KR20190056857A - 구동 회로, 표시패널 및 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예들은 지문 센싱이 가능한 표시패널 및 표시장치에 관한 것으로서, 서브픽셀에 광 센서를 배치하고 광 노출에 의한 광 센서의 누설 전류에 따른 픽셀 전극의 전압 변동을 센싱하고 지문을 감지함으로써, 표시패널의 액티브 영역에서 지문 센싱을 수행할 수 있도록 한다. 또한, 픽셀 전극의 전압 변동을 센싱함에 있어서, 픽셀 전극으로 직접 구동 전압을 인가하지 않고 공통 전극을 이용함으로써 픽셀 전극 구동과 광 조사를 동시에 수행하여 지문 센싱 기간을 단축시키고, 지문 센싱 시 누설 전압의 크기만 센싱함으로써 센싱 회로를 효율적으로 구성하고 센싱 감도를 개선할 수 있도록 한다.

Description

구동 회로, 표시패널 및 표시장치{DRIVING CIRCUIT, DISPLAY PANEL AND DISPLAY DEVICE}
본 발명의 실시예들은 구동 회로, 표시패널 및 표시장치에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하는 표시장치에 대한 다양한 요구가 증가하고 있으며, 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device), 플라즈마표시장치(Plasma Display Device), 유기발광표시장치(Organic Light Emitting Display Device) 등과 같은 다양한 유형의 표시장치가 활용되고 있다.
이러한 표시장치는 사용자에게 보다 다양한 기능을 제공하기 위하여, 표시패널에 대한 사용자의 터치를 인식하고 인식된 터치를 기반으로 입력 처리를 수행하는 기능을 제공하고 있다.
일 예로, 표시패널에 다수의 터치 전극을 배치하고 터치 센싱 기간에 다수의 터치 전극으로 터치 구동 신호를 인가한다. 그리고, 사용자의 터치 시 발생하는 캐패시턴스의 변화량을 센싱하여 사용자의 터치 유무와 터치 위치를 검출할 수 있다.
또한, 사용자의 생체 정보를 이용한 입력 처리 기능을 제공하기 위하여, 표시패널에 대한 사용자의 지문을 센싱하고 사용자의 식별 및 입력 처리를 수행하는 기능을 제공하는 표시장치가 제공되고 있다.
이러한 지문 인식이 가능한 표시장치는, 표시패널에서 영상이 표시되지 않는 베젤 영역(논-액티브 영역)에 지문 센서를 배치하고 사용자의 지문을 센싱할 수 있다. 이러한 경우, 지문 센서가 배치됨에 따라 베젤 영역이 넓어지고 영상이 표시되는 영역(액티브 영역)이 좁아지는 문제점이 존재한다.
따라서, 표시패널의 액티브 영역에서 사용자의 지문을 센싱할 수 있는 방안이 요구된다.
그러나, 지문 센싱을 위해서는 지문의 마루(Ridge)와 골(Valley)을 분해할 수 있어야 하므로 높은 해상도와 센싱 감도가 요구되어, 표시패널의 액티브 영역 내에서 지문 센싱 기능을 제공하는 데 많은 어려움이 존재한다.
본 발명의 실시예들의 목적은, 표시패널의 액티브 영역 내에서 지문 센싱이 가능한 표시패널 및 표시장치와, 지문 센싱을 수행하는 지문 센싱 회로를 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예들의 목적은, 표시패널의 액티브 영역에서 지문 센싱으로 인해 디스플레이 구동 기간과, 터치 센싱 기간에 미치는 영향을 최소화할 수 있는 지문 센싱 회로, 표시패널 및 표시장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예들의 목적은, 표시패널의 액티브 영역에서 지문 센싱을 수행하는 지문 센싱 회로를 효율적으로 구성하고, 지문 센싱의 감도를 향상시킬 수 있는 지문 센싱 회로, 표시패널 및 표시장치를 제공하는 데 있다.
일 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 다수의 게이트 라인과, 다수의 데이터 라인과, 게이트 라인과 데이터 라인의 교차에 의해 정의되는 영역인 다수의 서브픽셀과, 다수의 서브픽셀 각각에 배치된 제1 전극과, 제1 전극과 캐패시터를 형성하는 제2 전극과, 다수의 서브픽셀 각각에 배치되고 데이터 라인과 전기적으로 연결된 제1 노드와 게이트 라인과 전기적으로 연결된 제2 노드와 제1 전극과 전기적으로 연결된 제3 노드를 가지는 트랜지스터와, 트랜지스터의 제1 노드와 제3 노드 사이에 전기적으로 연결된 광 센서와, 광을 조사하는 광원과, 제1 전극 또는 제2 전극으로 구동 전압을 출력하고 데이터 라인을 통해 제1 전극의 전압을 센싱하는 구동 회로를 포함하는 표시패널을 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 다수의 게이트 라인과, 다수의 데이터 라인과, 게이트 라인과 데이터 라인의 교차에 의해 정의되는 영역인 다수의 서브픽셀과, 다수의 서브픽셀 각각에 배치된 제1 전극과, 제1 전극과 캐패시터를 형성하는 제2 전극과, 다수의 서브픽셀 각각에 배치되고 데이터 라인과 전기적으로 연결된 제1 노드와 게이트 라인과 전기적으로 연결된 제2 노드와 제1 전극과 전기적으로 연결된 제3 노드를 가지며 지문 센싱 기간 중 제1 기간에서 오프 상태이고 제1 기간 이후의 제2 기간에서 온 상태인 트랜지스터와, 트랜지스터의 제1 노드와 제3 노드 사이에 전기적으로 연결된 광 센서와, 지문 센싱 기간의 제1 기간에서 광을 조사하는 광원과, 지문 센싱 기간의 제1 기간에서 제2 전극으로 구동 전압을 출력하고 데이터 라인으로 기준 전압을 출력하며 지문 센싱 기간의 제2 기간에서 데이터 라인을 통해 제1 전극의 전압을 센싱하는 구동 회로를 포함하는 표시패널을 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 다수의 게이트 라인과 다수의 데이터 라인이 배치되고 게이트 라인과 데이터 라인의 교차에 의해 정의되는 영역인 다수의 서브픽셀을 포함하는 표시패널과, 다수의 서브픽셀 각각에 배치된 제1 전극과, 제1 전극과 캐패시터를 형성하는 제2 전극과, 다수의 서브픽셀 각각에 배치되고 데이터 라인과 제1 전극 사이에 전기적으로 연결되며 지문 센싱 기간 중 제1 기간에서 오프 상태이고 제1 기간 이후의 제2 기간에서 온 상태인 트랜지스터와, 트랜지스터의 소스 노드와 드레인 노드 사이에 연결된 광 센서와, 지문 센싱 기간의 제1 기간에서 광을 조사하는 광원과, 지문 센싱 기간의 제1 기간에서 제2 전극으로 구동 전압을 출력하고 데이터 라인으로 기준 전압을 출력하며 지문 센싱 기간의 제2 기간에서 데이터 라인을 통해 제1 전극의 전압을 센싱하는 구동 회로를 포함하는 표시장치를 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 지문 센싱 기간의 제1 기간에서 서브픽셀에 배치된 픽셀 전극과 캐패시터를 형성하는 공통 전극으로 구동 전압을 출력하는 구동 전압 출력부와, 지문 센싱 기간의 제1 기간에서 픽셀 전극과 트랜지스터를 통해 연결된 데이터 라인으로 기준 전압을 출력하는 기준 전압 출력부와, 지문 센싱 기간의 제2 기간에서 픽셀 전극의 전압을 센싱하는 센싱부를 포함하고, 구동 전압 출력부는 지문 센싱 기간의 제2 기간에서 공통 전극으로 기준 전압을 출력하는 구동 회로를 제공한다.
이러한 구동 회로는, 지문 센싱 기간의 제1 기간에서 지문 센싱 영역에 배치된 공통 전극으로 구동 전압을 출력하는 단계와, 지문 센싱 기간의 제1 기간에서 지문 센싱 영역에 배치된 픽셀 전극과 트랜지스터를 통해 연결된 데이터 라인으로 기준 전압을 출력하는 단계와, 지문 센싱 기간의 제1 기간 이후의 제2 기간에서 픽셀 전극의 전압을 센싱하는 단계로 구동될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 서브픽셀 내 광 센서를 배치하고 지문 센싱 기간에서 광에 노출 시 발생하는 누설 전류로 인한 픽셀 전극의 전압 차를 센싱함으로써, 표시패널의 액티브 영역에서 지문 센싱을 수행할 수 있도록 한다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 지문 센싱을 위한 구동 전압을 픽셀 전극에 인가하고 광을 조사하여 누설 전류를 발생시킴으로써, 픽셀 전극의 전압 차 센싱을 통해 표시패널의 액티브 영역에서 지문 센싱을 수행할 수 있도록 한다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 지문 센싱을 위해 픽셀 전극의 전압 차를 센싱하는 과정에서 픽셀 전극으로 직접 구동 전압을 인가하지 않고 공통 전극에만 펄스 전압을 인가하여 픽셀 전극의 전압 변동을 센싱함으로써, 지문 센싱 기간을 단축시키고 센싱 감도를 향상시키며 지문 센싱 회로를 효율적으로 구성할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 지문 센싱이 가능한 표시장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 표시장치에서 지문 센싱 영역에 배치되는 서브픽셀 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 표시장치에서 광 센서를 이용하여 지문을 센싱하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 표시장치에서 광 센서가 배치된 서브픽셀의 회로 구조와 센싱 회로 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 표시장치가 광 센서를 이용하여 지문을 센싱하는 방식의 제1 실시예를 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 8은 제1 실시예에 따라 지문을 센싱하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 제1 실시예에 따라 지문을 센싱하는 경우 지문 센싱 기간에서 검출되는 신호의 예시를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 표시장치가 광 센서를 이용하여 지문을 센싱하는 방식의 제2 실시예를 나타낸 도면이다.
도 11 내지 도 12는 제2 실시예에 따라 지문을 센싱하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 제2 실시예에 따라 지문을 센싱하는 경우 지문 센싱 기간에서 검출되는 신호의 예시를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 구동 회로의 구동 방법의 과정을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
또한, 본 발명의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 지문 센싱이 가능한 표시장치(100)의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 표시장치(100)는, 다수의 게이트 라인(GL), 다수의 데이터 라인(DL) 및 다수의 서브픽셀(SP)이 배치된 표시패널(110)과, 다수의 게이트 라인(GL)을 구동하는 게이트 구동 회로(120)와, 다수의 데이터 라인(DL)을 구동하는 데이터 구동 회로(130)와, 게이트 구동 회로(120) 및 데이터 구동 회로(130)를 제어하는 컨트롤러(140)를 포함할 수 있다.
또한, 각각의 서브픽셀(SP)에 배치된 픽셀 전극(PXL) 또는 둘 이상의 서브픽셀(SP)에 배치된 공통 전극(CE)을 이용하여 손가락 터치 또는 지문 터치 시 발생하는 신호를 검출하는 센싱 회로(150)를 포함할 수 있다.
표시패널(110)은, 화상을 표시하는 다수의 서브픽셀(SP)이 배치된 액티브 영역(A/A)과, 액티브 영역(A/A)의 외부 영역에 위치하는 논-액티브 영역(N/A)을 포함한다.
각각의 서브픽셀(SP)에는 디스플레이 구동 시 데이터 전압인 인가되는 픽셀 전극(PXL)이 배치될 수 있다. 그리고, 디스플레이 구동 시 공통 전압(Vcom)이 인가되는 공통 전극(CE)이 둘 이상의 서브픽셀(SP)이 배치되는 영역에 배치될 수 있다.
게이트 구동 회로(120)는, 다수의 게이트 라인(GL)으로 스캔 신호를 출력하여 표시패널(110)에 배치된 서브픽셀(SP)의 구동 타이밍을 제어한다.
게이트 구동 회로(120)는, 컨트롤러(140)의 제어에 따라 온(ON) 전압 또는 오프(OFF) 전압의 스캔 신호를 다수의 게이트 라인(GL)으로 순차적으로 공급하여 다수의 게이트 라인(GL)을 순차적으로 구동한다.
게이트 구동 회로(120)는, 구동 방식에 따라 표시패널(110)의 일 측에만 위치할 수도 있고, 양 측에 위치할 수도 있다. 또는, 표시패널(110)의 배면에 배치될 수도 있다.
또한, 게이트 구동 회로(120)는, 하나 이상의 게이트 드라이버 집적 회로(Gate Driver Integrated Circuit)를 포함할 수 있다.
각각의 게이트 드라이버 집적 회로는, 테이프 오토메티드 본딩(TAB, Tape Automated Bonding) 방식 또는 칩 온 글래스(COG, Chip On Glass) 방식으로 표시패널(110)의 본딩 패드에 연결되거나, GIP(Gate In Panel) 타입으로 구현되어 표시패널(110)에 직접 배치될 수도 있다.
또한, 표시패널(110)에 집적화되어 배치될 수도 있으며, 표시패널(110)과 연결된 필름 상에 실장되는 칩 온 필름(COF, Chip On Film) 방식으로 구현될 수도 있다.
데이터 구동 회로(130)는, 게이트 라인(GL)을 통해 스캔 신호가 인가되는 타이밍에 맞춰 데이터 라인(DL)으로 데이터 전압을 출력하여 각각의 서브픽셀(SP)이 영상 데이터에 따른 밝기를 표현하도록 한다.
데이터 구동 회로(120)는, 특정 게이트 라인(GL)이 열리면 컨트롤러(140)로부터 수신한 영상 데이터를 아날로그 형태의 데이터 전압으로 변환하여 다수의 데이터 라인(DL)에 공급함으로써 다수의 데이터 라인(DL)을 구동한다.
데이터 구동 회로(130)는, 적어도 하나의 소스 드라이버 집적 회로(Source Driver Integrated Circuit)를 포함하여 다수의 데이터 라인(DL)을 구동할 수 있다.
각각의 소스 드라이버 집적 회로는, 테이프 오토메티드 본딩(TAB) 방식 또는 칩 온 글래스(COG) 방식으로 표시패널(110)의 본딩 패드에 연결되거나, 표시패널(110)에 직접 배치될 수 있으며, 표시패널(110)에 집적화되어 배치될 수도 있다.
또한, 각각의 소스 드라이버 집적 회로는, 칩 온 필름(COF) 방식으로 구현될 수 있다. 이러한 경우, 각각의 소스 드라이버 집적 회로의 일 단은 적어도 하나의 소스 인쇄회로기판(Source Printed Circuit Board)에 본딩되고, 타 단은 표시패널(110)에 본딩된다.
컨트롤러(140)는, 게이트 구동 회로(120)와 데이터 구동 회로(130)로 각종 제어 신호를 공급하며, 게이트 구동 회로(120)와 데이터 구동 회로(130)의 동작을 제어한다.
이러한 컨트롤러(140)는, 각 프레임에서 구현하는 타이밍에 따라 스캔을 시작하고, 외부에서 수신하는 입력 영상 데이터(또는 외부 데이터)를 데이터 구동 회로(130)에서 사용하는 데이터 신호 형식에 맞게 변환하여 변환된 영상 데이터를 출력하며, 스캔에 맞춰 적당한 시간에 데이터 구동을 제어한다.
컨트롤러(140)는, 입력 영상 데이터와 함께 수직 동기 신호(Vsync), 수평 동기 신호(Hsync), 입력 데이터 인에이블 신호(DE, Data Enable), 클럭 신호(CLK) 등을 포함하는 각종 타이밍 신호들을 외부(예, 호스트 시스템)로부터 수신한다.
컨트롤러(140)는, 외부로부터 입력된 입력 영상 데이터를 데이터 구동 회로(130)에서 사용하는 데이터 신호 형식에 맞게 전환하여 전환된 영상을 출력하는 것 이외에, 게이트 구동 회로(120)와 데이터 구동 회로(130)를 제어하기 위하여 입력받은 타이밍 신호를 이용하여 각종 제어 신호를 생성하고 게이트 구동 회로(120) 및 데이터 구동 회로(130)로 출력할 수 있다.
일 예로, 컨트롤러(140)는, 게이트 구동 회로(120)를 제어하기 위하여, 게이트 스타트 펄스(GSP, Gate Start Pulse), 게이트 시프트 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.
여기서, 게이트 스타트 펄스(GSP)는 게이트 구동 회로(120)를 구성하는 하나 이상의 게이트 드라이버 집적 회로의 동작 스타트 타이밍을 제어한다. 게이트 시프트 클럭(GSC)은 하나 이상의 게이트 드라이버 집적회로에 공통으로 입력되는 클럭 신호로서, 스캔 신호의 시프트 타이밍을 제어한다. 게이트 출력 인에이블 신호(GOE)는 하나 이상의 게이트 드라이버 집적 회로의 타이밍 정보를 지정하고 있다.
또한, 컨트롤러(140)는, 데이터 구동 회로(130)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.
여기서, 소스 스타트 펄스(SSP)는 데이터 구동 회로(130)를 구성하는 하나 이상의 소스 드라이버 집적 회로의 데이터 샘플링 시작 타이밍을 제어한다. 소스 샘플링 클럭(SSC)은 소스 드라이버 집적 회로 각각에서 데이터의 샘플링 타이밍을 제어하는 클럭 신호이다. 소스 출력 인에이블 신호(SOE)는 데이터 구동 회로(130)의 출력 타이밍을 제어한다.
컨트롤러(140)는, 소스 드라이버 집적 회로가 본딩된 소스 인쇄회로기판과 연성 플랫 케이블(FFC, Flexible Flat Cable) 또는 연성 인쇄 회로(FPC, Flexible Printed Circuit) 등의 연결 매체를 통해 연결된 컨트롤 인쇄회로기판(Control Printed Circuit Board)에 배치될 수 있다.
이러한 컨트롤 인쇄회로기판에는, 표시패널(110), 게이트 구동 회로(120) 및 데이터 구동 회로(130) 등으로 각종 전압 또는 전류를 공급해주거나 공급할 각종 전압 또는 전류를 제어하는 전원 컨트롤러가 더 배치될 수 있다.
센싱 회로(150)는, 공통 전극(CE)과 전기적으로 연결되며 공통 전극(CE)을 이용하여 표시패널(110)에 대한 터치를 센싱하는 터치 센싱 회로(151)를 포함할 수 있다.
즉, 공통 전극(CE)은 디스플레이 구동 시 공통 전압(Vcom)을 인가받아 디스플레이 구동을 위한 전극으로 이용되고, 터치 센싱 시 터치 구동 신호를 인가받아 터치 센싱을 위한 전극으로 이용될 수 있다.
이러한 센싱 회로(150)는, 데이터 라인(DL)을 통해 픽셀 전극(PXL)과 전기적으로 연결되며 픽셀 전극(PXL)을 이용하여 사용자의 지문을 센싱하는 지문 센싱 회로(152)를 포함할 수 있다.
지문을 검출하기 위해서는 지문의 마루(Ridge)와 골(Valley)을 분해할 수 있어야 하므로, 센싱 데이터의 높은 해상도가 요구된다. 따라서, 서브픽셀(SP)마다 배치되는 픽셀 전극(PXL)을 이용하여 지문 센싱을 수행할 수 있다.
지문 센싱 회로(152)는, 지문 터치 시 발생하는 픽셀 전극(PXL)의 캐패시턴스 변화 또는 전압 변화를 센싱하여 지문 검출에 이용하도록 할 수 있다.
이러한 터치 센싱 회로(151)와 지문 센싱 회로(152)는, 별로의 회로로 구성될 수 있으며 하나의 회로로 구성될 수도 있다.
또한, 터치 센싱 회로(151)와 지문 센싱 회로(152)는, 검출된 신호를 디지털 데이터로 변환하고 변환된 디지털 데이터를 마이크로 컨트롤 유닛(MCU)으로 전송할 수 있으며, 마이크로 컨트롤 유닛(MCU)이 수신된 센싱 데이터를 기반으로 터치 또는 지문을 검출할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 표시장치(100)에서 지문 센싱 영역에 배치되는 서브픽셀(SP) 구조의 예시를 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 표시장치(100)에서 지문 센싱 영역은 표시패널(110)의 액티브 영역(A/A)에 배치될 수 있다. 또한, 액티브 영역(A/A)에서 특정 위치에 한정되지 않고, 지문 센싱을 수행할 수도 있다.
지문 센싱 영역에 위치하는 서브픽셀(SP)에는, 게이트 라인(GL)과 데이터 라인(DL)이 교차하며, 스위칭 트랜지스터(SWT), 픽셀 전극(PXL), 공통 전극(CE) 및 광 센서(PS)가 배치될 수 있다.
스위칭 트랜지스터(SWT)는, 데이터 라인(DL)과 전기적으로 연결된 제1 노드(N1)와, 게이트 라인(GL)과 전기적으로 연결된 제2 노드(N2)와, 픽셀 전극(PXL)과 전기적으로 연결된 제3 노드(N3)를 가질 수 있다.
스위칭 트랜지스터(SWT)는, 디스플레이 구동 기간에서 게이트 라인(GL)으로 인가되는 스캔 신호에 따라 온/오프되며, 스위칭 트랜지스터(SWT)가 온 상태일 때 데이터 라인(DL)을 통해 공급되는 데이터 전압을 픽셀 전극(PXL)으로 인가한다.
픽셀 전극(PXL)은, 각각의 서브픽셀(SP)마다 배치되며 스위칭 트랜지스터(SWT)를 통해 데이터 라인(DL)과 전기적으로 연결된다. 그리고, 픽셀 전극(PXL)과 공통 전극(CE)은 캐패시터(C)를 형성하여 디스플레이 구동 기간에서 한 프레임 동안 전압을 유지시켜줄 수 있다.
공통 전극(CE)은, 둘 이상의 서브픽셀(SP)을 포함하는 영역에 배치될 수 있으며, 디스플레이 구동 기간에는 공통 전압(Vcom)이 인가되고 터치 센싱 기간에는 터치 구동 신호가 인가되어 터치 전극으로 이용될 수 있다.
광 센서(PS)는, 스위칭 트랜지스터(SWT)의 제1 노드(N1)와 제3 노드(N3) 사이에 전기적으로 연결된다.
이러한 광 센서(PS)는, 특정 파장의 광에 노출되면 전기적인 특성이 변하는 감광성을 가질 수 있다.
일 예로, 광 센서(PS)는, 광에 노출되기 전에 부도체처럼 동작하고, 광에 노출되면 전기적인 특성이 변경되어 양 단이 전기적으로 연결되고 도체처럼 동작할 수 있다. 여기서, 광 센서(PS)를 포토 센서라고도 한다.
본 발명의 실시예들에 따른 표시장치(100)는, 스위칭 트랜지스터(SWT)의 제1 노드(N1)와 제3 노드(N3) 사이에 전기적으로 연결된 광 센서(PS)를 이용하여 지문 센싱 영역에 터치된 사용자의 지문을 검출할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 표시장치(100)가 광 센서를 이용하여 지문을 센싱하는 원리를 설명하기 위한 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 표시장치(100)는, 기판(330) 상에 지문 센싱 영역의 서브픽셀(SP)에 배치된 광 센서(PS)가 위치한다.
그리고, 지문 센싱 기간에 광을 조사하는 광원(310)과, 광원(310)으로부터 조사된 광을 가이드하는 도광판(320)을 포함할 수 있다. 이러한 도광판(320)은 하나의 예시이며, 광 가이드 패널, 광 가이드 장치 또는 표시패널(110)의 커버 글래스 등 다양한 구성이 이용될 수 있다.
여기서, 표시장치(100)가 액정표시장치인 경우, 광을 조사하는 광원(310)은 액정표시장치의 백라이트(Backlight)로 구성될 수도 있다. 또한, 광을 조사하는 광원(310)은 액정표시장치의 백라이트와 별도로 구성되는 광원으로 구성될 수도 있다.
지문 센싱 기간에서 광원(310)이 특정 파장의 광을 조사하면 광원(310)으로부터 조사된 광이 도광판(320)을 따라 발산될 수 있다.
이때, 지문 센싱 영역에 해당하는 표시패널(110)의 표면에 지문이 터치되면 지문에서 돌출된 부분인 마루(Ridge)와 움푹 패인 부분인 골(Valley)에 따라 광의 투과, 반사가 발생할 수 있다.
일 예로, 지문의 마루(Ridge)와 도광판(320)이 접촉된 부분에 도달한 광은 손가락과 글래스의 굴절률이 거의 동일하므로, 광이 투과하게 된다. 그리고, 광이 투과하여 외부로 발산되므로, 지문의 마루(Ridge)에 대응하는 영역에 배치된 광 센서(PS)는 광에 노출되지 않게 된다(광 차단 영역).
그리고, 지문의 골(Valley)이 위치하는 부분에서, 지문의 골(Valley)과 도광판(320)이 접촉하지 않고 그 사이에 공기(Air)가 위치하게 된다. 공기(Air)의 굴절률은 글래스의 굴절률과 차이가 존재하므로, 지문의 골(Valley)이 위치하는 부분에서 광은 투과되지 못하고 반사하게 된다. 따라서, 지문의 골(Valley)에 대응하는 영역에 배치된 광 센서(PS)는 광에 노출되게 된다(광 노출 영역).
즉, 지문의 마루(Ridge)에 대응하는 영역에 배치된 광 센서(PS)는 광이 차단되고, 지문의 골(Valley)에 대응하는 영역에 배치된 광 센서(PS)는 광에 노출될 수 있다.
그리고, 광 차단 또는 광 노출에 따라 광 센서(PS)의 전기적인 특성이 다르게 변할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 표시장치(100)는, 이러한 광 센서(PS)의 광 차단 또는 광 노출에 따른 전기적인 특성의 변화를 이용하여, 지문의 마루(Ridge)와 골(Valley)을 분해하고 지문 센싱을 수행하는 방안을 제공한다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 표시장치(100)에서, 지문 센싱 영역에 배치된 서브픽셀(SP)의 회로 구조와 센싱 회로(150)의 예시를 나타낸 것이다.
앞서 설명한 바와 같이, 지문 센싱 영역에 배치된 서브픽셀(SP)만 이러한 회로 구조를 가질 수도 있고, 또는 모든 서브픽셀(SP)이 지문 센싱이 가능한 구조를 가지면서 특정 영역이 지문 센싱을 위해 구동될 수도 있다.
또한, 센싱 회로(150)는, 터치 센싱 회로(151)와 지문 센싱 회로(152)로 구분될 수도 있고, 두 가지 기능이 통합된 하나의 회로일 수도 있으며, 이하에서는, 설명의 편의를 위해 지문 센싱을 수행하는 회로를 센싱 회로(150)로 설명한다.
도 4를 참조하면, 지문 센싱 영역에 배치된 서브픽셀(SP)에는 게이트 라인(GL)과 데이터 라인(DL)이 교차한다.
게이트 라인(GL)은, 지문 센싱 기간에서 전압 인가와 신호 검출의 타이밍을 제어한다.
데이터 라인(DL)은, 센싱 회로(150)와 전기적으로 연결되며 지문 센싱 기간에서 신호 검출을 위한 라인으로 이용될 수 있다.
각각의 서브픽셀(SP)에는, 스위칭 트랜지스터(SWT), 광 센서(PS), 픽셀 전극(PXL) 및 공통 전극(CE)이 배치된다. 픽셀 전극(PXL)은 각각의 서브픽셀(SP)마다 배치되고, 공통 전극(CE)은 둘 이상의 서브픽셀(SP)이 배치되는 영역에 배치될 수 있다.
스위칭 트랜지스터(SWT)의 제1 노드(N1)는 데이터 라인(DL)과 전기적으로 연결되고, 제2 노드(N2)는 게이트 라인(GL)과 전기적으로 연결되며, 제3 노드(N3)는 픽셀 전극(PXL)과 전기적으로 연결된다.
광 센서(PS)는, 스위칭 트랜지스터(SWT)의 제1 노드(N1)와 제3 노드(N3) 사이에 전기적으로 연결된다. 이러한 광 센서(PS)는, 지문 센싱 기간에 조사되는 광에 노출되거나 노출되지 않을 수 있다.
픽셀 전극(PXL)은, 스위칭 트랜지스터(SWT)의 제3 노드(N3)와 전기적으로 연결되며, 공통 전극(CE)과 캐패시터(C)를 형성한다.
센싱 회로(150)는, 데이터 라인(DL)과 전기적으로 연결된 스위치(SW)와, 증폭기 및 피드백 캐패시터(Cfb)를 포함할 수 있다.
센싱 회로(150)의 스위치(SW)는, 일 단이 데이터 라인(DL)과 전기적으로 연결되고, 타 단이 증폭기의 (-) 입력단과 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 지문 센싱 기간에서 데이터 라인(DL)을 통해 신호를 검출하는 기간에 턴-온 될 수 있다.
증폭기의 (-) 입력단은 스위치(SW)와 전기적으로 연결되고, (+) 입력단으로 기준 전압(Vref)이 인가될 수 있다. 그리고, 피드백 캐패시터(Cfb)는, 증폭기의 (-) 입력단과 출력단 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
센싱 회로(150)의 스위치(SW)가 턴-온 되면, 픽셀 전극(PXL)의 전압 상태에 따라 피드백 캐패시터(Cfb)에 전하가 축적되고, 피드백 캐패시터(Cfb)에 축적된 전압과 기준 전압(Vref)의 차이에 해당하는 전압 또는 그 전압이 반전된 전압이 증폭기의 출력단으로부터 출력된다.
따라서, 광에 노출된 광 센서(PS)가 배치된 서브픽셀(SP)로부터 센싱된 전압과, 광에 노출되지 않은 광 센서(PS)가 배치된 서브픽셀(SP)로부터 센싱된 전압 간의 차이가 발생하게 된다. 그리고, 이를 이용하여 지문의 마루(Ridge)와 골(Valley)을 분해하고 지문을 센싱할 수 있다.
이러한 지문 센싱은 구동 방식에 따라 지문 센싱 영역의 픽셀 전극(PXL)에 구동 전압(Vdrv)을 직접 인가하고 수행될 수 있다. 또는, 픽셀 전극(PXL)에 구동 전압(Vdrv)을 직접 인가하지 않고 수행될 수도 있다.
그리고, 이러한 구동 전압(Vdrv)은, 펄스 형태의 전압이 복수 회 반복되는 AC 전압으로 설정될 수도 있고, 특정 레벨의 DC 전압으로 설정될 수도 있다.
이하에서는, 지문 센싱 기간에서 서브픽셀(SP) 및 센싱 회로(150)의 구동 방식과 동작 타이밍의 예시를 구체적으로 설명하며, 본 발명의 실시예들에 따른 지문 센싱 방식을 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 표시장치(100)가 광 센서(PS)를 이용하여 지문 센싱을 수행하는 동작과 그 타이밍의 제1 실시예를 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 제1 실시예에 따른 지문 센싱 방식은 지문 센싱 영역에 배치된 서브픽셀(SP)의 픽셀 전극(PXL)에 구동 전압(Vdrv)을 인가하는 충전 기간(① Charging)과, 광을 조사하는 광 조사 기간(② Lighting)과, 데이터 라인(DL)을 통해 신호를 검출하는 센싱 기간(③ Sensing)으로 구분될 수 있다.
이러한 지문 센싱 기간은 디스플레이 구동 기간의 일부일 수도 있고, 터치 센싱 기간의 일부일 수도 있다. 또는, 디스플레이 구동 기간, 터치 센싱 기간과 시간적으로 구분되는 기간일 수도 있다.
지문 센싱 기간의 충전 기간에서 지문 센싱 영역에 배치된 서브픽셀(SP)의 게이트 라인(GL)으로 스위칭 트랜지스터(SWT)를 턴-온 시키는 스캔 신호가 순차적으로 인가된다.
그리고, 스위칭 트랜지스터(SWT)가 턴-온 되는 타이밍에 맞춰 각각의 서브픽셀(SP)과 연결된 데이터 라인(DL)을 통해 지문 센싱을 위한 구동 전압(Vdrv)이 인가될 수 있다.
또는, 지문 센싱 기간의 충전 기간에서 지문 센싱 영역에 배치된 서브픽셀(SP)의 게이트 라인(GL)을 동시에 턴-온 시키고, 지문 센싱 영역에 해당하는 픽셀 전극(PXL)에 구동 전압(Vdrv)을 동시에 인가할 수도 있다. 이러한 경우, 지문 센싱 기간의 충전 기간을 단축시킬 수 있다.
도 5는 지문 센싱 영역에 배치된 서브픽셀(SP)의 개수가 100×100 개인 경우를 예시로 나타낸 것으로서, 지문 센싱 영역에 배치된 서브픽셀(SP)로 구동 전압(Vdrv)이 인가된다.
충전 기간 동안 스위칭 트랜지스터(SWT)가 턴-온 된 상태에서 구동 전압(Vdrv)이 공급되므로, 지문 센싱 영역에 배치된 서브픽셀(SP)의 픽셀 전극(PXL)은 구동 전압(Vdrv)이 인가된 상태가 된다.
지문 센싱 기간의 광 조사 기간에서 지문 센싱 영역에 배치된 서브픽셀(SP)의 게이트 라인(GL)으로 스위칭 트랜지스터(SWT)를 턴-오프 시키는 스캔 신호가 인가된다.
그리고, 광 조사 기간 동안 광원(310)으로부터 광이 조사된다.
이러한 광원(310)의 광 조사 타이밍은 컨트롤러(140) 또는 마이크로 컨트롤 유닛(MCU)에 의해 수행될 수 있다.
광 조사 기간 동안 지문 센싱 영역에 배치된 서브픽셀(SP)의 데이터 라인(DL)으로 기준 전압(Vref)이 공급될 수 있다. 이러한 기준 전압(Vref)은 데이터 구동 회로(130)로부터 출력될 수도 있으나, 이에 한정되지 아니한다.
픽셀 전극(PXL)에 구동 전압(Vdrv)이 인가된 후 스위칭 트랜지스터(SWT)가 오프된 상태에서 데이터 라인(DL)으로 기준 전압(Vref)이 공급되므로, 스위칭 트랜지스터(SWT)의 제1 노드(N1)와 제3 노드(N3) 사이에 전압 차가 발생한다.
그리고, 광이 조사됨에 따라 지문의 마루(Ridge)에 대응하는 영역에 배치된 서브픽셀(SP)의 광 센서(PS)는 광이 차단되고, 지문의 골(Valley)에 대응하는 영역에 배치된 서브픽셀(SP)의 광 센서(PS)는 광에 노출되게 된다.
광에 노출된 광 센서(PS)는 전기적인 특성이 변경되어 양 단이 전기적으로 연결된다.
즉, 스위칭 트랜지스터(SWT)의 제1 노드(N1)와 제3 노드(N3)가 서로 전기적으로 연결되며, 광 센서(PS)를 통해 전류가 흐르게 된다.
그리고, 광 센서(PS)를 통해 누설되는 전류량에 따라 픽셀 전극(PXL)에 인가된 구동 전압(Vdrv)이 낮아질 수 있다.
따라서, 광에 노출된 광 센서(PS)가 배치된 서브픽셀(SP)의 픽셀 전극(PXL)의 전압과 광에 노출되지 않은 광 센서(PS)가 배치된 서브픽셀(SP)의 픽셀 전극(PXL)의 전압 사이에 차이가 발생할 수 있다.
광 조사 기간이 종료되면, 지문 센싱 기간의 센싱 기간에서 지문 센싱 영역에 배치된 서브픽셀(SP)의 게이트 라인(GL)으로 스위칭 트랜지스터(SWT)를 턴-온 시키는 스캔 신호가 인가된다.
그리고, 센싱 회로(150)에서 데이터 라인(DL)과 연결된 스위치(SW)가 턴-온 된다.
센싱 회로(150)의 스위치(SW)가 턴-온 됨에 따라 데이터 라인(DL)을 통해 픽셀 전극(PXL)의 전압을 센싱할 수 있다.
여기서, 광 노출에 의해 누설 전류가 발생한 픽셀 전극(PXL)의 전압과 광 차단에 의해 누설 전류가 발생하지 않은 픽셀 전극(PXL)의 전압을 이용하여, 지문의 마루(Ridge)와 골(Valley)을 분해하고 지문을 센싱할 수 있다.
도 6 내지 도 8은 제1 실시예에 따른 지문 센싱 방식의 과정을 구체적으로 나타낸 것이다.
도 6을 참조하면, 지문 센싱 기간의 충전 기간에 지문 센싱 영역에 배치된 서브픽셀(SP)의 스위칭 트랜지스터(SWT)가 턴-온 되고, 데이터 라인(DL)을 통해 구동 전압(Vdrv)이 인가된다.
이러한 지문 센싱을 위한 구동 전압(Vdrv)은 데이터 구동 회로(130)에 의해 공급될 수 있다.
또는, 지문 센싱에 필요한 구동 전압(Vdrv), 기준 전압(Vref) 등을 데이터 라인(DL)으로 공급하는 회로와 센싱 회로(150)가 하나의 구동 회로를 구성할 수도 있다.
충전 기간 동안 구동 전압(Vdrv)이 인가됨에 따라 지문 센싱 영역에 배치된 서브픽셀(SP)의 픽셀 전극(PXL)은 구동 전압(Vdrv)이 인가된 상태가 된다.
도 7을 참조하면, 지문 센싱 기간의 광 조사 기간에 지문 센싱 영역에 배치된 스위칭 트랜지스터(SWT)가 턴-오프 되고, 광원(310)으로부터 광이 조사된다.
그리고, 광 조사 기간 동안 지문 센싱 영역에 배치된 데이터 라인(DL)을 통해 기준 전압(Vref)이 공급된다.
지문 센싱 영역의 서브픽셀(SP)에 배치된 광 센서(PS)는, 지문의 마루(Ridge) 또는 골(Valley)에 대응하는 위치인지 여부에 따라 광에 노출되지 않거나 광에 노출된다.
마루(Ridge)에 대응하는 위치, 즉, 광 차단 영역에 배치된 광 센서(PS)는 전기적인 특성이 변하지 않으므로 광 센서(PS)를 통한 누설 전류가 발생하지 않는다.
그리고, 골(Valley)에 대응하는 위치, 즉, 광 노출 영역에 배치된 광 센서(PS)는 전기적인 특성이 변경되어 광 센서(PS)를 통한 누설 전류가 발생하게 된다.
도 8을 참조하면, 지문 센싱 기간의 센싱 기간에 지문 센싱 영역에 배치된 스위칭 트랜지스터(SWT)가 턴-온 된다.
그리고, 센싱 회로(150)에서 데이터 라인(DL)과 연결된 스위치(SW)가 턴-온 된다.
지문 센싱 영역의 서브픽셀(SP)에 배치된 스위칭 트랜지스터(SWT)와 센싱 회로(150)의 스위치(SW)가 턴-온 됨에 따라, 데이터 라인(DL)을 통해 지문 센싱 영역의 서브픽셀(SP)에 배치된 픽셀 전극(PXL)의 전압을 센싱할 수 있다.
이러한 센싱 기간에서 센싱된 픽셀 전극(PXL)의 전압은 광 노출 여부에 따라 다르게 센싱될 수 있다.
도 9는 제1 실시예에 따른 지문 센싱 방식에 의해 검출된 픽셀 전극(PXL)의 전압에 따른 출력 신호의 예시를 나타낸 것이다.
도 9를 참조하면, 광 차단 영역에 해당하는 서브픽셀(SP)에 배치된 픽셀 전극(PXL)의 전압은 구동 전압(Vdrv)일 수 있다.
이러한 픽셀 전극(PXL)의 전압이 센싱 회로(150)의 피드백 캐패시터(Cfb)에 축적되고, 피드백 캐패시터(Cfb)에 축적된 전압과 기준 전압(Vref)의 차이에 해당하는 전압이 증폭기의 출력단으로부터 출력될 수 있다(Vout).
여기서, 센싱 회로(150)의 증폭기가 네거티브 증폭기인 경우를 예시로 나타낸 것으로서, 증폭기는 기준 전압(Vref)에서 픽셀 전극(PXL)에 인가된 구동 전압(Vdrv)만큼 낮아진 전압에 해당하는 신호를 출력하게 된다.
즉, 픽셀 전극(PXl)의 전압 센싱 전에 증폭기는 기준 전압(Vref)을 출력하며(Vout(Vref)), 픽셀 전극(PXL)의 전압 센싱에 따라 기준 전압(Vref)보다 구동 전압(Vdrv)만큼 낮은 전압에 해당하는 신호를 출력한다(Vout(Vref-Vdrv)).
반면, 광 노출 영역에 해당하는 서브픽셀(SP)에 배치된 픽셀 전극(PXL)의 전압은 누설 전류에 해당하는 누설 전압(Vleak)만큼 낮아질 수 있다.
따라서, 픽셀 전극(PXL)의 전압은 구동 전압(Vdrv)보다 누설 전압(Vleak)만큼 낮아지게 된다.
센싱 회로(150)의 피드백 캐패시터(Cfb)에 Vdrv-Vleak 에 해당하는 전압이 축적되므로, 증폭기는 기준 전압(Vref)과 피드백 캐패시터(Cfb)에 축적된 전압(Vdrv-Vleak)의 차이에 따른 전압에 해당하는 신호를 출력하게 된다.
그러므로, 광 차단 영역에 해당하는 서브픽셀(SP)의 픽셀 전극(PXL)으로부터 센싱된 전압과 광 노출 영역에 해당하는 서브픽셀(SP)의 픽셀 전극(PXL)으로부터 센싱된 전압 사이에 누설 전압(Vleak)만큼 차이가 발생한다.
이러한 광 차단 영역과 광 노출 영역으로부터 센싱된 전압 차를 이용하여 해당 서브픽셀(SP)에 터치된 지문의 마루(Ridge)와 골(Valley)을 검출하고, 지문을 센싱할 수 있도록 한다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 의하면, 지문 센싱 영역의 서브픽셀(SP)에 배치된 광 센서를 이용하여 지문을 센싱함으로써, 표시패널(110)의 액티브 영역(A/A)에서 지문을 센싱할 수 있도록 한다.
또한, 서브픽셀(SP)에 반드시 포함되는 스위칭 트랜지스터(SWT)에 광 센서(PS)를 연결하는 구조를 통해 지문 센싱이 가능하도록 함으로써, 액티브 영역(A/A)의 모든 위치에서 지문 센싱이 가능하도록 할 수도 있다.
한편, 이러한 지문 센싱 방식은 픽셀 전극(PXL)으로 구동 전압(Vdrv)을 인가하는 기간과 광 조사 기간 및 센싱 기간으로 구분되어 동작함에 따라 지문 센싱 기간이 길어지게 된다. 따라서, 디스플레이 구동 기간이나 터치 센싱 기간에 영향을 줄 수 있는 문제점이 존재한다.
그리고, 픽셀 전극(PXL)에 인가되는 구동 전압(Vdrv)을 기준으로 센싱 회로(150)의 피드백 캐패시터(Cfb)의 용량이 설계되므로 피드백 캐패시터(Cfb)의 용량이 증가하며, 구동 전압(Vdrv)에 비하여 누설 전압(Vleak)의 레벨이 낮아 센싱 감도가 높지 않을 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 표시장치(100)는, 픽셀 전극(PXL)에 직접 구동 전압(Vdrv)을 인가하지 않고 지문 센싱을 수행하는 방식을 통해 지문 센싱 기간을 단축시키며 지문 센싱의 감도를 향상시킬 수 있는 방안을 제공한다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 표시장치(100)가 지문 센싱을 수행하는 방식의 동작과 그 타이밍의 제2 실시예를 나타낸 것이다.
도 10을 참조하면, 제2 실시예에 따른 지문 센싱 방식은 지문 센싱 영역에 배치된 서브픽셀(SP)의 픽셀 전극(PXL)을 구동하고 광을 조사하는 구동 기간(① Driving & Lighting)과, 데이터 라인(DL)을 통해 신호를 검출하는 센싱 기간(② Sensing)으로 구분될 수 있다.
이하에서는, 구동 기간을 제1 기간이라 하고, 센싱 기간을 제2 기간이라고 할 수도 있다.
지문 센싱 기간의 구동 기간에서 지문 센싱 영역의 서브픽셀(SP)에 배치된 게이트 라인(GL)으로 스위칭 트랜지스터(SWT)를 턴-오프 시키는 스캔 신호가 인가된다.
따라서, 지문 센싱 기간에서 지문 센싱 영역의 서브픽셀(SP)에 배치된 게이트 라인(GL)으로 인가되는 턴-온 스캔 신호의 횟수가 감소될 수 있다.
그리고, 구동 기간에서 지문 센싱 영역의 서브픽셀(SP)에 배치된 공통 전극(CE)으로 구동 전압(Vdrv)을 인가한다. 또한, 지문 센싱 영역에 해당하는 공통 전극(CE)으로만 구동 전압(Vdrv)을 인가할 수도 있지만, 표시패널(110)의 전체 영역에 해당하는 모든 공통 전극(CE)으로 구동 전압(Vdrv)을 인가할 수도 있다.
여기서, 공통 전극(CE)으로 인가되는 구동 전압(Vdrv)은 제1 실시예에서 픽셀 전극(PXL)으로 인가되는 구동 전압(Vdrv)과 동일한 레벨이거나 조금 높은 레벨인 전압일 수 있다.
공통 전극(CE)은 둘 이상의 서브픽셀(SP)을 포함하는 영역에 배치되므로, 픽셀 전극(PXL)으로 구동 전압(Vdrv)을 인가하는 방식에 비하여 구동 전압(Vdrv)을 인가하는 횟수가 감소될 수 있다. 또한, 공통 전극(CE)을 지문 센싱을 위한 전극으로 이용하므로, 터치 센싱 시 공통 전극(CE)으로 터치 구동 신호를 출력하는 터치 센싱 회로(151)를 활용하여 지문 센싱을 수행할 수도 있다.
이러한 공통 전극(CE)은 픽셀 전극(PXL)과 캐패시터(C)를 형성하므로, 공통 전극(CE)에 구동 전압(Vdrv)이 인가됨에 따라 하이 임피던스 상태인 픽셀 전극(PXL)의 전압 레벨이 높아질 수 있다.
이러한 픽셀 전극(PXL)의 전압 레벨은 공통 전극(CE)에 인가된 구동 전압(Vdrv)의 레벨과 동일하거나 조금 낮을 수 있다.
이러한 지문 센싱 기간의 구동 기간에서 지문 센싱 영역의 서브픽셀(SP)에 배치된 데이터 라인(DL)으로 기준 전압(Vref)을 공급하고, 광원(310)으로부터 광이 조사된다.
구동 기간에서 픽셀 전극(PXL)으로 구동 전압(Vdrv)을 직접 인가하지 않고 공통 전극(CE)에만 구동 전압(Vdrv)을 인가하여 픽셀 전극(PXL)을 구동함으로써, 데이터 라인(DL)으로 기준 전압(Vref)을 공급할 수 있다.
따라서, 픽셀 전극(PXL)의 전압 레벨이 높아지고 데이터 라인(DL)으로 기준 전압(Vref)이 인가되며 스위칭 트랜지스터(SWT)가 오프인 상태에서, 광을 조사하여 광 센서(PS)를 통한 누설 전류를 발생시킬 수 있다.
즉, 공통 전극(CE)에 구동 전압(Vdrv)을 인가하여 픽셀 전극(PXL)을 구동시킴으로써, 픽셀 전극(PXL)의 구동과 광 조사를 동일한 기간에 수행할 수 있도록 한다.
픽셀 전극(PXL)의 구동과 광 조사를 동일한 기간에 수행할 수 있도록 하여, 지문 센싱 기간의 길이를 단축시키며 지문 센싱을 수행할 수 있다.
지문 센싱 기간의 구동 기간이 종료되면, 공통 전극(CE)으로 구동 전압(Vdrv)의 공급을 중지한다. 여기서, 공통 전극(CE)으로 기준 전압(Vref)이 인가될 수도 있다.
공통 전극(CE)에 구동 전압(Vdrv)이 인가되지 않게 되므로, 픽셀 전극(PXL)의 전압도 다시 낮아지게 된다.
이때, 지문 센싱 기간의 구동 기간에서 광 노출로 인해 누설 전류가 발생한 경우에는, 픽셀 전극(PXL)의 전압 레벨이 구동 기간 전 레벨보다 낮아질 수 있다.
일 예로, 지문 센싱 기간의 구동 기간 전 픽셀 전극(PXL)의 전압 레벨이 기준 전압(Vref)인 경우, 광 차단 영역에 위치한 서브픽셀(SP)의 픽셀 전극(PXL)의 전압은 기준 전압(Vref)이고, 광 노출 영역에 위치한 서브픽셀(SP)의 픽셀 전극(PXL)의 전압은 기준 전압(Vref)보다 낮은 전압일 수 있다.
따라서, 이러한 전압 차이를 이용하여 지문 센싱을 수행할 수 있다.
지문 센싱 기간의 센싱 기간에는 지문 센싱 영역의 서브픽셀(SP)에 배치된 게이트 라인(GL)으로 스위칭 트랜지스터(SWT)를 턴-온 시키는 스캔 신호가 인가된다.
그리고, 센싱 회로(150)에서 데이터 라인(DL)과 연결된 스위치(SW)가 턴-온 된다.
지문 센싱 기간의 센싱 기간에는 지문 센싱 영역의 서브픽셀(SP)에 배치된 데이터 라인(DL)에 기준 전압(Vref)이 인가되지 않은 상태이므로, 센싱 회로(150)는 데이터 라인(DL)을 통해 픽셀 전극(PXL)의 전압을 센싱할 수 있다.
도 11과 도 12는 제2 실시예에 따른 지문 센싱 방식의 과정을 구체적으로 나타낸 것이다.
도 11을 참조하면, 지문 센싱 기간의 제1 기간에서 지문 센싱 영역의 서브픽셀(SP)에 배치된 스위칭 트랜지스터(SWT)가 턴-오프 된다.
그리고, 지문 센싱 영역의 서브픽셀(SP)에 배치된 공통 전극(CE)으로 구동 전압(Vdrv)을 공급한다.
공통 전극(CE)으로 공급되는 구동 전압(Vdrv)은 센싱 회로(150)로부터 출력될 수도 있다. 즉, 터치 센싱을 위한 구동 신호를 공통 전극(CE)으로 출력하는 터치 센싱 회로(151)를 이용하여 구동 전압(Vdrv)을 공급할 수 있다. 또는, 별도의 구동 회로로부터 구동 전압(Vdrv)이 공급될 수도 있다.
지문 센싱 기간의 제1 기간에서 공통 전극(CE)으로 구동 전압(Vdrv)이 인가되므로, 공통 전극(CE)과 캐패시터(C)를 형성하며 하이 임피던스 상태인 픽셀 전극(PXL)의 전압 레벨이 공통 전극(CE)의 전압과 커플링되어 높아질 수 있다.
일 예로, 공통 전극(CE)으로 인가된 구동 전압(Vdrv)에 의해 공통 전극(CE)의 전압 레벨이 ΔV1만큼 높아질 경우, 픽셀 전극(PXL)의 전압 레벨이 ΔV2만큼 높아질 수 있다.
여기서, ΔV2는 ΔV1와 거의 동일할 수 있으며, ΔV1보다 조금 낮을 수도 있다.
또는, 픽셀 전극(PXL)의 전압 레벨이 지문 센싱을 위한 전압 레벨이 될 수 있도록 공통 전극(CE)으로 인가되는 구동 전압(Vdrv)의 레벨을 조정하여 ΔV2를 제어할 수도 있다.
픽셀 전극(PXL)의 전압 레벨이 ΔV2가 된 지문 센싱 기간의 제1 기간에서 지문 센싱 영역의 서브픽셀(SP)에 배치된 데이터 라인(DL)으로 기준 전압(Vref)을 공급한다.
그리고, 광원(310)으로부터 광이 조사된다.
지문 센싱 영역의 서브픽셀(SP)에 배치된 픽셀 전극(PXL)의 전압 레벨이 높아지고 데이터 라인(DL)으로 기준 전압(Vref)이 인가되며 스위칭 트랜지스터(SWT)가 오프된 상태에서, 광이 조사되므로 광 차단 영역과 광 노출 영역에 따라 광 센서(PS)를 통한 누설 전류가 발생할 수 있다.
따라서, 지문 센싱 영역의 서브픽셀(SP)에 배치된 픽셀 전극(PXL)으로 직접 구동 전압(Vdrv)을 인가하지 않고 공통 전극(CE)에만 구동 전압(Vdrv)을 인가하는 방식을 통해, 광 차단 영역과 광 노출 영역에 따른 픽셀 전극(PXL)의 전압 차를 발생시키고 지문의 마루(Ridge)와 골(Valley)을 센싱할 수 있도록 한다.
도 12를 참조하면, 지문 센싱 기간의 제2 기간에서 지문 센싱 영역의 서브픽셀(SP)에 배치된 스위칭 트랜지스터(SWT)가 턴-온 되고, 센싱 회로(150)의 스위치(SW)가 턴-온 된다.
지문 센싱 기간의 제2 기간에서 공통 전극(CE)으로 구동 전압(Vdrv)이 인가되지 않으므로, 공통 전극(CE)의 전압이 낮아진다. 이에 따라, 픽셀 전극(PXL)의 전압도 낮아지게 된다.
여기서, 광 노출 영역에 위치하는 서브픽셀(SP)에 배치된 픽셀 전극(PXL)의 전압은 광 차단 영역에 위치하는 서브픽셀(SP)에 배치된 픽셀 전극(PXL)의 전압보다 더 낮아지게 된다.
일 예로, 도 12에 도시된 바와 같이, 광 차단 영역에 위치하는 서브픽셀(SP)의 픽셀 전극(PXL)의 전압 레벨은 공통 전극(CE) 구동 전 레벨과 동일하게 낮아진다.
반면, 광 노출 영역에 위치하는 서브픽셀(SP)의 픽셀 전극(PXL)의 전압 레벨은 공통 전극(CE) 구동 전 레벨보다 누설 전압(Vleak)만큼 더 낮아지게 된다.
센싱 회로(150)의 스위치(SW)가 턴-온 된 상태에서, 광 노출 영역에 위치하는 서브픽셀(SP)의 픽셀 전극(PXL)의 전압이 기준 전압(Vref)보다 낮은 상태이므로, 누설 전압(Vleak)만큼 피드백 캐패시터(Cfb)의 전하량이 감소할 수 있다.
즉, 센싱 회로(150)는, 광 노출 영역에 위치하는 서브픽셀(SP)의 픽셀 전극(PXL)으로부터 기준 전압(Vref)보다 낮아진 전압을 센싱하게 된다.
도 13은 제2 실시예에 따른 지문 센싱 방식에 의해 검출된 픽셀 전극(PXL)의 전압에 따른 출력 신호의 예시를 나타낸 것이다.
도 13을 참조하면, 광 차단 영역에 위치하는 서브픽셀(SP)의 픽셀 전극(PXL)의 전압 레벨은 공통 전극(CE)으로의 구동 전압(Vdrv) 인가가 종료됨에 따라 기준 전압(Vref)이 될 수 있다.
따라서, 센싱 회로(150)의 증폭기는, 피드백 캐패시터(Cfb)에 기준 전압(Vref)에 해당하는 전하가 축적되고 (+) 입력단으로 기준 전압(Vref)이 인가되므로, 센싱 전과 변동이 없는 출력 신호를 출력할 수 있다(Vout(Vref-Vref)).
광 노출 영역에 위치하는 서브픽셀(SP)의 픽셀 전극(PXL)의 전압 레벨은 누설 전압(Vleak)에 따라 기준 전압(Vref)보다 낮은 전압 레벨일 수 있다.
센싱 회로(150)의 피드백 캐패시터(Cfb)는, 기준 전압(Vref)보다 누설 전압(Vleak)만큼 낮아진 전압이 축적되므로, 증폭기는 기준 전압(Vref)과 (Vref-Vleak)의 차에 대응하는 출력 신호를 출력하게 된다(Vout(Vref-(Vref-Vleak))).
그러므로, 광 차단 영역과 광 노출 영역에서 센싱되는 픽셀 전극(PXL)의 전압 차를 이용하여 지문의 마루(Ridge)와 골(Valley)을 분해하고 지문을 감지할 수 있다.
또한, 픽셀 전극(PXL)에 구동 전압(Vdrv)을 직접 인가하지 않고 기준 전압(Vref)과 누설 전압(Vleak)의 차이만 센싱하면 되므로, 센싱 회로(150)의 피드백 캐패시터(Cfb)의 용량을 감소시킬 수 있다.
그리고, 기준 전압(Vref)에 대비한 누설 전압(Vleak)의 차이를 이용하여 센싱을 수행하므로, 센싱의 감도를 더욱 향상시킬 수 있도록 한다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 구동 회로의 구동 방법의 과정을 나타낸 것이다.
여기서, 구동 회로는 지문 센싱 회로(152), 또는 터치 센싱 회로(151)와 지문 센싱 회로(152)를 포함하는 회로를 의미할 수 있다. 또는, 지문 센싱 기간에서 구동 전압(Vdrv)와 기준 전압(Vref)을 공급하는 회로와 센싱 회로(150)를 모두 포함하는 회로를 의미할 수도 있다.
도 14를 참조하면, 구동 회로는 지문 센싱 기간의 제1 기간에서 지문 센싱 영역의 서브픽셀(SP)에 배치된 공통 전극(CE)으로 구동 전압(Vdrv)을 공급한다(S1400).
그리고, 구동 회로는 지문 센싱 영역의 서브픽셀(SP)에 배치된 데이터 라인(DL)으로 기준 전압(Vref)을 공급할 수 있다.
지문 센싱 기간의 제1 기간 동안 광원(310)으로부터 광이 조사되며, 광 노출 영역에 위치하는 서브픽셀(SP)에 배치된 광 센서(PS)를 통한 누설 전류가 발생한다.
구동 회로는 지문 센싱 기간의 제2 기간에서 지문 센싱 영역의 서브픽셀(SP)에 배치된 공통 전극(CE)으로 구동 전압(Vdrv)을 공급을 중지한다. 그리고, 공통 전극(Vdrv)으로 기준 전압(Vref)을 공급할 수도 있다.
또한, 데이터 라인(DL)으로 기준 전압(Vref)의 출력을 중지한다.
구동 회로는 지문 센싱 영역의 서브픽셀(SP)에 배치된 데이터 라인(DL)을 통해 픽셀 전극(PXL)의 전압을 센싱한다(S1410).
광 차단 또는 광 노출에 따라 픽셀 전극(PXL)의 전압이 다르게 센싱되므로, 구동 회로는 센싱된 픽셀 전극(PXL)의 전압을 이용하여 지문의 마루(Ridge)와 골(Valley)을 분해하고 지문을 감지한다(S1420).
본 발명의 실시예들은, 서브픽셀(SP)에 배치된 스위칭 트랜지스터(SWT)의 소스 노드와 드레인 노드 사이에 연결된 광 센서(PS)를 배치하고, 광 센서(PS)를 통한 누설 전류에 따른 픽셀 전극(PXL)의 전압 변동을 이용하여 지문을 감지함으로써, 표시패널(110)의 액티브 영역(A/A)에서 지문 센싱을 수행할 수 있도록 한다.
또한, 픽셀 전극(PXL)으로 직접 구동 전압(Vdrv)을 인가하지 않고 공통 전극(CE)의 구동을 통해 지문 센싱을 수행함으로써, 픽셀 전극(PXL) 구동과 광 조사를 동시에 수행할 수 있도록 하여 지문 센싱 기간을 단축시킬 수 있도록 한다.
또한, 픽셀 전극(PXL)으로 인가된 구동 전압(Vdrv)의 변동 폭이 아닌 픽셀 전극(PXL)의 누설 전압(Vleak)의 크기를 이용하여 센싱을 수행함으로써, 센싱 회로(150)의 피드백 캐패시터(Cfb)의 용량을 최소화하며 센싱 감도를 향상시킬 수 있도록 한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 표시장치 110: 표시패널
120: 게이트 구동 회로 130: 데이터 구동 회로
140: 컨트롤러 150: 센싱 회로
151: 터치 센싱 회로 152: 지문 센싱 회로
310: 광원 320: 도광판
330: 기판

Claims (20)

  1. 다수의 게이트 라인;
    다수의 데이터 라인;
    상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인의 교차에 의해 정의되는 영역인 다수의 서브픽셀;
    상기 다수의 서브픽셀 각각에 배치된 제1 전극;
    상기 제1 전극과 캐패시터를 형성하는 제2 전극;
    상기 다수의 서브픽셀 각각에 배치되고, 상기 데이터 라인과 전기적으로 연결된 제1 노드와, 상기 게이트 라인과 전기적으로 연결된 제2 노드와, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 제3 노드를 가지는 트랜지스터;
    상기 트랜지스터의 상기 제1 노드와 상기 제3 노드 사이에 전기적으로 연결된 광 센서;
    광을 조사하는 광원; 및
    상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극으로 구동 전압을 출력하고, 상기 데이터 라인을 통해 상기 제1 전극의 전압을 센싱하는 구동 회로
    를 포함하는 표시패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동 회로는,
    지문 센싱 기간의 제1 기간에서 상기 제2 전극으로 상기 구동 전압을 출력하고 상기 데이터 라인으로 기준 전압을 출력하며,
    상기 지문 센싱 기간의 제2 기간에서 상기 데이터 라인을 통해 상기 제1 전극의 전압을 센싱하는 표시패널.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구동 회로는,
    상기 지문 센싱 기간의 상기 제2 기간에서 상기 제2 전극으로 상기 기준 전압을 출력하는 표시패널.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 구동 회로는,
    상기 지문 센싱 기간의 상기 제2 기간에서 상기 데이터 라인으로 상기 기준 전압의 출력을 중지하는 표시패널.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 구동 회로는,
    상기 지문 센싱 기간의 상기 제2 기간에서 상기 기준 전압에 해당하는 전압을 센싱하거나, 상기 기준 전압보다 낮은 전압을 센싱하는 표시패널.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 구동 회로는,
    상기 지문 센싱 기간과 시간적으로 구분되는 디스플레이 구동 기간에서 상기 데이터 라인으로 데이터 전압을 출력하고,
    상기 지문 센싱 기간 및 상기 디스플레이 구동 기간과 시간적으로 구분되는 터치 센싱 기간에서 상기 제2 전극으로 터치 구동 신호를 출력하는 표시패널.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 구동 회로는,
    상기 데이터 라인으로 상기 기준 전압을 출력하는 제1 구동 회로;
    상기 제2 전극으로 상기 구동 전압을 출력하는 제2 구동 회로; 및
    상기 데이터 라인을 통해 상기 제1 전극의 전압을 센싱하는 제3 구동 회로를 포함하는 표시패널.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전극은,
    상기 지문 센싱 기간의 상기 제1 기간에서 전압이 높아지고, 상기 제2 기간에서 전압이 낮아지는 표시패널.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 트랜지스터는,
    상기 지문 센싱 기간의 상기 제1 기간에서 오프 상태이고, 상기 지문 센싱 기간의 상기 제2 기간에서 온 상태이며,
    상기 광원은,
    상기 지문 센싱 기간의 상기 제1 기간에서 광을 조사하는 표시패널.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극은,
    상기 다수의 서브픽셀 중 둘 이상의 서브픽셀을 포함하는 영역에 배치된 표시패널.
  11. 다수의 게이트 라인과 다수의 데이터 라인이 배치되고, 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인의 교차에 의해 정의되는 영역인 다수의 서브픽셀을 포함하는 표시패널;
    상기 다수의 서브픽셀 각각에 배치된 제1 전극;
    상기 제1 전극과 캐패시터를 형성하는 제2 전극;
    상기 다수의 서브픽셀 각각에 배치되고, 상기 데이터 라인과 상기 제1 전극 사이에 전기적으로 연결된 트랜지스터;
    상기 트랜지스터의 소스 노드와 드레인 노드 사이에 연결된 광 센서;
    광을 조사하는 광원; 및
    상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극으로 구동 전압을 출력하고, 상기 데이터 라인을 통해 상기 제1 전극의 전압을 센싱하는 구동 회로
    를 포함하는 표시장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 트랜지스터는,
    지문 센싱 기간의 제1 기간에서 오프 상태이고, 상기 지문 센싱 기간의 제2 기간에서 온 상태이며,
    상기 광원은,
    상기 지문 센싱 기간의 상기 제1 기간에서 광을 조사하며,
    상기 구동 회로는,
    상기 지문 센싱 기간의 상기 제1 기간에서 상기 제2 전극으로 상기 구동 전압을 출력하고 상기 데이터 라인으로 기준 전압을 출력하며, 상기 지문 센싱 기간의 상기 제2 기간에서 상기 데이터 라인을 통해 상기 제1 전극의 전압을 센싱하는 표시장치.
  13. 지문 센싱 기간의 제1 기간에서 서브픽셀에 배치된 픽셀 전극과 캐패시터를 형성하는 공통 전극으로 구동 전압을 출력하는 구동 전압 출력부;
    상기 지문 센싱 기간의 상기 제1 기간에서 상기 픽셀 전극과 트랜지스터를 통해 연결된 데이터 라인으로 기준 전압을 출력하는 기준 전압 출력부; 및
    상기 지문 센싱 기간의 제2 기간에서 상기 픽셀 전극의 전압을 센싱하는 센싱부
    를 포함하는 구동 회로.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 구동 전압 출력부는,
    상기 지문 센싱 기간의 상기 제2 기간에서 상기 공통 전극으로 상기 기준 전압을 출력하는 구동 회로.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 센싱부는,
    일 단이 상기 데이터 라인과 연결된 스위치;
    (-) 입력단이 상기 스위치의 타 단과 연결되고, (+) 입력단으로 상기 기준 전압이 인가되는 증폭기; 및
    상기 증폭기의 상기 (-) 입력단과 출력단 사이에 연결된 피드백 캐패시터를 포함하는 구동 회로.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 트랜지스터와 상기 스위치는,
    상기 지문 센싱 기간의 상기 제1 기간에서 오프 상태이고, 상기 지문 센싱 기간의 상기 제2 기간에서 온 상태인 구동 회로.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 센싱부는,
    상기 지문 센싱 기간의 상기 제2 기간에서 상기 기준 전압에 해당하는 전압을 센싱하거나, 상기 기준 전압보다 낮은 전압을 센싱하는 구동 회로.
  18. 지문 센싱 기간의 제1 기간에서 지문 센싱 영역에 배치된 공통 전극으로 구동 전압을 출력하는 단계;
    상기 지문 센싱 기간의 상기 제1 기간에서 상기 지문 센싱 영역에 배치된 픽셀 전극과 트랜지스터를 통해 연결된 데이터 라인으로 기준 전압을 출력하는 단계; 및
    상기 지문 센싱 기간의 상기 제1 기간 이후의 제2 기간에서 상기 픽셀 전극의 전압을 센싱하는 단계
    를 포함하는 구동 회로의 구동 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 지문 센싱 기간의 상기 제2 기간에서 상기 공통 전극으로 상기 기준 전압을 출력하는 구동 회로의 구동 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 지문 센싱 기간의 상기 제2 기간에서 상기 데이터 라인으로 상기 기준 전압의 출력을 중지하는 구동 회로의 구동 방법.
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