KR20170051797A

KR20170051797A - 센서 일체형 표시장치

Info

Publication number: KR20170051797A
Application number: KR1020150152682A
Authority: KR
Inventors: 한만협; 추교섭; 송문봉
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2017-05-12
Also published as: KR102395606B1

Abstract

본 발명은 센서 일체형 표시장치에 관한 것으로, 본 발명의 센서 일체형 표시장치는 서로 교차하도록 배열되는 복수의 게이트 라인들과 복수의 데이터 라인들, 복수의 센서 구동전극들, 화소전극, 복수의 공통/센서 전극들, 및 복수의 센서 센싱라인들을 포함한다. 복수의 센서 구동전극들은 서로 일정 간격을 갖도록 배치되며, 각각이 상기 게이트 라인과 중첩되도록 배치된다. 화소전극은 상기 복수의 게이트 라인들 및 데이터 라인들에 의해 정의되는 화소영역들에 각각 배치된다. 복수의 공통/센서 전극들은 그 각각이 상기 복수의 픽셀전극들 중 일부의 픽셀전극들과 중첩되고 상기 센서 구동전극의 일측에 배치된다. 복수의 센서 센싱라인들은 각각이 동일 열에 배치되는 공통/센서 전극들에 연결된다.

Description

센서 일체형 표시장치{SENSOR INTEGRATED TYPE DISPLAY DEVICE}

본 발명은 센서 일체형 표시장치에 관한 것이다.

지문센서는 인간의 손가락 지문을 감지하는 센서이다. 지문센서는 광학식 지문센서(optical fingerprint sensor)와 정전용량식 지문센서(capacitive fingerprint sensor)로 크게 나누어진다.

광학식 지문센서(optical fingerprint sensor)는 내부에서 LED(Light Emitting Diode) 등의 광원을 조사하고 지문의 융선(ridge)에 의해 반사된 빛을 CMOS 이미지 센서를 통해 감지하는 원리를 이용한 것이다. 광학식 지문센서는 LED를 이용해서 스캔을 해 야하기 때문에 크기를 줄이는 데에 한계가 있고 광원 자체가 고가이기 때문에 제조비가 증가한다는 문제점이 있다.

정전용량식 지문센서(capacitive fingerprint sensor)는 지문센서와 접촉되는 융선(ridge)과 골(valley) 사이에 대전되는 전기량의 차를 이용한 것이다.

종래의 정전용량식 지문센서로는 "정전용량식 센서 패키징(capacitive sensor packaging)"이란 명칭으로, 2013년 11월 21일 공개된 미국 공개특허 제 US2013/0307818호가 알려져 있다.

상기 미국 공개특허 공보에 기재된 정전용량식 지문센서는 특정 푸시버튼(push button)과 결합한 어셈블리 형태로 구성되어 있으며, 용량성 플레이트와 사용자의 지문(융선과 골) 사이의 정전용량을 측정하기 위한 회로가 인쇄된 실리콘 웨이퍼를 포함한다.

일반적으로 인간 지문의 융선(ridge)과 골(valley)은 대략 300㎛~500㎛의 크기로 매우 미세하기 때문에, 상기 미국 공보의 정전용량식 지문센서는 고해상도 센서 어레이와 지문인식 처리를 위한 IC(Integrated Chip) 제작이 필요하고, 이를 위해 센서 어레이와 IC을 일체로 형성할 수 있는 실리콘 웨이퍼를 이용하고 있다.

그러나, 실리콘 웨이퍼를 이용하여 고해상도의 센서 어레이와 IC를 함께 형성할 경우, 푸시버튼과 함께 지문센서를 결합하기 위한 어셈블리 구조가 필요하게 되므로 구성이 복잡해 질 뿐 아니라 비표시 영역(베젤영역)이 증가하는 문제점이 있었다. 또한, 푸시버튼(예를 들면, 스마트폰의 홈키)과 지문센서가 중첩되게 형성되므로, 그 두께가 증가할 뿐 아니라 지문센싱 영역이 푸시버튼의 크기에 좌우되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 터치센서 스크린의 영역을 지문식별 영역으로 이용하는 기술 등이 개발되어 왔다. 이러한 기술로서는 "지문식별용 용량성 터치센서(capacitive touch sensor for identifying a fingerprint)"란 명칭으로 2013년 10월 22일 등록된 미국 등록특허 제 US8,564,314호와, "지문인식 일체형 정전용량 터치 스크린"이란 명칭으로 2014년 8월 18일 등록된 대한민국 등록특허 제10-1432988호가 알려져 있다.

도 1은 상기 미국 등록특허에 도시된 도 5를 도시한 도면으로, 용량성 센싱패널의 구동전극과 센싱전극의 배열을 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 2는 상기 대한민국 등록특허에 도시된 도 3을 도시한 도면으로, 지문인식 일체형 정전용량 터치 스크린의 구성을 도시한 평면도이다.

도 1을 참조하면, 지문식별용 용량성 터치센서(400)는 터치 구동전극(401(x))과 터치 센싱전극(401(y))을 포함하는 터치센서(403)와, 지문 구동전극(405(x))과 지문 센싱전극(405(y))을 포함하는 지문센서(405)를 포함한다. 그러나, 상기 용량성 터치센서(400)는 화면 영역에 부분적으로 별도의 지문센서(405)가 배치되어 있기 때문에, 지문센서(405) 영역이 터치가 안되거나 그 주변 영역의 터치성능이 저하되는 문제점이 있었다.

도 2를 참조하면, 지문인식 일체형 정전용량 터치스크린은 터치 패널(110), 전극 연결 라인(120), 및 터치 컨트롤러(130)를 포함한다. 상기 구성에서 터치 패널(110)은, 서로 교차하도록 배열되는 제 1 채널 전극(111)(Tx or Rx)과 제 2 채널 전극(112)(Tx or Rx)의 조합에 의해 미세 채널(113)이 형성된다. 이들 미세 채널(113) 중 지문인식 센서(114) 영역을 제외한 나머지 영역의 미세 채널(113)들은 복수로 묶여 터치 신호의 감지를 위한 터치 그룹 채널들(115)로 기능하고, 지문인식 센서(114)의 영역에 해당하는 미세 채널들(113) 각각은 지문인식 채널(116)로 기능하도록 구성된다. 그러나, 상기 지문인식 일체형 정전용량 터치 스크린은 터치 그룹 채널들(115)로 기능하는 미세 채널들(터치 채널들) 때문에 터치 채널들 사이의 상호 정전용량이 상당히 증가된다. 이러한 상호 정전용량의 증가는 터치 센서의 센싱감도를 저하시키는 요인이 되기 때문에, 터치 동작 발생시 터치를 인식하지 못하는 등의 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 표시장치의 전체 표시영역을 지문인식 영역으로 사용할 수 있고, 종래의 미세 채널들에 의해 야기되는 기생 정전용량을 방지하여 지문센싱 감도를 높일 수 있는 센서 일체형 표시장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 센서 구동전극을 구동시키기 위한 센서 구동부를 리드아웃 IC 내에 집적하지 않고, 기존의 게이트 구동부가 수행하도록 함으로써 리드아웃 IC의 구동 채널 수와 그에 연결되는 라우팅 배선들의 수를 줄일 수 있는 센서 일체형 표시장치를 제공하기 위한 것이다.

상기 목적달성을 위한 본 발명의 센서 일체형 표시장치는 서로 교차하도록 배열되는 복수의 게이트 라인들과 복수의 데이터 라인들, 복수의 센서 구동전극들, 화소전극, 복수의 공통/센서 전극들, 및 복수의 센서 센싱라인들을 포함한다. 복수의 센서 구동전극들은 서로 일정 간격을 갖도록 배치되며, 각각이 상기 게이트 라인과 중첩되도록 배치된다. 화소전극은 상기 복수의 게이트 라인들 및 데이터 라인들에 의해 정의되는 화소영역들에 각각 배치된다. 복수의 공통/센서 전극들은 그 각각이 상기 복수의 픽셀전극들 중 일부의 픽셀전극들과 중첩되고 상기 센서 구동전극의 일측에 배치된다. 복수의 센서 센싱라인들은 각각이 동일 열에 배치되는 공통/센서 전극들에 연결된다.

또한, 상기 복수의 센서 구동전극들 각각의 상면에 센서 구동라인이 배치될 수 있다.

또한, 상기 복수의 센서 센싱라인들 각각은 상기 데이터 라인과 중첩되도록 배치될 수 있다.

본 발명의 센서 일체형 표시장치는 또한 상기 화소영역들마다 상기 게이트 라인으로부터 공급되는 신호에 의해 제어되어, 상기 데이터 라인으로부터 공급되는 데이터 신호를 상기 화소전극에 공급하는 박막 트랜지스터를 더 포함한다. 기판 상에는 상기 게이트 라인과 상기 게이트 라인에 연결된 게이트 전극이 배치된다. 상기 게이트 라인 및 상기 게이트 전극을 커버하는 게이트 절연막 상에는 상기 박막 트랜지스터의 소스 전극, 드레인 전극 및 상기 드레인 전극에 연결된 상기 데이터 라인이 배치된다. 상기 박막 트랜지스터와 상기 데이터 라인은 커버하는 제 1 절연막 상에는 상기 화소전극과 상기 센서 구동전극이 배치된다. 상기 화소전극과 상기 센서 구동전극을 커버하는 제 2 절연막 상에는 상기 공통/센서 전극이 배치된다.

또한, 센서 구동라인은 상기 센서 구동전극 상부에 배치되고, 상기 센서 센싱라인은 상기 공통/센서 전극과 직접 접촉하도록 상기 제 2 절연막과 상기 공통/센서 전극 사이 또는 상기 공통/센서 전극 표면에 배치될 수 있다.

본 발명의 센서 일체형 표시장치는 또한 비디오 데이터, 소스 타이밍 제어신호들, 스타트 펄스, 및 게이트 시프트 클럭들을 공급하는 타이밍 콘트롤러, 상기 타이밍 콘트롤러로부터 공급되는 비디오 데이터를 상기 소스 타이밍 제어신호에 응답하여 상기 비디오 데이터에 대응하는 데이터 전압을 상기 게이트 펄스에 동기되도록 상기 데이터 라인들에 공급하는 데이터 구동부, 및 상기 타이밍 콘트롤러로부터 공급되는 상기 스타트 펄스와, 상기 게이트 시프트 클럭신호들 각각을 게이트 하이 전압과 게이트 로우 전압으로 레벨 쉬프팅한 후 상기 스타트 펄스를 상기 시프트 클럭신호들에 따라 시프트하여 상기 게이트 하이 전압과 게이트 로우 전압 사이에서 스윙하는 펄스로서 상기 게이트 라인들과 상기 복수의 센서 구동전극들에 공급하는 게이트/센서 구동부를 더 포함한다.

본 발명에 따르는 센서 일체형 표시장치에 의하면 기존의 공통전극을 공통/센서 전극들로 활용할 수 있으므로 비용절감의 효과와 함께, 불필요한 미세 채널의 형성에 의한 지문인식의 정밀도를 저하를 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 센서 구동전극을 구동시키기 위한 센서 구동부를 지문구동 및 센싱을 위한 리드아웃 IC 내에 집적하지 않고, 게이트 구동부의 시프트 레지스터로부터 출력되는 게이트 신호를 게이트/센서 구동신호로 이용하므로 리드아웃 IC의 구동 채널 수와 그에 연결되는 라우팅 배선들의 개수를 대폭 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 리드아웃 IC(ROIC)의 면적 증대, 및 베젤 영역 확장과 같은 제약 요인을 고려할 필요가 없으므로 표시영역 내에 최대한 넓은 면적으로 지문 센서들을 형성할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래의 용량성 센싱패널의 구동전극과 센싱전극의 배열을 개략적으로 도시한 평면도,
도 2는 종래의 지문인식 일체형 정전용량 터치 스크린 패널의 구성을 도시한 평면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 센서 일체형 표시장치를 개략적으로 도시한 블록도,
도 4는 3에 도시된 센서 일체형 표시장치의 일부 영역 R1을 개략적으로 도시한 평면도,
도 5는 도 4의 일부 영역 R2를 도시한 평면도,
도 6은 도 5의 I-I'라인을 따라 취한 단면도,
도 7은 도 3의 게이트/센서 구동부의 쉬프트 레지스터를 도시한 회로도,
도 8은 클럭들에 동기하여 생성되는 게이트/센서 구동신호를 보여주는 파형도.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 나타낸다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지에 혼란을 줄 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명을 생략한다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것으로서, 실제 제품의 부품 명칭과는 상이할 수 있다.

본 발명의 센서 일체형 표시장치는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출 표시장치(Field Emission Display, FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기 발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Display, OLED), 전기영동 표시장치(Electrophoresis Display, EPD) 등에 구현될 수 있다. 이하의 실시예의 설명에서는 액정 표시장치를 예로 들어 설명하지만, 본 발명의 센서 일체형 표시장치가 액정 표시장치로 한정되는 것은 아니다.

우선, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따르는 센서 일체형 표시장치에 대해 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따르는 센서 일체형 표시장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르는 센서 일체형 표시장치는 표시패널(DP), 데이터 구동부(DD), 타이밍 콘트롤러(TC), 게이트/센서 구동부(GSD), 리드아웃 IC(30) 등을 포함한다.

표시패널(DP)은 두 장의 기판들 사이에 액정층이 형성된다. 표시패널(DP)의 하부 기판에는 다수의 데이터 라인들(D1~Dm, m은 자연수), 이 데이터 라인들(D1~Dm)과 교차되는 다수의 게이트 라인들(또는 스캔라인들)(G1~Gn, n은 자연수), 데이터 라인들(D1~Dm)과 게이트 라인들(G1~Gn)의 교차부들에 형성되는 다수의 박막 트랜지스터들(Thin Film Transistor), 액정 셀들에 데이터 전압을 충전시키기 위한 다수의 화소전극, 화소전극에 접속되어 액정 셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 캐패시터(Storage Capacitor) 등을 포함한다.

표시패널(DP)의 화소들은 데이터 라인들(D1~Dm)과 게이트 라인들(G1~Gn)에 의해 정의된 화소영역들에 형성되어 매트릭스 형태로 배치된다. 화소들 각각의 액정 셀은 화소전극에 인가되는 데이터 전압과 공통/센서 전극에 인가되는 공통전압의 전압차에 따라 인가되는 전계에 의해 구동되어 입사광의 투과 양을 조절한다. TFT들은 게이트 라인(G1~Gn)으로부터의 게이트펄스에 응답하여 턴-온되어 데이터 라인(D1~Dm)으로부터의 전압을 액정 셀의 화소전극에 공급한다.

표시패널(DP)의 상부 기판은 블랙 매트릭스, 컬러필터 등을 포함할 수 있다. 표시패널(DP)의 하부 기판은 COT(Color filter On TFT) 구조로 구현될 수 있다. 이 경우, 블랙 매트릭스와 컬러필터는 표시패널(DP)의 하부 기판에 형성될 수 있다. 인접한 화소영역들의 경계에서 컬러필터들을 중첩시키면 블랙 매트릭스는 생략될 수도 있다.

표시패널(DP)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(DP)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정 셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성될 수 있다.

표시패널(DP)의 배면에는 백라이트 유닛이 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(DireCa type) 백라이트 유닛으로 구현되어 표시패널(DP)에 빛을 조사한다. 표시패널(DP)은 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드와 수직 전계형, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드와 수평 전계형 등 공지된 어떠한 액정 모드로도 구현될 수 있다.

데이터 구동부(DD)는 타이밍 콘트롤러(TC)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터 전압을 출력한다. 데이터 전압은 데이터 라인들(D1~Dm)에 공급된다. 게이트/센서 구동부(GSD)는 데이터 전압에 동기되는 게이트/센서 펄스(또는 스캔/센서 펄스)를 게이트 라인들(G1~Gn)과 후술하는 센서 구동전극에 순차적으로 공급하여 데이터 전압이 기입되는 표시패널(DP)의 라인을 선택하고, 센서 구동전극을 구동시킨다.

타이밍 콘트롤러(TC)는 외부의 호스트 시스템으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동부(DD)와 게이트/센서 구동부(GSD)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 스캔 타이밍 제어신호와 데이터 타이밍 제어신호를 발생한다. 스캔 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함한다. 데이터 타이밍 제어신호는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성 제어신호(Polarity, POL), 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함한다.

다음으로, 도 4 내지 도 6을 참조하여 도 3에 도시된 표시패널의 일부 영역 R1을 들어 표시패널의 구성요소에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 예시된 실시예는 화소전극과 공통/센서 전극이 동일 기판에 형성되는 경우를 예로 들고 있지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명은 화소전극과 함께 전계를 형성하도록 구성되는 전극들(예를 들면, 공통전극, 대향전극 등)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 4는 3에 도시된 센서 일체형 표시장치의 일부 영역 R1을 개략적으로 도시한 평면도로서, 지문센싱을 위한 구성을 개략적으로 나타내고 있다. 도 5는 도 4의 일부 영역 R2를 도시한 평면도로서, 하나의 지문센싱 영역에 대응하는 화소전극들과 지문센서의 관계를 나타내고 있다. 도 6은 도 5의 I-I'라인을 따라 취한 단면도이다.

우선, 도 4를 참조하면, 데이터가 표시되는 표시패널(DP)의 표시영역에는 복수의 센서 구동전극들(T1~T8), 복수의 공통/센서 전극들(CS11~CS88), 및 복수의 센싱라인들(R1~R8)이 배치된다.

복수의 센서 구동전극들(T1~T8)은 표시패널의 표시영역에서 일정 간격들 두고 제 1 방향(예를 들면 도면의 수평방향)으로 배열된다. 복수의 센서 구동전극들(T1~T8)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), GZO(Gallium-doped Zinc Oxide)와 같은 투명 도전성 물질로 형성될 수 있다. 이 경우 전기저항을 줄이기 위해 복수의 센서 구동전극들(T1~T8) 각각의 상부에 제 1 내지 제 8 센서 구동라인들(TL1~TL8)을 배치할 수 있다. 제 1 내지 제 8 센서 구동라인들(TL1~TL8)은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 금(Au), 은(Ag), 텅스텐(W) 또는 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 도전성 금속물질로 형성될 수 있다.

복수의 공통/센서 전극들(CS11~CS88)은 복수의 행들과 복수의 열들, 즉 매트릭스 형태로 배치된다. 복수의 공통/센서 전극들(CS11~CS88)은 종래의 공통전극을 분할하여 형성한 것으로, 디스플레이 구동을 위한 공통전극과 지문센서의 센싱전극으로서의 기능을 동시에 수행할 수 있다.

동일한 행에 배치된 공통/센서 전극들(CS11~CS18, CS21~CS28, CS31~CS38, CS41~CS48, CS51~CS58, CS61~CS68, CS71~CS78, CS81~CS88)은 각 센서 구동전극(T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8)의 일측(예를 들면, 상측 또는 하측)에 배치된다.

구체적으로, 제 1 행의 공통/센서 전극들(CS11~CS18)은 제 1 센서 구동전극(T1)의 상측에 배치되고, 제 2 행의 공통/센서 전극들(CS21~CS28)은 제 2 센서 구동전극(T2)의 상측에 배치된다. 이와 같은 방식으로, 제 3 행 내지 제 8 행의 공통/센서 전극들(CS31~CS38, CS41~CS48, CS51~CS58, CS61~CS68, CS71~CS78, CS81~CS88)은 제 3 내지 제 8 센서 구동전극들(T3~T8)의 상측에 배치된다.

복수의 센싱라인들(R1~R8)은 복수의 센서 구동전극들(T1~T8)과 교차하는 방향으로 서로 나란하게 배치된다. 복수의 센싱라인들(R1~R8)은 동일 열에 배치된 공통/센서 전극들(CS11~CS81, CS12~CS82, CS13~CS83, CS14~CS84, CS15~CS85, CS16~CS86, CS17~CS87, CS18~CS88)에 연결된다. 복수의 센싱라인들(R1~R8)은 동일 열에 배치된 공통/센서 전극들(CS11~CS81, CS12~CS82, CS13~CS83, CS14~CS84, CS15~CS85, CS16~CS86, CS17~CS87, CS18~CS88)의 하부에 배치되어 직접 접촉하는 방식으로 연결될 수 있다. 이 경우, 복수의 센싱라인들(R1~R8)은 동일 열에 배치된 공통/센서 전극들(CS11~CS81, CS12~CS82, CS13~CS83, CS14~CS84, CS15~CS85, CS16~CS86, CS17~CS87, CS18~CS88)에 의해 커버되는 방식으로 서로 연결된다. 복수의 센싱라인들(R1~R8)은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 금(Au), 은(Ag), 텅스텐(W) 또는 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 도전성 금속물질로 형성되고 공통/센서 전극들(CS11~CS81, CS12~CS82, CS13~CS83, CS14~CS84, CS15~CS85, CS16~CS86, CS17~CS87, CS18~CS88)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), GZO(Gallium-doped Zinc Oxide)와 같은 투명 도전성 물질로 형성되므로, 경도가 높은 투명 도전성 물질에 의해 금속물질이 보호될 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

이와 달리 복수의 센싱라인들(R1~R8)은 동일 열에 배치된 공통/센서 전극들(CS11~CS81, CS12~CS82, CS13~CS83, CS14~CS84, CS15~CS85, CS16~CS86, CS17~CS87, CS18~CS88)의 상부에 배치되어 직접 접촉하는 방식으로 연결될 수 있다.

구체적으로, 제 1 센싱라인(R1)은 제 1 열의 공통/센서 전극들(CS11~CS81)에 접속되고, 제 2 센싱라인(R2)은 제 2 열의 공통/센서 전극들(CS12~CS82)에 접속된다. 이와 같은 방식으로, 제 3 내지 제 8 센싱라인들(R3~R8)은 제 3 열 내지 제 8 공통/센서 전극들(CS13~CS83, CS14~CS84, CS15~CS85, CS16~CS86, CS17~CS87, CS18~CS88)에 접속된다.

다음으로, 도 5 및 도 6을 참조하면, 하나의 공통/센서 전극(편의상, CS로 기재함)은 풀 컬러(full color)를 구현할 수 있는 R, G, B 서브픽셀들(P1, P2, P3)에 대응하도록 배치된다. 이하의 설명에서, 각 R, G, B 서브픽셀들(P1, P2, P3)은 편의상 제 1, 제 2 및 제 3 화소전극들(P1, P2, P3)로 칭한다.

화소전극들(P1, P2, P3)은 서로 교차하는 게이트 라인(GL)과 데이터 라인들(D1, D2, D3)에 의해 정의되는 화소영역들에 배치된다.

각 화소영역에는 화소전극(P1, P2, 또는 P3) 외에도 게이트 라인(GL)으로부터 공급되는 게이트/센서 구동신호에 따라 데이터 라인(D1, D2, 또는 D3)을 선택하고, 데이터 라인(D1, D2, 또는 D3)으로부터 공급되는 데이터 전압을 화소전극(P1, P2, 또는 P3)에 공급하는 박막 트랜지스터(TFT)를 포함한다.

한편, 복수의 센서 구동전극들(T1~T8) 각각은 도 5에 도시된 바와 같이 게이트 라인(GL)과 중첩되도록 배치된다.

복수의 센싱라인들(R1~R8)은 제 1 내지 제 8 열의 공통/센서 전극들(CS11~CS81, CS12~CS82, CS13~CS83, CS14~CS84, CS15~CS85, CS16~CS86, CS17~CS87, CS18~CS88)에 각각 접속되고, 각 열의 공통/센서 전극들을 경유하는 3개의 데이터 라인들 중 어느 하나의 데이터 라인과 중첩되도록 배치된다. 이와 같은 구성에 따라 복수의 센싱라인들에 의한 개구율 감축을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도 5의 예에서는, 편의상 제 1 센싱라인(R1)이 제 1 행의 첫 번째 행, 첫 번째 열에 배치된 공통/센서 전극(CS11)에 접속되고, 제 3 데이터 라인(D3)과 중첩되도록 배치되는 구성만을 도시하고 있으나, 본 발명의 제 1 센싱라인(R1)은 제 1 열에 배치된 제 1 열의 공통/센서 전극들(CS11~CS81) 모두에 접속되고, 제 1 데이터 라인(D1, D2) 또는 제 2 데이터 라인과 중첩되도록 배치될 수도 있다. 이와 같은 방식으로 제 2 내지 제 8 센싱라인들(R2~R8)은 제 2 내지 제 8 열의 공통/센서 전극들(CS11~CS81, CS12~CS82, CS13~CS83, CS14~CS84, CS15~CS85, CS16~CS86, CS17~CS87, CS18~CS88)에 각각 접속되고, 그들을 경유하는 데이터 라인들과 각각 중첩되도록 배치된다.

다음으로 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따르는 센서 일체형 표시장치의 단면 구성에 대해 설명하기로 한다.

기판(SUB) 상에는 게이트 전극(GE)을 포함하는 게이트 라인(GL)이 제 1 방향으로 배치되며, 그 상부에는 게이트 라인(GL)을 커버하도록 게이트 절연막(GI)이 배치된다. 게이트 절연막(GI) 상에서는 박막 트랜지스터(TFT)를 구성하는 반도체 활성층(A), 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE)이 배치된다. 게이트 절연막(GI) 상에는 또한 박막 트랜지스터(TFT)의 소스 전극(SE)에 연결되는 데이터 라인(D3)이 배치된다.

즉, 박막 트랜지스터(TFT)는 기판(SUB1) 상에 배치되는 게이트 전극(GE)과, 게이트 라인(GL) 및 게이트 전극(GE)을 커버하는 게이트 절연막(GI) 상에서 게이트 전극(GE)과 대응하는 영역에 배치되는 활성층(A)과, 활성층(A)의 일부를 노출시키도록 게이트 절연막(GI) 상에서 분리되어 배치되는 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE)을 포함한다. 소스 전극(S)은 데이터 라인(D3)으로부터 연장될 수 있다.

상기 실시예에서, 비록 박막 트랜지스터는 게이트 전극이 소스/드레인 전극의 하층에 배치되는 게이트 버텀 구조(gate bottom structure)의 박막 트랜지스터를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 게이트 전극이 소스/드레인 영역의 상부에 배치되는 게이트 탑 구조(gate top structure)의 박막 트랜지스터도 포함하는 것으로 이해하여야 한다. 게이트 탑 구조(gate top structure)의 박막 트랜지스터에 대한 구성은 이미 알려져 있으므로 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.

박막 트랜지스터(TFT)와 데이터 라인(D3)이 배치된 게이트 절연막(GI) 상에는 이들을 커버하는 절연막(INS)과, 평탄화를 위한 제 1 보호막(PAS1)이 순차적으로 배치된다. 제 1 보호막(PAS1) 상에는 화소전극들(P1, P2, P3)과 센서 구동전극(T1)이 배치된다.

화소전극들(P1, P2, P3)은 제 1 보호막(PAS) 상의 각 화소영역에 배치된다. 화소전극들 각각은 제 1 보호막(PAS1), 및 절연막을 관통하는 콘택홀을 통해 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(DE)에 접속된다.

센서 구동전극(T1)은 상하 방향으로 인접한 화소영역들 사이에 배치된다. 센서 구동전극(T1)은 게이트 라인(G1)과 중첩되록 배치된다. 센서 구동전극(T1) 상에는 센서 구동라인(TL1)이 게이트 라인(GL) 및 센서 구동전극(T1)과 중첩되도록 배치될 수 있다.

센서 구동전극(T1)과 센서 구동라인(TL1)이 배치된 제 1 보호막(PAS1) 상에는 센서 구동전극(T1)과 센서 구동라인(TL1)을 커버하도록 제 2 보호막(PAS2)이 배치된다. 제 2 보호막(PAS2) 상에는 화소전극들(P1, P2, P3)과 중첩되도록 공통/센서 전극(CS11)이 배치된다. 공통/센서 전극(CS11)은 화소전극들(P1, P2, P3)과 수평전계를 형성하도록 각 화소영역 내에서 복수의 슬릿부들(SL)을 포함한다.

상술한 본 발명의 실시예에 따르는 센서 일체형 표시장치에 의하면 단위화소(풀컬러를 구현할 수 있는 서브픽셀들로 이루어지는 화소)에 대응하도록 배치된 공통/센서 전극들을 디스플레이 동작을 위한 공통전극과 지문센싱을 위한 센싱전극들로 이용하고, 지문센서 구동을 위한 센서 구동전극들을 게이트 라인들과 중첩되도록 배치한다. 따라서, 기존의 공통전극을 공통/센서 전극들로 활용할 수 있으므로 비용절감의 효과와 함께, 불필요한 미세 채널의 형성에 의한 지문인식의 정밀도를 저하를 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

다시 도 3을 참조하면, 리드아웃 IC(ROIC)는 센서 센싱라인들(R1~R8)을 통해 입력되는 디지털 센싱 데이터들을 미리 설정된 터치/지문 인식 알고리즘으로 분석하여 터치 좌표 데이터 또는 지문 인식 데이터를 출력한다. 리드아웃 IC(ROIC)로부터 출력된 터치 좌표 또는 지문 인식 데이터는 외부의 호스트 시스템으로 전송된다. 리드아웃 IC(ROIC)는 MCU(Micro Controller Unit, MCU)로 구현될 수 있다.

호스트 시스템은 외부 비디오 소스 기기 예를 들면, 네비게이션 시스템, 셋톱박스, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 방송 수신기, 폰 시스템(Phone system) 등에 접속되어 그 외부 비디오 소스 기기로부터 영상 데이터를 입력받을 수 있다. 호스트 시스템은 스케일러(scaler)를 포함한 SoC(System on chip)을 포함하여 외부 비디오 소스 기기로부터의 영상 데이터를 표시패널(DP)에 표시하기에 적합한 포맷으로 변환한다. 또한, 호스트 시스템은 리드아웃 IC(ROIC)로부터 입력되는 터치 좌표 또는 지문 인식 데이터와 연계된 응용 프로그램을 실행한다.

다음으로, 도 3, 도 7 및 도 8을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 센서 일체형 표시장치의 게이트/센서 구동부가 게이트/센서 구동신호를 생성하는 것에 대해 설명하기로 한다.

도 7은 도 3의 게이트/센서 구동부의 쉬프트 레지스터를 도시한 회로도이다. 도 8은 클럭들에 동기하여 생성되는 게이트/센서 구동신호를 보여주는 파형도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 게이트/센서 구동부(GSD)는 타이밍 콘트롤러(TC)로부터 공급되는 스타트 펄스(GSP)와, 게이트 시프트 클럭신호들(GSC) 각각을 게이트 하이 전압과 게이트 로우 전압으로 레벨 쉬프팅한 후 게이트 스타트 펄스를 시프트 클럭신호들에 따라 시프트하여 게이트 하이 전압과 게이트 로우 전압 사이에서 스윙하는 펄스로서 게이트 라인들(G1~Gn)과 복수의 센서 구동전극들(T1~Tn)에 공급한다.

이를 위해 게이트/센서 구동부(GSD)는 노드 제어부(NC)와 출력부(CBF)를 포함하는 쉬프트 레지스터(SRa)를 구비한다. 쉬프트 레지스터(SRa)는 노드 제어부(NC)에 연결된 출력부(CBF)를 통해 다음 단의 쉬프트 레지스터에 캐리 신호(CARa)를 출력하고, 센서 구동라인(TL1~TLn)에 센서 구동신호를 공급한다.

노드 제어부(NC)는 셋 신호인 전단 캐리신호(CARa-1)와 리셋 신호인 후단 캐리신호(CARa+1)에 응답하여 Q 노드의 전위와 QB 노드의 전위를 서로 반대로 제어한다. Q 노드의 전위가 게이트 하이전압(VGH)의 온 레벨로 충전될 때 QB 노드의 전위는 게이트 로우전압(VSS)의 오프 레벨로 방전되며, 반대로 Q 노드의 전위가 게이트 로우전압(VSS)의 오프 레벨로 방전될 때 QB 노드의 전위는 게이트 하이전압(VGH)의 온 레벨로 충전된다.

노드 제어부(NC)는 다수의 스위치들(T1~T8)을 포함한다.

스위치 T1은 전단 캐리신호(CARa-1)의 입력단에 연결된 게이트, 게이트 하이전압(VGH)의 입력단에 연결된 드레인, 및 Q 노드에 연결된 소스를 구비한다. 스위치 T2는 전단 캐리신호(CARa-1)의 입력단에 연결된 게이트, QB 노드에 연결된 드레인, 및 게이트 로우전압(VSS)의 입력단에 연결된 소스를 구비한다. 스위치 T3은 Q 노드에 연결된 게이트, 제1 노드(N1)에 연결된 드레인, 및 게이트 로우전압(VSS)의 입력단에 연결된 소스를 구비한다. 스위치 T4는 Q 노드에 연결된 게이트, QB 노드에 연결된 드레인, 및 게이트 로우전압(VSS)의 입력단에 연결된 소스를 구비한다. 스위치 T5는 메인 클럭(CLK1)의 입력단에 공통으로 연결된 게이트와 드레인, 및 제1 노드에 연결된 소스를 구비한다. 스위치 T6은 후단 캐리신호(CARa+1)의 입력단에 연결된 게이트, Q 노드에 연결된 드레인, 및 게이트 로우전압(VSS)의 입력단에 연결된 소스를 구비한다. 스위치 T7은 제1 노드(N1)에 연결된 게이트, 메인 클럭(CLK1)의 입력단에 연결된 드레인, 및 QB 노드에 연결된 소스를 구비한다. 그리고, 스위치 T8은 QB 노드에 연결된 게이트, Q 노드에 연결된 드레인, 및 게이트 로우전압(VSS)의 입력단에 연결된 소스를 구비한다.

출력부(CBF)는 Q 노드(Q)의 전위가 부스팅 레벨(BST)로 유지되는 구간(B) 동안 온 레벨(VGH)의 게이트/센서 구동신호(GS)를 출력 노드(n)에 출력하고, QB 노드의 전위가 온 레벨(VGH)로 유지되는 구간(D) 동안 출력 노드(n)의 전위를 오프 레벨(VSS)로 낮추어 캐리 신호(CARa)를 생성하여 다음 단의 시프트 레지스터로 전달한다.

출력부(CBF)는, Q 노드에 게이트가 접속되고 메인 클럭(CLK1)의 입력단에 드레인이 접속되며 출력 노드(n)에 소스가 접속된 풀업 스위치(Ta)와, QB 노드에 게이트가 접속되고 출력 노드(n)에 드레인이 접속되며 오프 레벨(VSS)의 전원, 즉 게이트 로우 전압(VSS)의 입력단에 소스가 접속된 풀다운 스위치(Tb)와, 풀업 스위치(Ta)의 게이트-소스 사이에 접속된 커패시터(C)를 포함한다.

이러한 게이트/센서 구동부(GSD)의 쉬프트 레지스터(SRa)에서 캐리 신호(CARa)와 게이트/센서 구동신호(GS)가 출력되는 동작을 설명하면 다음과 같다.

A 구간 동안, 전단 캐리신호(CARa-1)에 따라 스위치 T1이 턴 온 되어 Q 노드를 게이트 하이 전압(VGH)의 온 레벨로 충전하고, 전단 캐리신호(CARa-1)에 따라 스위치 T2가 턴 온 되어 QB 노드를 게이트 로우 전압(VSS)의 오프 레벨로 방전한다. A 구간 동안, 온 레벨(VGH)의 Q 노드 전위에 따라 스위치 T3가 턴 온 되어 제1 노드(N1)를 오프 레벨(VSS)로 방전하고, 온 레벨(VGH)의 Q 노드 전위에 따라 스위치 T4가 턴 온 되어 QB 노드를 오프 레벨(VSS)로 방전한다.

B 구간 동안, 메인 클럭(CLK1)이 게이트 하이 전압(VGH) 레벨로 입력되면 Q 노드의 전위는 온 레벨(VGH)에서 그보다 높은 부스팅 레벨(BST)로 상승한다. 그에 따라 풀업 스위치(Ta)는 턴 온 되어 메인 클럭(CLK1)을 출력 노드(n1)에 출력하여 캐리 신호(CARa)를 생성하고 동시에 게이트 라인 및 센서 구동전극에 공급되는 게이트/센서 구동신호(GS)를 생성한다.

C 구간 동안, 후단 캐리신호(CARa+1)에 따라 스위치 T6가 턴 온 되어 Q 노드를 게이트 로우 전압(VSS)의 오프 레벨로 방전시킨다. 따라서, Q 노드에 게이트가 접속된 스위치 T3와 스위치 T4는 턴 오프 된다. QB 노드는 전위는 A 및 B 구간에 이어 C 구간에서도 오프 레벨(VSS)의 방전 상태를 유지한다. 따라서, A, B, C 구간에서 QB 노드에 게이트가 접속된 스위치들(T1, T2, T8)은 턴 오프 된다.

D 구간 동안, 메인 클럭(CLK1)이 게이트 하이 전압(VGH) 레벨로 입력되면 스위치 T5 및 스위치 T7이 턴 온 되어 QB 노드를 게이트 하이 전압(VGH)의 온 레벨로 충전시킨다. D 구간 동안, QB 노드의 전위에 따라 스위치 T8가 턴 온 되어 Q 노드를 게이트 로우 전압(VSS)의 오프 레벨로 방전시킨다. 따라서, D 구간 동안 Q 노드에 게이트가 접속된 스위치 T3와 스위치 T4는 턴 오프 상태를 유지하고, 그 결과, QB 노드의 전위는 계속해서 온 레벨(VGH) 상태를 유지한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 종래의 센서 구동전극을 구동시키기 위한 센서 구동부를 센서 구동 및 센싱을 위한 리드아웃 IC(ROIC) 내에 집적하지 않고, 게이트/센서 구동부의 시프트 레지스터로부터 출력되는 게이트 신호를 게이트/센서 구동신호로 이용한다. 따라서, 리드아웃 IC(ROIC)의 구동 채널 수와 그에 연결되는 라우팅 배선들의 개수를 대폭 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

예를 들어, 본 발명의 실시예들에 설명된 화소전극들, 공통/센서 전극들, 센서 구동전극들, 센서 구동라인들의 수는 설명을 위한 예시에 지나지 않으며 본 발명의 권리범위에 영향을 주기 위한 것은 아니라는 점을 이해하여야 한다.

또한, 상술한 본 발명의 실시예의 설명에서, 지문센서를 구성하는 공통/센서 전극에 접속된 센서 센싱라인들을 그룹화하고 센서 구동전극에 연결되는 센서 구동라인들을 그룹화하면 터치센서로 활용할 수도 있다.

따라서, 본 발명은 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구 범위에 기재된 내용에 의해 정해져야만 할 것이다.

HS: 호스트 시스템 DP: 표시패널
DD: 데이터 구동부 GSD: 게이트/센서 구동부
TC: 타이밍 콘트롤러 ROIC: 리드아웃 IC
P1, P2, P3: 화소전극
CS11~CS81, CS12~CS82, CS13~CS83, CS14~CS84, CS15~CS85, CS16~CS86, CS17~CS87, CS18~CS88: 공통/센서 전극
R1~R8: 센서 센싱라인 T1~T8: 센서 구동전극
TL1~TL8: 센서 구동라인

Claims

서로 교차하도록 배열되는 복수의 게이트 라인들과 복수의 데이터 라인들;
각각이 상기 복수의 게이트 라인들 각각과 중첩되도록 배치되고 서로 일정 간격을 갖는, 복수의 센서 구동전극들;
상기 복수의 게이트 라인들 및 데이터 라인들에 의해 정의되는 화소영역들에 각각 배치되는 화소전극들;
각각이 상기 복수의 픽셀전극들 중 일부의 픽셀전극들과 중첩되고 상기 센서 구동전극의 일측에 배치되는, 복수의 공통/센서 전극들; 및
각각이 동일 열에 배치되는 공통/센서 전극들에 연결되는 복수의 센서 센싱라인들을 포함하는 센서 일체형 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 센서 구동전극들 각각의 상면에 센서 구동라인이 배치되는 센서 일체형 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 센서 센싱라인들 각각은 상기 데이터 라인과 중첩되도록 배치되는 센서 일체형 표시장치.
제 2 항에 있어서,
상기 화소영역들마다 상기 게이트 라인으로부터 공급되는 신호에 의해 제어되어, 상기 데이터 라인으로부터 공급되는 데이터 신호를 상기 화소전극에 공급하는 박막 트랜지스터를 더 포함하고,
기판 상에는 상기 게이트 라인과 상기 게이트 라인에 연결된 게이트 전극이 배치되고,
상기 게이트 라인 및 상기 게이트 전극을 커버하는 게이트 절연막 상에는 상기 박막 트랜지스터의 소스 전극, 드레인 전극 및 상기 드레인 전극에 연결된 상기 데이터 라인이 배치되며,
상기 박막 트랜지스터와 상기 데이터 라인은 커버하는 제 1 절연막 상에는 상기 화소전극과 상기 센서 구동전극이 배치되고,
상기 화소전극과 상기 센서 구동전극을 커버하는 제 2 절연막 상에는 상기 공통/센서 전극이 배치되는 센서 일체형 표시장치.
제 4 항에 있어서,
상기 센서 구동라인은 상기 센서 구동전극 상부에 배치되고, 상기 센서 센싱라인은 상기 공통/센서 전극과 직접 접촉하도록 상기 제 2 절연막과 상기 공통/센서 전극 사이 또는 상기 공통/센서 전극 표면에 배치되는 센서 일체형 표시장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
비디오 데이터, 소스 타이밍 제어신호들, 스타트 펄스, 및 게이트 시프트 클럭들을 공급하는 타이밍 콘트롤러;
상기 타이밍 콘트롤러로부터 공급되는 비디오 데이터를 상기 소스 타이밍 제어신호에 응답하여 상기 비디오 데이터에 대응하는 데이터 전압을 상기 게이트 펄스에 동기되도록 상기 데이터 라인들에 공급하는 데이터 구동부; 및
상기 타이밍 콘트롤러로부터 공급되는 상기 스타트 펄스와, 상기 게이트 시프트 클럭신호들 각각을 게이트 하이 전압과 게이트 로우 전압으로 레벨 쉬프팅한 후 상기 스타트 펄스를 상기 시프트 클럭신호들에 따라 시프트하여 상기 게이트 하이 전압과 게이트 로우 전압 사이에서 스윙하는 펄스로서 상기 게이트 라인들과 상기 복수의 센서 구동전극들에 공급하는 게이트 구동부를 더 포함하는 센서 일체형 표시장치.