KR20210000603A - 센서를 포함하는 표시장치 - Google Patents

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KR20210000603A
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김재현
문태형
이성진
연득호
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예들은 표시패널 및 센서를 포함하고, 센서는, 제1압전물질층과, 제1압전물질층 하부에서 제1압전물질층과 중첩되게 배치되는 제2압전물질층과, 제1압전물질층 상부에 배치되는 제1공통전극과, 제2압전물질층 하부에 배치되는 제1센서픽셀전극과, 제1센서픽셀전극의 하부에 배치되고, 제1센서픽셀전극과 연결되는 제1소자층을 포함하는 표시장치를 제공할 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 앱이 구동되는 전자 장치의 사용이 크게 늘어났다. 전자 장치에서 앱을 구동하기 위해서 다양한 센서들을 포함하고 있고, 센서들에서 센싱된 정보를 이용하여 앱을 구동하는데 사용한다.
특히, 전자장치의 기술분야에서 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 및 센서를 포함하고, 센서는, 제1압전물질층과, 제1압전물질층 하부에서 제1압전물질층과 중첩되게 배치되는 제2압전물질층과, 제1압전물질층 상부에 배치되는 제1공통전극과, 제2압전물질층 하부에 배치되는 제1센서픽셀전극과, 제1센서픽셀전극의 하부에 배치되고, 제1센서픽셀전극과 연결되는 제1소자층을 포함하는 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 2는본 발명의 실시예들에 따른 표시패널과 센서를 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 표시장치의 표시패널과 표시패널을 구동하는 디스플레이구동회로를 나타내는 구조도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 픽셀의 회로도이다.
도 5a는 본 발명의 실시예들에 따른 센서의 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 센서에서 A 부분을 확대한 평면도이다.
도 6은 도 5b에 도시된 센서의 Ⅰ-Ⅰ' 단면을 나타내는 단면도이다.
도 7은 도 5b에 도시된 센서의 Ⅰ-Ⅰ' 단면을 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 센서의 동작을 나타내는 파형도이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 센서의 동작을 나타내는 파형도이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 센서픽셀을 나타내는 구조도이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 센서픽셀들의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 센서픽셀을 나타내는 회로도이다.
도 13은 도 10에 도시된 센서픽셀의 동작을 나타내는 타미잉도이다.
도 14는 표시장치에서 센서와 센싱컨트롤러의 연결관계를 나타내는 구조도이다.
도 15는 표시장치에서 센서와 센싱컨트롤러의 연결관계를 나타내는 구조도이다.
도 16은 표시장치에서 센서와 센싱컨트롤러의 연결관계를 나타내는 구조도이다.
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. 또한, 표시패널(110)과 센서(120)는 표시패널(110)을 보호하는 하우징(130) 내에 배치될 수 있고 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 사물을 감지하기 위해 저주파수 대역의 제1초음파신호와 고주파수대역의 제2초음파신호를 출력할 수 있다.
센서(120)는 제1초음파신호를 이용하여 센서(120)에 보다 멀게 위치한 피사체를 인식할 수 있고 제2초음파신호를 이용하여 센서(120)에 보다 근접한 피사체를 인식할 수 있다. 센서(120)는 제1초음파신호를 이용하여 생체 내부의 진피, 혈관 등의 정보를 수집할 수 있고 제2초음파신호를 이용하여 지문과 같은 생체의 표피정보를 획득할 수 있다. 또한, 센서(120)는 제1초음파신호를 출력하는 제1압전물질과 제2초음파신호를 출력하는 제2압전물질을 포함할 수 있다. 제1압전물질이 제2압전물질보다 피사체에 더 가깝게 배치될 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, 디스플레이영역(110a)의 테두리에 대응하며, 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)과 중첩되게 배치되게 함으로써, 베젤영역(110b)의 면적을 줄일 수 있어 표시장치(100)에 내로우베젤을 적용하는 것이 보다 용이할 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 디스플레이구동회로(300)를 포함할 수 있다.
표시패널(110)은 영상을 표시할 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)을 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 구동전류를 공급하는 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. 발광층은 유기막 또는 무기막을 포함할 수 있다.
그리고, 상기와 같이 구성된 디스플레이 픽셀(101)에서 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 전달하여 발광소자(LED)에 구동전류(Id)가 흐르게 할 수 있다.
도 5a는 본 발명의 실시예들에 따른 센서의 실시예를 나타내는 평면도이다. 도 5b는 도 5a에 도시된 센서에서 A 부분을 확대한 평면도이다.
도 5a를 참조하면, 센서(120)는 제1기판(510) 상에 배치되며, 복수의 센서픽셀을 구비하는 센서픽셀어레이(521)을 포함할 수 있다. 또한, 센서(120)는 제1기판(510) 상에 배치되며 센서픽셀어레이(521)의 주위에 배치되는 스캔회로(522), 센싱신호처리회로(523)를 포함할 수 있다. 또한, 센서픽셀어레이(521)의 주위에 배선부(524)가 배치될 수 있다. 그리고, 제1기판(510)은 연결부(525)를 포함할 수 있다.
센서픽셀어레이(521) 상에는 공통전극층(532)이 배치될 수 있다. 여기서, 공통전극층(532)은 하나의 단일막인 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 공통전극라인이 일정한 방향으로 평행하게 배치되어 있는 것일 수 있다.
스캔회로(522)는 센서픽셀어레이(521)에 배치되어 있는 복수의 센서픽셀들에 스캔신호를 순차적으로 전달할 수 있다. 센서픽셀어레이(521)에는 복수의 센서픽셀들이 행과 열을 갖는 매트릭스 형태로 배치되어 있고, 스캔회로(522)에서 스캔신호는 센서픽셀의 행들을 선택하여 복수의 센서들이 순차적으로 동작할 수 있게 한다. 그리고, 센싱신호처리회로(523)는 복수의 센서픽셀들로부터 복수의 센싱신호를 전달받을 수 있다. 그리고, 배선부(524)는 배선부(524)는 센서 구동에 필요한 전압을 공급하는 배선들이 배치되는 부분일 수 있고, 센서 구동에 필요한 전압을 복수의 센서픽셀로 전달할 수 있다. 센서 구동에 필요한 전압은 접지일 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1기판(510)은 연결부(525)를 포함할 수 있다. 연결부(525)는 제1기판(510)에 다른 소자가 연결되는 부분일 수 있다. 연결부(525)에는 연성회로케이블(Flexible printed circuit cable: 531)이 연결될 수 있다. 연결부(525)에는 연성회로케이블(531)과 연결되는 패드(미도시)가 배치될 수 있다.
센서(120)는 연결부(525)에 연결된 연성회로케이블(531)로부터 스캔회로(522), 센싱신호처리회로(523), 배선부(524)에 공급되는 신호 및/또는 전압을 전달받을 수 있다. 또한, 공통전극층(532)은 연성회로케이블(531)로부터 소정의 전압을 전달받을 수 있다. 센싱신호처리회로(523)에 전달된 센싱신호는 연성회로케이블(531)을 통해 외부로 전달될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 센서(120)는 복수의 제1송신회로영역(521a)과 복수의 제1수신회로영역(521b)을 구비하는 제1소자영역을 포함할 수 있다. 제1송신회로영역(521a)과 제1수신회로영역(521b)에는 각각 트랜지스터 또는 트랜지스터들이 배치될 수 있다. 제1송신회로영역(521a)과 제1수신회로영역(521b)에 배치된 트랜지스터들은 스캔회로(522)로부터 스캔신호를 전달받아 순차적으로 동작할 수 있다. 그리고, 제1송신회로영역(521a)과 제1수신회로영역(521b) 상에 제1압전물질층과 제2압전물질층이 적층되어 있을 수 있다. 또한, 제1소자영역은 제1송신회로영역(521a)과 제1수신회로영역(521b) 사이에 배치되고 제1압전물질층 및/또는 제2압전물질층은 제1송신회로영역(521a)과 제1수신회로영역(521b)에 각각 배치되어 있는 트랜지스터들과 신호를 송수신할 수 있게 하는 연결회로가 배치되는 제1연결회로영역(521c)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1송신회로영역(521a), 제1수신회로영역(521b), 연결회로영역(521c)는 각각 직사각형인 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 센서(120)는 복수의 제2송신회로영역과 복수의 제2수신회로영역을 구비하는 제2소자영역을 더 포함할 수 있고, 제2소자영역은 제1소자영역 하부에서 제1소자영역과 중첩되는 위치에 배치될 수 있다. 센서(120)가 제2소자영역을 더 포함하는 경우, 제1소자영역 상에 제1압전물질층이 배치되고, 제2소자영역 상에 제2압전물질층이 배치될 수 있다. 또한, 제2송신회로영역과 복수의 제2수신회로영역에는 각각 트랜지스터 또는 트랜지스터들이 배치되며, 각각의 트랜지스터 또는 트랜지스터들은 제2연결회로영역에 포함되어 있는 연결회로를 통해 제2압전물질층과 신호를 송수신할 수 있다.
도 6은 도 5b에 도시된 센서의 Ⅰ-Ⅰ' 단면을 나타내는 단면도이다.
도 6을 참조하면, 센서(120)는 제1압전물질층(614)과, 제1압전물질층(614) 하부에서 제1압전물질층(614)과 중첩되게 배치되는 제2압전물질층(613)과, 제1압전물질층(614) 상부에 배치되는 제1공통전극층(615)과, 제2압전물질층(613) 하부에 배치되는 제1센서픽셀전극(610)과, 제1센서픽셀전극(610)의 하부에 배치되고, 제1센서픽셀전극(610)과 연결되는 제1소자층을 포함할 수 있다. 제1압전물질층(614)은 제2압전물질층(613) 보다 낮은 주파수의 신호를 생성할 수 있다.
센서(120)는 제1기판(510)을 포함하고, 제1기판(510) 상에 제1버퍼층(601)이 배치될 수 있다. 제1기판(510)은 폴리아미드를 포함할 수 있다. 하지만, 제1기판(510)의 재질은 이에 한정되는 것은 아니다. 제1버퍼층(601) 상에 제1액티브층(602a)과 제2액티브층(602b)이 배치될 수 있다. 제1액티브층(602a)과 제2액티브층(602b)이 배치된 제1버퍼층(601) 상에 제1게이트절연막(603)이 배치될 수 있다. 그리고, 제1게이트절연막(603)의 상부에 제1액티브층(602a)에 중첩되게 제1게이트전극(604a)이 배치되고, 제2액티브층(602b)과 중첩되게 제2게이트전극(604b)이 배치될 수 있다. 제2게이트전극(604b)은 두 개의 게이트전극을 포함할 수 있다.
제1게이트전극(604a)과 제2게이트전극(604b)이 배치된 제1게이트절연막(603) 상에 제1층간절연막(605)과 제2층간절연막(606)이 적층될 수 있다. 제2층간절연막(606)의 상부에 제1소스전극(607a), 제1드레인전극(607b), 제2소스전극(607c), 제2드레인전극(607d)이 배치될 수 있다. 또한, 제2층간절연막(606)의 상부에 제1드레인전극(607b)과 제2소스전극(607c)을 연결하는 제1연결전극(607e)이 배치될 수 있다. 제1연결전극(607e)은 제1소스전극(607a), 제1드레인전극(607b), 제2소스전극(607c), 제2드레인전극(607d)과 동일한 물질을 포함할 수 있다.
제1액티브층(602a)과 그 상부에 배치되는 제1게이트전극(604a), 제1소스전극(607a), 제1드레인전극(607b)은 도 5b에 도시되어 있는 제1송신회로영역(521a)에 배치되는 트랜지스터에 대응할 수 있고, 제2액티브층(602b)과 그 상부에 배치되는 제2게이트전극(604b), 제2소스전극(607c), 제2드레인전극(607d)은 도 5b에 도시되어 있는 제1수신회로영역(521b)에 배치되는 트랜지스터에 대응할 수 있다.
제1소스전극(607a), 제1드레인전극(607b), 제2소스전극(607c), 제2드레인전극(607d), 제1연결전극(607e) 상에 제1보호막(608)이 배치될 수 있다. 그리고, 제1보호막(608) 상에 제1평탄화막(609)이 배치될 수 있다.
제1평탄화막(609) 상에는 제1센서픽셀전극(610)이 배치될 수 있다. 제1보호막(608)과 제1평탄화막(609)에는 각각 서로 중첩되게 배치되는 컨텍홀이 형성되어 있고, 컨텍홀을 통해 제1센서픽셀전극(610)이 제1연결전극(607e)과 연결될 수 있다. 또한, 제1센서픽셀전극(610)의 상부에서 컨텍홀에 대응하는 위치에 제2연결전극(611)이 배치될 수 있다. 따라서, 제2연결전극(611)은 컨텍홀을 통해 제1연결전극(607e)과 연결될 수 있다. 또한, 제1센서픽셀전극(610) 상에는 제2보호막(612)이 배치될 수 있다. 또한, 서로 연결되어 있는 제1연결전극(607e)과 제2연결전극(611)은 도 5b에 도시되어 있는 제1연결회로(521c)에 배치되어 있는 연결회로에 대응할 수 있다.
제2보호막(612) 상에는 제1압전물질층(614)이 배치될 수 있다. 또한, 제2보호막(612) 상에서 제1압전물질층(614)의 하부에 제2압전물질층(613)이 배치될 수 있다. 제1압전물질층(614)은 저주파수신호에 대응하여 제1초음파신호를 발생시킬 수 있고, 제2압전물질층(613)은 고주파수신호에 대응하여 제2초음파신호를 발생시킬 수 있다. 그리고, 제1압전물질층(614) 상에 제1공통전극층(615)이 배치될 수 있다. 그리고, 제1공통전극층(615) 상에 제1접착제층(616)과, 필름층(617)과, 보호필름층(618) 적층될 수 있다. 제1압전물질층(614)과 제2압전물질층(613)은 두께가 다를 수 있다.
상기와 같이 구현된 센서(120)에서 제1센서픽셀전극(610)으로 저주파수신호가 전달되면, 저주파수신호에 대응하여 제1압전물질층(614)은 제1초음파신호를 출력할 수 있다. 그리고, 센서(120)에서 제1센서픽셀전극으로 고주파수신호가 전달되면, 고주파수신호에 대응하여 제2압전물질층(613)은 제2초음파신호를 출력할 수 있다. 저주파수신호는 고주파수에 대응하는 압전물질을 통과할 수 있지만, 고주파수신호는 저주파수에 대응하는 압전물질을 통과하지 못할 수 있다. 이로 인해, 고주파수신호에 대응하는 제2압전물질층(613)은 제1압전물질층(614)보다 피사체에 더 가깝게 배치될 수 있다.
그리고, 제1초음파신호 또는 제2초음파신호는 기판(510) 방향으로 방출되고, 기판(510)의 하부에 배치되는 피사체(미도시)에 반사될 수 있다. 기판(510)의 하부에는 도 1에 도시된 표시패널(110)과 커버글래스(140)이 배치될 수 있다. 피사체는 커버글래스(140)의 하부에 위치할 수 있다.
도 7은 도 5b에 도시된 센서의 Ⅰ-Ⅰ'단면을 나타내는 단면도이다.
도 7을 참조하면, 센서(120)는 제1압전물질층(614)과, 제1압전물질층(614) 하부에서 제1압전물질층(614)과 중첩되게 배치되는 제2압전물질층(613)과, 제1압전물질층(614) 상부에 배치되는 제1공통전극층(615b)과, 제2압전물질층(613) 하부에 배치되는 제1센서픽셀전극(610)과, 제1센서픽셀전극(610)의 하부에 배치되고, 제1센서픽셀전극(610)과 연결되는 제1소자층을 포함할 수 있다.
또한, 센서(120)는 제1압전물질층(614)과 상기 제2압전물질층(613) 사이에 배치되며, 제2압전물질층(613) 상에 배치되는 제2공통전극층(615a)과 제2공통전극층(615a) 상부에 배치되는 제2센서픽셀전극(710)과 제2센서픽셀전극(710)의 하부에 배치되고 제2센서픽셀전극(710)과 연결되는 제2소자층을 포함할 수 있다.
센서(120)에서 제2압전물질층(613)을 포함하는 것을 제1센서라고 하고, 제1압전물질층(614)을 포함하는 것을 제2센서라고 칭할 수 있다. 제1센서는 제1기판(510) 상에 배치되는 제2압전물질층(613)과 제2압전물질층(613) 상에 배치되는 제2공통전극층(615a)을 포함할 수 있다. 제2센서는 제2기판(520) 상에 배치되는 제1압전물질층(614)과 제2압전물질층(613) 상에 배치되는 제1공통전극층(615b)을 포함할 수 있다.
제1센서는 제2압전물질층(613)에 의해 고주파수신호에 대응하는 제2초음파신호를 송수신할 수 있다. 또한, 제2센서는 제1압전물질층(614)에 의해 저주파수신호에 대응하는 제1초음파신호를 송수신할 수 있다. 저주파수신호는 고주파수에 대응하는 압전물질을 통과할 수 있지만, 고주파수신호는 저주파수에 대응하는 압전물질을 통과하지 못할 수 있다. 이로 인해, 고주파수신호에 대응하는 제2압전물질층(613)은 제1압전물질층(614)보다 피사체에 더 가깝게 배치되게 할 수 있다.
제1센서는 제1기판(510)을 포함하며, 제1기판(510) 상에 제1버퍼층(601)이 배치될 수 있다. 제1기판(510)은 폴리아미드를 포함할 수 있다. 하지만, 제1기판(510)의 재질은 이에 한정되는 것은 아니다. 제1버퍼층(601) 상에 제1액티브층(602a)과 제2액티브층(602b)이 배치될 수 있다. 제1액티브층(602a)과 제2액티브층(602b)이 배치된 제1버퍼층(601) 상에 제1게이트절연막(603)이 배치될 수 있다. 그리고, 제1게이트절연막(603)의 상부에 제1액티브층(602a)에 중첩되게 제1게이트전극(604a)이 배치되고, 제2액티브층(602b)과 중첩되게 제2게이트전극(604b)이 배치될 수 있다. 제2게이트전극(604b)은 두 개의 게이트전극을 포함할 수 있다.
제1게이트전극(604a)과 제2게이트전극(604b)이 배치된 제1게이트절연막(603) 상에 제1층간절연막(605)과 제2층간절연막(606)이 적층될 수 있다. 제2층간절연막(606)의 상부에 제1소스전극(607a), 제1드레인전극(607b), 제2소스전극(607c), 제2드레인전극(607d)이 배치될 수 있다. 또한, 제2층간절연막(606)의 상부에 제1드레인전극(607b)과 제2소스전극(607c)을 연결하는 제1연결전극(607e)이 배치될 수 있다. 제1소스전극(607a), 제1드레인전극(607b), 제2소스전극(607c), 제2드레인전극(607d), 제1연결전극(607e) 상에 제1보호막(608)이 배치될 수 있다. 제1연결전극(607e)은 제1소스전극(607a), 제1드레인전극(607b), 제2소스전극(607c), 제2드레인전극(607d)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 그리고, 제1보호막(608) 상에 제1평탄화막(609)이 배치될 수 있다.
제1액티브층(602a)과 그 상부에 배치되는 제1게이트전극(604a), 제1소스전극(607a), 제1드레인전극(607b)은 도 5b에 도시되어 있는 제2송신회로영역에 배치되는 트랜지스터에 대응할 수 있고, 제2액티브층(602b)와 그 상부에 배치되는 제2게이트전극(604b), 제2소스전극(607c), 제2드레인전극(607d)은 도 5b에 도시되어 있는 제2수신회로영역에 배치되는 트랜지스터에 대응할 수 있다.
제1평탄화막(609) 상에는 제1센서픽셀전극(610)이 배치될 수 있다. 제1보호막(608)과 제1평탄화막(609)에는 각각 서로 중첩되게 배치되는 컨텍홀이 형성되어 있고, 컨텍홀을 통해 제1센서픽셀전극(610)이 제1연결전극(607e)에 연결될 수 있다. 또한, 제1센서픽셀전극(610)의 상부에서 컨텍홀에 대응하는 위치에 제2연결전극(611)이 배치될 수 있다. 따라서, 제2연결전극(611)은 컨텍홀을 통해 제1연결전극(607e)과 연결될 수 있다. 그리고, 제1센서픽셀전극(610) 상에는 제2보호막(612)이 배치될 수 있다. 또한, 서로 연결되어 있는 제1연결전극(607e)과 제2연결전극(611)은 도 5b에 도시되어 있는 제2연결회로영역에 배치되어 있는 연결회로에 대응할 수 있다.
제2보호막(612) 상에는 제2압전물질층(613)이 배치될 수 있다. 제2압전물질층(613)은 고주파수신호에 대응하는 제2초음파신호를 발생시킬 수 있다. 그리고, 제2압전물질층(613) 상에 제2공통전극층(532)이 배치될 수 있다.
그리고, 제1센서의 상부에 제2센서가 배치될 수 있다. 제1기판(510)의 상부에 제2센서에 포함되는 제2기판(520)이 배치될 수 있다. 제2기판(520) 상에 상에 제2버퍼층(701)이 배치될 수 있다. 제2기판(520)은 폴리아미드를 포함할 수 있다. 하지만, 제2기판(520)의 재질은 이에 한정되는 것은 아니다. 제2버퍼층(701) 상에 제3액티브층(702a)과 제4액티브층(702b)이 배치될 수 있다. 제3액티브층(702a)과 제4액티브층(702b)이 배치된 제2버퍼층(701) 상에 제2게이트절연막(703)이 배치될 수 있다. 그리고, 제2게이트절연막(703)의 상부에 제3액티브층(702a)에 중첩되게 배치되는 제3게이트전극(704a)과, 제4액티브층(702b)과 중첩되게 배치되는 제4게이트전극(704b)이 배치될 수 있다. 제4게이트전극(704b)은 두 개의 게이트전극을 포함할 수 있다.
제3게이트전극(704a)과 제4게이트전극(704b)이 배치된 제2게이트절연막(703) 상에 제3층간절연막(705)과 제4층간절연막(706)이 적층될 수 있다. 제4층간절연막(706)의 상부에 제3소스전극(707a), 제3드레인전극(707b), 제4소스전극(707c), 제4드레인전극(707d)이 배치될 수 있다. 또한, 제4층간절연막(706)의 상부에 제3드레인전극(707b)과 제4소스전극(707c)을 연결하는 제3연결전극(707e)이 배치될 수 있다. 제3연결전극(707e)은 제3소스전극(707a), 제3드레인전극(707b), 제4소스전극(707c), 제4드레인전극(707d)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 제3소스전극(707a), 제3드레인전극(707b), 제4소스전극(707c), 제4드레인전극(707d), 제3연결전극(707e) 상에 제3보호막(708)이 배치될 수 있다. 그리고, 제3보호막(708) 상에 제2평탄화막(709)이 배치될 수 있다.
제3액티브층(702a)과 그 상부에 배치되는 제3게이트전극(704a), 제3소스전극(707a), 제3드레인전극(707b)는 도 5b에 도시되어 있는 제1송신회로영역(521a)에 배치되는 트랜지스터에 대응할 수 있고, 제4액티브층(702b)와 그 상부에 배치되는 제4게이트전극(704b), 제4소스전극(707c), 제4드레인전극(707d)는 도 5b에 도시되어 있는 제1수신회로영역(521b)에 배치되는 트랜지스터에 대응할 수 있다.
제2평탄화막(709) 상에는 제2센서픽셀전극(710)이 배치될 수 있다. 제3보호막(708)과 제2평탄화막(709)에는 각각 서로 중첩되게 배치되는 컨텍홀이 형성되어 있고, 컨텍홀을 통해 제2센서픽셀전극(710)이 제3연결전극(707e)에 연결될 수 있다. 또한, 제2센서픽셀전극(710)의 상부에서 컨텍홀에 대응하는 위치에 제4연결전극(711)이 배치될 수 있다. 따라서, 제4연결전극(711)은 컨텍홀을 통해 제3연결전극(707e)과 연결될 수 있다. 제4연결전극(711)은 제3연결전극(707e)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 그리고, 제2센서픽셀전극(710) 상에는 제4보호막(712)이 배치될 수 있다. 또한, 서로 연결되어 있는 제3연결전극(707e)과 제4연결전극(711)은 도 5b에 도시되어 있는 제1연결회로영역(521c)에 배치되어 있는 연결회로에 대응할 수 있다.
제4보호막(712) 상에는 제1압전물질층(614)이 배치될 수 있다. 또한, 제1압전물질층(614)은 저주파수신호에 대응하여 제1초음파신호를 발생시킬 수 있다. 그리고, 제1압전물질층(614) 상에 제1공통전극층(615b)이 배치될 수 있다. 그리고, 제1공통전극층(615b) 상에 제1접착제층(616)이 배치되고, 제1접착제층(616) 상에 필름층(617)과, 보호필름층(618)이 적층될 수 있다.
또한, 제2공통전극층(532)과 제2기판(520) 사이에 제2접착제층(530)이 배치될 수 있다. 제2접착제층(530)에 의해 제2기판(520)과 제2공통전극층(532)은 접착되어 고정될 수 있다.
상기와 같이 구현된 센서(120)는 제1센서픽셀전극(610)을 통해 고주파수신호가 전달되면, 제2압전물질층(613)은 고주파수신호에 대응하여 제2초음파신호를 출력할 수 있다. 그리고, 제2센서픽셀전극(710)을 통해 저주파수신호가 전달되면 제1압전물질층(614)은 저주파수신호에 대응하여 제1초음파신호를 출력할 수 있다.
또한, 제1압전물질층(614)과 제2압전물질층(613)은 두께가 다를 수 있다. 제1초음파신호 또는 제2초음파신호는 기판(510) 방향으로 방출되고, 기판(510)의 하부에 배치되는 피사체(미도시)에 반사될 수 있다. 기판(510)의 하부에는 도 1에 도시된 표시패널(110)과 커버글래스(140)이 배치될 수 있다. 피사체는 커버글래스(140)의 하부에 위치할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 센서의 동작을 나타내는 파형도이다.
도 8을 참조하면, 센서(120)는 저주파수신호에 대응하는 제1초음파신호(1US)를 출력한 후 고주파수신호에 대응하는 제2초음파신호(2US)를 출력할 수 있다. 즉, 센서(120)는 교번적으로 저주파수신호에 대응하는 제1초음파신호(1US)와 고주파수신호에 대응하는 제2초음파신호(2US)를 출력할 수 있다. 특히, 센서(120)가 도 6에 도시되어 있는 것과 같은 경우에 제1센서픽셀전극(610)은 교번적으로 저주파수신호와 고주파수신호를 출력하고, 제1센서픽셀전극(610)에서 출력되는 저주파수신호에 대응하여 제1압전물질층 (614)에서 제1초음파신호(1US)를 출력하고, 제1센서픽셀전극(610)에서 출력되는 고주파수신호에 대응하여 제2압전물질층(613)에서 제2초음파신호(2US)를 출력할 수 있다.
그리고, 제1압전물질층(614)에서 출력된 제1초음파신호(1US)와 제2압전물질층(613)에서 출력된 제2초음파신호(2US)가 피사체에 의해 반사될 수 있다. 제1압전물질층(614)에서 출력된 제1초음파신호(1US)가 반사되면, 제1압전물질층(614)에서 제1초음파신호(1US)에 대응하여 저주파신호에 대응하는 센싱신호(1SS)를 수신할 수 있다. 또한, 제2압전물질층(613)에서 출력된 제2초음파신호(2US)가 반사되면, 제2압전물질층(613)에서 초음파신호(2US)에 대응하여 고주파신호에 대응하는 센싱신호(2SS)를 수신할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 센서의 동작을 나타내는 파형도이다.
도 9를 참조하면, 센서(120)는 저주파수신호에 대응하는 제1초음파신호(1US)와 고주파수신호에 대응하는 제2초음파신호(2US)를 동시에 출력할 수 있다. 특히, 센서(120)가 도 7에 도시되어 있는 것과 같은 경우에 제1센서픽셀전극(610)은 저주파수신호를 출력하고 제2센서픽셀전극(710)은 고주파수신호를 출력할 수 있다.
제1센서픽셀전극(610)에서 출력되는 고주파수신호에 대응하여 제2압전물질층(613)은 제2초음파신호(2US)를 생성하여 출력하고, 제2센서픽셀전극 (710)에서 출력되는 저주파수신호에 대응하여 제1압전물질층(614)은 제1초음파신호(1US)를 생성하여 출력할 수 있다.
그리고, 제1압전물질층(614)에서 출력된 제1초음파신호(1US)와 제2압전물질층(613)에서 출력된 제2초음파신호(2US)가 동시에 피사체에 의해 반사될 수 있다. 제1압전물질층(614)에서 출력된 제1초음파신호(1US)가 반사되면, 제1압전물질층(614)은 제1초음파신호(1US)에 대응하여 고주파신호에 대응하는 센싱신호(1SS)를 생성할 수 있고 동시에 제2압전물질층(613)에서 출력된 제2초음파신호(2US)가 반사되면, 제2압전물질층(613)은 초음파신호(2US)에 대응하여 고주파신호에 대응하는 센싱신호(2SS)를 생성할 수 있다.
따라서, 센서(120)는 저주파신호에 대응하는 센싱신호(1SS)와 고주파신호에 대응하는 센싱신호(2SS)를 동시에 생성할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 센서픽셀을 나타내는 구조도이다.
도 10을 참조하면, 센서픽셀(800) 중 제1소자층에 포함되는 센서픽셀을 제1센서픽셀이라고 하고 제2소자층에 포함되는 센서픽셀을 제2센서픽셀이라고 할 수 있다. 제1소자층에 포함되어 있는 제1센서픽셀은 제1구동신호를 제1센서픽셀전극에 전달하는 제1송신회로와, 제1센서픽셀전극으로부터 센싱신호를 수신하는 제1수신회로를 구비할 수 있다.
또한, 센서픽셀(800) 중 제2소자층에 포함되어 있는 제2센서픽셀은 제2구동신호를 제2센서픽셀전극에 전달하는 제2송신회로와, 제2센서픽셀전극으로부터 센싱신호를 수신하는 제2수신회로를 구비할 수 있다. 또한, 제1스캔신호(scan1)와 제2스캔신호(scan2)는 제1소자층에 포함되는 제1송신회로와 제1수신회로에 각각 입력되는 스캔신호일 수있다. 또한, 제2소자층에 포함되는 제2송신회로와 제2수신회로에 입력되는 스캔신호는 제3스캔신호(scan3)와 제4스캔신호(scan4)라고 칭할 수 있다.
제1소자층과 제2소자층에 각각 포함되는 제1센서픽셀과 제2센서픽셀은 구조가 동일할 수 있어, 설명의 편의를 위해 제1센서픽셀전극과 제2센서픽셀전극을 모두 센서픽셀전극이라고 칭하고, 제1송신회로와 제2송신회로, 제1수신회로와 제2수신회로는 송신회로와 수신회로로 칭하여 설명한다.
센서픽셀(800)은 센서픽셀전극(SE), 제1기간(Ts1)에서 소정의 주파수를 갖는 구동신호(ds)를 센서픽셀전극(SE)으로 출력하는 송신회로(801) 및 제2기간(Ts2)에서 구동신호(ds)에 대응하는 제1초음파신호 또는 제2초음파신호가 반사된 초음파신호에 의해 생성된 센싱신호를 센서픽셀전극(SE)으로부터 수신하는 수신회로(802)를 포함할 수 있다.
또한, 송신회로(801)는 순차적으로 발생되는 복수의 구동기간 각각에서 구동신호라인(DRL)으로부터 구동신호(ds)를 전달받아 센서픽셀전극(SE)에 전달하고, 수신회로(802)는 순차적으로 발생되는 복수의 센싱기간 각각에서 센서픽셀전극(SE)으로부터 센싱신호를 전달받아 제1리드아웃라인(ROL)에 전달할 수 있다. 복수의 구동기간은, 구동신호가 저주파신호로 출력되는 구동기간과 구동신호가 고주파신호로 출력되는 제2구동기간을 포함할 수 있다. 또한, 복수의 구동기간에서, 제1구동신호는 고주파신호로 출력되고 제2구동신호는 저주파수신호로 출력될 수 있다. 제1구동신호는 제1소자층에 배치되어 있는 제1센서픽셀전극(610)으로 전달되는 구동신호이고 제2구동신호는 제2소자층에 배치되어 있는 제2센서픽셀전극(710)으로 전달되는 구동신호일 수 있다.
또한, 센서픽셀전극(SE)과 공통전극(CE) 사이에 압전물질(m200)이 배치될 수 있다. 압전물질(m200)은 제1압전물질층(614) 또는 제2압전물질층(613)에 대응할 수 있다. 도 6에 도시된 센서에 적용된 센서픽셀인 경우, 압전물질(m200)은 적층되어 있는 제1압전물질층(614)과 제2압전물질층(613)의 일부 대응할 수 있다. 그리고, 도 7에 도시된 센서에 적용된 센서픽셀인 경우, 센서픽셀전극이 제1소자층 또는 제2소자층 중 어디에 포함되는 것인지에 따라 압전물질(m200)은 제1압전물질층(614) 또는 제2압전물질층(613)의 일부일 수 있다.
송신회로(801)와 수신회로(802)는 센서픽셀전극(SE)에 연결될 수 있다. 센서픽셀전극(SE)은 도 6에 도시된 센서(120)에 적용된 경우 제1센서픽셀전극(610)의 일부에 대응할 수 있고, 도 7에 도시된 센서(120)에 적용된 경우 제1센서픽셀전극(610) 또는 제2센서픽셀전극(710)의 일부에 대응할 수 있다.
또한, 공통전극(CE)에는 정전압인 바이어스전압(GB)가 전달될 수 있다. 도 6에 도시된 센서(120)에 적용된 경우 공통전극(CE)은 제1공통전극층(615)의 일부일 수 있고, 도 7에 도시된 센서(120)에 적용된 경우 공통전극(CE)는 제1공통전극층(615b) 또는 제2공통전극층(615a)의 일부일 수 있다.
제1기간(Ts1)에서 송신회로(801)로 제1스캔신호(scan1)가 전달되고, 제2기간(Ts2)에서 수신회로(802)로 제2스캔신호(scan2)가 전달될 수 있다. 즉, 송신회로(801)로 제1스캔신호(scan1)가 전달된 후, 수신회로(802)로 제2스캔신호(scan2)가 전달될 수 있다. 송신회로(801)는 제1스캔신호(scan1)를 전달받으면 동작을 수행하고, 수신회로(802)는 제2스캔신호(scan2)를 전달받으면 동작을 수행할 수 있다. 이로 인해, 제1기간(Ts1)에서 수신회로(802)가 동작하는 것을 방지하고 제2기간(Ts2)에서 송신회로(801)가 동작하는 것을 방지할 수 있다.
제1기간(Ts1)에서는 송신회로(801)가 동작하며 구동신호라인(DRL)에 소정의 주파수를 갖는 구동신호(ds)가 인가될 수 있다. 구동신호(ds)는 송신회로(801)를 통해 센서픽셀전극(SE)으로 전달될 수 있다. 공통전극(CE)에는 바이어스전압(GB)가 전달되고 있어, 압전물질(m200)은 구동신호(ds)에 대응하여 초음파신호를 출력할 수 있다. 하지만, 압전물질층(120)에서 출력되는 신호가 초음파에 한정되는 것은 아니다.
또한, 압전물질(m200)이 적층된 제1압전물질층(614)과 제2압전물질층(613)의 일부에 대응되면, 압전물질(m200)은 구동신호(ds)가 저주파신호에 대응하면 제1초음파신호를 출력하고 구동신호(ds)가 고주파신호에 대응하면 제2초음파신호를 출력할 수 있다. 압전물질(m200)이 제1압전물질층(614)의 일부이면, 압전물질(m200)은 제2소자층에 전달되는 저주파신호에 대응하는 구동신호(ds)에 의해 저주파수에 대응하는 제1초음파신호를 출력할 수 있다. 또한, 압전물질(m200)이 제2압전물질층(613)의 일부이면, 압전물질(m200)은 제1소자층에 전달되는 고주파신호에 대응하는 구동신호(ds)에 의해 고주파수에 대응하는 제2초음파신호를 출력할 수 있다.
그리고, 제2기간(Ts2)에는 수신회로(802)가 동작하며, 제1기간(Ts1)에서 출력된 초음파신호는 피사체에 의해 반사될 수 있다. 제1기간(Ts1)에서 제1초음파신호와 제2초음파신호가 모두 출력되면 제2기간(Ts2)에서는 제1초음파신호와 제2초음파신호 모두 반사될 수 있다. 또한, 제1기간(Ts1)에서 제1초음파신호가 출력되면, 제2기간(Ts2)에서는 제1초음파신호가 반사될 수 있고, 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, 압전물질(m200)은 반사된 신호를 전달받아 센싱신호를 생성할 수 있다. 따라서, 압전물질(m200)은 서로 다른 기간에 제1초음파신호를 전달받아 센싱신호를 생성하거나 또는 제2초음파신호를 전달받아 센싱신호를 출력할 수 있다.
또한, 수신회로(802)는 압전물질층(123)에서 생성한 센싱신호를 전달받아 리드아웃라인(ROL)으로 출력할 수 있다. 또한, 압전물질(m200)에서 생성한 센싱신호와 수신회로(802)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 11은 본 발명의 실시예들에 따른 센서픽셀들의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 11을 참조하면, 센서(120)는 송신회로(801a, 801b)와 수신회로(802a, 802b)를 각각 구비하는 복수의 센서픽셀(800)을 포함할 수 있다. 그리고, 송신회로(801a, 801b)와 수신회로(802a, 802b)는 복수의 행(C1 내지 C4)과 열(R1 내지 R4)로 배치될 수 있다. 예를 들면, 제1열(R1)과 제3열(R3)에 송신회로(801a, 801b)들이 배치되고 제2열(R2)과 제4열(R4)에 수신회로(802a, 802b)들이 배치될 수 있다. 여기서, 센서(120)에 포함되어 있는 센서픽셀(800)들의 수는 8개인 것을 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1열(R1)에 배치되는 송신회로(801a)들이 초음파신호를 출력한 후 제1열(R1)과 인접한 제2열(R2)에 배치된 수신회로(802a)들이 제1열(R1)에 배치되는 송신회로(801a)들에서 출력한 초음파신호가 반사된 신호를 수신할 수 있다. 또한, 제2열(R2)에 배치된 수신회로(802a)들이 초음파신호가 반사된 신호를 수신할 때, 제3열(R3)에 배치되어 있는 송신회로들(801b)이 초음파신호를 출력할 수 있다. 또한, 제3열(R3)과 인접한 제4열(R4)에 배치된 수신회로(802b)들이 제3열(R3)에 배치되는 송신회로(801b)들에서 출력한 초음파신호가 반사된 신호를 수신할 수 있다.
제1열(R1)에 배치된 송신회로들(801a)은 제1기간(Ts1)에 동작하도록 제어되고 제2열(R2)에 배치된 수신회로(802a)들과 제3열(R3)에 배치된 송신회로(801b)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(801a)에 의해 출력된 초음파신호가 반사되면 제2열(R2)에 배치된 수신회로들(802a)에서 반사된 초음파신호를 수신할 수 있고, 제3열(R3)에 배치된 송신회로들(801b)에 의해 출력된 초음파신호가 반사되면 제4열(R4)에 배치된 수신회로들(802b)에서 반사된 초음파신호를 수신할 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 센서픽셀을 나타내는 회로도이고, 도 13은 도 12에 도시된 센서픽셀의 동작을 나타내는 타미잉도이다.
도 12를 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.
압전물질(m200)은 제1압전물질층(614)와 제2압전물질층(613)이 적층된 것에 대응할 수 있다. 또한, 압전물질(m200)은 제1압전물질층(614)와 제2압전물질층(613) 중 어느 하나에 대응할 수 있다. 또한, 공통전극(CE)은 제1센서픽셀전극(SE) 또는 제2센서픽셀전극(710)에 대향되도록 배치될 수 있다. 공통전극(CE)은 제1공통전극층(615b) 또는 제2공통전극층(615a)의 일부일 수 있다.
여기서, 제1송신트랜지스터(TXT)는 도 8의 송신회로(801)에 대응하고 제1수신트랜지스터(RXT1)와 제2수신트랜지스터(RXT2)는 도 8의 수신회로(802)에 대응할 수 있다.
도 13을 참조하면, 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 압전물질(m200)의 일면과 접하고 있고 압전물질(m200)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, 압전물질(m200)은 반사된 초음파신호를 전달받아 센싱신호를 출력할 수 있다.
압전물질(m200)로부터 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. 압전물질(m200)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 전달될 수 있다. 제2센싱신호(ss2)는 제1센싱신호(ss1)를 증폭한 신호일 수 있다. 또한, 제2수신트랜지스터(RXT2)는 턴온상태이기 때문에 제2센싱신호(ss2)는 리드아웃라인(ROL)으로 전달될 수 있다.
도 14는 표시장치에서 센서와 센싱컨트롤러의 연결관계를 나타내는 구조도이다.
도 14를 참조하면, 표시장치(100)는 제1소자층에 연결되는 제1배선(1401)과, 제1공통전극층(532)에 연결되는 제2배선(1402)과, 제1배선(1401)과 제2배선(1402)에 연결되는 제1센싱컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
제1소자층은 제1기판(510) 상에 배치될 수 있다. 제1배선(1401)은 제1기판(510)에 배치되어 있는 제1소자층과 연결될 수 있다. 그리고, 제1압전물질층(614)과 제2압전물질층(613)이 적층되어 배치되어 있는 제1기판(510)의 하부에 제1공통전극층(615)이 배치될 수 있다. 제1공통전극층(615)은 제1기판(510)과 일부 접하게 될 수 있다. 그리고, 제2배선(1402)이 제1공통전극층(615)과 연결될 수 있다.
제1배선(1401)과 제2배선(1402)은 각각 연성회로케이블일 수 있다. 또한, 제1배선(1401)과 제2배선(1402)은 인쇄회로기판(Printed circuit board:)에 연결될 수 있다. 인쇄회로기판(531)에는 제1센싱컨트롤러(미도시)가 배치될 수 있다.
도 15는 표시장치에서 센서와 센싱컨트롤러의 연결관계를 나타내는 구조도이다.
도 15를 참조하면, 표시장치(100)는 제1소자층에 연결되는 제1배선(1401)과, 제2공통전극층(615a)에 연결되는 제2배선(1402)과, 제2소자층에 연결되는 제3배선(1403)과, 제1공통전극층(615b)에 연결되는 제4배선(1404)과, 제1 내지 제4배선(1404)이 연결되는 제1센싱컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
제1소자층은 제1기판(510)에 배치될 수 있다. 그리고, 제1배선(1401)은 제1기판(510)에 배치된 제1소자층과 연결될 수 있다. 그리고, 제2압전물질층(613)이 배치된 제1기판(510)의 하부에 제2공통전극층(532)이 배치될 수 있다. 제2공통전극층(532)은 제1기판(510)과 일부 접하게 될 수 있다. 그리고, 제2배선(1402)이 제2공통전극층(615a)과 연결될 수 있다.
또한, 제2접착제층(530)을 통해 제2기판(520)이 제2공통전극층(532)에 고정될 수 있다. 제2소자층은 제2기판(520)에 배치될 수 있다. 제2소자층이 배치된 제2기판(520)에 제3배선(1403)이 연결될 수 있다. 제2기판(520)의 크기는 제1기판(510) 보다 작을 수 있다. 그리고, 제1압전물질층(614)이 배치된 제2기판(520)의 하부에 제1공통전극층(615b)이 배치될 수 있다. 제1공통전극층(615b)은 제2기판(520)과 일부 접하게 될 수 있다. 또한, 제1공통전극층(615b)의 크기는 제2공통전극층(615a)보다 작을 수 있다. 그리고, 제4배선(1404)이 제1공통전극층(615b)에 연결될 수 있다.
제1배선(1401) 내지 제4배선(1404)은 각각 연성회로케이블일 수 있다. 또한, 제1배선(1401) 내지 제4배선(1404)은 인쇄회로기판(Printed circuit board:531)에 연결될 수 있다. 인쇄회로기판(531)에는 제1센싱컨트롤러(미도시)가 배치될 수 있다.
도 16은 표시장치에서 센서와 센싱컨트롤러의 연결관계를 나타내는 구조도이다.
도 16을 참조하면, 표시장치(100)는 제1소자층에 연결되는 제1배선(1401)과, 제2공통전극층(615a)에 연결되는 제2배선(1402)과, 제1배선(1401)과 제2배선(1402)이 연결되는 제1센싱컨트롤러(미도시) 및 제2소자층에 연결되는 제3배선(1403)과, 제1공통전극층(615b)에 연결되는 제4배선(1404)과, 제3배선(1403)과 제4배선(1404)이 연결되는 제2센싱컨트롤러(미도시)를 더 포함할 수 있다.
제1소자층은 제1기판(510)에 배치될 수 있다. 그리고, 제1배선(1401)은 제1기판(510)에 배치된 제1소자층과 연결될 수 있다. 그리고, 제2압전물질층(613)이 배치된 제1기판(510)의 하부에 제2공통전극층(615a)이 배치될 수 있다. 제2공통전극층(615a)은 제1기판(510)과 일부 접하게 될 수 있다. 그리고, 제2배선(1402)이 제2공통전극층(615a)과 연결될 수 있다. 제1배선(1401)과 제2배선(1402)은 연성회로케이블일 수 있다. 또한, 제1배선(1401)과 제2배선(1402)은 제1인쇄회로기판(531)에 연결될 수 있다. 제1인쇄회로기판(531a)에는 제1센싱컨트롤러가 배치될 수 있다.
또한, 제2접착제층(530)을 통해 제2기판(520)이 제2공통전극층(615a)에 고정될 수 있다. 제2접착제층(530)은 제2공통전극층(615a)의 하부와 측면을 커버할 수 있다. 제2소자층은 제2기판(520)에 배치될 수 있다. 제2기판(520)의 크기는 제1기판(510) 보다 작을 수 있다. 또한, 제1공통전극층(615b)의 크기는 제2공통전극층(615a)보다 작을 수 있다. 그리고, 제1압전물질층(614)이 배치된 제2기판(520)의 하부에 제1공통전극층(615b)이 배치될 수 있다. 제1공통전극층(615b)은 제2기판(520)과 일부 접하게 될 수 있다. 그리고, 제4배선(1404)이 제1공통전극층(615b)에 연결될 수 있다.
제3배선(1403)과 제3배선(1404)은 연성회로케이블일 수 있다. 또한, 제3배선(1403)과 제4배선(1404)은 제2인쇄회로기판(531b)에 연결될 수 있다. 제2인쇄회로기판(531b)에는 제2센싱컨트롤러가 배치될 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
130: 하우징
140: 커버글래스

Claims (19)

  1. 표시패널; 및
    센서를 포함하고,
    상기 센서는,
    제1압전물질층과,
    상기 제1압전물질층 하부에서 상기 제1압전물질층과 중첩되게 배치되는 제2압전물질층과,
    상기 제1압전물질층 상부에 배치되는 제1공통전극과, 상기 제2압전물질층 하부에 배치되는 제1센서픽셀전극과,
    상기 제1센서픽셀전극의 하부에 배치되고, 상기 제1센서픽셀전극과 연결되는 제1소자층을 포함하는 표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1압전물질층과 상기 제2압전물질층 사이에 배치되며,
    상기 제2압전물질층 상에 배치되는 제2공통전극과,
    상기 제2압전물질층 하부에 배치되는 제2센서픽셀전극과,
    상기 제2센서픽셀전극의 하부에 배치되고, 상기 제2센서픽셀전극과 연결되는 제2소자층을 더 포함하는 표시장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1소자층은
    제1구동신호를 상기 제1센서픽셀전극에 전달하는 제1송신회로와, 상기 제1센서픽셀전극으로부터 센싱신호를 수신하는 제1수신회로를 각각 구비하는 복수의 제1센서픽셀을 포함하는 표시장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1송신회로는,
    순차적으로 발생되는 복수의 구동기간 각각에서 제1구동신호라인으로부터 상기 제1구동신호를 전달받아 상기 제1센서픽셀전극에 전달하고,
    상기 제1수신회로는,
    순차적으로 발생되는 복수의 센싱기간 각각에서 상기 제1센서픽셀전극으로부터 상기 센싱신호를 전달받아 제1리드아웃라인에 전달하는 표시장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 제1센서픽셀의 제1열에 상기 제1송신회로들이 배치되고, 상기 제1열과 인접한 제2열에 상기 제1수신회로들이 배치되는 표시장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1송신회로로 제1스캔신호가 전달된 후, 상기 제1수신회로로 제2스캔신호가 전달되는 표시장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제1송신회로는 상기 제1구동신호라인과 상기 제1센서픽셀전극 사이에 배치되고, 제1스캔신호에 대응하여 턴온되는 제1송신트랜지스터를 포함하고,
    상기 제1수신회로는 제1센서전원라인과 제1노드 사이에 배치되고 상기 제1센서픽셀전극의 전압에 대응하여 턴온되는 제1수신트랜지스터와, 상기 제1리드아웃라인과 상기 제1수신트랜지스터 사이에 배치되고 제2스캔신호에 대응하여 턴온되는 제2수신트랜지스터를 포함하는 표시장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 구동기간은, 상기 제1구동신호가 저주파신호로 출력되는 제1구동기간과 상기 제1구동신호가 고주파신호로 출력되는 제2구동기간을 포함하는 표시장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제2소자층은
    제2구동신호를 상기 제2센서픽셀전극에 전달하는 제2송신회로와, 상기 제2센서픽셀전극으로부터 상기 센싱신호를 수신하는 제2수신회로를 각각 구비하는 복수의 제2센서픽셀을 포함하는 표시장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2송신회로는,
    순차적으로 발생되는 복수의 구동기간 각각에서 제2구동신호라인으로부터 상기 제2구동신호를 전달받아 상기 제2센서픽셀전극에 전달하고,
    상기 제2수신회로는,
    순차적으로 발생되는 복수의 센싱기간 각각에서 상기 제2센서픽셀전극으로부터 상기 제2센싱신호를 전달받아 제2리드아웃라인으로 전달하는 표시장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 제2센서픽셀의 제1열에 상기 제2송신회로들이 배치되고, 상기 제1열과 인접한 제2열에 상기 제2수신회로들이 배치되는 표시장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2송신회로로 제3스캔신호가 전달된 후, 상기 제2수신회로로 제4스캔신호가 전달되는 표시장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제2송신회로는 상기 제2구동신호라인과 상기 제2센서픽셀전극 사이에 배치되고, 제3스캔신호에 대응하여 턴온되는 제2송신트랜지스터를 포함하고,
    상기 제2수신회로는 제2센서전원라인과 제2노드 사이에 배치되고 상기 제2센서픽셀전극의 전압에 대응하여 턴온되는 제3수신트랜지스터와, 상기 제2리드아웃라인과 상기 제3수신트랜지스터 사이에 배치되고 제2스캔신호에 대응하여 턴온되는 제4수신트랜지스터를 포함하는 표시장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 구동기간에서, 상기 제1구동신호는 저주파신호로 출력되고 상기 제2구동신호는 고주파수신호로 출력되는 표시장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1소자층에 연결되는 제1배선과, 상기 제1공통전극층에 연결되는 제2배선과, 상기 제1배선과 상기 제2배선에 연결되는 제1센싱컨트롤러를 더 포함하는 표시장치.
  16. 제2항에 있어서,
    상기 제1소자층에 연결되는 제1배선과, 상기 제2공통전극에 연결되는 제2배선과, 상기 제2소자층에 연결되는 제3배선과, 상기 제1공통전극층에 연결되는 제4배선과, 상기 제1 내지 제4배선이 연결되는 제1센싱컨트롤러를 더 포함하는 표시장치.
  17. 제2항에 있어서,
    상기 제1소자층에 연결되는 제1배선과, 상기 제2공통전극에 연결되는 제2배선과, 상기 제1배선과 상기 제2배선이 연결되는 제1센싱컨트롤러; 및,
    상기 제2소자층에 연결되는 제3배선과, 상기 제1공통전극라인에 연결되는 제4배선과, 상기 제3배선과 상기 제4배선이 연결되는 제2센싱컨트롤러를 포함하는 표시장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제1압전물질층은 상기 제2압전물질층 보다 낮은 주파수의 신호를 생성하는 표시장치.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 제1공통전극 상에 배치되는 제1접착제층, 상기 제1접착제층 상에 배치되는 필름층, 상기 필름층 상에 배치되는 보호필름을 더 포함하는 표시장치.
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