KR20200144885A - 표시장치 및 압전센서 - Google Patents

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KR20200144885A
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연득호
문태형
김재현
이성진
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예들은 표시장치 및 압전센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 하부 기판과, 하부 기판 상에 배치된 다수의 센싱 트랜지스터와, 다수의 센싱 트랜지스터를 덮으면서 배치되는 하부 전극과, 하부 전극 상에 배치되는 압전 물질층과, 압전 물질층 상에 배치되는 상부 전극을 포함하고, 압전 물질층은 다수의 센싱 트랜지스터가 배치된 다수의 제1 영역에서 제1 두께를 갖고, 다수의 센싱 트랜지스터가 미 배치된 제2 영역에서 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께를 갖는 압전센서 및 이를 포함하는 표시장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예들에 의하면, 다양한 생체 정보를 더욱더 정확하고 세밀하게 검출할 수 있다.

Description

표시장치 및 압전센서{DISPLAY DEVICE AND PIEZOELECTRIC SENSOR}
본 발명의 실시예들은 표시장치 및 압전센서에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하는 표시장치에 대한 요구가 증가하고 있으며, 액정표시장치, 유기발광표시장치 등과 같은 다양한 유형의 표시장치가 활용되고 있다.
또한, 표시장치는 사용자에게 보다 다양한 응용 기능을 제공하기 위하여 사용자의 터치를 센싱하거나 사용자의 지문 등의 생체 정보를 센싱하여, 센싱 결과에 기초한 다양한 응용 기능을 제공하고 있다.
이에, 표시장치는 터치 또는 지문 등의 생체 정보를 센싱하기 위한 센싱장치를 구비한다. 표시장치에서 센싱 결과를 이용하는 응용 기술(예: 사용자 인증, 금융 거래 등)은 센싱장치의 센싱결과가 높은 정확도를 갖거나 센싱장치의 센싱 동작이 높은 보안성을 갖기를 요구하기도 한다. 하지만, 기존의 센싱장치는 센싱 정확도 및 보안성에 대한 만족도가 떨어지는 실정이다.
또한, 센싱장치는 필요에 따라 소형화 또는 대면적 센싱이 가능해야만 하지만, 기존의 센싱장치는 광원 등으로 인해 소형화가 어렵거나, 대면적 센싱이 어려운 실정이다.
본 발명의 실시예들은 생체 정보를 더욱더 정확하고 세밀하게 검출할 수 있는 압전센서를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 생체 정보를 더욱더 정확하고 세밀하게 검출할 수 있는 압전센서를 활용하여, 높은 보안성을 요구하는 응용 기능을 정확하게 수행할 수 있는 표시장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 더욱더 다양한 생체 정보를 정확하고 세밀하게 검출할 수 있는 압전센서를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 더욱더 다양한 생체 정보를 정확하고 세밀하게 검출할 수 있는 압전센서를 활용하여, 다양한 응용 기능을 정확하게 수행할 수 있는 표시장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 스트레처블 압전센서를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 스트레처블 압전센서를 포함하는 스트레처블 표시장치를 제공할 수 있다.
일 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 하부 기판과, 하부 기판 상에 배치된 다수의 센싱 트랜지스터와, 다수의 센싱 트랜지스터를 덮으면서 배치되는 하부 전극과, 하부 전극 상에 배치되는 압전 물질층과, 압전 물질층 상에 배치되는 상부 전극을 포함하는 압전센서를 제공할 수 있다.
압전 물질층은, 다수의 센싱 트랜지스터가 배치된 다수의 제1 영역에서 제1 두께를 갖고, 다수의 센싱 트랜지스터가 미 배치된 제2 영역에서 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께를 가질 수 있다.
압전센서가 수축되거나 신장되면, 압전 물질층의 제2 두께는 가변 될 수 있다.
압전센서가 신장되면, 압전 물질층의 제2 두께는 얇아지고, 압전센서가 수축되면, 압전 물질층의 제2 두께는 두꺼워질 수 있다.
압전센서가 수축되거나 신장될 때, 압전 물질층의 제2 두께의 변화량은 압전 물질층의 제1 두께의 변화량보다 클 수 있다.
다수의 제1 영역 중 적어도 하나에서 발생되는 초음파는 제1 파장을 갖고, 제2 영역에서 발생되는 초음파는 제1 파장과 다른 제2 파장을 가질 수 있다.
제2 영역에서 압전 물질층의 제2 두께가 다수의 제1 영역에서 압전 물질층의 제1 두께보다 두꺼운 경우, 제2 영역에서 발생되는 초음파의 제2 파장은 다수의 제1 영역 중 적어도 하나에서 발생되는 초음파의 제1 파장보다 길 수 있다.
압전센서의 수축 또는 신장에 따라, 제2 영역에서 발생되는 초음파의 제2 파장은 가변 될 수 있다.
압전센서가 신장되면, 제2 영역에서 발생되는 초음파의 제2 파장은 짧아질 수 있다.
압전센서가 수축되면, 제2 영역에서 발생되는 초음파의 제2 파장은 길어질 수 있다.
압전 물질층은 신축성 있는 물질을 포함할 수 있다.
압전센서는, 하부 기판의 아래에 배치되며 신축성 있는 물질을 포함하는 하부 코팅층과, 상부 전극을 덮으면서 배치되며 신축성 있는 물질을 포함하는 상부 코팅층을 더 포함할 수 있다.
다수의 센싱 트랜지스터가 미 배치된 제2 영역에서, 하부 전극 또는 상부 전극에는 적어도 하나의 홀이 형성되어 있을 수 있다.
상부 전극은, 다수의 센싱 트랜지스터가 배치된 다수의 제1 영역에 배치되고, 다수의 센싱 트랜지스터 각각의 상부에 위치하는 다수의 상부 센서 전극부와, 다수의 센싱 트랜지스터가 미 배치된 제2 영역에 배치되고, 다수의 홀이 형성된 다수의 상부 메쉬 전극부와, 다수의 센싱 트랜지스터가 미 배치된 제2 영역에 배치되고, 다수의 상부 메쉬 전극부를 전기적으로 연결해주는 다수의 상부 연결 라인부를 포함할 수 있다.
하부 전극은, 다수의 센싱 트랜지스터가 배치된 다수의 제1 영역에 배치되고, 다수의 센싱 트랜지스터 각각의 하부에 위치하는 다수의 하부 센서 전극부와, 다수의 센싱 트랜지스터가 미 배치된 제2 영역에 배치되고, 다수의 홀이 형성된 다수의 하부 메쉬 전극부와, 다수의 센싱 트랜지스터가 미 배치된 제2 영역에 배치되고, 다수의 하부 센서 전극부를 전기적으로 연결해주는 다수의 하부 연결 라인부를 포함할 수 있다.
상부 전극 또는 하부 전극에 전압 레벨이 가변 되는 구동 신호가 인가되면, 압전 물질층에서 초음파가 발생될 수 있다.
압전 물질층에서 발생된 초음파가 주변에 반사되어 압전센서로 유입될 수 있다.
유입된 초음파에 의해, 압전 물질층의 상태가 변화하여, 하부 전극 또는 상부 전극의 전기적인 상태가 변화할 수 있다.
하부 전극 또는 상부 전극의 전기적인 상태 변화에 따라, 다수의 센싱 트랜지스터 중 적어도 하나는 온-오프가 반복되어 전기적인 신호를 센싱 라인으로 출력할 수 있다.
압전센서는 상부 전극 또는 하부 전극을 구동하고, 센싱 라인을 통해 전기적인 신호를 검출하여, 검출된 전기적인 신호를 토대로 생체 정보를 검출하는 센싱회로를 더 포함할 수 있다.
다수의 센싱 트랜지스터가 미 배치된 제2 영역의 총 면적은, 다수의 센싱 트랜지스터가 배치된 다수의 제1 영역의 총 면적보다 더 클 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은 표시패널과, 하부 기판과, 하부 기판 상에 배치된 다수의 센싱 트랜지스터와, 다수의 센싱 트랜지스터를 덮으면서 배치되는 하부 전극과, 하부 전극 상에 배치되는 압전 물질층과, 압전 물질층 상에 배치되는 상부 전극을 포함하는 압전센서를 포함하는 표시장치를 제공할 수 있다.
압전 물질층은, 다수의 센싱 트랜지스터가 배치된 다수의 제1 영역에서 제1 두께를 갖고, 다수의 센싱 트랜지스터가 미 배치된 제2 영역에서 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께를 가질 수 있다.
압전센서가 수축되거나 신장되면, 압전 물질층의 제2 두께는 가변 될 수 있다.
다수의 제1 영역 중 적어도 하나에서 발생되는 초음파는 제1 파장을 갖고, 제2 영역에서 발생되는 초음파는 제1 파장과 다른 제2 파장을 가질 수 있다.
제2 영역에서 압전 물질층의 제2 두께가 다수의 제1 영역에서 압전 물질층의 제1 두께보다 두꺼운 경우, 제2 영역에서 발생되는 초음파의 제2 파장은 다수의 제1 영역 중 적어도 하나에서 발생되는 초음파의 제1 파장보다 길 수 있다.
압전센서의 수축 또는 신장에 따라, 제2 영역에서 발생되는 초음파의 제2 파장은 가변 될 수 있다.
표시장치는, 상부 전극 또는 하부 전극을 구동하고, 다수의 센싱 트랜지스터 중 적어도 하나와 연결된 센싱 라인을 통해 전기적인 신호를 검출하여, 검출된 전기적인 신호를 토대로 생체 정보를 검출하는 센싱회로를 더 포함할 수 있다.
표시패널은 스트레처블 한 기판을 포함하고, 압전센서의 압전 물질층은 스트레처블 할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 하부 기판과, 하부 기판 상에 배치된 다수의 센싱 트랜지스터와, 다수의 센싱 트랜지스터를 덮으면서 배치되는 하부 전극과, 하부 전극 상에 배치되는 압전 물질층과, 압전 물질층 상에 배치되는 상부 전극을 포함하는 압전센서를 제공할 수 있다. 압전센서가 수축되거나 신장되면, 다수의 센싱 트랜지스터가 미 배치된 영역에서 압전 물질층의 두께가 가변 될 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 하부 기판과, 하부 기판 상에 배치된 다수의 센싱 트랜지스터와, 다수의 센싱 트랜지스터를 덮으면서 배치되는 하부 전극과, 하부 전극 상에 배치되는 압전 물질층과, 압전 물질층 상에 배치되는 상부 전극을 포함하는 압전센서를 제공할 수 있다. 다수의 센싱 트랜지스터가 미 배치된 영역에서, 하부 전극 또는 상부 전극에는 적어도 하나의 홀이 형성되어 있을 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 하부 기판과, 하부 기판 상에 배치된 다수의 센싱 트랜지스터와, 다수의 센싱 트랜지스터를 덮으면서 배치되는 하부 전극과, 하부 전극 상에 배치되는 압전 물질층과, 압전 물질층 상에 배치되는 상부 전극을 포함하는 압전센서를 제공할 수 있다. 트랜지스터가 배치된 영역에서 발생되는 초음파의 파장과, 트랜지스터가 미 배치된 영역에서 발생되는 초음파의 파장은, 서로 다를 수 있다.
본 발명의 실시예들은 다양한 파장을 갖는 초음파의 발생을 가능하게 구조를 가짐으로써, 생체 정보를 더욱더 정확하고 세밀하게 검출할 수 있는 압전센서를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 생체 정보를 더욱더 정확하고 세밀하게 검출할 수 있는 압전센서를 활용하여, 높은 보안성을 요구하는 응용 기능을 정확하게 수행할 수 있는 표시장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 다양한 파장을 갖는 초음파의 발생을 가능하게 구조를 가짐으로써, 더욱더 다양한 생체 정보를 정확하고 세밀하게 검출할 수 있는 압전센서를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 더욱더 다양한 생체 정보를 정확하고 세밀하게 검출할 수 있는 압전센서를 활용하여, 다양한 응용 기능을 정확하게 수행할 수 있는 표시장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 신축성 있는 구조를 갖는 스트레처블 압전센서를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 신축성 있는 구조를 갖는 스트레처블 압전센서를 포함하는 스트레처블 표시장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 표시장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 압전센서를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 압전센서의 센싱패널의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 압전센서의 센싱패널의 평면도이다.
도 5 내지 도 7은 도 4의 센싱패널의 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 압전센서가 수축된 경우와 신장된 경우를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 압전센서의 센싱패널 내 센싱픽셀의 등가회로이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 압전센서의 센싱패널 내 센싱픽셀의 센싱 시, 신호 타이밍도이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 압전센서의 센싱패널 내 복수의 센싱픽셀의 등가회로이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 압전센서의 센싱패널에서, 압전 물질층의 위치 별 두께에 관한 특징을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 압전센서의 센싱패널에서, 상부 전극 및 하부 전극의 위치 별 홀 형성 유무에 관한 특징을 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 압전센서의 센싱패널에서, 초음파 신호의 위치 별 파장에 관한 특징을 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 표시장치에서 센싱영역의 예시이다.
도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 표시장치에서 센싱영역의 다른 예시이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 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. 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 특별한 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, 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.
구성 요소들의 위치 관계에 대한 설명에 있어서, 둘 이상의 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속" 등이 된다고 기재된 경우, 둘 이상의 구성 요소가 직접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속" 될 수 있지만, 둘 이상의 구성 요소와 다른 구성 요소가 더 "개재"되어 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 여기서, 다른 구성 요소는 서로 "연결", "결합" 또는 "접속" 되는 둘 이상의 구성 요소 중 하나 이상에 포함될 수도 있다.
구성 요소들이나, 동작 방법이나 제작 방법 등과 관련한 시간적 흐름 관계에 대한 설명에 있어서, 예를 들어, "~후에", "~에 이어서", "~다음에", "~전에" 등으로 시간적 선후 관계 또는 흐름적 선후 관계가 설명되는 경우, "바로" 또는 "직접"이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
한편, 구성 요소에 대한 수치 또는 그 대응 정보(예: 레벨 등)가 언급된 경우, 별도의 명시적 기재가 없더라도, 수치 또는 그 대응 정보는 각종 요인(예: 공정상의 요인, 내부 또는 외부 충격, 노이즈 등)에 의해 발생할 수 있는 오차 범위를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 표시장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 압전센서(10)를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 표시장치는 이미지를 표시하는 기능과, 각종 애플리케이션의 실행과 관련하여 사용자의 지문, 손금, 혈관 등의 생체 정보를 감지하는 기능 등을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 표시장치는 이미지를 표시하기 위한 표시패널(20)과, 생체 정보를 감지하기 위한 압전센서(10) 등을 포함할 수 있다.
표시패널(20)은, 기판(21)과, 기판(21) 상에 배치되는 데이터 라인들 및 게이트 라인들을 포함할 수 있다. 표시패널(20)은 이미지를 표시하기 위한 서브픽셀들을 포함할 수 있다.
표시장치는 표시패널(20)을 구동하기 위한 구동회로를 더 포함할 수 있으며, 구동회로는 게이트 라인들을 구동하기 위한 게이트 구동회로와, 데이터 라인들을 구동하기 위한 데이터 구동회로를 포함할 수 있다. 또한, 구동회로는 게이트 구동회로 및 데이터 구동회로를 제어하기 위한 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
표시장치는 손가락이나 펜에 의한 터치를 감지하는 터치센서를 더 포함할 수 있다. 터치센서는 터치전극들을 포함하는 터치패널과, 터치전극들을 구동하고 센싱하여, 터치의 유무나 위치를 검출하기 위한 터치 센싱회로를 포함할 수 있다. 터치패널은 표시패널의 외부에 별도로 존재할 수도 있고, 표시패널에 내장될 수도 있다.
압전센서(10)는 사용자의 생체 정보를 감지하기 위한 센서로서, 다수의 센싱픽셀(SP: Sensing Pixel)을 포함하는 센싱패널(200) 및 센싱패널(200)을 구동하고 센싱하여 사용자의 생체 정보를 검출하는 센싱회로(210) 등을 포함할 수 있다.
다수의 센싱픽셀(SP) 각각은 2개의 전극과, 2개의 전극 사이에 배치된 압전 물질층을 포함하는 압전소자와, 압전소자를 동작시키기 위한 픽셀회로 등을 포함할 수 있다.
여기서, 압전소자는, 전기적인 에너지를 다른 에너지 형태의 신호로 변환하여 발생시키고, 신호가 수신되면 이를 전기적인 에너지로 변환하여 발생시키는 일종의 에너지 변환 장치이며 신호 발생 장치일 수 있다. 압전소자는 트랜스듀서라고도 한다. 일 예로, 압전소자는 2개의 전극에 인가된 전기적인 에너지에 따라 초음파를 발생시키고, 초음파가 수신되면 전기적인 에너지를 발생시키는 초음파 압전소자일 수 있다.
압전센서(20)의 센싱패널(200)은, 다수의 센싱픽셀(SP)이 배치된 센싱픽셀영역(SPA)과, 센싱픽셀영역(SPA)의 외곽영역인 베젤영역(BA)을 포함할 수 있다.
압전센서(10)는 표시패널(20)에 본딩되어 있을 수 있다.
예를 들어, 압전센서(10)는 표시패널(20)의 하부에 위치할 수 있다. 여기서, 표시패널(20)의 하부는 이미지가 표시되는 시청 면의 반대 면의 아래를 의미할 수 있다. 경우에 따라, 압전센서(10)는 표시패널(20)의 상부 또는 측면에 위치할 수도 있다.
센싱회로(210)는, 센싱패널(200)의 베젤영역(BA)에 본딩되거나 실장될 수도 있고, 센싱패널(200)의 베젤영역(BA)에 전기적으로 연결된 인쇄회로 상에 실장될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 압전센서(10)의 센싱패널(200)의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 압전센서(10)는, 하부 기판(320), 하부 기판(320) 상에 배치된 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR), 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)를 덮으면서 하부 기판(320) 상에 배치되는 하부 전극(330), 하부 전극(330) 상에 배치되는 압전 물질층(340) 및 압전 물질층(340) 상에 배치되는 상부 전극(350) 등을 포함할 수 있다.
압전센서(10)의 센싱패널(200)은, 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)가 배치되는 다수의 제1 영역(A1)과, 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)가 미 배치되는 제2 영역(A2)을 포함할 수 있다.
다수의 제1 영역(A1) 각각은 센싱픽셀(SP)과 대응된다. 다수의 제1 영역(A1) 각각에는 센싱 트랜지스터(SEN_TR)가 배치될 수 있으며, 1개 이상의 트랜지스터가 더 배치될 수 있다.
다수의 제1 영역(A1)은 센싱픽셀영역(SPA)에 포함되고, 제2 영역(A1)은 센싱픽셀영역(SPA)에 포함되거나 중첩될 수 있다.
아래에서는, 다수의 제1 영역(A1) 각각에서, 센싱 트랜지스터(SEN_TR)가 형성되는 적층 구조를 예시적으로 설명한다. 센싱 트랜지스터(SEN_TR)은 소스 전극(S), 드레인 전극(D), 게이트 전극(G) 및 액티브 층(ACT) 등을 포함할 수 있다.
하부 기판(320) 상에 버퍼 층(321)이 배치된다. 액티브 층(ACT)이 버퍼 층(321) 상에 배치된다. 게이트 절연막(322)이 액티브 층(ACT) 상에 배치된다.
게이트 전극(G)이 게이트 절연막(322) 상에 배치된다. 층간 절연막(323)이 게이트 전극(G)을 덮으면서 게이트 절연막(322) 상에 배치된다.
소스 전극(S)과 드레인 전극(D)이 층간 절연막(323) 상에 배치되되, 층간 절연막(323)과 게이트 절연막(322)의 컨택홀을 통해 액티브 층(ACT)과 연결될 수 있다.
액티브 층(ACT)에서, 게이트 전극(G)과 중첩되는 부분은 채널을 형성하는 부분이다. 액티브 층(ACT)에서, 게이트 전극(G)과 중첩되는 부분을 제외한 나머지 부분들은, 소스 전극(S) 및 드레인 전극(D)이 연결되는 부분들로서, 도체화 되어 있다.
평탄화 층(324)이 층간 절연막(323), 소스 전극(S) 및 드레인 전극(D)을 덮으면서 배치될 수 있다.
하부 전극(330)은 평탄화 층(324) 및 층간 절연막(323)의 컨택홀을 통해 게이트 전극(G)과 연결될 수 있다. 픽셀회로의 구조에 따라서, 하부 전극(330)은 평탄화 층(324) 및 층간 절연막(323)의 컨택홀을 통해 소스 전극(S) 또는 드레인 전극(D)과 연결될 수도 있다.
도 3을 참조하면, 압전센서(10)에 포함된 압전 물질층(340)은 모든 위치에서 동일한 두께를 갖지 않는다.
압전 물질층(340)은, 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)가 배치된 다수의 제1 영역(A1)에서는 제1 두께(T1)를 갖고, 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)가 미 배치된 제2 영역(A2)에서는 제1 두께(T1)보다 두꺼운 제2 두께(T2)를 갖는다(T2>T1).
도 3을 참조하면, 압전센서(10)는 하부 기판(320)의 아래에 배치되는 하부 코팅층(310)과, 상부 전극(350)을 덮으면서 배치되는 상부 코팅층(360)을 더 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 표시패널(20)에 포함된 기판(21)은 스트레처블 한 기판일 수 있다. 압전센서(10) 내 압전 물질층(340)은 신축성 있는 물질을 포함하는 스트레처블 한 층일 수 있다. 하부 코팅층(310) 및 상부 코팅층(360) 각각은 신축성 있는 물질을 포함하여 스트레처블 할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예들에 따른 표시장치는 스트레처블 디스플레일 수 있다.
본 명세서에서, "스트레처블(Stretchable) 하다는 것"은, 수축이나 신장(늘어남)이 되는 신축성이 있다는 의미일 수 있으며, "플렉서블(Flexible) 하다", "벤더블(Bendable) 하다", "폴더블(Foldable) 하다" 등과 같이, 외관의 변형이 가능한 모든 것을 의미할 수 있다.
다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)가 미 배치된 제2 영역(A2)에서, 하부 전극(330)에는 적어도 하나의 홀(도 4의 330_H)이 형성되어 있거나, 상부 전극(350)에는 적어도 하나의 홀(도 4의 350_H)이 형성되어 있을 수 있다.
하부 전극(330)에 형성된 적어도 하나의 홀(도 4의 330_H)과, 상부 전극(350)에 형성된 적어도 하나의 홀(도 4의 350_H)에 의해, 압전센서(10)의 신축성이 제공될 수 있다.
하부 전극(330)에 형성된 홀(도 4의 330_H)의 개수와 상부 전극(350)에 형성된 홀(도 4의 350_H)의 개수는 서로 동일할 수도 있고 다를 수도 있다. 하부 전극(330)에 형성된 홀(도 4의 330_H)과 상부 전극(350)에 형성된 홀(도 4의 350_H)은 크기, 위치 및 모양 등이 동일할 수도 있다.
하부 전극(330)에 형성된 홀(도 4의 330_H)과, 상부 전극(350)에 형성된 홀(도 4의 350_H)은 크기, 위치 및 모양 등 중 적어도 하나가 다를 수도 있다.
하부 전극(330)은 일체로 된 하나의 전극 메탈일 수 있다. 이와 다르게, 하부 전극(330)은 다수의 전극으로 분할되어 있을 수 있다. 하부 전극(330)을 구성하는 다수의 전극은 다수의 센싱픽셀(SP)의 영역에 각각 대응되어 위치할 수 있다.
상부 전극(350)은 일체로 된 하나의 전극 메탈일 수 있다. 이와 다르게, 상부 전극(350)은 다수의 전극으로 분할되어 있을 수 있다. 상부 전극(350)을 구성하는 다수의 전극은 다수의 센싱픽셀(SP)의 영역에 각각 대응되어 위치할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 압전센서(10)의 센싱패널(200)의 평면도이다. 도 5 내지 도 7은 도 4의 센싱패널(200)의 단면도들이다. 도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 압전센서(10)가 수축된 경우와 신장된 경우를 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 센싱패널(200)은 다수의 제1 영역(A1)과, 다수의 제1 영역(A1)을 제외한 나머지 영역인 제2 영역(A2)을 포함할 수 있다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 다수의 제1 영역(A1) 각각에는 센싱 트랜지스터(SEN_TR)을 포함하는 센싱픽셀(SP)이 위치할 수 있다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 다수의 제1 영역(A1)을 제외한 나머지 제2 영역(A2)은, 다수의 메탈 전극 영역(MEA)과, 다수의 메탈 전극 영역(MEA) 사이에 위치하는 다수의 연결 라인 영역(CLA)을 포함할 수 있다.
도 5는 2개의 제1 영역(A1)과, 2개의 제1 영역(A1) 사이의 연결 라인 영역(CLA)을 포함하는 부분에 대한 대한 단면도(X-X')이고, 도 6은 2개의 제1 영역(A1)과 메탈 전극 영역(MEA)을 포함하는 부분에 대한 단면도(Y-Y')이고, 도 7은 2개의 메탈 전극 영역(MEA)과, 2개의 메탈 전극 영역(MEA) 사이의 연결 라인 영역(CLA)을 포함하는 부분에 대한 대한 단면도(Z-Z')이다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 상부 전극(350)은 다수의 상부 센서 전극부(350_SE), 다수의 상부 메쉬 전극부(350_ME) 및 다수의 상부 연결 라인부(350_CL) 등을 포함할 수 있다. 하부 전극(330)은 다수의 하부 센서 전극부(330_SE), 다수의 하부 메쉬 전극부(330_ME) 및 다수의 하부 연결 라인부(330_CL) 등을 포함할 수 있다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 다수의 제1 영역(A1) 각각에는, 상부 전극(350)의 상부 센서 전극부(350_SE) 또는 하부 전극(330)의 하부 센서 전극부(330_SE)가 배치될 수 있다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 제2 영역(A2) 내 다수의 메탈 전극 영역(MEA) 각각에는, 상부 전극(350)의 상부 메쉬 전극부(350_ME) 또는 하부 전극(330)의 하부 메쉬 전극부(330_ME)가 배치될 수 있다. 제2 영역(A2) 내 다수의 연결 라인 영역(CLA) 각각에는, 상부 전극(350)의 상부 연결 라인부(350_CL) 또는 하부 전극(330)의 하부 연결 라인부(330_CL)가 배치될 수 있다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 상부 전극(350)의 다수의 상부 센서 전극부(350_SE)는, 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)가 배치된 다수의 제1 영역(A1)에 배치되고, 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR) 각각의 상부에 위치할 수 있다. 상부 전극(350)의 다수의 상부 메쉬 전극부(350_ME)는, 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)가 미 배치된 제2 영역(A2)에 배치되고, 다수의 홀(350_H)이 형성될 수 있다. 상부 전극(350)의 다수의 상부 연결 라인부(350_CL)는, 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)가 미 배치된 제2 영역(A2)에 배치되고, 다수의 상부 메쉬 전극부(350_ME)를 전기적으로 연결해줄 수 있다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 하부 전극(330)에서, 다수의 하부 센서 전극부(330_SE)는, 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)가 배치된 다수의 제1 영역(A1)에 배치되고, 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR) 각각의 하부에 위치할 수 있다. 하부 전극(330)에서, 다수의 하부 메쉬 전극부(330_ME)는, 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)가 미 배치된 제2 영역(A2)에 배치되고, 다수의 홀(330_H)이 형성될 수 있다. 하부 전극(330)에서, 다수의 하부 연결 라인부(330_CL)는, 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)가 미 배치된 제2 영역(A2)에 배치되고, 다수의 하부 센서 전극부(330_SE)를 전기적으로 연결해줄 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)가 미 배치된 제2 영역(A2)에서, 하부 전극(330)의 하부 메쉬 전극부(330_ME)에는 적어도 하나의 홀(330_H)이 형성되어 있고, 상부 전극(350_ME)의 상부 메쉬 전극부(350_ME)에도 적어도 하나의 홀(350_H)이 형성되어 있을 수 있다. 이 경우, 상부 전극(350_ME)의 상부 메쉬 전극부(350_ME)에 형성된 적어도 하나의 홀(350_H)과 하부 전극(330)의 하부 메쉬 전극부(330_ME)에 형성된 적어도 하나의 홀(330_H)은 위치가 서로 대응될 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 압전 물질층(340)의 일부분이 하부 전극(330)에 형성된 적어도 하나의 홀(330_H) 안으로 개재되어 있을 수 있다.
압전센서(10)가 수축되거나 신장되면, 압전 물질층(340)의 제2 두께(T2)는 가변 되는 압전센서(10).
도 8을 참조하면, 압전센서(10)가 수축되면, 압전 물질층(340)의 제2 두께(T2)는 두꺼워질 수 있으며, 압전 물질층(340)의 제2 두께(T2)는 변함이 없거나 조금 두꺼워질 수 있다.
압전센서(10)가 신장되면, 압전 물질층(340)의 제2 두께(T2)는 얇아질 수 있으며, 압전 물질층(340)의 제1 두께(T1)는 변함이 없거나 조금 얇아질 수 있다.
도 8을 참조하면, 압전센서(10)가 수축되거나 신장될 때, 압전 물질층(340)의 제2 두께(T2)의 변화량은 압전 물질층(340)의 제1 두께(T1)의 변화량보다 크다.
도 8을 참조하면, 다수의 제1 영역(A1) 중 적어도 하나에서 발생되는 초음파는 제1 파장(λ1)을 갖고, 제2 영역(A2)에서 발생되는 초음파는 제2 파장(λ2)을 갖는다.
압전 물질층(340)에서 발생되는 초음파의 파장은 압전 물질층(340)의 두께와 비례한다.
제2 영역(A2)에서 압전 물질층의 제2 두께가 다수의 제1 영역(A1)에서 압전 물질층의 제1 두께보다 두꺼운 경우, 제2 영역(A2)에서 발생되는 초음파의 제2 파장(λ2)은 다수의 제1 영역(A1) 중 적어도 하나에서 발생되는 초음파의 제1 파장(λ1)보다 길 수 있다.
제2 영역(A2)에서 발생되는 초음파의 제2 파장(λ2)은, 다수의 제1 영역(A1) 중 적어도 하나에서 발생되는 초음파의 제1 파장(λ1)에 비해, 상대적으로 장파장일 수 있다. 다수의 제1 영역(A1) 중 적어도 하나에서 발생되는 초음파의 제1 파장(λ1)은, 제2 영역(A2)에서 발생되는 초음파의 제2 파장(λ2)에 비해, 상대적으로 단파장일 수 있다.
도 8을 참조하면, 압전센서(10)의 수축 또는 신장에 따라, 제2 영역(A2)에서 발생되는 초음파의 제2 파장(λ2)은 가변 될 수 있다.
도 8을 참조하면, 압전센서(10)가 신장되면, 제2 영역(A2)에서 발생되는 초음파의 제2 파장(λ2)은 짧아질 수 있다. 압전센서(10)가 수축되면, 제2 영역(A2)에서 발생되는 초음파의 제2 파장(λ2)은 길어질 수 있다.
제2 영역(A2)에서 발생되는 초음파의 제2 파장(λ2)의 최대 값은, 압전센서(10)의 최대 신축 시, 제2 영역(A2)에서 발생되는 초음파의 제2 파장(λ2)일 수 있다.
제2 영역(A2)에서 발생되는 초음파의 제2 파장(λ2)의 최소 값은, 압전센서(10)의 최대 신장 시, 제2 영역(A2)에서 발생되는 초음파의 제2 파장(λ2)일 수 있다. 제2 영역(A2)에서 발생되는 초음파의 제2 파장(λ2)의 최소 값은, 제1 영역(A1)에서 발생되는 초음파의 제1 파장(λ1)보다는 길 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 압전센서(10)의 센싱패널(200) 내 센싱픽셀(SP)의 등가회로이고, 도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 압전센서(10)의 센싱패널(200) 내 센싱픽셀(SP)의 센싱 시, 신호 타이밍도이다.
도 9를 참조하면, 센싱픽셀(SP)은 압전소자(PD)와, 이를 동작시키기 위한 픽셀회로를 포함할 수 있다. 픽셀회로는 센싱 트랜지스터(SEN_TR) 등을 포함할 수 있다.
압전소자(PD)는, 상부 전극(350)의 상부 센서 전극부(350_SE) 및 하부 전극(330)의 하부 센서 전극부(330_SE)와, 상부 센서 전극부(350_SE) 및 하부 센서 전극부(330_SE) 사이에 배치된 압전 물질층(340) 등으로 구성된다.
압전소자(PD)는, 수직 구조 상, 센싱 트랜지스터(SEN_TR) 상에 위치한다.
압전소자(PD)의 상부 전극(350)은 제1 구동전압(DV1)이 인가된다.
압전소자(PD)의 하부 전극(350)은 제1 노드(N1)와 전기적으로 연결될 수 있다.
센싱 트랜지스터(SEN_TR)의 게이트 전극은 제1 노드(N1)과 전기적으로 연결될 수 있다. 센싱 트랜지스터(SEN_TR)의 소스 전극 또는 드레인 전극은 제2 노드(N2)와 전기적으로 연결될 수 있다. 센싱 트랜지스터(SEN_TR)의 드레인 전극 또는 소스 전극은 제3 노드(N3)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 노드(N1)는 압전소자(PD)의 하부 전극(350) 및 센싱 트랜지스터(SEN_TR)의 게이트 전극과 연결된다. 제2 노드(N2)는 센싱 트랜지스터(SEN_TR)의 소스 전극 또는 드레인 전극과 연결되고, 센싱라인(SL)과 전기적으로 연결된다. 제3 노드(N3)는 전원 전압(VCC)이 인가될 수 있다.
압전센서(10)는, 제1 노드(N1)와 전기적으로 연결되는 드레인 전극(또는 소스 전극)과, 구동라인(DL)과 전기적으로 연결되는 소스 전극(또는 드레인 전극)과, 센싱제어신호(CS)가 인가되는 게이트 전극을 포함하는 스캔 트랜지스터(STR)를 더 포함할 수 있다.
구동라인(DL)은 제2 구동전압(DV2)을 전달하는 배선이다.
스캔 트랜지스터(STR)는 센싱픽셀영역(SPA)의 외곽 영역인 베젤영역(BA)에 배치될 수 있다.
아래에서는, 압전센서(10)의 동작을 간단히 설명한다.
상부 전극(350) 또는 하부 전극(330)에 전압 레벨이 가변 되는 구동 신호가 인가되면, 압전 물질층(340)에서 초음파가 발생된다.
압전 물질층(340)에서 발생된 초음파가 주변(예: 손가락, 손바닥 등)에 반사되어 압전센서(10)로 유입된다.
유입된 초음파에 의해, 압전 물질층(340)의 상태가 변화한다. 이에 따라, 하부 전극(330) 또는 상부 전극(350)의 전기적인 상태가 변화한다.
하부 전극(330) 또는 상부 전극(350)의 전기적인 상태 변화에 따라, 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR) 중 적어도 하나는 온-오프가 반복되면서, 전기적인 신호를 센싱 라인(SL)으로 출력할 수 있다.
센싱회로(210)는, 제1 구동전압(DV1)을 이용하여 상부 전극(350)을 구동하고, 제2 구동전압(DV2)을 이용하여 하부 전극(330)을 구동하고, 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR) 중 적어도 하나와 연결된 센싱 라인(SL)을 통해 전기적인 신호를 검출하여, 검출된 전기적인 신호(SS)를 토대로 생체 정보를 검출할 수 있다. 여기서, 생체 정보는, 일 예로, 지문, 손금, 혈관 등 중 하나 이상에 대한 정보일 수 있다.
센싱픽셀(SP)은, 압전소자(PD)의 상부 전극(350) 및 하부 전극(330) 각각의 구동을 통해 초음파를 발생시킬 수 있고, 초음파에 의해 압전소자(PD)의 하부 전극(330)의 전기적 상태가 변함에 따라 전기적인 신호(SS)를 센싱라인(SL)으로 출력할 수 있다.
도 10을 참조하면, 센싱픽셀(SP)은 초음파를 발생시키는 제1 기간(P1)과 초음파를 수신하여 센싱하는 제2 기간(P2)으로 구분되어 구동될 수 있다.
제1 기간(P1) 동안, 턴-온 레벨 전압을 갖는 센싱 제어 신호(CS)에 의해 스캔 트랜지스터(SCAN_TR)가 턴-온 된다. 제2 기간(P2) 동안, 턴-오프 레벨 전압을 갖는 센싱 제어 신호(CS)에 의해 스캔 트랜지스터(SCAN_TR)가 턴-오프 된다. 여기서, 도 9의 예시에서, 스캔 트랜지스터(SCAN_TR)는 P 타입이므로, 센싱 제어 신호(CS)의 턴-온 레벨 전압은 로우 레벨 전압이고, 센싱 제어 신호(CS)의 턴-오프 레벨 전압은 하이 레벨 전압이다. 스캔 트랜지스터(SCAN_TR)는 N타입일 수도 있는데, 이 경우, 센싱 제어 신호(CS)의 턴-온 레벨 전압은 하이 레벨 전압이고, 센싱 제어 신호(CS)의 턴-오프 레벨 전압은 로우 레벨 전압이다.
제1 기간(P1) 동안, 압전소자(PD)의 상부 전극(350)으로 제1 구동전압(DV1)이 인가될 수 있다. 제1 구동전압(DV1)은 전압 레벨이 변동되는 전압(아래에서, AC 전압이라고 함)일 수 있다. 제1 구동전압(DV1)은, 일 예로, -100V ~ +100V로 스윙 하는 AC 전압일 수 있다.
제1 기간(P1) 동안, 센싱 제어 신호(CS)에 의해 턴-온 된 스캔 트랜지스터(SCAN_TR)를 통해, 제1 구동전압(DV1)과 다른 전압 또는 다른 파형을 갖는 제2 구동전압(DV2)이 제1 노드(N1)에 인가된다.
제1 노드(N1)는 압전소자(PD)의 하부전극(330)과 전기적으로 연결되고, 센싱 트랜지스터(SEN_TR)의 게이트 전극과도 전기적으로 연결된 노드이다. 따라서, 제1 기간(P1) 동안, 제2 구동전압(DV2)이 압전소자(PD)의 하부전극(330) 및 센싱 트랜지스터(SEN_TR)의 게이트 전극에 인가될 수 있다.
제1 기간(P1) 동안, 제2 구동전압(DV2)은 전압 레벨이 일정한 DC 전압일 수 있다. 제1 기간(P1) 동안, 제2 구동전압(DV2)은 센싱 트랜지스터(SEN_TR)를 턴-오프 시키는 전압 레벨을 갖는다.
제1 기간(P1) 동안, 제2 노드(N2)는 전기적으로 플로팅 상태일 수 있다.
제1 구동전압(DV1)과 제2 구동전압(DV2)의 공급과 제어는, 센싱회로(210)에 의해 수행될 수 있다.
제1 기간(P1) 동안, 압전소자(PD)의 양 전극(350, 330)에 AC(교류) 전압인 제1 구동전압(DV1)과 DC(직류) 전압인 제2 구동전압(DV2)이 인가되어, 압전물질층(340)이 진동하며 초음파가 발생될 수 있다.
제2 기간(P2) 동안, DC 전압인 제1 구동전압(DV1)이 압전소자(PD)의 상부전극(350)으로 인가될 수 있다.
제2 기간(P2) 동안, 턴-오프 레벨 전압을 갖는 센싱 제어 신호(CS)에 의해 스캔 트랜지스터(SCAN_TR)는 턴-오프 된다. 이에 따라, 제1 노드(N1)는 전기적으로 플로팅 상태가 될 수 있다.
이때, 제1 기간(P1) 동안 발생된 초음파가 주변에서 반사되어 압전센서(10)의 내부로 유입되면, 유입된 초음파에 의해 압전소자(PD)에 포함된 압전 물질층(340)의 분극 상태가 변경되고, 이에 따라, 압전소자(PD)의 하부전극(330)의 전기적인 상태(전압 레벨)가 변동될 수 있다. 압전소자(PD)의 하부전극(330)의 전기적인 상태 변동(전압 레벨 변동)은 제1 노드(N5)의 전기적인 상태 변동(전압 레벨 변동)이고, 센싱 트랜지스터(SEN_TR)의 게이트 전극의 전기적인 상태 변동(전압 레벨 변동)이다.
압전소자(PD)의 하부전극(330)의 전기적인 상태 변동(전압 레벨 변동)에 의해, 제1 노드(N1)의 전기적인 상태 변동(전압 레벨 변동)이 발생하게 되어, 센싱 트랜지스터(SEN_TR)의 턴-온과 턴-오프가 반복될 수 있다.
센싱 트랜지스터(SEN_TR)의 온-오프 반복 될 때, 센싱 트랜지스터(SEN_TR)이 턴-온 되는 타이밍에, 전원전압(VCC)이 턴-온 된 센싱 트랜지스터(SEN_TR)를 통해, 제2 노드(N2)로 전달될 수 있다.
초음파를 수신한 압전소자(PD)에 의해 출력되는 전기적인 신호는 센싱 트랜지스터(SEN_TR)을 통해 증폭되고, 센싱 라인(SL)을 통해 검출될 수 있다.
또는, 경우에 따라, 센싱픽셀(SP)에 박막 트랜지스터를 추가로 배치하고, 압전소자(PD)에 인가되는 전압을 다르게 하며, 초음파 발생과 센싱을 수행할 수도 있다.
한편, 도 9 내지 도 11에서 트랜지스터들(SEN_TR, SCAN_TR)은 P타입 트랜지스터인 것으로 예시되어 있으나, N 타입 트랜지스터일 수도 있다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 압전센서(10)의 센싱패널(200) 내 복수의 센싱픽셀(SP1, SP2)의 등가회로이다.
도 11을 참조하면, 복수의 센싱픽셀(SP1, SP2) 각각의 동작 방식은 도 10에 전술한 동작 방식과 기본적으로 동일하다.
도 11을 참조하면, 압전센서(10)는, 복수의 센싱픽셀(SP1, SP2)을 순차적으로 구동(P1 동안의 동작)시키기 위하여, 복수의 센싱픽셀(SP1, SP2)로 센싱제어신호들(CS1, CS2)을 순차적으로 공급받을 수 있다.
도 11을 참조하면, 복수의 센싱픽셀(SP1, SP2)을 순차적으로 센싱(P2 동안의 동작)시키기 위하여, 복수의 센싱픽셀(SP1, SP2) 각각의 제2 노드(N2)를 센싱라인(SL)에 순차적으로 연결해줄 수 있다.
이를 위하여, 복수의 센싱픽셀(SP1, SP2) 각각의 제2 노드(N2) 중 하나를 선택하여 센싱라인(SL)에 연결해주는 선택회로(SW)를 포함할 수 있다.
선택회로(SW)는, 베젤영역(BA)에 배치될 수도 있고, 센싱픽셀영역(SPA)에 배치될 수도 있다.
선택회로(SW)는 하나 이상의 멀티플렉서를 포함할 수 있다. 또는, 선택회로(SW)는 복수의 센싱픽셀(SP1, SP2) 각각의 제2 노드(N2)에 연결된 트랜지스터들을 포함할 수도 있다.
아래에서는, 이상에서 설명한 본 발명의 실시예들에 따른 압전센서(10) 및 이를 포함하는 표시장치의 주요 특징들을 간략하게 다시 설명한다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 압전센서(10)의 센싱패널(200)에서, 압전 물질층(340)의 위치 별 두께에 관한 특징을 나타낸 도면이다.
도 12을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 압전센서(10)의 센싱패널(200)은, 하부 기판(320)과, 하부 기판(320) 상에 배치된 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)와, 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)를 덮으면서 배치되는 하부 전극(330)과, 하부 전극(330) 상에 배치되는 압전 물질층(340)과, 압전 물질층(340) 상에 배치되는 상부 전극(350) 등을 포함할 수 있다.
압전 물질층(340)이 스트레처블 한 물질(신축성 있는 물질)을 포함하고, 하부 전극(330)에 홀(330_H)이 형성되고, 상부 전극(350)에 홀(350_H)이 형성되기 때문에, 압전센서(10)는 수축되거나 신장될 수 있다.
압전센서(10)가 수축되거나 신장되면, 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)가 배치된 영역(A1)에서 압전 물질층(340)의 제1 두께(T2)는 가변 되지 않거나 가변 되더라도 가변 정도가 미미할 수 있다.
압전센서(10)가 수축되거나 신장되면, 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)가 미 배치된 영역(A2)에서 압전 물질층(340)의 두께(T2)는 가변 될 수 있다.
압전센서(10)가 수축되거나 신장되면, 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)가 배치된 영역(A1)에서 압전 물질층(340)의 제1 두께(T2)의 변화량보다, 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)가 미 배치된 영역(A2)에서 압전 물질층(340)의 두께(T2)의 변화량이 더욱 클 수 있다.
전술한 바와 같이, 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)가 미 배치된 영역(A2)에서 압전 물질층(340)의 두께(T2)는, 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)가 배치된 영역(A1)에서 압전 물질층(340)의 제1 두께(T2)보다 더 두껍기 때문에, 압전 물질층(340)의 신축성을 고려할 때, 압전센서(10)은 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)가 미 배치된 영역(A2)에서 큰 신축성을 보일 수 있다.
또한, 압전센서(10)의 센싱패널(200)에서, 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)가 미 배치된 영역(A2)의 총 면적은, 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)가 배치된 다수의 영역(A1)의 총 면적보다 더 클 수 있다. 이에 따라, 압전센서(10)는 전체적으로 높은 신축성을 가질 수 있다. 따라서, 압전센서(10)를 포함하는 표시장치 또한 높은 신축성을 가질 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 압전센서(10)의 센싱패널(200)에서, 상부 전극(350) 및 하부 전극(330)의 위치 별 홀 형성 유무에 관한 특징을 나타낸 도면이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 압전센서(10)의 센싱패널(200)은, 하부 기판(320)과, 하부 기판(320) 상에 배치된 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)와, 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)를 덮으면서 배치되는 하부 전극(330)과, 하부 전극(330) 상에 배치되는 압전 물질층(340)과, 압전 물질층(340) 상에 배치되는 상부 전극(350) 등을 포함할 수 있다.
압전 물질층(340)이 스트레처블 한 물질(신축성 있는 물질)을 포함하고, 하부 전극(330)에 홀(330_H)이 형성되고, 상부 전극(350)에 홀(350_H)이 형성되기 때문에, 압전센서(10)는 수축되거나 신장될 수 있다.
이에 더하여, 하부 전극(330) 및/또는 상부 전극(350)의 홀 구조로 인해, 압전센서(10)는 더욱더 잘 수축되거나 신장될 수 있다.
다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)가 배치된 영역(A1)에서, 하부 전극(330)에는 적어도 하나의 홀(330_H)이 형성되지 않고, 상부 전극(350)에도 적어도 하나의 홀(350_H)이 형성되지 않는다.
다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)가 미 배치된 영역(A2)에서, 하부 전극(330)에는 적어도 하나의 홀(330_H)이 형성되거나, 상부 전극(350)에는 적어도 하나의 홀(350_H)이 형성될 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 압전센서(10)의 센싱패널(200)에서, 초음파 신호의 위치 별 파장에 관한 특징을 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 압전센서(10)의 센싱패널(200)은, 하부 기판(320)과, 하부 기판(320) 상에 배치된 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)와, 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)를 덮으면서 배치되는 하부 전극(330)과, 하부 전극(330) 상에 배치되는 압전 물질층(340)과, 압전 물질층(340) 상에 배치되는 상부 전극(350) 등을 포함할 수 있다.
다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)가 배치된 영역(A1)에서 발생되는 초음파의 파장(λ1)과, 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)가 미 배치된 영역(A2)에서 발생되는 초음파의 파장(λ2)은 서로 다를 수 있다.
다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)가 미 배치된 영역(A2)에서 압전 물질층(340)의 두께(T2)는, 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)가 배치된 영역(A1)에서 압전 물질층(340)의 제1 두께(T2)보다 더 두껍다.
초음파의 파장은 압전 물질층(340)의 두께에 비례할 수 있다.
따라서, 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)가 미 배치된 영역(A2)에서 발생되는 초음파의 파장(λ2)은 다수의 센싱 트랜지스터(SEN_TR)가 배치된 영역(A1)에서 발생되는 초음파의 파장(λ1)보다 상대적으로 장파장일 수 있다.
통상적으로 볼 때, 초음파의 파장이 길수록, 초음파의 회절이 잘 일어날 수 있다. 초음파의 파장이 짧을수록, 초음파의 회절이 잘 일어나지 않는다.
이에 따라, 압전센서(10)에서 발생된 초음파의 파장의 장단에 따라, 짧은 파장의 초음파가 신체(예: 손가락, 손바닥, 손목 등)의 표피에서 반사될 수도 있고, 신체의 내부에서 반사될 수도 있다.
따라서, 압전센서(10)에서 발생된 초음파의 파장이 균일하지 않고 다양해짐에 따라, 압전센서(10)는 더욱더 다양한 생체 정보(예: 지문, 손금, 혈관 모양 등)을 검출할 수 있다. 이에 따라, 표시장치는 다양한 생체 정보를 활용하는 다양한 응용 기능을 제공할 수 있다.
또한, 압전센서(10)에서 발생된 초음파의 파장이 다양해짐에 따라, 압전센서(10)는 생체 정보를 더욱 정확하고 세밀하게 얻을 수 있다. 예를 들어, 지문이 없거나 약한 경우, 압전센서(10)는 장파장의 초음파를 이용함으로써, 단파장의 초음파로서는 검출할 수 없었던 지문을 정확하고 세밀하게 얻을 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 표시장치에서 센싱영역(SA)의 예시이다. 도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 표시장치에서 센싱영역(SA)의 다른 예시이다. 도 15 및 도 16은 표시장치의 평면도(Top View)와 2가지 측면도(Side View 1, 2)를 나타낸 도면들이다.
도 15를 참조하면, 표시장치는, 압전센서(10)를 이용하여, 표시패널(20)의 일부 영역(SA1)에 접촉하거나 근접해 있는 사용자의 신체에 대하여, 생체 정보를 검출할 수 있다. 이 경우, 압전센서(10)는 표시패널(20)의 일부 영역(SA1)과 대응되도록, 표시패널(20)의 하부에 배치될 수 있다.
도 16을 참조하면, 표시장치는, 압전센서(10)를 이용하여, 표시패널(20)의 이미지 표시 영역의 전 영역(SA2) 중 임의의 위치에 접촉하거나 근접해 있는 사용자의 신체에 대하여, 생체 정보를 검출할 수 있다. 이 경우, 압전센서(10)는 표시패널(20)의 이미지 표시 영역의 전 영역(SA2)과 대응되도록, 표시패널(20)의 하부에 배치될 수 있다.
압전센서(10)가 도 16과 같이 배치되더라도, 표시패널(20)의 이미지 표시 영역의 전 영역(SA2) 중 일부 영역에 대해서만 생체 정보를 검출할 수도 있다.
즉, 압전센서(10)은 센싱패널(200)에 배치된 다수의 센싱픽셀(SP)을 모두 구동하고 센싱할 수도 있지만, 센싱패널(200)에 배치된 다수의 센싱픽셀(SP) 중 일부만을 구동하고 센싱할 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예들은 다양한 파장을 갖는 초음파의 발생을 가능하게 구조를 가짐으로써, 생체 정보를 더욱더 정확하고 세밀하게 검출할 수 있는 압전센서(10)를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 생체 정보를 더욱더 정확하고 세밀하게 검출할 수 있는 압전센서(10)를 활용하여, 높은 보안성을 요구하는 응용 기능을 정확하게 수행할 수 있는 표시장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 다양한 파장을 갖는 초음파의 발생을 가능하게 구조를 가짐으로써, 더욱더 다양한 생체 정보를 정확하고 세밀하게 검출할 수 있는 압전센서(10)를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 더욱더 다양한 생체 정보를 정확하고 세밀하게 검출할 수 있는 압전센서(10)를 활용하여, 다양한 응용 기능을 정확하게 수행할 수 있는 표시장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 신축성 있는 구조를 갖는 스트레처블 압전센서(10)를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 신축성 있는 구조를 갖는 스트레처블 압전센서(10)를 포함하는 스트레처블 표시장치를 제공할 수 있다.
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.
10: 압전센서 20: 표시패널
200: 센싱패널 210: 센싱회로
310: 하부 코팅층 320: 하부 기판
330: 하부 전극 330_SE: 하부 센서 전극부
330_ME: 하부 메쉬 전극부 330_CL: 하부 연결 라인부
330_H: 홀 340: 압전 물질층
350: 상부 전극 350_SE: 상부 센서 전극부
350_ME: 상부 메쉬 전극부 350_CL: 다수의 상부 연결 라인부
350_H: 홀 360: 상부 코팅층

Claims (23)

  1. 압전센서에 있어서,
    하부 기판;
    상기 하부 기판 상에 배치된 다수의 센싱 트랜지스터;
    상기 다수의 센싱 트랜지스터를 덮으면서 배치되는 하부 전극;
    상기 하부 전극 상에 배치되는 압전 물질층; 및
    상기 압전 물질층 상에 배치되는 상부 전극을 포함하고,
    상기 압전 물질층은, 상기 다수의 센싱 트랜지스터가 배치된 다수의 제1 영역에서 제1 두께를 갖고, 상기 다수의 센싱 트랜지스터가 미 배치된 제2 영역에서 상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께를 갖는 압전센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압전센서가 수축되거나 신장되면, 상기 압전 물질층의 제2 두께는 가변 되는 압전센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 압전센서가 신장되면, 상기 압전 물질층의 제2 두께는 얇아지고, 상기 압전센서가 수축되면, 상기 압전 물질층의 제2 두께는 두꺼워지고,
    상기 압전센서가 수축되거나 신장될 때, 상기 압전 물질층의 제2 두께의 변화량은 상기 압전 물질층의 제1 두께의 변화량보다 큰 압전센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 제1 영역 중 적어도 하나에서 발생되는 초음파는 제1 파장을 갖고, 상기 제2 영역에서 발생되는 초음파는 상기 제1 파장과 다른 제2 파장을 갖고,
    상기 제2 영역에서 상기 압전 물질층의 제2 두께가 상기 다수의 제1 영역에서 상기 압전 물질층의 제1 두께보다 두꺼운 경우,
    상기 제2 영역에서 발생되는 초음파의 상기 제2 파장은 상기 다수의 제1 영역 중 적어도 하나에서 발생되는 초음파의 상기 제1 파장보다 긴 압전센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 압전센서의 수축 또는 신장에 따라, 상기 제2 영역에서 발생되는 초음파의 상기 제2 파장은 가변 되는 압전센서.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 압전센서가 신장되면, 상기 제2 영역에서 발생되는 초음파의 상기 제2 파장은 짧아지고,
    상기 압전센서가 수축되면, 상기 제2 영역에서 발생되는 초음파의 상기 제2 파장은 길어지는 압전센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 압전 물질층은 신축성 있는 물질을 포함하고,
    상기 하부 기판의 아래에 배치되며 신축성 있는 물질을 포함하는 하부 코팅층과,
    상기 상부 전극을 덮으면서 배치되며 신축성 있는 물질을 포함하는 상부 코팅층을 더 포함하는 압전센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 센싱 트랜지스터가 미 배치된 상기 제2 영역에서, 상기 하부 전극 또는 상기 상부 전극에는 적어도 하나의 홀이 형성되어 있는 압전센서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 다수의 센싱 트랜지스터가 미 배치된 상기 제2 영역에서, 상기 하부 전극 및 상기 상부 전극에 적어도 하나의 홀이 형성되어 있고,
    상기 상부 전극에 형성된 적어도 하나의 홀과 상기 하부 전극에 형성된 적어도 하나의 홀은 위치가 서로 대응되는 압전센서.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 압전 물질층의 일부분이 상기 하부 전극에 형성된 적어도 하나의 홀 안으로 개재되어 있는 압전센서.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 상부 전극은,
    상기 다수의 센싱 트랜지스터가 배치된 상기 다수의 제1 영역에 배치되고, 상기 다수의 센싱 트랜지스터 각각의 상부에 위치하는 다수의 상부 센서 전극부;
    상기 다수의 센싱 트랜지스터가 미 배치된 상기 제2 영역에 배치되고, 다수의 홀이 형성된 다수의 상부 메쉬 전극부; 및
    상기 다수의 센싱 트랜지스터가 미 배치된 상기 제2 영역에 배치되고, 상기 다수의 상부 메쉬 전극부를 전기적으로 연결해주는 다수의 상부 연결 라인부를 포함하고,
    상기 하부 전극은,
    상기 다수의 센싱 트랜지스터가 배치된 상기 다수의 제1 영역에 배치되고, 상기 다수의 센싱 트랜지스터 각각의 하부에 위치하는 다수의 하부 센서 전극부;
    상기 다수의 센싱 트랜지스터가 미 배치된 상기 제2 영역에 배치되고, 다수의 홀이 형성된 다수의 하부 메쉬 전극부; 및
    상기 다수의 센싱 트랜지스터가 미 배치된 상기 제2 영역에 배치되고, 상기 다수의 하부 센서 전극부를 전기적으로 연결해주는 다수의 하부 연결 라인부를 포함하는 압전센서.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 상부 전극 또는 상기 하부 전극에 전압 레벨이 가변 되는 구동 신호가 인가되면, 상기 압전 물질층에서 초음파가 발생되고,
    상기 압전 물질층에서 발생된 상기 초음파가 주변에 반사되어 상기 압전센서로 유입되면,
    상기 유입된 초음파에 의해, 상기 압전 물질층의 상태가 변화하여, 상기 하부 전극 또는 상기 상부 전극의 전기적인 상태가 변화하고,
    상기 하부 전극 또는 상기 상부 전극의 전기적인 상태 변화에 따라, 상기 다수의 센싱 트랜지스터 중 적어도 하나는 온-오프가 반복되어 전기적인 신호를 센싱 라인으로 출력하는 압전센서.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 상부 전극 또는 상기 하부 전극을 구동하고, 상기 센싱 라인을 통해 전기적인 신호를 검출하여, 검출된 전기적인 신호를 토대로 생체 정보를 검출하는 센싱회로를 더 포함하는 압전센서.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 센싱 트랜지스터가 미 배치된 상기 제2 영역의 총 면적은, 상기 다수의 센싱 트랜지스터가 배치된 상기 다수의 제1 영역의 총 면적보다 더 큰 압전센서.
  15. 표시패널; 및
    하부 기판과, 상기 하부 기판 상에 배치된 다수의 센싱 트랜지스터와, 상기 다수의 센싱 트랜지스터를 덮으면서 배치되는 하부 전극과, 상기 하부 전극 상에 배치되는 압전 물질층과, 상기 압전 물질층 상에 배치되는 상부 전극을 포함하는 압전센서를 포함하고,
    상기 압전 물질층은, 상기 다수의 센싱 트랜지스터가 배치된 다수의 제1 영역에서 제1 두께를 갖고, 상기 다수의 센싱 트랜지스터가 미 배치된 제2 영역에서 상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께를 갖는 표시장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 압전센서가 수축되거나 신장되면, 상기 압전 물질층의 제2 두께는 가변 되는 표시장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 다수의 제1 영역 중 적어도 하나에서 발생되는 초음파는 제1 파장을 갖고, 상기 제2 영역에서 발생되는 초음파는 상기 제1 파장과 다른 제2 파장을 갖고,
    상기 제2 영역에서 상기 압전 물질층의 제2 두께가 상기 다수의 제1 영역에서 상기 압전 물질층의 제1 두께보다 두꺼운 경우,
    상기 제2 영역에서 발생되는 초음파의 상기 제2 파장은 상기 다수의 제1 영역 중 적어도 하나에서 발생되는 초음파의 상기 제1 파장보다 긴 표시장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 압전센서의 수축 또는 신장에 따라, 상기 제2 영역에서 발생되는 초음파의 상기 제2 파장은 가변 되는 표시장치.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 상부 전극 또는 상기 하부 전극을 구동하고, 상기 다수의 센싱 트랜지스터 중 적어도 하나와 연결된 센싱 라인을 통해 전기적인 신호를 검출하여, 검출된 전기적인 신호를 토대로 생체 정보를 검출하는 센싱회로를 더 포함하는 표시장치.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 표시패널은 스트레처블 한 기판을 포함하고, 상기 압전 물질층은 스트레처블 한 표시장치.
  21. 압전센서에 있어서,
    하부 기판;
    상기 하부 기판 상에 배치된 다수의 센싱 트랜지스터;
    상기 다수의 센싱 트랜지스터를 덮으면서 배치되는 하부 전극;
    상기 하부 전극 상에 배치되는 압전 물질층; 및
    상기 압전 물질층 상에 배치되는 상부 전극을 포함하고,
    상기 압전센서가 수축되거나 신장되면, 상기 다수의 센싱 트랜지스터가 미 배치된 영역에서 상기 압전 물질층의 두께가 가변 되는 압전센서.
  22. 압전센서에 있어서,
    하부 기판;
    상기 하부 기판 상에 배치된 다수의 센싱 트랜지스터;
    상기 다수의 센싱 트랜지스터를 덮으면서 배치되는 하부 전극;
    상기 하부 전극 상에 배치되는 압전 물질층; 및
    상기 압전 물질층 상에 배치되는 상부 전극을 포함하고,
    상기 다수의 센싱 트랜지스터가 미 배치된 영역에서, 상기 하부 전극 또는 상기 상부 전극에는 적어도 하나의 홀이 형성되어 있는 압전센서.
  23. 압전센서에 있어서,
    하부 기판;
    상기 하부 기판 상에 배치된 다수의 센싱 트랜지스터;
    상기 다수의 센싱 트랜지스터를 덮으면서 배치되는 하부 전극;
    상기 하부 전극 상에 배치되는 압전 물질층; 및
    상기 압전 물질층 상에 배치되는 상부 전극을 포함하고,
    상기 트랜지스터가 배치된 영역에서 발생되는 초음파의 파장과, 상기 트랜지스터가 미 배치된 영역에서 발생되는 초음파의 파장은, 서로 다른 압전센서.
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