 어레이로부터의 센서 데이터의 포착은, 어떠한 센서 데이터도 요청되지 않는 시간 동안 중단될 수도 있는 반면, 디스플레이 어레이 내의 디스플레이 엘리먼트들에 대한 업데이트들은 계속된다. 상이한 동작 모드에서, LCD-기반 디스플레이 어레이의 백라이트는, 디스플레이 어레이 내의 광전자 센서들로부터의 데이터와 같은 센서 데이터가 취해지게 하도록 턴 오프되거나 어두워질 수도 있다.
[0072] 디스플레이 엘리먼트들 및 센서 엘리먼트들의 독립적인 액세스가 제공되는 상이한 실시예에서, 공통 로우-선택 라인들 또는 공통 비디오 입력 및 센서 출력 라인들의 사용이 비디오 또는 디스플레이 입력 데이터를 제공하고 센서 출력 데이터를 포착하는 타이밍 및 순서에 제한들을 둘 수도 있다는 것이 또한 가능하다. 예를 들어, 시퀀스는, 비디오 데이터를 먼저 기입하고, 둘째로 센서 출력 데이터를 판독하는 것일 수도 있으며, 그 후, 반복될 수도 있다. 제 2 예에서, 비디오 또는 디스플레이 데이터는 다수의 연속하는 프레임들 동안 기입될 수도 있으며, 하나 또는 그 초과의 센서 포착 프레임들은, 필요할 경우 기입 프레임들 사이에 삽입된다. 제 3 예에서, 비디오 또는 디스플레이 데이터는 거의 연속적으로 기입될 수도 있으며, 센서 데이터는, 디스플레이 데이터에서 소강상태(lull)가 존재하거나 센서 데이터를 포착할 필요성이 발생하는 경우 취해진다. 제 4 예에서, 디스플레이 어레이 내의 센서들은, 매우 낮은 프레임 레이트(예를 들어, 매 초, 분, 시간 또는 그 초과마다 1회)로 액세스될 수도 있는 반면, 디스플레이는, 디스플레이가 턴 온되거나 몇몇 다른 이벤트가 발생할 때까지 오프이다.
[0073] 도 15a는, 도 14a 및 14b에 도시된 바와 같은 다기능 픽셀 시스템에서 다기능 픽셀(1,2)과 함께 사용될 수 있는 초음파(압전) 센서(20a)를 도시한다. 압전 센서는, 예를 들어, 고주파수 초음파 신호들, 중간-주파수 음향 신호들, 또는 저주파수 적용된 압력 또는 힘 신호들을 측정하기 위해 사용될 수도 있다. 압전 센서는, 예를 들어, 핑거 또는 스타일러스가 디스플레이 어레이의 표면을 문지르거나 탭(tap)하는 경우 방출될 수도 있는 음향 방출들을 검출할 수도 있다. 도 15b는, 도 14a 및 14b에 도시된 다기능 픽셀 시스템에서 사용될 수 있는 적외선(초전) 센서(20c)를 도시한다. 초전 센서는, 예를 들어, 적외선 에너지, 써멀 에너지, 또는 열을 검출하기 위해 사용될 수도 있다. 도 15c는, 도 14a 및 14b에 도시된 다기능 픽셀 시스템에서 사용될 수 있는 광전자 센서(20b)를 도시한다. 광전자 센서는, 예를 들어, 광학 광 또는 적외선 광을 검출하기 위해 사용될 수도 있다. 도 15d는, 다기능 픽셀(1,2)에서 사용될 수도 있는 정전용량형 센서(20d)를 도시한다. 정전용량형 센서(20d)는, 예를 들어, 다기능 픽셀(1,2) 상에 또는 그 근방에 배치된 핑거와 같은 오브젝트로부터 커패시턴스 또는 커패시턴스에서의 변화들을 검출하기 위해 사용될 수도 있다.
[0074] 설명된 실시예들과 함께, 전달될 미디어 아이템의 사용자 선택을 수용하기 위한 시스템을 포함하는 장치가 기재된다. 예를 들어, 미디어 아이템의 사용자 선택을 수용하기 위한 시스템은, 도 1 및 도 2a-2c에 도시된 것들과 같은 다기능 픽셀(1,2)을 포함하는 인-셀 시스템일 수도 있다. 미디어 아이템은, 데이터가 디지털 비디오, 오디오, 아트(art) 등과 같이 디지털 형태로 저장되는 디지털 미디어를 포함할 수 있다.
[0075] 당업자들은, 본 명세서에 기재된 실시예들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 로직 블록들, 구성들, 모듈들, 회로들, 및 알고리즘 단계들이 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 이 둘의 결합들로서 구현될 수도 있음을 추가적으로 인식할 것이다. 다양한 예시적인 컴포넌트들, 블록들, 구성들, 모듈들, 회로들, 및 단계들은 그들의 기능 관점들에서 일반적으로 상술되었다. 그러한 기능이 하드웨어로 구현되는지 또는 소프트웨어로 구현되는지 여부는 특정 애플리케이션, 및 전체 시스템에 부과된 설계 제약들에 의존한다. 당업자들은 설명된 기능을 각각의 특정 애플리케이션에 대해 다양한 방식들로 구현할 수도 있지만, 그러한 구현 결정들이 본 발명의 범위를 벗어나게 하는 것으로서 해석되지는 않아야 한다.
[0076] 본 발명이 하나 또는 그 초과의 특정한 실시예들에 대해 설명되었지만, 본 발명의 다른 실시예들이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 행해질 수도 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은, 첨부된 청구항들 및 그의 합리적인 해석에 의해서만 제한된다고 간주된다.

Claims (20)

  1. 디스플레이 어레이로서,
    복수의 다기능 픽셀들을 포함하며,
    각각의 다기능 픽셀은,
    레드 디스플레이 영역, 그린 디스플레이 영역, 및 블루 디스플레이 영역; 및
    다음의 센서 타입들: 초음파 센서, 적외선 센서, 광전자(photoelectric) 센서, 및 정전용량형 센서로부터 선택된 적어도 하나의 센서를 포함하고,
    상기 블루 디스플레이 영역은, 상기 복수의 다기능 픽셀들 각각에서 상기 레드 디스플레이 영역보다 작거나 상기 그린 디스플레이 영역보다 작은, 디스플레이 어레이.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레드 디스플레이 영역은 하나 또는 그 초과의 레드 서브-픽셀들로 구성되고, 상기 그린 디스플레이 영역은 하나 또는 그 초과의 그린 서브-픽셀들로 구성되며, 상기 블루 디스플레이 영역은 하나 또는 그 초과의 블루 서브-픽셀들로 구성되는, 디스플레이 어레이.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 블루 서브-픽셀들보다 더 많은 레드 서브-픽셀들 또는 더 많은 그린 서브-픽셀들이 존재하는, 디스플레이 어레이.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 레드 서브-픽셀들 각각 및 상기 그린 서브-픽셀들 각각은 대략적으로 동일한 표면 영역들을 갖는, 디스플레이 어레이.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 블루 서브-픽셀들 각각은, 상기 레드 서브-픽셀들 각각 또는 상기 그린 서브-픽셀들 각각보다 작은, 디스플레이 어레이.
  6. 제 2 항에 있어서,
    각각의 다기능 픽셀은, 시퀀스로 서로 인접하여 배열된 레드 서브-픽셀, 그린 서브-픽셀, 및 블루 서브-픽셀을 갖는 적어도 하나의 로우(row) 또는 컬럼(column)을 포함하는, 디스플레이 어레이.
  7. 제 6 항에 있어서,
    각각의 다기능 픽셀은, 반복 패턴으로 배열된 레드 서브-픽셀, 그린 서브-픽셀, 및 상기 적어도 하나의 센서의 센서 타입을 갖는 적어도 하나의 제 2 로우 또는 제 2 컬럼을 포함하는, 디스플레이 어레이.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센서는 다음: 초음파 센서, 적외선 센서, 광전자 센서, 및 정전용량형 센서로부터 선택된 복수의 상이한 센서 타입들을 포함하는, 디스플레이 어레이.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센서는 압전 계층(piezoelectric layer)을 포함하는, 디스플레이 어레이.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 다기능 디스플레이 픽셀 각각에서 상기 적어도 하나의 센서보다 더 많은 레드 서브-픽셀들 또는 더 많은 그린 서브-픽셀들이 존재하는, 디스플레이 어레이.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센서는 적어도 하나의 초음파 센서 및 적어도 하나의 적외선 센서를 포함하는, 디스플레이 어레이.
  12. 제 11 항에 있어서,
    각각의 다기능 픽셀은, 상기 적어도 하나의 적외선 센서보다 더 많은 상기 적어도 하나의 초음파 센서를 포함하는, 디스플레이 어레이.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 레드 디스플레이 영역, 상기 그린 디스플레이 영역, 상기 블루 디스플레이 영역, 및 상기 적어도 하나의 센서는, 상기 디스플레이 어레이의 로우를 따라 반복 시퀀스로 이격되는, 디스플레이 어레이.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 레드 디스플레이 영역, 상기 그린 디스플레이 영역, 상기 블루 디스플레이 영역, 및 상기 적어도 하나의 센서는, 상기 디스플레이 어레이의 컬럼을 따라 반복 시퀀스로 이격되는, 디스플레이 어레이.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 레드 디스플레이 영역, 상기 그린 디스플레이 영역, 상기 블루 디스플레이 영역, 및 상기 적어도 하나의 센서는, 상기 복수의 다기능 픽셀들 각각 내의 동일한 포지션에 배열되는, 디스플레이 어레이.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 레드 디스플레이 영역, 상기 그린 디스플레이 영역, 상기 블루 디스플레이 영역, 및 상기 적어도 하나의 센서는, 공통 기판 상에 배열되는, 디스플레이 어레이.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센서는 조정가능한 해상도를 갖는, 디스플레이 어레이.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 레드 디스플레이 영역, 상기 그린 디스플레이 영역, 및 상기 블루 디스플레이 영역은 조정가능한 해상도를 갖는, 디스플레이 어레이.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센서는, 상기 레드 디스플레이 영역, 상기 그린 디스플레이 영역, 및 상기 블루 디스플레이 영역과는 상이한 프레임 레이트를 갖는, 디스플레이 어레이.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센서는 오브젝트로부터 열을 검출하도록 구성된 적외선 센서를 포함하는, 디스플레이 어레이.
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