KR20210000058A - 센서를 포함하는 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예들은, 표시패널, 표시패널의 배면에 배치되는 센서를 포함하되, 표시패널과 센서가 중첩되는 영역 중 제1영역에서 제1초음파신호가 출력되고, 제2영역에서 제1초음파신호와 주파수가 다른 제2초음파신호가 출력되는 표시장치를 제공할 수 있어 베젤영역의 면적을 줄일 수 있다.

Description

센서를 포함하는 표시장치{DISPLAY DEVICE INCLUDING SENSOR}
본 발명의 실시예들은 센서를 포함하는 표시장치에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 영상을 표시하기 위한 표시장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있다. 표시장치로는 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display), 유기발광 표시장치(OLED: Organic Light Emitting Display), 및 퀀텀닷발광표시장치(QLED: Quantum dot Light Emitting Display) 등 여러 가지 표시장치가 활용 되고 있다.
표시장치는 스마트폰(smart phone), 태블릿(tablet), 노트북 컴퓨터(notebook computer), 모니터(monitor), TV 등 다양한 전자 장치에 적용되고 있다. 특히, 최근에는 이동통신 기술의 발달로 인해 스마트폰, 태블릿, 노트북 컴퓨터과 같은 다양한 어플리케이션이 구동되는 전자 장치의 사용이 크게 늘어났다. 전자 장치는 어플리케이션을 구동하기 위해서 다양한 센서들을 포함하고 있고, 센서들에서 센싱된 정보는 어플리케이션을 구동하는데 사용한다.
특히, 표시장치는 영상이 표시되는 디스플레이 영역을 보다 넓힐 수 있는 내로우베젤이 각광받고 있다. 하지만, 베젤영역에 센서들이 배치되면, 베젤영역의 면적이 작게 구현되는데 한계가 있다.
본 발명의 실시예들은 다양한 센싱동작을 수행하는 센서를 포함하는 표시장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 내로우베젤을 구현할 수 있는 센서를 포함하는 표시장치를 제공할 수 있다.
일 측면에서, 본 발명의 실시예들은 표시패널, 표시패널의 배면에 배치되는 센서를 포함하되, 표시패널과 센서가 중첩되는 영역 중 제1영역에서 제1초음파신호가 출력되고 제2영역에서 제1초음파신호와 주파수가 다른 제2초음파신호가 출력되는 표시장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 다양한 센싱을 수행하는 센서를 포함하는 표시장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 내로우베젤을 구현할 수 있는 센서를 포함하는 표시장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 센서를 포함하는 표시장치의 일 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 표시패널과 센서를 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 표시장치의 표시패널과 표시패널을 구동하는 디스플레이구동회로를 나타내는 구조도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 픽셀의 회로도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 센서의 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 센서의 A-A'의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 센서의 제조과정을 나타내는 개념도이다.
도 8a는 압전물질층의 두께, 면적과 압전물질층에서 생성된 신호와의 관계를 설명하는 도면이다.
도 8b는 압물질층 상에 배치된 전극의 폭과 압전물질층에서 생성된 신호와의 관계를 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 센서픽셀을 나타내는 구조도이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 센서픽셀들의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 박막 트랜지스터 어레이를 나타내는 평면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 센서 픽셀을 나타내는 회로도이다.
도 13은 도 12에 도시된 센서 픽셀의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
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 센서를 포함하는 표시장치의 일 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 표시장치(100)는 표시패널(110), 표시패널(110)의 배면에 배치되는 센서(120)를 포함할 수 있다. 표시패널(110)과 센서(120)는 표시패널(110)을 보호하는 하우징(130) 내에 배치될 수 있다. 또한, 표시패널(110)의 전면에 커버글래스(140)가 배치될 수 있다.
표시패널(110)은 영상을 표시할 수 있다. 또한, 표시패널(110)의 상부에 손가락 등의 사용자의 신체 등의 사물이 배치되면, 센서(120)에서 사물을 감지할 수 있다. 센서(120)는 지문인식센서와 근접센서를 포함할 수 있다. 하지만, 센서(120)에 포함되는 센서의 종류는 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 하나의 센서(120)는 다양한 센싱처리를 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 표시패널과 센서를 나타내는 평면도이다.
도 2를 참조하면, 표시패널(110)의 배면에 배치되어 있는 센서(120)는 점선으로 표시하였다. 센서(120)는 표시패널(110)의 배면에 배치되어 있어, 표시패널(110)과 센서(120)는 서로 중첩되게 배치될 수 있다. 표시패널(110)은 영상을 표시하는 디스플레이영역(110a)과 표시패널(110)에 신호 및/또는 전압을 공급하는 배선이 배치되는 베젤영역(110b)을 포함할 수 있다.
센서(120)는 디스플레이영역(110a)에 중첩되도록 배치될 수 있다. 센서(120)가 디스플레이영역(110a)에 배치되게 함으로써, 베젤영역(110b)의 면적을 줄일 수 있어 표시장치(100)에 내로우베젤을 적용하는 것이 보다 용이할 수 있다.
표시패널(110)과 센서(120)가 중첩되는 영역 중 제1영역(120a)에서 제1초음파신호가 출력되고, 제2영역(120b)에서 제1초음파신호와 주파수가 다른 제2초음파신호가 출력될 수 있다. 여기서, 제1영역(120a)에서 출력되는 신호와 제2영역(120b)에서 출력되는 신호는 초음파신호에 한정되는 것은 아니다.
제1영역(120a)과 제2영역(120b)의 면적은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제1영역(120a)의 면적은 제2영역(120b)의 면적 보다 더 클 수 있다. 센서(120)의 제1영역(120a)은 지문을 인식하는 지문센서의 역할을 수행하고, 센서(120)의 제2영역(120b)은 물체의 근접여부를 인식하는 근접센서의 역할을 수행할 수 있다.
센서(120)는 사각형 형상을 가지고 있는 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 원형, 타원형 등의 다양한 형상을 가질 수 있다. 또한, 센서(120)가 디스플레이영역(110a)의 일부에 중첩되게 배치되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 센서의 크기는 디스플레이영역(110a)의 크기 전체에 대응할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 표시장치의 표시패널과 표시패널을 구동하는 디스플레이구동회로를 나타내는 구조도이다.
도 3을 참조하면, 표시장치(100)는 발광소자들이 포함된 디스플레이 픽셀(101)을 포함하는 표시패널(110) 및 표시패널(110)을 구동하기 위한 구동회로(300)를 포함할 수 있다.
표시패널(110)은 영상을 표시힐 수 있다. 표시패널(110)은 복수의 데이터라인(DL1,…,DLm)과 복수의 게이트라인(GL1,…, GLn)을 포함할 수 있다. 표시패널(110)은 복수의 데이터라인(DL1,…,DLm)과 복수의 게이트라인(GL1,…,GLn)에 연결되는 복수의 디스플레이 픽셀(101)을 포함할 수 있다. 하지만, 표시패널(110)에 배치되는 라인들은 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 복수의 디스플레이 픽셀(101)에 포함되어 있는 발광소자들은 적색, 녹색, 청색, 백색의 빛 중 어느 하나를 방출할 수 있다. 하지만, 발광소자들에서 방출하는 빛의 색은 이에 한정되는 것은 아니다.
디스플레이구동회로(300)는 데이터신호를 공급하는 데이터드라이버(320)와, 게이트신호를 공급하는 게이트드라이버(330)와, 디스플레이 픽셀들(101)의 동작을 제어하는 컨트롤러(340)를 포함할 수 있다. 하지만, 디스플레이구동회로(300)에 포함되는 소자들은 이에 한정되는 것은 아니다.
표시패널(110)은 게이트신호에 의해 데이터신호를 전달받을 수 있다. 데이터신호는 데이터라인(DL1,…,DLm)에 계조에 대응하는 전압레벨을 갖는 데이터전압(Vdata)으로 전달될 수 있다. 또한, 디스플레이 픽셀(101)은 게이트신호에 의해 데이터전압(Vdata)을 전달받을 수 있다. 여기서, 디스플레이구동회로(300)에 포함된 데이터드라이버(320)와 게이트드라이버(330)는 각각 한 개인 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 디스플레이구동회로(300)는 표시패널(110)의 해상도와 크기에 대응하여 복수 개의 데이터드라이버를 포함할 수 있다. 또한, 표시패널(110)의 좌우에 게이트드라이버가 배치될 수 있다. 게이트드라이버(330)는 표시패널(110)이 형성될 때, 같이 형성될 수 있다. 데이터드라이버(320)와 게이트드라이버(330)는 집적회로 일 수 있다.
컨트롤러(340)는 게이트드라이버(330)와 데이터드라이버(320)를 제어할 수 있다. 컨트롤러(340)의 제어에 의해 데이터드라이버(320)에서 데이터신호를 출력하고 게이트드라이버(330)에서 게이트신호를 출력할 수 있다. 컨트롤러(340)는 영상신호를 데이터드라이버(320)로 전달할 수 있고, 데이터드라이버(320)는 컨트롤러(340)의 제어에 의해 전달받은 영상신호를 데이터신호로 변환하여 표시패널(110)로 출력할 수 있다. 게이트드라이버(330)에서 출력되는 게이트신호는 표시패널(110)로 출력될 수 있다. 컨트롤러(340)는 타이밍컨트롤러일 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 픽셀의 회로도이다.
도 4를 참조하면, 디스플레이 픽셀(101)은 제1픽셀구동전압(EVDD)과 데이터전압(Vdata)를 전달받아 데이터전압(Vdata)에 대응하는 구동전류(Id)를 생성하고 발광소자(LED)로 공급하는 제1트랜지스터(M1), 게이트신호에 대응하여 데이터전압(Vdata)을 제1트랜지스터(M1)로 전달하는 제2트랜지스터(M2) 및 제1트랜지스터(M1)로 전달된 데이터전압(Vdata)을 유지하는 캐패시터(Cst)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1트랜지스터(M1)는 구동 트랜지스터일 수 있다.
제1트랜지스터(M1)는 게이트전극이 제1노드(N1)와 연결될 수 있다. 또한, 제1트랜지스터(M1)는 제1전극이 제1픽셀구동전압(EVDD)을 전달하는 구동전원라인(VL)과 연결되고 제2전극이 제2노드(N2)에 연결될 수 있다.
제2트랜지스터(M2)는 게이트전극이 게이트라인(GL)과 연결될 수 있다. 또한, 제2트랜지스터(M2)는 제1전극이 데이터전압(Vdata)을 전달하는 데이터라인(DL)에 연결되고 제2전극이 제1노드(N1)에 연결될 수 있다. 또한, 캐패시터(Cst)는 제1노드(N1)와 제2노드(N2) 사이에 배치될 수 있다.
발광소자(LED)는 애노드전극, 캐소드전극 및 애노드전극과 캐소드전극 사이에 배치되는 발광층을 포함할 수 있다. 애노드 전극은 제2노드(N2)에 연결되고 캐소드전극은 제2픽셀구동전압(EVSS)에 연결될 수 있다. 제2픽셀구동전압(EVSS)의 전압레벨은 제1픽셀구동전압(EVDD)의 전압레벨 보다 낮을 수 있다. 제2픽셀구동전압(EVSS)은 접지일 수 있다. 발광소자(LED)의 발광층은 유기막 또는 무기막을 포함할 수 있다.
그리고, 상기와 같이 구성된 디스플레이 픽셀(101)은 게이트라인(GL)을 통해 전달되는 게이트신호가 제2트랜지스터(M2)의 게이트전극에 전달되면, 데이터전압(Vdata)은 제1노드(N1)에 전달될 수 있다. 그리고, 제1노드(N1)에 데이터전압(Vdata)이 전달되면, 제1트랜지스터(M1)는 데이터전압(Vdata)에 대응하는 구동전류(Ida)를 제2노드(N2)에 공급하여 발광소자(LED)에 구동전류(Ida)가 흐르게 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 센서의 실시예를 나타내는 평면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 센서의 A-A'의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 센서(120)는 기판(121) 상에 배치되는 박막트랜지스터 어레이(122)를 포함할 수 있다. 센서(120)는 박막트랜지스터 어레이(122) 상부에 배치되는 압전물질층(123)과 압전물질층(123) 상에 배치되는 복수의 공통전극라인(124)을 포함할 수 있다.
기판(121)은 두 개의 층(121a,121b)을 포함할 수 있고, 하나의 층(121a)은 PET(Polyethylene terephthalate)를 포함하고 다른 하나의 층(121b)은 PI(polyamide)를 포함할 수 있다. 하지만, 기판(121)의 재질은 이에 한정되는 것은 아니다.
박막트랜지스터 어레이(122)는 센서영역(511)과 센서영역(511)의 주위에 배치되는 스캔회로(512), 구동제어회로(513), 센싱제어회로(514)를 포함할 수 있다. 박막트랜지스터 어레이(122) 상에 스캔회로(512), 구동제어회로(513), 센싱제어회로(514)가 배치되어 있는 영역은 주변영역이라고 칭할 수 있다. 또한, 스캔회로(512), 구동제어회로(513), 센싱제어회로(514)는 센서구동회로일 수 있다. 또한, 센서구동회로는 외부에서 제어신호를 전달받아 동작할 수 있다.
센서영역(511)에 복수의 센서픽셀이 배치될 수 있다. 또한, 센서영역(511)은 제1영역(120a)과 제2영역(120b)으로 구분될 수 있다. 압전물질층(123)은 제1영역(120a)에 배치되는 제1압전물질층(123a)과 제2영역(120b)에 배치되는 제2압전물질층(123b)을 포함할 수 있다. 제1압전물질층(123a)의 두께(d1)와 제2압전물질층(123b)의 두께(d2)는 서로 다를 수 있다. 예를 들면, 제1압전물질층(123a)의 두께(d1)가 제2압전물질층(123b)의 두께(d2) 보다 더 두꺼울 수 있다. 또한, 제1압전물질층(123a)과 제2압전물질층(123b)은 서로 다른 재질을 포함할 수 있다.
그리고, 압전물질층(123) 상에 배치되는 복수의 공통전극라인(124)은 센서영역(511)에 대응하여 배치될 수 있다. 또한, 각각의 공통전극라인(124)은 센서영역(511)의 제1영역(120a)과 제2영역(120b)에 배치될 수 있다. 주변영역에 배치되어 있는 스캔회로(512), 구동제어회로(513), 센싱제어회로(514)는 센서영역(511)에 배치되어 있는 복수의 센서픽셀들에 신호 및/또는 전압을 공급할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 센서의 제조과정을 나타내는 개념도이다.
도 7을 참조하면, (a)에 나타나 있는 것과 같이 기판(121) 상에 배치되는 박막트랜지스터 어레이(122)에 복수의 센서 픽셀을 포함하는 센서영역(511), 스캔회로(512), 구동제어회로(513), 센싱제어회로(514)가 배치될 수 있다. 스캔회로(512), 구동제어회로(513), 센싱제어회로(514)는 센서영역(511)에 복수의 센서 픽셀이 형성될 때 같이 형성될 수 있다. 센서영역(511)은 제1영역(120a)과 제2영역(120b)으로 구분될 수있다. 박막트랜지스터 어레이(122)는 복수의 레이어를 포함할 수 있고, 각 레이어에 배치되는 도전막과 절연막에 의해 센서픽셀에 포함되는 박막트랜지스터와 센서픽셀전극이 형성될 수 있다.
그리고, (b)에 나타나 있는 것과 같이 제1영역(120a)에 제1압전물질층(123a)이 배치될 수 있다. 또한, (c)에 나타나 있는 것과 같이 제2영역(120b)에 제2압전물질층(123b)이 배치될 수 있다. 제1영역(120a)에 배치되어 있는 제1압전물질층(123a)의 두께(d1)는 제2영역(120b)에 배치되어 있는 제2압전물질층(123b)의 두께(d2)보다 더 두꺼울 수 있다. 그리고, (d)에 도시되어 있는 것과 같이 제1압전물질층(123a)과 제2압전물질층(123b)의 상부에 복수의 공통전극라인(124)이 배치될 수 있다. 각각의 공통전극라인(124)은 제1영역(120a)과 제2영역(120b)에 모두 배치될 수 있다.
제1영역(120a)과 제2영역(120b)에 각각 배치되어 있는 제1압전물질층(123a)과 제2압전물질층(123b)의 두께 차로 인해 각각의 공통전극라인(124)은 제1영역(120a)과 제2영역(120b)의 경계에서 단차가 발생할 수 있다. 또한, 각각의 공통전극라인(124)은 제1영역(120a)에서의 폭(wd1)과 제2영역(120b)에서의 폭(wd2)이 다를 수 있다.
그리고, 도 8a에 도시되어 있는 것과 같이 압전물질층(123)에 소정의 주파수를 갖는 교류전압(AC)이 인가된 상태에서 압전물질층(123)의 두께, 면적과 압전물질층(123)에서 발생되는 주파수 신호의 주파수와 관계는 하기의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
즉, 주파수는 압전물질층(123)의 반지름(a)에 비례하고 두께(d)에 반비례하는 것을 알 수 있다. 따라서, 제1압전물질층(123a)과 제2압전물질층(123b)의 두께는 센서(120)의 설계시에 설정된 주파수와 제1영역(120a)과 제2영역(120b)의 면적에 따라 다르게 설계할 수 있다.
또한, 도 8b에 도시되어 있는 것과 같이, 제1영역(120a)에서 공통전극라인(124a)의 폭(wd1)과 제2영역(120b)에서 공통전극라인(124b)의 폭(wd2)은 다를 수 있다.
공통전극라인(124)의 폭과 압전물질층(123)에서 발생되는 주파수 신호의 주파수와의 관계는 하기의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00002
여기서, Wd는 공통전극라인의 폭을 의미하고, Vs는 전달되는 신호의 전파속도를 의미한다.
따라서, 수학식 1과 수학식 2에 대응하여 제1영역(120a)과 제2영역(120b)에서의 압전물질층(123a, 123b)의 두께와 공통전극라인(124a,124b)의 폭을 결정할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 센서 픽셀을 나타내는 구조도이다.
도 9를 참조하면, 센서픽셀(900)은 센서픽셀전극(SE), 제1기간(Ts1)에서 소정의 주파수를 갖는 구동신호(ds)를 센서픽셀전극(SE)으로 출력하는 송신회로(901) 및 제2기간(Ts2)에서 구동신호(ds)에 대응하는 제1초음파신호 또는 제2초음파신호가 반사된 초음파신호에 의해 생성된 센싱신호를 센서픽셀전극(SE)으로부터 수신하는 수신회로(902)를 포함할 수 있다.
또한, 센서픽셀전극(SE)과 공통전극(CE) 사이에 압전물질층(123)이 배치될 수 있다. 압전물질층(123)은 제1압전물질층(123a) 또는 제2압전물질층(123b)일 수 있다. 그리고, 송신회로(901)와 수신회로(902)는 센서픽셀전극(SE)에 연결될 수 있다. 또한, 공통전극(CE)에는 정전압인 바이어스전압(GB)가 전달될 수 있다. 공통전극(CE)은 공통전극라인(124)의 일부일 수 있다.
제1기간(Ts1)에서 송신회로(901)로 제1스캔신호(scan1)가 전달되고, 제2기간(Ts2)에서 수신회로(902)로 제2스캔신호(scan2)가 전달될 수 있다. 송신회로(901)는 제1스캔신호(scan1)를 전달받으면 동작을 수행하고, 수신회로(902)는 제2스캔신호(scan2)를 전달받으면 동작을 수행할 수 있다. 이로 인해, 제1기간(Ts1)에서 수신회로(902)가 동작하는 것을 방지하고 제2기간(Ts2)에서 송신회로(901)가 동작하는 것을 방지할 수 있다.
제1기간(Ts1)에서는 송신회로(901)가 동작하며 구동신호라인(DRL)에 소정의 주파수를 갖는 구동신호가 인가될 수 있다. 구동신호(ds)는 송신회로(901)를 통해 센서픽셀전극(SE)으로 전달될 수 있다. 공통전극(CE)에는 바이어스전압(GB)가 전달되고 있어, 압전물질층(123)은 구동신호(ds)에 대응하여 초음파신호를 출력할 수 있다. 하지만, 압전물질층(120)에서 출력되는 신호가 초음파에 한정되는 것은 아니다. 또한, 압전물질층(123)이 제1압전물질층(123a)이면 압전물질층(123)은 제1초음파신호를 출력하고, 압전물질층(123)이 제2압전물질층(123b)이면 압전물질층(123)은 제2초음파신호를 출력할 수 있다.
그리고, 제2기간(Ts2)에는 수신회로(902)가 동작하며 제1기간(Ts1)에서 출력된 초음파신호가 반사될 수 있다. 제1기간(Ts1)에서 제1초음파신호가 출력되면 제2기간(Ts2)에서는 제1초음파신호가 반사되고, 제1기간(Ts1)에서 제2초음파신호가 출력되면 제2기간(Ts2)에서는 제2초음파신호가 반사될 수 있다. 이때, 공통전극(CE)에는 바이어스전압(GB)가 인가되어 있고 제1초음파신호 또는 제2초음파신호가 반사되면, 압전물질층(123)은 반사된 신호를 전달받아 센싱신호를 생성할 수 있다.
또한, 수신회로(902)는 압전물질층(123)에서 생성한 센싱신호를 전달받아 리드아웃라인(ROL)으로 출력할 수 있다. 또한, 압전물질층(123)에서 생성한 센싱신호와 수신회로(902)에서 리드아웃라인(ROL)으로 전달하는 센싱신호는 제1센싱신호(ss1)와 제2센싱신호(ss2)로 구분될 수 있다. 또한, 제2센싱신호(ss2)는 제1센싱신호(ss1)가 증폭된 신호일 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 센서픽셀들의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 10을 참조하면, 센서(120)는 송신회로(901a, 901b)와 수신회로(902a, 902b)를 각각 구비하는 복수의 센서픽셀(900)을 포함할 수 있다. 그리고, 송신회로(901a, 901b)와 수신회로(902a, 902b)는 복수의 행(C1 내지 C4)과 열(R1 내지 R4)로 배치될 수 있다. 예를 들면, 제1열(R1)과 제3열(R3)에 송신회로(901a, 901b)들이 배치되고 제2열(R2)과 제4열(R4)에 수신회로(902a, 902b)들이 배치될 수 있다. 여기서, 센서(120)에 포함되어 있는 센서픽셀(900)들의 수는 8개인 것을 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1열(R1)에 배치되는 송신회로(901a)들이 초음파신호를 출력한 후 제1열(R1)과 인접한 제2열(R2)에 배치된 수신회로(902a)들이 제1열(R1)에 배치되는 송신회로(901a)들에서 출력한 초음파신호가 반사된 신호를 수신할 수 있다. 또한, 제2열(R2)에 배치된 수신회로(902a)들이 초음파신호가 반사된 신호를 수신할 때, 제3열(R3)에 배치되어 있는 송신회로들(901b)이 초음파신호를 출력할 수 있다. 또한, 제3열(R3)과 인접한 제4열(R4)에 배치된 수신회로(902b)들은 제3열(R3)에 배치되는 송신회로(901b)들에서 출력한 초음파신호가 반사된 신호를 수신할 수 있다.
제1열(R1)에 배치된 송신회로들(901a)은 제1기간(Ts1)에 동작하도록 제어되고 제2열(R2)에 배치된 수신회로(902a)들과 제3열(R3)에 배치된 송신회로(901b)들은 제2기간(Ts2)에 동작하도록 제어될 수 있다. 또한, 제4열(R4)에 배치된 수신회로(902b)들은 제3기간(Ts3)에 동작하도록 제어될 수 있다.
따라서, 제1열(R1)에 배치된 송신회로들(901a)에 의해 출력된 초음파신호가 반사되면 제2열(R2)에 배치된 수신회로들(902a)에서 반사된 초음파신호를 수신할 수 있고, 제3열(R3)에 배치된 송신회로들(901b)에 의해 출력된 초음파신호가 반사되면 제4열(R4)에 배치된 수신회로들(902b)에서 반사된 초음파신호를 수신할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 박막 트랜지스터 어레이를 나타내는 평면도이다.
도 11을 참조하면, 박막트랜지스터 어레이(122)는 복수의 센서픽셀(900)이 배치되는 센서영역(511)을 포함할 수 있다. 또한, 박막트랜지스터 어레이(122)에는 복수의 센서픽셀(900)에 스캔신호를 공급하는 스캔회로(512)와, 센서픽셀(900)에 구동신호를 공급하는 구동제어회로(513)와, 구동신호에 대응하여 복수의 센서픽셀(900)로부터 센싱신호를 전달받는 센싱제어회로(514)를 포함할 수 있다.
센서영역(511)에는 복수의 센서픽셀이 복수의 행과 열을 갖는 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 또한, 센서영역(511)에는 스캔회로(512)와 연결되는 복수의 스캔라인(SCL1,SCL2)과, 복수의 센서픽셀(900)로 구동신호를 전달하는 구동신호라인(DRL)과, 복수의 센서픽셀(900)로부터 센싱신호를 전달받는 리드아웃라인(ROL)이 배치될 수 있다. 또한, 센서영역(511)에는 복수의 센서픽셀(900)로 센서구동전압(VCC)을 공급하는 센서전원라인(VLs)와 일정한 정전압인 바이어스전압(GB)을 공급하는 바이어스전원라인(VLb) 배치될 수 있다.
복수의 스캔라인(SCL1,SCL2), 복수의 구동신호라인(DRL), 복수의 센서전원라인(VLs), 복수의 바이어스 전원라인(VLb) 및 복수의 리드아웃라인(ROL) 각각은 다양한 형태, 다양한 배치, 다양한 개수 등으로 배치될 수 있다.
구동신호라인(DRL)은 센서픽셀(900)의 행 방향으로 배치될 수 있다. 구동신호라인(DRL)은 1개의 센서 픽셀의 행 또는 2개 이상의 센서 픽셀의 행마다 1개씩 배치될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 구동신호라인(DRL)은 1 개의 센서 픽셀의 열 또는 2개 이상의 센서 픽셀의 열마다 1개씩 배치될 수 있다. 또한, 구동신호라인(DRL)은 센서영역(511)에서 메쉬 형태로 배치될 수도 있다. 또한, 구동신호라인(DRL)은 투명전극을 포함할 수 있다.
복수의 구동신호라인(DRL) 각각은 어느 한 시점에서 해당 센서 픽셀열에 속하는 모든 센서픽셀들로 구동신호(ds)를 동시에 공급할 수도 있다.
이와 다르게, 복수의 구동신호라인(DRL) 중 일부만이 어느 한 시점에서 해당 센서픽셀 열에 속하는 센서 픽셀들(900) 중 일부 센서 픽셀들로만 구동신호(ds)를 동시에 공급할 수도 있다. 이로 인해, 구동신호 공급에 따른 소비전력을 저감할 수 있는 이점이 있고, 센싱 대상이 되는 센서픽셀(900)의 열에 포함된 센서픽셀들 중에서 일부만을 센싱하는 부분 센싱 방식에 보다 유리할 수 있다. 복수의 구동신호라인(DRL) 각각의 구동신호(ds)의 공급은 개별적으로 그리고 독립적으로 제어될 수도 있다.
센서전원라인(VLs)은 센서 픽셀(900)의 행 방향으로 배치될 수 있다. 센서전원라인(VLs)은 1개의 센서픽셀 행 또는 2개 이상의 센서픽셀 행마다 1개씩 배치될 수 있다. 또한, 센서전원라인(VLs)은 1개의 센서픽셀 열 또는 2개 이상의 센서픽셀 열마다 1개씩 배치될 수 있다. 또한, 센서전원라인(VLs)은 메쉬 형태로 배치될 수도 있다. 또한, 센서전원라인(VLs)은 투명전극을 포함할 수 있다.
복수의 센서전원라인(VLs) 각각은 해당 센서픽셀 열에 속하는 모든 센서픽셀들로 센서전원라인(VLs)을 동시에 공급할 수도 있다. 이와 다르게, 복수의 센서전원라인(VLs) 중 일부만이 해당 센서픽셀 열에 속하는 모든 센서픽셀들 중 일부 센서픽셀들로만 센서구동전압(VCC)을 동시에 공급할 수도 있다. 이로 인해, 전원전압 공급에 따른 소비전력을 저감할 수 있는 이점이 있고, 센싱 대상이 되는 센서픽셀 열에 포함된 센서픽셀들 중에서 일부만을 센싱하는 부분 센싱 방식에 보다 유리할 수 있다.
또한, 복수의 센서전원라인(VLs) 각각의 센서구동전압(VCC)의 공급은 개별적으로 그리고 독립적으로 제어될 수도 있다. 또한, 일부의 센서 픽셀들은 제1영역(120a) 또는 제2영역(120b)에 대응하는 위치에 배치되는 센서픽셀들일 수 있다.
스캔신호라인들(SCL1,SCL2)은 센서픽셀(900)의 열 방향과 평행하게 배치될 수 있다. 또한, 스캔신호라인들(SCL1,SCL2)는 제1스캔신호라인(SCL1)과 제2스캔신호라인(SCL2)를 포함하는 것으로 도시하고 있지만, 이는 예시적인 것으로 스캔신호라인들(SCL1,SCL2)의 수는 이에 한정되는 것은 아니다.
리드아웃라인(ROL)은 센서픽셀 행과 평행하게 배치될 수 있다. 리드아웃라인(ROL)은 1개의 센서픽셀 행 또는 2개 이상의 센서픽셀 행마다 1개씩 배치될 수 있다.
이에 따라, 복수의 센서픽셀 열 중 제1센서픽셀 열에 포함된 센서픽셀들의 전체 또는 일부가 구동모드로 동작할 수 있고, 제2센서픽셀 열에 포함된 센서픽셀들의 전체 또는 일부가 센싱모드로 동작할 수 있다. 또한, 복수의 센서픽셀 행 중 제1센서픽셀 행에 포함된 센서픽셀들의 전체 또는 일부가 구동모드로 동작할 수 있고, 제2 센서픽셀 행에 포함된 센서픽셀들의 전체 또는 일부가 센싱모드로 동작할 수 있다.
구동모드로 동작하는 센서픽셀들은 초음파를 발생시키는 센서픽셀들을 의미하고, 센싱모드로 동작하는 센서픽셀들은 초음파를 수신하는 센서픽셀들을 의미할 수 있다. 어느 한 시점에서, 구동모드로 동작하는 센서픽셀과 센싱모드로 동작하는 센서픽셀은 서로 인접한 다른 센서픽셀들이지만, 동일한 센서픽셀(900)일 수도 있다.
센서구동전압(VCC)과 바이어스전압(GB)는 각각 박막트랜지스터 어레이(122)에 배치된 센서전원라인(VLs)과 바이어스라인(VLb)에 공급될 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 센서 픽셀을 나타내는 회로도이고, 도 13은 도 12에 도시된 센서 픽셀의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 센서픽셀(900)은 제1전극이 구동신호라인(DRL)에 연결되고, 제2전극이 공통노드(Nd)에 연결되고, 게이트전극이 제1스캔라인(SCL2)에 연결되는 제1송신트랜지스터(TXT), 제1전극이 센서전원라인(VLs)에 연결되고, 제2전극이 제1노드(N1)에 연결되며, 게이트전극이 공통노드(Nd)에 연결되는 제1수신트랜지스터(RXT1) 및 제1전극이 제1노드(N1)에 연결되고, 제2전극이 리드아웃라인(ROL)에 연결되며, 게이트전극이 제2스캔라인(SCL2)에 연결되는 제2수신트랜지스터(RXT2)를 포함할 수 있다.
압전물질층(123)은 제1압전물질층(123a)와 제2압전물질층(123b) 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 공통전극(CE)은 센서픽셀전극(SE)에 대향되도록 배치될 수 있다. 공통전극(CE)는 공통전극라인(124)의 일부일 수 있다.
여기서, 제1송신트랜지스터(TXT)는 도 9의 송신회로(901)에 대응하고 제1수신트랜지스터(RXT1)와 제2수신트랜지스터(RXT2)는 도 9의 수신회로(902)에 대응할 수 있다.
제1스캔신호(scan1)가 전달되면, 제1송신트랜지스터(TXT)는 턴온되고 제2수신트랜지스터(RXT2)는 턴오프될 수 있다. 제1송신트랜지스터(TXT)가 턴온되면, 구동신호라인(DRL)으로 전달되는 소정의 주파수를 갖는 구동신호(ds)가 공통노드(Nd)로 전달될 수 있다. 공통노드(Nd)에 전달된 구동신호(ds)는 센서픽셀전극(SE)에 전달될 수 있다.
센서픽셀전극(SE)은 압전물질층(123)의 일면과 접하고 있고 압전물질층(123)의 다른 면은 공통전극라인(DE)이 배치되어 있다. 또한, 공통전극(CE)에는 정전압인 바이어스 전압(GB)이 인가되어 있다. 따라서, 압전물질층(123)은 센서픽셀전극(SE)에 전달된 구동신호(ds)에 대응하여 초음파신호를 출력할 수 있다. 또한, 제2수신트랜지스터(RXT2)가 턴오프되어 있어 센서픽셀전극(SE)에 전달되는 전압은 리드아웃라인(ROL)로 전달되지 않게 된다.
그리고, 제2스캔신호(scan2)가 전달되면, 제1송신트랜지스터(TXT)는 턴오프되고 제2수신트랜지스터(RXT2)는 턴온될 수 있다. 제1송신트랜지스터(TXT)가 턴오프되면, 구동신호라인(DRL)으로 전달되는 구동신호(ds)는 센서픽셀전극(SE)에 전달되지 않게 된다. 또한, 공통전극(CE)에는 정전압인 바이어스 전압(GB)이 인가되어 있고 초음파신호가 반사되면, 압전물질층(123)은 반사된 초음파신호를 전달받아 센싱신호를 출력할 수 있다.
압전물질층(123)으로부터 센서픽셀전극(SE)로 전달된 센싱신호는 제1수신트랜지스터(RXT1)의 게이트전극에 전달될 수 있다. 센싱신호를 전달받은 제1수신트랜지스터(RXT1)는 센싱신호에 대응하여 턴온/턴오프 동작을 반복적으로 수행할 수 있다. 압전물질층(123)에서 센서픽셀전극(SE)로 전달된 센싱신호는 제1센싱신호(ss1)이다. 이때, 제1수신트랜지스터(RXT1)의 제1전극은 센서전원라인(VLs)에 연결되어 있어 제1수신트랜지스터(RXT1)의 동작에 의해 센서전원라인(VLs)과 제1노드(N1)는 연결과 차단이 반복될 수 있다.
따라서, 제1노드(N1)에는 제1센싱신호(ss1)와 센서전원라인(VLs)에 공급되는 센서구동전압(VCC)에 의해 제2센싱신호(ss2)가 생성될 수 있다. 제2센싱신호(ss2)는 제1센싱신호(ss1)를 증폭한 신호일 수 있다. 제2센싱신호(ss2)의 진폭은 제1센싱신호(ss1)의 진폭보다 더 클 수 있다. 또한, 제2수신트랜지스터(RXT2)는 제2스캔신호(scan2)에 의해 턴온상태이기 때문에 제2센싱신호(ss2)는 리드아웃라인(ROL)으로 전달될 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.
100: 표시장치
110: 표시패널
110a: 디스플레이영역
110b: 베젤영역
120: 센서
120a: 제1영역
120b: 제2영역
130: 하우징
140: 커버글래스

Claims (12)

  1. 표시패널; 및
    상기 표시패널의 배면에 배치되는 센서를 포함하되,
    상기 표시패널과 상기 센서가 중첩되는 영역 중 제1영역에서 제1초음파신호가 출력되고, 제2영역에서 상기 제1초음파신호와 주파수가 다른 제2초음파신호가 출력되는 표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1영역과 상기 제2영역의 면적이 서로 다른 표시장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 센서는,
    복수의 트랜지스터가 배치되는 박막트랜지스터 어레이;
    상기 트랜지스터 어레이 상의 제1영역에 배치되는 제1압전물질층;
    상기 트랜지스터 어레이 상의 제2영역에 배치되는 제2압전물질층; 및
    상기 제1압전물질층과 상기 제2압전물질층 상에 배치되는 복수의 공통전극라인을 포함하는 표시장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1압전물질층과 상기 제2압전물질층의 두께가 다른 표시장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 공통전극라인 중 적어도 하나의 공통전극라인은 상기 제1영역에 대응하는 상기 공통전극라인의 일부의 폭이 상기 제2영역에 대응하는 상기 적어도 하나의 공통전극라인의 다른 일부의 폭과 다른 표시장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터 어레이는 센서픽셀을 포함하며,
    상기 센서픽셀은,
    센서픽셀전극;
    제1기간에서 소정의 주파수를 갖는 구동신호를 상기 센서픽셀전극으로 출력하는 송신회로; 및
    제2기간에서 상기 구동신호에 대응하는 상기 제1초음파신호 또는 상기 제2초음파신호가 반사된 초음파신호에 의해 생성된 센싱신호를 상기 센서픽셀전극으로부터 수신하는 수신회로를 포함하고,
    상기 센서픽셀전극과 상기 공통전극라인 사이에 상기 제1압전물질층 또는 제2압전물질층이 배치되는 센서를 포함하는 표시장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1기간에 상기 송신회로로 제1스캔신호가 전달되고, 상기 제2기간에 상시 수신회로로 제2스캔신호가 전달되는 표시장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 센서는 송신회로와 수신회로를 각각 구비하는 복수의 센서픽셀을 포함하고,
    제1열에 배치되는 송신회로들이 초음파신호를 출력한 후 상기 제1열과 인접한 제2열에 배치된 수신회로들이 상기 초음파신호가 반사된 신호를 수신하는 표시장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 센서픽셀은,
    제1전극이 구동신호라인에 연결되고, 제2전극이 상기 공통전극라인과 대향되며 상기 제1압전물질층 또는 상기 제2압전물칠층의 제1면에 접하는 센서픽셀전극에 연결되고, 게이트전극이 제1스캔라인에 연결되는 제1송신트랜지스터;
    제1전극이 전원라인에 연결되고, 제2전극이 제1노드에 연결되며, 게이트전극이 상기 센서픽셀전극에 연결되는 제1수신트랜지스터; 및
    제1전극이 상기 제1노드에 연결되고, 제2전극이 리드아웃라인에 연결되며, 게이트전극이 제2스캔라인에 연결되는 제2수신트랜지스터를 포함하는 표시장치.
  10. 제12항에 있어서,
    상기 제1스캔라인에 전달되는 제1스캔신호와 상기 제2스캔라인에 전달되는 제2스캔신호는 서로 다른 시간에 턴온신호로 전달되는 표시장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 공통전극라인에는 바이어스 전압이 전달되는 표시장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 센서구동회로를 더 포함하되,
    상기 센서구동회로는,
    상기 구동신호를 공급하는 구동제어회로와, 상기 센싱신호를 처리하는 센싱제어회로와, 상기 스캔신호를 공급하는 스캔회로를 포함하는 표시장치.
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