KR20200061045A - 복합센서장치, 디스플레이 장치 및 센싱방법 - Google Patents

복합센서장치, 디스플레이 장치 및 센싱방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예들은 복합센서장치, 디스플레이 장치 및 센싱방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 다수의 터치전극이 배치된 터치패널과, 다수의 픽셀이 배치된 지문패널과, 터치패널을 센싱하여 제1 센싱데이터를 출력하는 터치회로와, 지문패널에서 지문센싱영역을 센싱하여 제2 센싱데이터를 출력하는 지문회로와, 터치회로의 제1 센싱데이터를 토대로, 지문회로가 지문패널을 센싱하기 위한 지문센싱영역을 설정하는 센서 컨트롤러를 포함하는 복합센서장치, 디스플레이 장치 및 센싱방법에 관한 것이다.

Description

복합센서장치, 디스플레이 장치 및 센싱방법{COMPLEX SENSING DEVICE, DISPLAY DEVICE, AND SENSING METHOD}
본 발명의 실시예들은 복합센서장치, 디스플레이 장치 및 센싱방법에 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 센싱하는 기능과, 사용자의 지문을 센싱하는 기능에 대한 요구가 증대되고 있다.
하지만, 지문 센싱 기능을 제공하기 위해서는, 추가적인 구성들이 필요할 뿐만 아니라, 지문 센싱을 위한 추가적인 신호 공급이 필요하다. 지문 센싱을 위해 필요한 신호는 상당히 높은 고전압이 필요하며, 이로 인해, 소비 전력이 커지게 되는 문제점이 있다.
이와 같이, 지문 센싱에 따른 소비 전력의 증가는 배터리를 사용하는 모바일 단말기에 지문센서를 탑재하는 데 큰 제약사항이 될 수 있다. 지문 센싱에 따른 소비 전력의 증가는 대면적의 지문센서 구현에 어려움을 주는 큰 요인이 될 수 있다.
본 발명의 실시예들의 목적은, 작은 소비 전력으로 지문 센싱을 가능하게 하는 데 있다.
또한, 본 발명의 실시예들의 다른 목적은, 대면적에서도 지문 센싱을 가능하게 하는 데 있다.
또한, 본 발명의 실시예들의 또 다른 목적은, 다양한 위치에서 지문 센싱을 가능하게 하는 데 있다.
또한, 본 발명의 실시예들의 또 다른 목적은, 지문패널의 전체 영역 중 일부 영역만을 로컬 스캔 하여 지문 센싱을 가능하게 하는 데 있다.
또한, 본 발명의 실시예들의 또 다른 목적은, 터치센서와 지문센서를 포함하되, 터치센서를 활용하여 지문센서가 저전력으로 지문을 센싱할 수 있게 하는 복합센서장치, 디스플레이 장치 및 센싱방법을 제공하는 데 있다.
일 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 다수의 터치전극이 배치된 터치패널과, 다수의 픽셀이 배치된 지문패널과, 터치패널을 센싱하여 제1 센싱데이터를 출력하는 터치회로와, 지문패널에서 지문센싱영역을 센싱하여 제2 센싱데이터를 출력하는 지문회로와, 터치회로의 제1 센싱데이터를 토대로, 지문회로가 지문패널을 센싱하기 위한 지문센싱영역을 설정하는 센서 컨트롤러를 포함하는 복합센서장치를 제공할 수 있다.
센서 컨트롤러는, 제1 센싱데이터를 토대로 터치위치를 결정하고, 터치위치에 근거하여, 지문패널의 전체 영역 중 일부 영역을 지문센싱영역으로 설정할 수 있다.
지문센싱영역에 포함되는 픽셀들 중에서 일부가 센싱 픽셀로 선택되고, 센싱 픽셀과 인접한 픽셀을 구동 픽셀로 선택되고, 지문회로는 구동 픽셀로 구동신호를 공급하고, 센싱 픽셀을 센싱할 수 있다.
구동 픽셀로 구동신호가 공급됨에 따라 구동 픽셀에서 초음파가 발생되고, 구동 픽셀에서 발생되어 지문에 반사된 초음파는 센싱 픽셀에서 수신될 수 있다.
지문패널에 배치된 다수의 픽셀 각각은, 제1 구동전극, 압전물질층 및 제2 구동전극을 포함하는 트랜스듀서와, 제1 스캔신호에 의해 제어되며, 제1 구동신호가 공급되는 구동라인과 제1 구동전극 사이에 전기적으로 연결된 송신 트랜지스터와, 리드아웃 라인과 전원전압이 공급되는 전원라인 사이에 전기적으로 연결된 제1 수신 트랜지스터 및 제2 수신 트랜지스터를 포함할 수 있다.
제1 수신 트랜지스터는 제1 수신 트랜지스터 및 제2 수신 트랜지스터 간의 연결지점에 해당하는 중간노드와 전원라인 사이에 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 수신 트랜지스터는 제2 스캔신호에 따라 제어되고, 중간노드와 리드아웃 라인 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
구동 픽셀에 포함된 트랜스듀서는, 제1 구동전극에 제1 구동신호가 인가되고, 제2 구동전극에 바이어스 전압이 인가되면, 초음파를 발생시킬 수 있다. 센싱 픽셀에 포함된 트랜스듀서는, 구동 픽셀에서 발생되어 지문에 반사되어 들어오는 초음파에 따라 제1 구동전극의 전압 변동을 발생시킬 수 있다.
압전물질층은 하나의 판 형태로 다수의 픽셀의 전 영역에 공통으로 배치될 수 있다.
압전물질층은 다수의 픽셀 각각의 영역 크기에 대응되게 분할될 수 있다.
압전물질층에서 다수의 픽셀 각각의 영역 크기에 대응되게 분할된 부분들 중에서 일 부분들(예: 둘 이상의 부분들)은 지문센싱영역과 매핑될 수 있다.
다수의 터치전극에 의해 다수의 터치센서유닛이 정의되고, 다수의 픽셀은 다수의 지문센서유닛과 각각 대응될 수 있다.
센서 컨트롤러는, 제1 센싱데이터를 토대로 다수의 터치센서유닛 중 하나 이상의 터치센서유닛을 선택하고, 다수의 지문센서유닛 중에서 선택된 하나 이상의 터치센서유닛이 차지하는 영역과 적어도 일부라도 중첩되는 하나 이상의 지문센서유닛을 선택하고, 선택된 하나 이상의 지문센서유닛을 포함하는 지문센싱영역을 설정할 수 있다.
다수의 터치센서유닛 각각의 크기는 다수의 지문센서유닛 각각의 크기와 대응될 수 있다.
다수의 터치센서유닛 각각의 크기는 다수의 지문센서유닛 각각의 크기보다 크거나 작을 수 있다.
터치패널을 스캐닝 하는 방향과 지문패널에서의 지문센싱영역을 스캐닝 하는 방향은 동일하거나 다를 수 있다.
센서 컨트롤러는, 터치회로의 제1 센싱데이터를 토대로, 서로 위치가 다른 2개 이상의 지문센싱영역을 설정할 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 터치패널과 지문패널을 포함하는 복합센서장치의 센싱방법을 제공할 수 있다.
복합센서장치의 센싱방법은, 터치패널을 센싱하는 단계와, 터치패널의 센싱결과를 토대로 지문패널의 일부 영역에 해당하는 지문센싱영역을 설정하는 단계와, 지문패널의 지문센싱영역을 로컬 센싱하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 디스플레이 패널과, 다수의 터치전극이 배치된 터치패널과, 다수의 픽셀이 배치된 지문패널과, 터치패널을 센싱하여 제1 센싱데이터를 출력하는 터치회로와, 지문패널에서의 지문센싱영역을 센싱하여 제2 센싱데이터를 출력하는 지문회로와, 터치회로의 제1 센싱데이터를 토대로, 지문회로가 지문패널을 센싱하기 위한 지문센싱영역을 설정하는 센서 컨트롤러를 포함하는 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 작은 소비 전력으로 지문 센싱을 가능하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 대면적에서도 지문 센싱을 가능하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 다양한 위치에서 지문 센싱을 가능하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 지문패널의 전체 영역 중 일부 영역만을 로컬 스캔 하여 지문 센싱을 가능하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 터치센서와 지문센서를 포함하되, 터치센서를 활용하여 지문센서가 저전력으로 지문을 센싱할 수 있게 하는 복합센서장치, 디스플레이 장치 및 센싱방법을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치의 2가지 센서를 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치의 터치센서 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치의 지문센서 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치의 지문패널에서의 픽셀 구조이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치의 지문 센싱을 위한 신호 시스템을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치의 지문 센싱 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치의 지문패널에 배치된 각 픽셀 별 트랜스듀서를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치가 제1 방향으로의 스캐닝에 기초하여 수행하는 지문 센싱 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치가 제2 방향으로의 스캐닝에 기초하여 수행하는 지문 센싱 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치의 글로벌 스캔 기반의 지문 센싱 프로세스의 응용 예시를 나타낸 도면이다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치의 로컬 스캔 기반의 지문 센싱 프로세스의 응용 예시들을 나타낸 도면들이다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치의 로컬 스캔 기반의 지문 센싱 프로세스의 다른 응용 예시들을 나타낸 도면들이다.
도 17은 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치에서, 터치센싱 결과를 이용한 로컬 스캔 기반의 지문 센싱 프로세스를 설명하기 위한 도면이다.
도 18 내지 도 21은 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치에서, 터치센싱 결과를 이용한 로컬 스캔 기반의 지문 센싱 프로세스를 예시적으로 설명하기 위한 도면들이다.
도 22 내지 도 23은 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치에서, 터치센서유닛과 지문센서유닛 간의 크기 관계를 나타낸 도면들이다.
도 25 및 도 26은 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)에서, 터치패널의 터치센서유닛들과 지문패널의 지문센서유닛들 간의 위치가 물리적으로 일치하지 않는 경우, 로컬 스캔 기반의 지문 센싱 프로세스를 나타낸 도면들이다.
도 27 내지 도 29는 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치가 로컬 스캔 기반의 지문 센싱 프로세스를 효율적으로 수행하기 위한 지문패널 내 각 픽셀 별 트랜스듀서를 나타낸 도면들이다.
도 30 내지 도 33은 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치의 터치스캔 및 지문스캔의 진행방향을 나타낸 예시들이다.
도 34는 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치를 포함하는 디스플레이 장치를 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 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)의 2가지 센서를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)는 터치센서(Touch Sensor), 지문센서(Fingerprint Sensor) 및 센서 컨트롤러(S-CTR)를 포함한다.
터치센서(Touch Sensor)는 터치패널(T-PNL)과, 터치패널(T-PNL)을 센싱하기 위한 터치회로(T-CC) 등을 포함할 수 있다.
지문센서(Fingerprint Sensor)는 지문패널(F-PNL)과, 지문패널(F-PNL)을 센싱하기 위한 지문회로(F-CC) 등을 포함할 수 있다. 센서 컨트롤러(S-CTR)는 터치회로(T-CC)와 지문회로(F-CC)를 제어할 수 있다.
센서 컨트롤러(S-CTR)는 터치회로(T-CC)와 지문회로(F-CC) 각각의 동작 타이밍을 제어할 수 있고, 터치센싱 프로세스 및 지문 센싱 프로세스의 타이밍을 제어할 수 있다.
센서 컨트롤러(S-CTR)는 터치회로(T-CC)로부터 터치센싱결과에 해당하는 제1 센싱데이터(TSDATA)를 수신하여 터치유무 및/또는 터치위치(터치좌표)를 산출할 수 있다.
센서 컨트롤러(S-CTR)는 지문회로(F-CC)로부터 지문 센싱결과에 해당하는 제2 센싱데이터(FSDATA)를 수신하여 지문을 인식(센싱)할 수 있다.
터치패널(T-PNL)은 다수의 터치센서유닛(TSU: Touch Sensor Unit)을 포함할 수 있다. 여기서, 터치센서유닛(TSU)은 터치센서의 기본 구성 단위이다.
터치회로(T-CC)는 다수의 터치센서유닛(TSU) 중 적어도 하나를 센싱하여 제1 센싱데이터(TSDATA)를 획득하고, 이를 센서 컨트롤러(S-CTR)에 제공할 수 있다. 센서 컨트롤러(S-CTR)는 제1 센싱데이터(TSDATA)를 이용하여 터치유무 및/또는 터치좌표를 산출할 수 있다.
지문패널(F-PNL)은 다수의 지문센서유닛(FSU: Fingerprint Sensor Unit)을 포함할 수 있다. 여기서, 지문센서유닛(FSU)은 지문센서의 기본 구성 단위이다.
지문회로(F-CC)는 다수의 지문센서유닛(FSU) 중 적어도 하나를 센싱하여 제2 센싱데이터(FSDATA)를 획득하고, 이를 센서 컨트롤러(S-CTR)에 제공할 수 있다. 센서 컨트롤러(S-CTR)는 제2 센싱데이터(FSDATA)를 이용하여 지문을 인식(센싱)할 수 있다.
도 1 및 도 2에서는, 설명의 편의를 위하여, 터치패널(T-PNL) 및 지문패널(F-PNL)이 동일한 사이즈인 것처럼 도시되어 있으니, 터치패널(T-PNL) 및 지문패널(F-PNL)은 동일한 사이즈일 수도 있고 다른 사이즈일 수도 있다. 예를 들어, 지문패널(F-PNL)은 터치패널(T-PNL)보다 작은 사이즈일 수도 있다.
터치패널(T-PNL) 및 지문패널(F-PNL)은 별도로 제작된 다른 패널들일 수도 있고, 하나의 패널에 포함되는 서브 패널들일 수도 있다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)의 터치센서 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)의 터치센서 구성으로서, 뮤추얼 캐패시턴스(Mutual Capacitance) 기반의 터치를 센싱하기 위한 터치전극들(TE: D-TE, S-TE)의 모양 및 배치 등의 구조를 갖는 터치패널(T-PNL)과, 터치패널(T-PNL)을 구동하고 센싱하기 위한 터치회로(T-CC)를 포함할 수 있다.
터치패널(T-PNL)은 다수의 터치전극(TE)이 배치될 수 있다.
터치패널(T-PNL)은 뮤추얼 캐패시턴스(Mutual Capacitance) 기반의 터치를 센싱하기 위한 패널이다. 이에, 터치패널(T-PNL)에 배치되는 다수의 터치전극(TE)은 터치구동신호가 인가되는 구동 터치전극(D-TE)과 터치센싱신호가 검출되는 센싱 터치전극(S-TE)으로 분류될 수 있다.
구동 터치전극(D-TE)과 센싱 터치전극(S-TE) 사이에 뮤추얼 캐패시턴스(Mutual Capacitance)가 형성된다.
터치회로(T-CC)는 터치패널(T-PNL)에 배치된 다수의 구동 터치전극(D-TE) 중 하나 이상으로 터치구동신호를 공급하기 위한 터치구동회로(TD-CC)와, 터치패널(T-PNL)에 배치된 다수의 센싱 터치전극(S-TE) 중 하나 이상으로부터 터치센싱신호를 수신하기 위한 터치센싱회로(TS-CC)를 포함할 수 있다. 여기서, 터치센싱신호는 각 센싱 터치전극(S-TE)이 주변의 구동 터치전극(D-TE)과 형성된 뮤추얼 캐패시턴스에 따라 검출되는 신호이다.
터치패널(T-PNL)에는, 다수의 구동 터치전극(D-TE)과 터치구동회로(TD-CC)를 전기적으로 연결해주기 위한 다수의 구동 터치라인(D-TL)이 배치될 수 있으며, 다수의 센싱 터치전극(S-TE)과 터치센싱회로(TS-CC)를 전기적으로 연결해주기 위한 다수의 센싱 터치라인(S-TL)이 배치될 수 있다.
한편, 터치패널(T-PNL)에서, 구동 터치전극(D-TE)과 센싱 터치전극(S-TE)이 교차하는 영역은 터치센서유닛(TSU)이라고 할 수 있다.
한편, 도 3에서, 다수의 구동 터치전극(D-TE)과 다수의 센싱 터치전극(S-TE)은 등가적인 회로 형태로 도시된 것으로서, 1개의 구동 터치전극(D-TE)은 라인(Line) 형태 또는 바(Bar) 형태로 된 1개의 전극일 수도 있고, 여러 개의 전극들이 전기적으로 연결된 형태일 수도 있다. 또한, 1개의 센싱 터치전극(S-TE)은 라인(Line) 형태 또는 바(Bar) 형태로 된 1개의 전극일 수도 있고, 여러 개의 전극들이 전기적으로 연결된 형태일 수도 있다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 구동 터치전극(D-TE)은 마름모 모양을 가진 작은 전극들(X1, X2, …)이 전기적으로 연결된 형태일 수 있다. 센싱 터치전극(S-TE)은 마름모 모양을 가진 작은 전극들(Y1, Y2, …)이 전기적으로 연결된 형태일 수 있다. 구동 터치전극(D-TE)과 센싱 터치전극(S-TE)이 교차하는 영역이 터치센서의 기본 구성이 되는 터치센서유닛(TSU)에 해당할 수 있다.
도 4의 실시 예뿐만 아니라, 도 3과 같이, 다수의 구동 터치전극(D-TE)과 다수의 센싱 터치전극(S-TE)이 교차하는 형태만 될 수 있다면, 구동 터치전극(D-TE)과 센싱 터치전극(S-TE) 각각은 다양한 모양을 갖거나 다양한 형태로 배치될 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)의 다른 터치센서 구성으로서, 셀프 캐패시턴스(Self Capacitance) 기반의 터치를 센싱하기 위한 터치전극들(TE: D-TE, S-TE)의 모양 및 배치 등의 구조를 갖는 터치패널(T-PNL)과, 터치패널(T-PNL)을 구동하고 센싱하기 위한 터치회로(T-CC)를 포함할 수 있다.
터치패널(T-PNL)은 다수의 터치전극(TE)이 배치되는데, 이러한 다수의 터치전극(TE) 각각은 터치구동신호가 인가될 뿐만 아니라 터치센싱신호도 함께 검출될 수 있다. 이러한 다수의 터치전극(TE) 각각은 셀프 캐패시턴스(Self Capacitance)가 형성된다.
터치회로(T-CC)는 터치패널(T-PNL)에 배치된 다수의 터치전극(TE) 중 하나 이상으로 터치구동신호를 공급하여 터치센싱신호를 검출할 수 있다. 여기서, 터치센싱신호는 각 터치전극(TE)이 갖는 셀프 캐패시턴스에 따라 검출되는 신호이다.
한편, 터치회로(T-CC)는 터치패널(T-PNL)에 배치된 다수의 터치전극(TE) 중 하나 이상으로 터치구동신호를 공급할 때, 주변의 다른 터치전극(TE)으로부터 로드프리 구동신호(Load Free Driving Signal)를 공급할 수 있다.
여기서, 로드프리 구동신호는 터치센싱이 되는 터치전극(TE)과 다른 주변의 터치전극(TE) 간에 기생 캐패시턴스가 형성되는 것을 방지하기 위한 신호로서, 터치구동신호와 주파수, 위상 및 진폭 등이 동일하게 유사한 신호일 수 있다.
터치패널(T-PNL)이 디스플레이 패널에 내장되는 형태인 경우, 로드프리 구동신호는, 터치구동 시, 디스플레이 패널에 배치된 디스플레이 구동 패턴들(예: 데이터라인들, 게이트라인들 등)에도 인가될 수 있다.
터치패널(T-PNL)에는, 다수의 터치전극(TE) 각각을 터치회로(T-CC)와 전기적으로 연결해주기 위한 다수의 신호라인(TL)이 배치될 수 있다.
한편, 도 5와 같이, 셀프 캐패시턴스 기반의 터치패널(T-PNL)에서는, 1개의 터치전극(TE)이 터치센서의 기본 구성이 되는 터치센서유닛(TSU)에 해당할 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 터치전극(TE)은 일 예일 뿐, 다른 다양한 모양이나 배치 형태를 가질 수 있다.
한편, 1개의 터치전극(TE)은 개구부가 없는 판 형상의 전극일 수도 있고, 개구부들이 있는 메쉬 형태의 전극일 수도 있다. 1개의 터치전극(TE)은 투명전극일 수도 있고, 불투명 전극일 수도 있다.
터치패널(T-PNL)이 디스플레이 패널에 내장되는 형태인 경우, 다수의 터치전극(TE)은 디스플레이 구동에 필요한 공통전극 등으로도 활용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)의 지문센서 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)는 지문센서 구성들로서, 지문패널(F-PNL) 및 지문회로(F-CC) 등을 포함할 수 있다.
지문패널(F-PNL)은 다수의 픽셀(PXL)이 배치될 수 있다. 다수의 픽셀(PXL) 각각은 지문센서의 기본 구성인 지문센서유닛(FSU)일 수 있다.
지문회로(F-CC)는 지문패널(F-PNL)을 구동하여 센싱할 수 있다. 즉, 지문회로(F-CC)는 하나 이상의 픽셀(PXL)을 구동하고 하나 이상의 픽셀(PXL)을 센싱할 수 있다.
지문회로(F-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.
지문회로(F-CC)는 하나 이상의 픽셀(PXL)로부터 검출된 센싱신호를 토대로 지문을 인식할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)의 픽셀 구조이다.
도 7를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)의 지문패널(F-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.
제1 구동전극(DE1)에 인가되는 구동신호(DS)는, 일 예로, 소정의 진폭(△V)을 갖고 전압 레벨이 변하는 신호일 수 있으며, AC 신호(펄스 신호 또는 변조 신호라고도 함) 형태일 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.
본 명세서에서는, 제2 구동전극(DE2)에 인가되는 신호는 바이어스 전압(GB)이라고 한다. 이러한 바이어스 전압(GB)은 제1 구동전극(DE1)에 인가되는 구동신호(DS)와 다른 전압이며, DC 전압일 수 있다. 이러한 바이어스 전압(GB)은 낮은 전압 레벨의 DC 전압일 수 있다.
제1 구동전극(DE1)에 소정의 주파수를 갖는 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, 초음파 또는 음파 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, 일 예로, 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 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 스캔라인(SCL(n))을 통해 공급된 제1 스캔신호(SC(n))에 의해 제어되며, 제1 구동전극(DE1)과 전압 레벨이 변하는 구동신호(DS)가 공급되는 구동라인(DRL) 사이에 전기적으로 연결된 송신 트랜지스터(TXT)를 포함할 수 있다. 이하에서는, 스캐닝의 순서를 고려하여, 제1 스캔라인 및 제1 스캔신호를 제n 스캔라인(SCL(n)) 및 제n 스캔신호(SC(n))라고 한다.
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 제2 스캔라인(SCL(n-1))을 통해 공급된 제2 스캔신호(SC(n-1))에 의해 제어되고, 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. 이하에서는, 스캐닝의 순서를 고려하여, 제2 스캔라인 및 제2 스캔신호를 제(n-1) 스캔라인(SCL(n-1)) 및 제(n-1) 스캔신호(SC(n-1))라고 한다.
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 7의 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 7에 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 7의 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 8은 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)의 지문 센싱을 위한 신호 시스템을 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 지문패널(F-PNL)에는 지문 센싱이 가능한 영역(S/A)이 존재하고, 이러한 영역(S/A)에 다수의 픽셀(PXL)이 배치될 수 있다.
도 8을 참조하면, 지문패널(F-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 8과 같이, 구동라인(DRL)은 픽셀 행 방향으로 배치된 것을 가정한다.
구동라인(DRL)은 1개의 픽셀 행 또는 2개 이상의 픽셀 행마다 1개씩 배치될 수 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.
다수의 구동라인(DRL) 각각은 어느 한 시점에서 해당 픽셀 열에 속하는 모든 픽셀들로 구동신호(DS)를 동시에 공급할 수도 있다.
이와 다르게, 다수의 구동라인(DRL) 중 일부만이 어느 한 시점에서 해당 픽셀 열에 속하는 픽셀들(PXL) 중 일부 픽셀들로만 구동신호(DS)를 동시에 공급할 수도 있다. 이에 따르면, 구동신호 공급에 따른 소비전력을 저감할 수 있는 이점이 있고, 센싱 대상이 되는 픽셀 열에 포함된 픽셀들(PXL) 중에서 일부만을 센싱하는 부분 센싱 방식에 보다 유리할 수 있다.
또한, 다수의 구동라인(DRL) 각각의 구동신호(DS)의 공급은 개별적으로 그리고 독립적으로 제어될 수도 있다.
전원라인(VL)은 픽셀 행 방향 또는 픽셀 열 방향으로 배치될 수 있다. 다만, 아래에서는, 설명의 편의를 위해, 도 8과 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.
다수의 전원라인(VL) 각각은 해당 픽셀 열에 속하는 모든 픽셀들로 전원전압(VCC)을 동시에 공급할 수도 있다.
이와 다르게, 다수의 전원라인(VL) 중 일부만이 해당 픽셀 열에 속하는 모든 픽셀들(PXL) 중 일부 픽셀들로만 전원전압(VCC)을 동시에 공급할 수도 있다. 이에 따르면, 전원전압 공급에 따른 소비전력을 저감할 수 있는 이점이 있고, 센싱 대상이 되는 픽셀 열에 포함된 픽셀들(PXL) 중에서 일부만을 센싱하는 부분 센싱 방식에 보다 유리할 수 있다.
또한, 다수의 전원라인(VL) 각각의 전원전압(VCC)의 공급은 개별적으로 그리고 독립적으로 제어될 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 8과 같이, 스캔라인들(SCL(n-1), SCL(n), …)은 픽셀 행 방향으로 배치된 것을 가정한다. 여기서, n-1, n 등은 스캔라인의 순서를 의미할 수 있다.
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 지문패널(F-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 8을 참조하면, 지문회로(F-CC)는 스캐닝 회로(SC-CC), 송신회로(TX-CC), 수신회로(RX-CC), 멀티플렉서(MUX) 등을 포함할 수 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 열에 포함된 픽셀들(PXL)의 전체 또는 일부가 구동모드로 동작할 수 있고, 제2 픽셀 열에 포함된 픽셀들(PXL)의 전체 또는 일부가 센싱모드로 동작할 수 있다.
구동모드로 동작하는 픽셀들은 초음파를 발생시키는 픽셀들(PXL)을 의미하고, 센싱모드로 동작하는 픽셀들은 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 지문패널(F-PNL)로 구동신호(DS), 바이어스 전압(GB) 및 전원전압(VCC)을 출력할 수 있다.
바이어스 전압(GB)은 지문패널(F-PNL)에 배치된 제2 구동전극(DE2)에 인가될 수 있다.
전원전압(VCC)은 지문패널(F-PNL)에 배치된 전원라인(VL)에 공급될 수 있다.
송신회로(TX-CC) 및 수신회로(RX-CC) 등은 별도의 부품으로 구현될 수도 있고, 송신회로(TX-CC) 및 수신회로(RX-CC) 등이 모두 통합되어 하나의 부품으로 구현될 수도 있다.
멀티플렉서(MUX)는 수신회로(RX-CC) 내에 포함될 수도 있으며, 다수의 스위치소자(트랜지스터)를 포함하여 구현될 수 있다.
스캐닝 회로(SC-CC)는 지문패널(F-PNL)의 외부에 위치하여, 지문패널(F-PNL)의 외곽영역에 실장(위치)될 수도 있다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)의 지문 센싱 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(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 복합센서장치(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, 복합센서장치(100)의 표면과 접촉하거나, 밸리보다 복합센서장치(100)의 표면에 더욱 근접해 있다. 밸리는 복합센서장치(100)의 표면과 접촉하지 않거나, 리지보다 복합센서장치(100)의 표면과 더 멀리 떨어져 있을 수 있다.
손가락 지문의 밸리 영역에서는, 복합센서장치(100)의 표면과 사람의 피부 사이에 공기가 존재한다. 구동 픽셀(D-PXL)에서 발생된 초음파가 공기층에 닿게 되면, 복합센서장치(100)의 표면과 공기의 음향 임피던스(acoustic impedance) 차이로 인하여, 공기층에 닿은 초음파는 대부분 반사되어 복합센서장치(100)의 내부로 향하게 된다.
손가락 지문의 리지 영역에서는, 복합센서장치(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 복합센서장치(100)의 센싱 픽셀(S-PXL)에 수신되는 초음파는 수신세기나 수신시간(수신지연) 등이 다를 수 있으며, 이에 기초하여, 복합센서장치(100)는 리지와 밸리를 구분하여 지문을 인식할 수 있다.
이와 같이, 복합센서장치(100)는, 피부의 안쪽까지 센싱하는 방식이므로, 피부 표면의 오염이나 상태에 민감하지 않으며, 개인정보에 해당하는 지문과 관련한 높은 보안성을 제공할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)의 지문패널(F-PNL)에 배치된 각 픽셀(PXL) 별 트랜스듀서(TRDS)를 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 각 픽셀(PXL)은 트랜스듀서(TRDS)를 포함하고, 트랜스듀서(TRDS)는 제1 구동전극(DE1), 압전물질층(PIEZO) 및 제2 구동전극(DE2)으로 구성된다.
도 10에 도시된 바와 같이, 지문패널(F-PNL)에서, 압전물질층(PIEZO)은 하나의 판 형태로 다수의 픽셀(PXL)의 전 영역에 공통으로 배치될 수 있다.
이와 다르게, 지문패널(F-PNL)에서, 압전물질층(PIEZO)은 다수의 픽셀(PXL) 각각의 영역 크기에 대응되게 분할되어 배치될 수 있다. 즉, 압전물질층(PIEZO)은 다수의 분할 압전물질층을 포함할 수 있다. 이는 센싱 대상이 되는 픽셀 열에 포함된 픽셀들(PXL) 중에서 일부만을 센싱하는 부분 센싱 방식에 보다 적합한 구조일 수 있다.
즉, 압전물질층(PIEZO)은 전면에 형성될 수도 있고, 분할되어 픽셀 영역마다 형성될 수도 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제2 구동전극(DE2)은 하나의 판 전극 형태로 다수의 픽셀(PXL)의 전 영역에 공통으로 배치될 수 있다.
이와 다르게, 제2 구동전극(DE2)은 다수의 픽셀(PXL) 각각의 영역 크기에 대응되게 분할되어 배치될 수 있다. 이는 센싱 대상이 되는 픽셀 열에 포함된 픽셀들(PXL) 중에서 일부만을 센싱하는 부분 센싱 방식에 보다 적합한 구조일 수 있다. 부분 센싱 방식에 의하면 소비전력을 저감할 수 있다.
다시 말해, 제2 구동전극(DE2)은 전면에 형성될 수도 있고, 분할되어 픽셀 영역마다 형성될 수도 있다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)가 제1 방향으로의 스캐닝에 기초하여 수행하는 지문 센싱 동작을 설명하기 위한 도면들이다. 도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)가 제2 방향으로의 스캐닝에 기초하여 수행하는 지문 센싱 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11 및 도 12를 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 11 및 도 12를 참조하면, 어느 한 시점에서, 다수의 픽셀 열 중에서 하나의 픽셀 열이 구동 픽셀 열(Driving Pixel Column)이 되고, 구동 픽셀 열 과 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 11 및 도 12에 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 11에 도시된 바와 같이, 지문회로(F-CC)는 멀티플렉서(MUX)와 가까워지는 제1 방향으로 센싱 픽셀 열을 선택하면서 스캐닝하여, 모든 픽셀들(PXL)을 센싱할 수 있다.
반대로, 도 12에 도시된 바와 같이, 지문회로(F-CC)는 멀티플렉서(MUX)와 멀어지는 제2 방향으로 센싱 픽셀 열을 선택하면서 스캐닝하여, 모든 픽셀들(PXL)을 센싱할 수 있다.
한편, 도 11 및 도 12에서는, 어느 한 시점에서, 구동모드로 동작하는 픽셀들(D-PXL)이 하나의 픽셀 열에 포함된 모든 픽셀들로 도시되어 있고, 센싱모드로 동작하는 픽셀들(S-PXL)이 하나의 픽셀 열에 포함된 모든 픽셀들로 도시되어 있다.
이는, 지문패널(F-PNL)에 배치된 모든 픽셀들(PXL)을 모두 스캔 하면서 지문을 센싱하는 지문 센싱 프로세스인 경우에 해당한다. 이러한 지문 센싱 프로세스를 풀 지문 센싱 프로세스(Full Fingerprint Sensing Process) 또는 글로벌 스캔(Global Scan) 기반의 지문 센싱 프로세스라고도 한다.
하지만, 경우에 따라서, 어느 한 시점에서, 구동모드로 동작하는 픽셀들(D-PXL)은 하나의 픽셀 열에 포함된 모든 픽셀들이 아닌 일부의 픽셀들일 수도 있고, 센싱모드로 동작하는 픽셀들(S-PXL)이 하나의 픽셀 열에 포함된 모든 픽셀들이 아니라 일부의 픽셀들일 수도 있다.
이는, 지문패널(F-PNL)에 배치된 모든 픽셀들(PXL) 중 일부만을 스캔 하면서 지문을 센싱하는 지문 센싱 프로세스인 경우에 해당한다. 이러한 지문 센싱 프로세스를 부분 지문 센싱 프로세스(Partial Fingerprint Sensing Process) 또는 로컬 스캔(Local Scan) 기반의 지문 센싱 프로세스라고도 한다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)의 글로벌 스캔(Global Scan) 기반의 지문 센싱 프로세스의 응용 예시를 나타낸 도면이다.
도 13a에 도시된 바와 같이, 지문패널(F-PNL)이 터치패널(T-PNL)보다 매우 작고, 1개의 지문 크기 정도밖에 되지 않는 경우이다.
이러한 경우는, 사용자가 지문을 센싱할 수 있는 영역이 지문 1개 정도만 센싱 할 정도로 설계된 경우로서, 사용자가 지문을 센싱할 수 있는 영역은 지문패널(F-PNL)의 작은 영역으로 고정되어 있다.
이 경우, 지문패널(F-PNL)의 크기가 지문 1개 정도만 센싱할 수 있을 정도로 작기 때문에, 지문회로(F-CC)는 지문패널(F-PNL)의 작은 전체 영역을 스캔(글로벌 스캔)하여 지문을 센싱한다.
한편, 도 13b에 도시된 바와 같이, 지문패널(F-PNL)이 터치패널(T-PNL)보다 작기는 하지만, 1개의 지문 크기보다 상당히 클 수 있다.
이러한 경우는, 사용자가 지문을 센싱할 수 있는 영역이 지문 1개 정도만 센싱 할 정도보다는 크게 설계된 경우이다. 이 경우, 지문패널(F-PNL)의 전 영역 내 다양한 위치에서 지문이 센싱될 수 있다. 즉, 사용자가 지문을 센싱할 수 있는 영역은 변경될 수 있다. 이 경우, 지문회로(F-CC)는 지문패널(F-PNL)의 전 영역을 스캔(글로벌 스캔)하여 지문을 센싱할 수 있다.
한편, 도 13c에 도시된 바와 같이, 지문패널(F-PNL)의 크기는 터치패널(T-PNL)의 크기와 동일하거나 유사한 정도로 클 수도 있다.
이는 사용자가 지문을 센싱할 수 있는 영역을 자유롭게 해주기 위한 경우에 해당할 수 있다. 즉, 지문패널(F-PNL)의 전 영역 내 다양한 위치에서 지문이 센싱될 수 있다. 이 경우, 지문회로(F-CC)는 지문패널(F-PNL)의 전 영역을 스캔(글로벌 스캔)하여 지문을 센싱할 수 있다.
전술한 바와 같이, 지문센싱을 위해, 각 픽셀(PXL) 내 트랜스듀서(TRDS)에서 초음파를 발생시키기 위해서는, 일정 주파수(예: 20KHz 등) 이상의 주파수를 갖고 하이 레벨 전압으로 상당히 높은 전압을 사용하는 구동신호(DS)를 이용하여 트랜스듀서(TRDS) 내 압전물질층(PIEZ)을 진동시켜주어야만 한다.
따라서, 작은 지문을 센싱(인식)하기 위해 넓은 영역 전체를 스캐닝 하는 글로벌 스캔 기반의 지문 센싱 프로세스는 불필요한 소비전력을 사용하는 단점이 있다. 이러한 단점은 지문센싱영역의 크기를 도 13b 또는 도 13c와 같이 크게 해주는 경우에 더욱 심화될 수 있다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)의 로컬 스캔(Local Scan) 기반의 지문 센싱 프로세스의 응용 예시들을 나타낸 도면들이다.
도 14a를 참조하면, 지문패널(F-PNL)이 터치패널(T-PNL)보다 작기는 하지만 1개의 지문 크기보다 상당히 큰 경우, 지문회로(F-CC)는 지문패널(F-PNL)의 일부 영역만을 지문센싱영역(FSA: Fingerprint Sensing Area)으로 설정하여, 설정된 지문센싱영역(FSA)만을 센싱할 수 있다.
도 14b를 참조하면, 지문패널(F-PNL)이 터치패널(T-PNL)과 동일하거나 유사한 정도의 크기를 갖는 경우, 지문회로(F-CC)는 지문패널(F-PNL)의 일부 영역만을 지문센싱영역(FSA: Fingerprint Sensing Area)으로 설정하여, 설정된 지문센싱영역(FSA)만을 센싱할 수 있다.
다시 말해, 도 14a 및 도 14b를 참조하면, 지문회로(F-CC)는, 지문패널(F-PNL)의 전체 영역 중 일부 영역인 지문센싱영역(FSA)만을 스캔(로컬 스캔) 하여 지문을 센싱할 수 있다. 이러한 지문 센싱 프로세스를 로컬 스캔 기반의 지문 센싱 프로세스 또는 부분 지문 센싱 프로세스라고 한다.
전술한 로컬 스캔 기반의 지문 센싱 프로세스(또는 부분 지문 센싱 프로세스)에 의하면, 지문회로(F-CC)는 지문 센싱에 필요한 구동신호(DS) 등을 지문센싱영역(FSA)과 그 일부 주변영역에만 공급하고, 지문센싱영역(FSA)과 그 일부 주변 영역을 제외한 나머지 영역을 구동할 필요가 없다. 따라서, 불필요한 소비전력을 크게 줄여줄 수 있고, 그만큼 대면적 지문센서 구현을 더욱더 용이하게 해줄 수 있다.
도 14a 및 도 14b에서, 지문패널(F-PNL)의 전체 영역 중에서 실제로 지문 센싱을 위한 동작(구동, 초음파 발생, 초음파 수신, 신호 검출 등)이 수행되는 일부 영역을 지문센싱영역(FSA)이라고 하고, 이를 구동 영역이라고도 한다. 그리고, 지문패널(F-PNL)의 전체 영역 중에서 지문센싱영역(FSA)을 제외한 나머지 영역(N-FSA)은 지문 센싱을 위한 동작(구동, 초음파 발생, 초음파 수신, 신호 검출 등)이 수행되지 않은 영역으로서, 비 구동 영역이라고도 한다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)의 로컬 스캔(Local Scan) 기반의 지문 센싱 프로세스의 다른 응용 예시들을 나타낸 도면들이다.
도 15를 참조하면, 지문패널(F-PNL)의 전체 영역에서 지문센싱영역(FSA)은 변할 수 있다. 즉, 지문패널(F-PNL)의 전체 영역 내에서 지문센싱영역(FSA)은 이동될 수 있다.
도 15를 참조하면, 어떠한 시간에 지문패널(F-PNL)의 전체 영역 내에서 제1 지문센싱영역(FSA1)이 설정되고, 다른 시간에 지문패널(F-PNL)의 전체 영역 내에서 제1 지문센싱영역(FSA1)과 다른 위치의 제2 지문센싱영역(FSA2)이 설정될 수도 있다.
도 16을 참조하면, 지문패널(F-PNL)의 전체 영역에서 1개의 지문센싱영역(FSA)이 설정될 수도 있지만, 2개 이상의 지문센싱영역(FSA1, FSA2)가 동시에 설정될 수도 있다. 즉, 지문패널(F-PNL)의 전체 영역 내에서 서로 다른 위치의 2개 이상의 지문이 동시에 센싱될 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)는 멀티-지문 센싱을 제공할 수 있다.
한편, 사용자가 지문을 대는 곳 (즉, 지문을 센싱할 수 있는 곳은)은 터치를 센싱하는 곳과 동일한 방향일 수도 있다. 즉, 사용자는 전면에서 터치를 하거나 지문 센싱을 할 수도 있다.
이와 다르게, 사용자가 지문을 대는 곳 (즉, 지문을 센싱할 수 있는 곳은)은 터치를 센싱하는 곳과 반대 방향일 수도 있다. 즉, 사용자는 전면에서 터치를 할 수 있고, 후면에서 지문 센싱을 할 수 있다.
도 17은 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)에서, 터치센싱 결과를 이용한 로컬 스캔 기반의 지문 센싱 프로세스를 설명하기 위한 도면이다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)는 로컬 스캔 기반의 지문 센싱 프로세서 (부분 지문 센싱 프로세스)를 수행할 수 있다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)는 다수의 터치전극(TE)이 배치된 터치패널(T-PNL)과, 다수의 픽셀(PXL)이 배치된 지문패널(F-PNL)과, 터치패널(T-PNL)을 센싱하여 제1 센싱데이터(TSDATA)를 출력하는 터치회로(T-CC)와, 지문패널(F-PNL)에서 지문센싱영역(FSA)을 센싱하여 제2 센싱데이터(FSDATA)를 출력하는 지문회로(F-CC)와, 터치회로(T-CC)의 제1 센싱데이터(TSDATA)를 토대로, 지문회로(F-CC)가 지문패널(F-PNL)을 센싱하기 위한 지문센싱영역(FSA)을 설정하는 센서 컨트롤러(S-CTR)를 포함할 수 있다.
센서 컨트롤러(S-CTR)는, 로컬 스캔 기반의 지문 센싱 프로세서 (부분 지문 센싱 프로세스)를 수행하기 위하여, 터치회로(T-CC)로부터 출력된 제1 센싱데이터(TSDATA)를 토대로 터치위치(또는 하나 이상의 터치센서유닛(TSU))를 결정하고, 결정된 터치위치에 근거하여, 지문패널(F-PNL)의 전체 영역 중 일부 영역을 지문센싱영역(FSA)으로 설정할 수 있다.
이렇게 설정된 지문센싱영역(FSA)의 위치는 매번 동일할 수도 있고, 변경될 수도 있다.
또한, 지문센싱영역(FSA)의 개수는 1개일 수도 있고, 2개 이상일 수도 있다. 즉, 센서 컨트롤러(S-CTR)는 터치회로(T-CC)의 제1 센싱데이터(TSDATA)를 토대로, 1개의 지문센싱영역(FSA)을 설정할 수도 있고, 서로 위치가 다른 2개 이상의 지문센싱영역(FSA)을 설정할 수도 있다.
터치패널(T-PNL)과 지문패널(F-PNL)을 포함하는 복합센서장치(100)의 센싱방법은, 터치패널(T-PNL)을 글로벌 스캔 또는 로컬 스캔 방식으로 센싱하는 단계(S10)와, 터치패널(T-PNL)의 센싱결과를 토대로 지문패널(F-PNL)의 일부 영역에 해당하는 지문센싱영역(FSA)을 설정하는 단계(S20)와, 지문패널(F-PNL)의 지문센싱영역(FSA)을 로컬 센싱하는 단계(S30) 등을 포함할 수 있다.
터치패널(T-PNL)에서의 다수의 터치센서유닛(TSU)은 서로 분리되는 영역들일 수 있으며, 터치패널(T-PNL)에 배치된 다수의 터치전극(TE)에 의해 정의될 수 있다.
터치패널(T-PNL)이 도 3과 같이 뮤추얼-캐패시턴스 기반의 터치 센싱을 제공하는 터치패널(T-PNL)인 경우, 즉, 다수의 터치전극(TE)이 뮤추얼-캐패시턴스를 센싱하기 위한 구동 터치전극들(D-TE)과 센싱 터치전극들(S-TE)을 포함하는 경우, 다수의 터치센서유닛(TSU) 각각은 구동 터치전극들(D-TE)과 센싱 터치전극들(S-TE)이 교차된 영역에서 정의될 수 있다.
터치패널(T-PNL)이 도 5와 같이 셀프-캐패시턴스 기반의 터치 센싱을 제공하는 터치패널(T-PNL)인 경우, 즉, 다수의 터치전극(TE)이 셀프-캐패시턴스를 센싱하기 위한 터치전극(TE)인 경우, 다수의 터치센서유닛(TSU)은 다수의 터치전극(TE)과 각각 대응될 수 있다.
지문패널(F-PNL)에서의 다수의 지문센서유닛(FSU)은 서로 분리되는 영역들일 수 있으며, 다수의 픽셀(PXL) 각각에 대응될 수 있다. 즉, 1개의 픽셀(PXL)이 1개의 지문센서유닛(FSU)일 수 있다.
전술한 바와 같이, 지문패널(F-PNL)에 배치된 다수의 픽셀(PXL) 각각은, 제1 구동전극(DE1), 압전물질층(PIEZO) 및 제2 구동전극(DE2)을 포함하는 트랜스듀서(TRDS)와, 제1 스캔신호(SC(n))에 의해 제어되며, 제1 구동신호(DS)가 공급되는 구동라인(DRL)과 제1 구동전극(DE1) 사이에 전기적으로 연결된 송신 트랜지스터(TXT)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 수신 트랜지스터(RXT1)는 제1 수신 트랜지스터(RXT1) 및 제2 수신 트랜지스터(RXT2) 간의 연결지점에 해당하는 중간노드와 전원라인 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 수신 트랜지스터(RXT2)는 제2 스캔신호(SC(n-1))에 따라 제어되고, 중간노드(Ni)와 리드아웃 라인(RL) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
지문패널(F-PNL)에 배치된 픽셀들(PXL)은 구동모드(송신모드)로 동작하기도 센싱모드(수신모드)로 동작하기도 한다.
구동모드로 동작하는 구동 픽셀(D-PXL)에 포함된 트랜스듀서(TRDS)는, 제1 구동전극(DE1)에 제1 구동신호(DS)가 인가되고, 제2 구동전극(DE2)에 제2 구동신호에 해당하는 바이어스 전압(GB)이 인가되면, 초음파를 발생시킬 수 있다.
센싱모드로 동작하는 센싱 픽셀(S-PXL)에 포함된 트랜스듀서(TRDS)는, 구동 픽셀(D-PXL)에서 발생되어 지문에 반사되어 들어오는 초음파에 따라 제1 구동전극(DE1)의 전압 변동을 발생시킬 수 있다.
도 18 내지 도 21은 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)에서, 터치센싱 결과를 이용한 로컬 스캔 기반의 지문 센싱 프로세스를 예시적으로 설명하기 위한 도면들이다.
센서 컨트롤러(S-CTR)는, 터치회로(T-CC)로부터 출력된 제1 센싱데이터(TSDATA)를 토대로, 터치위치(또는 하나 이상의 터치센서유닛(TSU))를 결정할 수 있다(선택할 수 있다).
센서 컨트롤러(S-CTR)는, 결정된 터치위치에 근거하여, 지문패널(F-PNL)에서의 다수의 픽셀들(PXL_A, PXL_B, PXL_C, PXL_D, … , PXL_M, PXL_N, PXL_O, PXL_P) 중 일부 픽셀들(PXL_F, PXL_G, PXL_J, PXL_K)을 지문센싱영역(FSA)으로 설정할 수 있다.
다시 말해, 센서 컨트롤러(S-CTR)는, 터치회로(T-CC)에서 출력된 제1 센싱데이터(TSDATA)를 토대로 다수의 터치센서유닛(TSU) 중 하나 이상의 터치센서유닛(TSU)을 선택할 수 있다.
지문패널(F-PNL)에서의 다수의 픽셀들(PXL_A, PXL_B, PXL_C, PXL_D, … , PXL_M, PXL_N, PXL_O, PXL_P)은 다수의 지문센서유닛(FSU)과 대응될 수 있다.
따라서, 센서 컨트롤러(S-CTR)는, 다수의 지문센서유닛(FSU) 중에서 선택된 하나 이상의 터치센서유닛(TSU)을 선택할 수 있다.
센서 컨트롤러(S-CTR)는, 선택된 하나 이상의 터치센서유닛(TSU)이 차지하는 영역과 적어도 일부라도 중첩되는 하나 이상의 지문센서유닛(FSU)을 선택할 수 있다.
센서 컨트롤러(S-CTR)는, 선택된 하나 이상의 지문센서유닛(FSU)을 포함하는 지문센싱영역(FSA)을 설정할 수 있다.
도 18의 예시는, 센서 컨트롤러(S-CTR)는, 4개의 픽셀들(PXL_F, PXL_G, PXL_J, PXL_K)에 대응되는 4개의 지문센서유닛(FSU)을 선택한 경우이고, 설정된 지문센싱영역(FSA)은 4개의 픽셀들(PXL_F, PXL_G, PXL_J, PXL_K)이 배치된 영역이다.
센서 컨트롤러(S-CTR)는, 지문센싱영역(FSA)의 설정에 따라, 지문회로(F-CC)가 지문패널(F-PNL) 내 지문센싱영역(FSA)을 센싱하도록, 스캐닝 및 구동(신호 공급) 등을 제어할 수 있다.
도 19 내지 도 21을 참조하면, 지문센싱영역(FSA)에 포함된 4개의 픽셀들(PXL_F, PXL_G, PXL_J, PXL_K)을 센싱하기 위하여, 제1 기간(t=T1)과 제2 기간(t=T2)이 진행될 수 있다.
도 19 및 도 21을 참조하면, 제1 기간(T1) 동안, 구동 픽셀(D-PXL)은 PXL_E와 PXL_I이고, 센싱 픽셀(S-PXL)은 PXL_F 와 PXL_J이다.
제1 기간(T1)에 대하여, 센서 컨트롤러(S-CTR)는, 지문센싱영역(FSA)에 포함되는 픽셀(PXL_F, PXL_G, PXL_J, PXL_K)들 중에서 일부(PXL_F, PXL_J)를 센싱 픽셀(S-PXL)로 선택하고, 센싱 픽셀(S-PXL)과 인접한 픽셀(PXL_E, PXL_I)을 구동 픽셀(D-PXL)로 선택한다.
제1 기간(T1) 동안, 지문회로(F-CC)는 제(n-1) 스캔라인(SCL(n-1))을 통해, 턴-온 레벨 전압의 제(n-1) 스캔신호(SC(n-1))를 출력한다.
이에 따라, 턴-온 레벨 전압의 제(n-1) 스캔신호(SC(n-1))는, 구동 픽셀(D-PXL)에 해당하는 픽셀들(PXL_E, PXL_I) 각각에 포함된 송신 트랜지스터(TXT)의 게이트노드에 인가되고, 동시에, 센싱 픽셀(S-PXL)에 해당하는 픽셀들(PXL_F, PXL_J) 각각에 포함된 제2 수신 트랜지스터(RXT2)의 게이트 노드에 인가될 수 있다.
제1 기간(T1) 동안, 구동 픽셀(D-PXL)에 해당하는 픽셀들(PXL_E, PXL_I) 각각에서는, 턴-온 된 송신 트랜지스터(TXT)를 통해 트랜스듀서(TRDS)의 제1 구동전극(DE)에 제1 구동신호(DS)가 인가될 수 있다. 즉, 제1 기간(T1) 동안, 지문회로(T-CC)는 구동 픽셀(D-PXL)에 해당하는 픽셀들(PXL_E, PXL_I)에 제1 구동신호(DS)를 공급할 수 있다.
이와 같이, 구동 픽셀(D-PXL)에 해당하는 픽셀들(PXL_E, PXL_I)로 제1 구동신호(DS)가 공급됨에 따라, 구동 픽셀(D-PXL)에 해당하는 픽셀들(PXL_E, PXL_I) 각각의 트랜스듀서(TRDS)의 압전물질층(PIEZO)이 진동하여, 구동 픽셀(D-PXL)에 해당하는 픽셀들(PXL_E, PXL_I)에서 초음파가 발생될 수 있다.
제1 기간(T1) 동안, 센싱 픽셀(S-PXL)에 해당하는 픽셀들(PXL_F, PXL_J)은 구동 픽셀(D-PXL)에 해당하는 픽셀들(PXL_E, PXL_I)에서 발생되어 지문에 반사된 초음파를 수신할 수 있다. 이에 따라, 센싱 픽셀(S-PXL)에 해당하는 픽셀들(PXL_F, PXL_J) 각각에 포함된 트랜스듀서(TRDS)의 압전물질층(PIEZO)이 진동하여, 센싱 픽셀(S-PXL)에 해당하는 픽셀들(PXL_F, PXL_J)에서의 제1 구동전극(DE1)에서 전압 변동이 발생할 수 있다.
제1 기간(T1) 동안, 센싱 픽셀(S-PXL)에 해당하는 픽셀들(PXL_F, PXL_J) 각각의 제1 및 제2 수신 트랜지스터(RXT1, RXT2)가 턴-온 되어, 지문회로(F-CC)는 리드아웃 라인(RL)을 통해, 센싱 픽셀(S-PXL)에 해당하는 픽셀들(PXL_F, PXL_J)을 센싱할 수 있다.
도 20 및 도 21을 참조하면, 제2 기간(T2) 동안, 구동 픽셀(D-PXL)은 PXL_F와 PXL_J이고, 센싱 픽셀(S-PXL)은 PXL_G 와 PXL_K이다.
제2 기간(T2)에 대하여, 센서 컨트롤러(S-CTR)는, 지문센싱영역(FSA)에 포함되는 픽셀(PXL_F, PXL_G, PXL_J, PXL_K)들 중에서 일부(PXL_G, PXL_K)를 센싱 픽셀(S-PXL)로 선택하고, 센싱 픽셀(S-PXL)과 인접한 픽셀(PXL_F, PXL_J)을 구동 픽셀(D-PXL)로 선택한다.
제2 기간(T2) 동안, 지문회로(F-CC)는 제n 스캔라인(SCL(n))을 통해, 턴-온 레벨 전압의 제n 스캔신호(SC(n))를 출력한다.
이에 따라, 턴-온 레벨 전압의 제n 스캔신호(SC(n))는, 구동 픽셀(D-PXL)에 해당하는 픽셀들(PXL_F, PXL_J) 각각에 포함된 송신 트랜지스터(TXT)의 게이트노드에 인가되고, 동시에, 센싱 픽셀(S-PXL)에 해당하는 픽셀들(PXL_G, PXL_K) 각각에 포함된 제2 수신 트랜지스터(RXT2)의 게이트 노드에 인가될 수 있다.
제2 기간(T2) 동안, 구동 픽셀(D-PXL)에 해당하는 픽셀들(PXL_F, PXL_J) 각각에서는, 턴-온 된 송신 트랜지스터(TXT)를 통해 트랜스듀서(TRDS)의 제1 구동전극(DE)에 제1 구동신호(DS)가 인가될 수 있다. 즉, 제1 기간(T1) 동안, 지문회로(T-CC)는 구동 픽셀(D-PXL)에 해당하는 픽셀들(PXL_F, PXL_J)에 제1 구동신호(DS)를 공급할 수 있다.
이와 같이, 구동 픽셀(D-PXL)에 해당하는 픽셀들(PXL_F, PXL_J)로 제1 구동신호(DS)가 공급됨에 따라, 구동 픽셀(D-PXL)에 해당하는 픽셀들(PXL_F, PXL_J) 각각의 트랜스듀서(TRDS)의 압전물질층(PIEZO)이 진동하여, 구동 픽셀(D-PXL)에 해당하는 픽셀들(PXL_F, PXL_J)에서 초음파가 발생될 수 있다.
제1 기간(T1) 동안, 센싱 픽셀(S-PXL)에 해당하는 픽셀들(PXL_G, PXL_K)은 구동 픽셀(D-PXL)에 해당하는 픽셀들(PXL_F, PXL_J)에서 발생되어 지문에 반사된 초음파를 수신할 수 있다. 이에 따라, 센싱 픽셀(S-PXL)에 해당하는 픽셀들(PXL_G, PXL_K) 각각에 포함된 트랜스듀서(TRDS)의 압전물질층(PIEZO)이 진동하여, 센싱 픽셀(S-PXL)에 해당하는 픽셀들(PXL_G, PXL_K)에서의 제1 구동전극(DE1)에서 전압 변동이 발생할 수 있다.
제1 기간(T1) 동안, 센싱 픽셀(S-PXL)에 해당하는 픽셀들(PXL_G, PXL_K J) 각각의 제1 및 제2 수신 트랜지스터(RXT1, RXT2)가 턴-온 되어, 지문회로(F-CC)는 리드아웃 라인(RL)을 통해, 센싱 픽셀(S-PXL)에 해당하는 픽셀들(PXL_G, PXL_K)을 센싱할 수 있다.
전술한 바와 같이, 지문패널(F-PNL)에서의 다수의 픽셀들(PXL_A, PXL_B, PXL_C, PXL_D, … , PXL_M, PXL_N, PXL_O, PXL_P) 중에서 지문센싱영역(FSA)에 포함되는 픽셀들(PXL_F, PXL_G, PXL_J, PXL_K)만이 스캐닝 되면서 센싱될 수 있다.
지문패널(F-PNL)에서의 다수의 픽셀들(PXL_A, PXL_B, PXL_C, PXL_D, … , PXL_M, PXL_N, PXL_O, PXL_P) 중에서 지문센싱영역(FSA)에 포함되는 픽셀들(PXL_F, PXL_G, PXL_J, PXL_K)과, 이를 센싱하기 위한 주변 픽셀들(PXL_E, PXL_I)만이 구동모드 또는 센싱모드로 동작(구동)하고, 나머지 픽셀들(PXL_A, PXL_B, PXL_C, PXL_D, PXL_H, PXL_L, PXL_M, PXL_N, PXL_O, PXL_P, …)은 구동모드 또는 센싱모드로 동작(구동)하지 않는다.
즉, 지문패널(F-PNL)에서의 다수의 픽셀들(PXL_A, PXL_B, PXL_C, PXL_D, … , PXL_M, PXL_N, PXL_O, PXL_P) 중에서 지문센싱영역(FSA)에 포함되는 픽셀들(PXL_F, PXL_G, PXL_J, PXL_K)과, 이를 센싱하기 위한 주변 픽셀들(PXL_E, PXL_I)에만 제1 구동신호(DS) 등이 공급될 수 있다.
다시 말해, 로컬 스캔 기반의 지문 센싱 프로세스에 의하면, 지문패널(F-PNL)의 전 영역이 구동되는 것이 아니라 일부 영역(FSA이거나, FSA의 일부와 그 주변 일부 영역)만이 구동된다. 이처럼, 고전압 레벨을 갖는 제1 구동신호(DS)의 사용에 의한 구동이 일부 영역에서만 되기 때문에, 전력 소모를 크게 줄일 수 있다. 이에 의하면, 배터리를 사용하는 휴대용 전자장치에 큰 이점을 제공할 수 있고, 대면적 센서 구현에도 상당한 유리한 점이 있다.
도 22 내지 도 23은 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)에서, 터치센서유닛(TSU)와 지문센서유닛(FSU) 간의 크기 관계를 나타낸 도면들이다.
도 22 내지 도 23은 지문패널(F-PNL)과 터치패널(T-PNL)을 대응시켜 나타낸 도면들이다.
터치패널(T-PNL)에서 지문패널(F-PNL)과 대응되는 부분(터치센서 파트)은 터치패널(T-PNL)의 전체일 수도 있고 부분일 수도 있다. 반대로, 지문패널(F-PNL)에서 터치패널(T-PNL)과 대응되는 부분(지문센서 파트)은 지문패널(F-PNL)의 전체일 수도 있고 부분일 수도 있다.
도 22를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)에서, 터치패널(T-PNL)의 터치센서 파트에서 하나의 터치센서유닛(TSU)의 크기는, 지문패널(F-PNL)의 지문센서 파트에서 하나의 지문센서유닛(FSU)의 크기와 대응되거나 동일하거나 유사할 수 있다. 다시 말해, 다수의 터치센서유닛(TSU) 각각의 크기는 다수의 지문센서유닛(FSU) 각각의 크기와 대응될 수 있다.
도 22의 예시에 따르면, 4개의 터치센서유닛(TSU)은 4개의 지문센서유닛(FSU)에 대응된다.
4개의 터치센서유닛(TSU)이 차지하는 영역의 크기는, 4개의 지문센서유닛(FSU)이 포함되는 지문센싱영역(FSA)의 영역의 크기와 대응된다.
4개의 터치센서유닛(TSU)이 차지하는 영역의 위치는, 4개의 지문센서유닛(FSU)이 포함되는 지문센싱영역(FSA)의 영역의 위치와 대응된다.
도 23은 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)에서, 터치센서유닛(TSU)의 크기가 지문센서유닛(FSU)의 크기보다 큰 경우, 터치센서 파트와 지문센서 파트를 나타낸 도면이다.
도 23을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)에서, 터치패널(T-PNL)의 터치센서 파트에서 하나의 터치센서유닛(TSU)의 크기는, 지문패널(F-PNL)의 지문센서 파트에서 하나의 지문센서유닛(FSU)의 크기보다 클 수 있다. 다시 말해, 다수의 터치센서유닛(TSU) 각각의 크기는 다수의 지문센서유닛(FSU) 각각의 크기보다 클 수 있다.
도 23의 예시에 따르면, 4개의 터치센서유닛(TSU)은 16개의 지문센서유닛(FSU)에 대응된다. 4개의 터치센서유닛(TSU)이 차지하는 영역의 크기는, 16개의 지문센서유닛(FSU)이 포함되는 지문센싱영역(FSA)의 영역의 크기와 대응된다. 4개의 터치센서유닛(TSU)이 차지하는 영역의 위치는, 16개의 지문센서유닛(FSU)이 포함되는 지문센싱영역(FSA)의 영역의 위치와 대응된다.
도 24를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)에서, 터치패널(T-PNL)의 터치센서 파트에서 하나의 터치센서유닛(TSU)의 크기는, 지문패널(F-PNL)의 지문센서 파트에서 하나의 지문센서유닛(FSU)의 크기보다 작을 수 있다. 다시 말해, 다수의 터치센서유닛(TSU) 각각의 크기는 다수의 지문센서유닛(FSU) 각각의 크기보다 작을 수 있다.
도 24의 예시에 따르면, 16개의 터치센서유닛(TSU)은 4개의 지문센서유닛(FSU)에 대응된다. 16개의 터치센서유닛(TSU)이 차지하는 영역의 크기는, 4개의 지문센서유닛(FSU)이 포함되는 지문센싱영역(FSA)의 영역의 크기와 대응된다. 16개의 터치센서유닛(TSU)이 차지하는 영역의 위치는, 4개의 지문센서유닛(FSU)이 포함되는 지문센싱영역(FSA)의 영역의 위치와 대응된다.
도 25 및 도 26은 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)에서, 터치패널(T-PNL)의 터치센서유닛들(TSU)과, 지문패널(F-PNL)의 지문센서유닛들(FSU) 간의 위치가 물리적으로 일치하지 않는 경우, 로컬 스캔 기반의 지문 센싱 프로세스를 나타낸 도면들이다.
도 25 및 도 26에서, 다수의 터치센서유닛(TSU)은 점선의 큰 박스 형태로 도시되어 있고, 다수의 지문센서유닛(FSU)은 실선의 작은 박스 형태로 도시되어 있다.
도 25를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)에서, 터치센서유닛(TSU)의 크기가 지문센서유닛(FSU)의 크기보다 큰 경우, 1개의 터치센서유닛(TSU)의 영역 내에서 터치 입력이 발생한 상황에서, 센서 컨트롤러(S-CTR)는, 터치회로(T-CC)의 구동 및 센싱 동작을 통해 생성된 제1 센싱데이터(TSDATA)를 토대로 다수의 터치센서유닛(TSU) 중 터치위치와 대응되는 하나 이상의 터치센서유닛(TSU)을 선택한다.
그리고, 센서 컨트롤러(S-CTR)는, 다수의 지문센서유닛(FSU) 중에서, 선택된 하나 이상의 터치센서유닛(TSU)이 차지하는 영역과 적어도 일부라도 중첩되는 하나 이상의 지문센서유닛(FSU)을 선택하고, 선택된 하나 이상의 지문센서유닛(FSU)을 포함하는 지문센싱영역(FSA)을 설정한다.
도 25의 예시에서는, 터치위치와 대응되는 하나의 터치센서유닛(TSU)이 선택되고, 선택된 하나의 터치센서유닛(TSU)과 일부라도 중첩되는 16개의 지문센서유닛(FSU)이 선택된다. 그리고, 선택된 16개의 지문센서유닛(FSU)을 포함하는 지문센싱영역(FSA)이 설정된다.
도 25를 참조하면, 터치센서유닛(TSU)의 크기가 지문센서유닛(FSU)의 크기보다 크고, 터치센서유닛(TSU)이 차지하는 영역의 위치가 16개의 지문센서유닛(FSU)이 차지하는 영역의 위치와 물리적으로 일치하지 않기 때문에, 터치센서유닛(TSU)의 경계와 중첩되는 지문센서유닛들(FSU)을 다른 터치센서유닛(TSU)이 선택된 경우에도 지문센싱영역(FSA)에 포함되는 중복 영역으로 처리할 수 있다.
도 26은 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)에서, 터치센서유닛(TSU)의 크기가 지문센서유닛(FSU)의 크기보다 큰 경우, 4개의 터치센서유닛(TSU1, TSU2, TUS3, TUS4)의 영역들에 걸쳐서 터치가 발생한 상황에서, 로컬 스캔 기반의 지문 센싱 프로세스를 설명하기 위한 도면이다.
도 26을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)에서, 터치센서유닛(TSU)의 크기가 지문센서유닛(FSU)의 크기보다 큰 경우, 4개의 터치센서유닛(TSU1, TSU2, TUS3, TUS4)의 영역들과 중첩되는 터치 입력이 발생한 상황에서, 센서 컨트롤러(S-CTR)는, 터치회로(T-CC)의 구동 및 센싱 동작을 통해 생성된 제1 센싱데이터(TSDATA)를 토대로 다수의 터치센서유닛(TSU) 중 터치위치와 대응되는 4개의 터치센서유닛(TSU1, TSU2, TUS3, TUS4)을 선택한다.
그리고, 센서 컨트롤러(S-CTR)는, 다수의 지문센서유닛(FSU) 중에서, 선택된 4개의 터치센서유닛(TSU1, TSU2, TUS3, TUS4)이 차지하는 영역과 적어도 일부라도 중첩되는 49개의 지문센서유닛(FSU)을 선택하고, 선택된 49개의 지문센서유닛(FSU)을 포함하는 지문센싱영역(FSA)을 설정한다.
도 26을 참조하면, 터치센서유닛(TSU)의 크기가 지문센서유닛(FSU)의 크기보다 크고, 4개의 터치센서유닛(TSU1, TSU2, TUS3, TUS4)이 차지하는 영역의 위치가 49개의 지문센서유닛(FSU)이 차지하는 영역의 위치와 물리적으로 일치하지 않기 때문에, 4개의 터치센서유닛(TSU1, TSU2, TUS3, TUS4)이 차지하는 외곽 경계와 중첩되는 지문센서유닛들(FSU)을 다른 터치센서유닛(TSU)이 선택된 경우에도 지문센싱영역(FSA)에 포함되는 중복 영역으로 처리할 수 있다.
도 27 내지 도 29는 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)가 로컬 스캔 기반의 지문 센싱 프로세스를 효율적으로 수행하기 위한 지문패널(F-PNL) 내 각 픽셀(PXL) 별 트랜스듀서를 나타낸 도면들이다.
도 27 내지 도 29을 참조하면, 각 픽셀(PXL)은 트랜스듀서(TRDS)를 포함하고, 트랜스듀서(TRDS)는 제1 구동전극(DE1), 압전물질층(PIEZO) 및 제2 구동전극(DE2)으로 구성된다.
도 27에 도시된 바와 같이, 지문패널(F-PNL)에서, 압전물질층(PIEZO)은 하나의 판 형태로 다수의 픽셀(PXL)의 전 영역에 공통으로 배치될 수 있다.
이와 다르게, 도 28 및 도 29에 도시된 바와 같이, 지문패널(F-PNL)에서, 압전물질층(PIEZO)은 다수의 픽셀(PXL) 각각의 영역 크기에 대응되게 분할되어 배치될 수 있다. 즉, 압전물질층(PIEZO)은 전 영역에 형성될 수도 있고, 분할되어 픽셀 영역마다 형성될 수도 있다.
이는 센싱 대상이 되는 픽셀 열에 포함된 픽셀들(PXL) 중에서 일부만을 센싱하는 부분 센싱 방식에 보다 적합한 구조일 수 있다.
한편, 도 28에 도시된 바와 같이, 제2 구동전극(DE2)은 하나의 판 전극 형태로 다수의 픽셀(PXL)의 전 영역에 공통으로 배치될 수 있다.
이와 다르게, 도 27 및 도 29에 도시된 바와 같이, 제2 구동전극(DE2)은 다수의 픽셀(PXL) 각각의 영역 크기에 대응되게 분할되어 배치될 수 있다. 다시 말해, 제2 구동전극(DE2)은 전 영역에 형성될 수도 있고, 분할되어 픽셀 영역마다 형성될 수도 있다.
이는 센싱 대상이 되는 픽셀 열에 포함된 픽셀들(PXL) 중에서 일부만을 센싱하는 부분 센싱 방식에 보다 적합한 구조일 수 있다. 부분 센싱 방식에 의하면 소비전력을 저감할 수 있다.
도 27 및 도 29를 참조하면, 압전물질층(PIEZO)이 픽셀(PXL) 별로 분할된 부분들 중에서 둘 이상의 부분들은 하나의 지문센싱영역(FSA)과 매핑 될 수 있다.
또한, 도 27 및 도 29를 참조하면, 제2 구동전극(DE2)이 픽셀(PXL) 별로 분할된 부분들 중에서 둘 이상의 부분들은 하나의 지문센싱영역(FSA)과 매핑 될 수 있다.
도 30 내지 도 33은 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)의 터치스캔 및 지문스캔의 진행방향을 나타낸 예시들이다.
본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)는, 터치스캔 및 지문스캔의 진행방향을 결정함에 있어서, 터치센서유닛(TSU) 및 지문센서유닛(FSU)의 간의 크기 대소 관계, 터치센서유닛(TSU) 및 지문센서유닛(FSU)의 간의 위치 대응 관계, 터치센서유닛(TSU)을 스캐닝하는 속도(터치센싱속도, 터치 레포트 레이트(Touch Report Rate) 등이라고도 함), 지문센서유닛(FSU)을 스캐닝하는 속도(지문센싱속도, 지문 레포트 레이트(Fingerprint Report Rate) 등이라고도 함), 터치센서유닛(TSU)의 해상도, 또는 지문센서유닛(FSU)의 해상도 등을 고려할 수 있다.
도 30을 참조하면, 터치패널(T-PNL)을 스캐닝 하는 방향과 지문패널(F-PNL)에서의 지문센싱영역(FSA)을 스캐닝 하는 방향은 동일할 수 있다.
보다 구체적으로, 터치패널(T-PNL)에서 하나의 행에 포함된 터치센서유닛들(TSU)을 오른쪽 방향으로 스캐닝하고, 다음으로 아래 행에 포함된 터치센서유닛들(TSU)을 오른쪽 방향으로 스캐닝 한다. 지문패널(F-PNL)에서 하나의 행에 포함된 지문센서유닛들(FSU)을 오른쪽 방향으로 스캐닝하고, 다음으로 그 아래의 행에 포함된 지문센서유닛들(FSU)을 오른쪽 방향으로 스캐닝 한다.
도 31 내지 도 33을 참조하면, 터치패널(T-PNL)을 스캐닝 하는 방향과 지문패널(F-PNL)에서의 지문센싱영역(FSA)을 스캐닝 하는 방향은 다를 수 있다.
도 31을 참조하면, 터치패널(T-PNL)에서 하나의 행에 포함된 터치센서유닛들(TSU)을 오른쪽 방향으로 스캐닝하고, 다음으로 아래 행에 포함된 터치센서유닛들(TSU)을 오른쪽 방향으로 스캐닝 한다. 지문패널(F-PNL)에서 하나의 행에 포함된 지문센서유닛들(FSU)을 오른쪽 방향으로 스캐닝하고, 다음으로 그 위의 행에 포함된 지문센서유닛들(FSU)을 오른쪽 방향으로 스캐닝 한다.
도 32를 참조하면, 터치패널(T-PNL)에서 하나의 행에 포함된 터치센서유닛들(TSU)을 오른쪽 방향으로 스캐닝하고, 다음으로 아래 행에 포함된 터치센서유닛들(TSU)을 오른쪽 방향으로 스캐닝 한다. 지문패널(F-PNL)에서 하나의 행에 포함된 지문센서유닛들(FSU)을 왼쪽 방향으로 스캐닝하고, 다음으로 그 아래의 행에 포함된 지문센서유닛들(FSU)을 왼쪽 방향으로 스캐닝 한다.
도 33을 참조하면, 터치패널(T-PNL)에서 하나의 행에 포함된 터치센서유닛들(TSU)을 오른쪽 방향으로 스캐닝하고, 다음으로 아래 행에 포함된 터치센서유닛들(TSU)을 오른쪽 방향으로 스캐닝 한다. 지문패널(F-PNL)에서 하나의 행에 포함된 지문센서유닛들(FSU)을 왼쪽 방향으로 스캐닝하고, 다음으로 그 위의 행에 포함된 지문센서유닛들(FSU)을 왼쪽 방향으로 스캐닝 한다.
이상에서 전술한 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)는 디스플레이 장치에 포함될 수 있다. 여기서, 디스플레이 장치는, 일 예로, 스마트 폰, 태블릿 등의 모바일 단말기이거나, 다양한 크기의 텔레비전, 또는 정보 출력 장치 등의 다양한 전자 장치일 수 있다. 아래에서는, 이러한 디스플레이 장치에 대하여 간략하게 설명한다.
도 34는 본 발명의 실시예들에 따른 복합센서장치(100)를 포함하는 디스플레이 장치(3400)를 나타낸 도면이다.
도 34를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치(3400)는 디스플레이 구성들과 복합센서장치(100)를 포함할 수 있다.
도 34를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치(3400)는 디스플레이 구성들로서, 디스플레이 패널(D-PNL)과, 디스플레이 패널(D-PNL)을 구동하기 위한 각종 디스플레이 구동 회로를 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 회로는 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.
한편, 복합센서장치(100)는 전술한 바와 동일하나, 아래에서 간략하게 다시 설명한다.
복합센서장치(100)는 다수의 터치전극(TE)이 배치된 터치패널(T-PNL)과, 다수의 픽셀(PXL)이 배치된 지문패널(F-PNL)과, 터치패널(T-PNL)을 센싱하여 제1 센싱데이터(TSDATA)를 출력하는 터치회로(T-CC)과, 지문패널(F-PNL)에서의 지문센싱영역(FSA)을 센싱하여 제2 센싱데이터(FSDATA)를 출력하는 지문회로(F-CC)와, 터치회로(T-CC)의 제1 센싱데이터(TSDATA)를 토대로, 지문회로(F-CC)가 지문패널(F-PNL)을 센싱하기 위한 지문센싱영역(FSA)을 설정하는 센서 컨트롤러(S-CTR) 등을 포함할 수 있다.
센서 컨트롤러(S-CTR)는, 제1 센싱데이터(TSDATA)를 토대로 터치위치를 결정하고, 터치위치에 근거하여, 지문패널(F-PNL)의 전체 영역의 일부분을 지문센싱영역(FSA)으로 설정할 수 있다.
지문센싱영역(FSA)에 포함되는 픽셀(PXL)들 중에서 일부를 센싱 픽셀(S-PXL)이 선택되고, 센싱 픽셀(S-PXL)과 인접한 픽셀(PXL)을 구동 픽셀(D-PXL)로 선택될 수 있다.
지문회로(F-CC)는 구동 픽셀(D-PXL)로 제1 구동신호(DS)를 공급하고, 센싱 픽셀(S-PXL)을 센싱할 수 있다.
지문회로(F-CC)는 구동 픽셀(D-PXL)로 선택되지 않은 픽셀들(PXL)에는 제1 구동신호(DS)를 공급하지 않는다.
구동 픽셀(D-PXL)로 제1 구동신호(DS)가 공급됨에 따라 구동 픽셀(D-PXL)에서 초음파가 발생되고, 구동 픽셀(D-PXL)에서 발생되어 지문에 반사된 초음파는 센싱 픽셀(S-PXL)에서 수신될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 작은 소비 전력으로 지문 센싱을 가능하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 대면적에서도 지문 센싱을 가능하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 다양한 위치에서 지문 센싱을 가능하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 지문패널(F-PNL)의 전체 영역 중 일부 영역만을 로컬 스캔 하여 지문 센싱을 가능하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 터치센서와 지문센서를 포함하되, 터치센서를 활용하여 지문센서가 저전력으로 지문을 센싱할 수 있게 하는 복합센서장치(100), 디스플레이 장치(3400) 및 센싱방법을 제공하는 효과가 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: 복합센서장치,
T-PNL: 터치패널, F-PNL: 지문패널
T-CC: 터치회로, F-CC: 지문회로, S-CTR: 센서 컨트롤러

Claims (23)

  1. 다수의 터치전극이 배치된 터치패널;
    다수의 픽셀이 배치된 지문패널;
    상기 터치패널을 센싱하여 제1 센싱데이터를 출력하는 터치회로;
    상기 지문패널에서 지문센싱영역을 센싱하여 제2 센싱데이터를 출력하는 지문회로; 및
    상기 터치회로의 상기 제1 센싱데이터를 토대로, 상기 지문회로가 상기 지문패널을 센싱하기 위한 상기 지문센싱영역을 설정하는 센서 컨트롤러를 포함하는 복합센서장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서 컨트롤러는,
    상기 제1 센싱데이터를 토대로 터치위치를 결정하고,
    상기 터치위치에 근거하여, 상기 지문패널의 전체 영역 중 일부 영역을 상기 지문센싱영역으로 설정하는 복합센서장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 지문센싱영역에 포함되는 픽셀들 중에서 일부가 센싱 픽셀로 선택되고, 상기 센싱 픽셀과 인접한 픽셀을 구동 픽셀로 선택되어,
    상기 지문회로는 상기 구동 픽셀로 구동신호를 공급하고, 상기 센싱 픽셀을 센싱하는 복합센서장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 구동 픽셀로 상기 구동신호가 공급됨에 따라 상기 구동 픽셀에서 초음파가 발생되고,
    상기 구동 픽셀에서 발생되어 지문에 반사된 초음파는 상기 센싱 픽셀에서 수신되는 복합센서장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 지문패널에 배치된 상기 다수의 픽셀 각각은,
    제1 구동전극, 압전물질층 및 제2 구동전극을 포함하는 트랜스듀서와,
    제1 스캔신호에 의해 제어되며, 제1 구동신호가 공급되는 구동라인과 상기 제1 구동전극 사이에 전기적으로 연결된 송신 트랜지스터와,
    리드아웃 라인과 전원전압이 공급되는 전원라인 사이에 전기적으로 연결된 제1 수신 트랜지스터 및 제2 수신 트랜지스터를 포함하고,
    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 제2 스캔신호에 따라 제어되고, 상기 중간노드와 상기 리드아웃 라인 사이에 전기적으로 연결되는 복합센서장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 구동 픽셀에 포함된 상기 트랜스듀서는, 상기 제1 구동전극에 상기 제1 구동신호가 인가되고, 상기 제2 구동전극에 바이어스 전압이 인가되면, 초음파를 발생시키고,
    상기 센싱 픽셀에 포함된 상기 트랜스듀서는, 상기 구동 픽셀에서 발생되어 지문에 반사되어 들어오는 초음파에 따라 상기 제1 구동전극의 전압 변동을 발생시키는 복합센서장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 압전물질층은 하나의 판 형태로 상기 다수의 픽셀의 전 영역에 공통으로 배치되는 복합센서장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 압전물질층은 상기 다수의 픽셀 각각의 영역 크기에 대응되게 분할되는 복합센서장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 압전물질층에서 상기 다수의 픽셀 각각의 영역 크기에 대응되게 분할된 부분들 중에서 일 부분들은 상기 지문센싱영역과 매핑되는 복합센서장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 터치전극에 의해 다수의 터치센서유닛이 정의되고,
    상기 다수의 픽셀은 다수의 지문센서유닛과 각각 대응되고,
    상기 센서 컨트롤러는,
    상기 제1 센싱데이터를 토대로 상기 다수의 터치센서유닛 중 하나 이상의 터치센서유닛을 선택하고,
    상기 다수의 지문센서유닛 중에서 상기 선택된 하나 이상의 터치센서유닛이 차지하는 영역과 적어도 일부라도 중첩되는 하나 이상의 지문센서유닛을 선택하고,
    상기 선택된 하나 이상의 지문센서유닛을 포함하는 상기 지문센싱영역을 설정하는 복합센서장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 다수의 터치센서유닛 각각의 크기는 상기 다수의 지문센서유닛 각각의 크기와 대응되는 복합센서장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 다수의 터치센서유닛 각각의 크기는 상기 다수의 지문센서유닛 각각의 크기보다 큰 복합센서장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 다수의 터치센서유닛 각각의 크기는 상기 다수의 지문센서유닛 각각의 크기보다 작은 복합센서장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 다수의 터치전극은 셀프-캐패시턴스를 센싱하기 위한 터치전극들이고,
    상기 다수의 터치센서유닛은 상기 다수의 터치전극과 각각 대응되는 복합센서장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 다수의 터치전극은 뮤추얼-캐패시턴스를 센싱하기 위한 구동 터치전극들과 센싱 터치전극들을 포함하고,
    상기 다수의 터치센서유닛 각각은 구동 터치전극들과 센싱 터치전극들이 교차된 영역에서 정의되는 복합센서장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 터치패널을 스캐닝 하는 방향과 상기 지문패널에서의 지문센싱영역을 스캐닝 하는 방향은 동일한 복합센서장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 터치패널을 스캐닝 하는 방향과 상기 지문패널에서의 지문센싱영역을 스캐닝 하는 방향은 다른 복합센서장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 센서 컨트롤러는,
    상기 터치회로의 상기 제1 센싱데이터를 토대로, 서로 위치가 다른 2개 이상의 지문센싱영역을 설정하는 복합센서장치.
  19. 터치패널과 지문패널을 포함하는 복합센서장치의 센싱방법에 있어서,
    상기 터치패널을 센싱하는 단계;
    상기 터치패널의 센싱결과를 토대로 상기 지문패널의 일부 영역에 해당하는 지문센싱영역을 설정하는 단계; 및
    상기 지문패널의 상기 지문센싱영역을 로컬 센싱하는 단계를 포함하는 센싱방법.
  20. 디스플레이 패널;
    다수의 터치전극이 배치된 터치패널;
    다수의 픽셀이 배치된 지문패널;
    상기 터치패널을 센싱하여 제1 센싱데이터를 출력하는 터치회로;
    상기 지문패널에서의 지문센싱영역을 센싱하여 제2 센싱데이터를 출력하는 지문회로; 및
    상기 터치회로의 상기 제1 센싱데이터를 토대로, 상기 지문회로가 상기 지문패널을 센싱하기 위한 상기 지문센싱영역을 설정하는 센서 컨트롤러를 포함하는 디스플레이 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 센서 컨트롤러는,
    상기 제1 센싱데이터를 토대로 터치위치를 결정하고,
    상기 터치위치에 근거하여, 상기 지문패널의 전체 영역의 일부분을 상기 지문센싱영역으로 설정하는 디스플레이 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 지문센싱영역에 포함되는 픽셀들 중에서 일부가 센싱 픽셀로 선택되고, 상기 센싱 픽셀과 인접한 픽셀을 구동 픽셀로 선택되어,
    상기 지문회로는 상기 구동 픽셀로 구동신호를 공급하고, 상기 센싱 픽셀을 센싱하는 디스플레이 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 구동 픽셀로 상기 구동신호가 공급됨에 따라 상기 구동 픽셀에서 초음파가 발생되고,
    상기 구동 픽셀에서 발생되어 지문에 반사된 초음파는 상기 센싱 픽셀에서 수신되는 디스플레이 장치.
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