KR20210043892A - 통합 센서 및 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예들은, 통합 센서 및 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 디스플레이 패널의 논-액티브 영역과 중첩되도록 배치된 적외선 포토 다이오드와, 액티브 영역과 중첩되도록 배치된 가시광선 포토 다이오드를 포함하는 통합 센서를 제공함으로써, 디스플레이 장치에서 근접 센싱과 지문 센싱을 수행할 수 있는 센서를 용이하게 배치할 수 있는 방안을 제공한다. 또한, 가시광선 포토 다이오드 중 일부 포토 다이오드를 이용하여 조도 센싱을 수행함으로써, 근접 센싱, 지문 센싱 및 조도 센싱의 기능을 모두 수행할 수 있는 통합 센서를 제공할 수 있다.

Description

통합 센서 및 디스플레이 장치{INTEGRATED SENSOR AND DISPLAY DEVICE}
본 발명의 실시예들은, 통합 센서와 디스플레이 장치에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하는 디스플레이 장치에 대한 다양한 요구가 증가하고 있으며, 액정 디스플레이 장치, 유기발광 디스플레이 장치 등과 같은 다양한 유형의 디스플레이 장치가 활용된다.
디스플레이 장치는, 영상을 표시하는 기능 이외에 다양한 기능을 사용자에게 제공하기 위하여, 경우에 따라, 카메라, 근접 센서 또는 조도 센서 등과 같은 광학 센서를 포함할 수 있다. 또한, 사용자의 생체 정보를 인식하고 인식된 생체 정보를 기반으로 입력 처리를 수행하는 기능을 제공하기 위하여, 디스플레이 패널에 광학 센서가 배치될 수 있다.
광학 센서는, 디스플레이 패널의 논-액티브 영역에 배치될 수도 있으나, 논-액티브 영역의 축소를 위해 액티브 영역에 배치될 수도 있다.
따라서, 디스플레이 패널에 다양한 광학 센서가 배치될 수 있으며, 한정된 영역에 다양한 광학 센서가 배치됨에 따라 광학 센서 간의 간섭을 방지하며 광학 센서를 효율적으로 배치할 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명의 실시예들은, 디스플레이 패널에 광학 센서의 배치를 용이하게 하며, 다양한 광학 센싱 기능을 제공하는 통합 센서와, 통합 센서를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예들은, 시간적으로 분리된 기간에 다른 유형의 광학 센싱을 수행하거나, 영역적으로 분리된 영역에서 다른 유형의 광학 센싱을 수행할 수 있는 통합 센서와, 통합 센서를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
일 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 다수의 서브픽셀이 배치된 액티브 영역과 액티브 영역의 외측에 위치하는 논-액티브 영역을 포함하는 디스플레이 패널과, 논-액티브 영역과 중첩된 영역에 위치하는 적어도 하나의 광원과, 디스플레이 패널이 이미지를 표시하는 면의 반대편에 위치하고 논-액티브 영역과 중첩된 영역에 위치하는 적어도 하나의 제1 수광 픽셀과 액티브 영역과 중첩된 영역에 위치하는 다수의 제2 수광 픽셀을 포함하는 통합 센서를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 디스플레이 패널의 논-액티브 영역에 위치하는 적어도 하나의 제1 발광 소자와, 디스플레이 패널의 액티브 영역에 위치하는 다수의 제2 발광 소자와, 제1 발광 소자와 제2 발광 소자가 광을 발산하는 면의 반대편에 위치하고 논-액티브 영역과 중첩된 영역에 위치하는 적어도 하나의 제1 수광 픽셀과 액티브 영역과 중첩된 영역에 위치하는 적어도 하나의 제2 수광 픽셀을 포함하는 통합 센서를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 외곽 영역의 적어도 일부 영역에 배치된 적어도 하나의 제1 수광 픽셀과, 외곽 영역의 내측에 위치하는 중앙 영역에 배치되고 제1 수광 픽셀의 면적보다 작은 면적을 갖는 다수의 제2 수광 픽셀을 포함하고, 제1 수광 픽셀이 구동되는 기간과 제2 수광 픽셀이 구동되는 기간은 시간적으로 구분되고 제2 수광 픽셀이 구동되는 기간의 일부 기간에 제2 수광 픽셀 중 특정 색상의 광을 감지하는 제2 수광 픽셀만 구동되는 기간이 존재하는 통합 센서를 제공한다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 디스플레이 패널의 논-액티브 영역에 배치된 근접 센서의 수광부와 액티브 영역에 배치된 지문 센서를 통합함으로써, 디스플레이 패널에 근접 센서와 지문 센서를 용이하게 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 통합 센서가 논-액티브 영역과 중첩된 부분에서 근접 센싱을 수행하고, 액티브 영역과 중첩된 부분에서 지문 센싱과 조도 센싱을 수행함으로써, 다양한 광학 센싱 기능을 제공하는 통합 센서를 포함하는 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치에 각종 광학 센서가 배치된 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치에 근접 센서가 배치된 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치에 통합 센서가 배치된 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예들에 따른 통합 센서의 평면 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 통합 센서의 단면 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 통합 센서를 구동하는 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 통합 센서의 수광 픽셀의 배치 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 9a와 도 9b는 도 8에 도시된 통합 센서의 구동 타이밍의 예시를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 통합 센서의 수광 픽셀의 배치 구조의 다른 예시를 나타낸 도면이다.
도 11은 도 10에 도시된 통합 센서의 구동 타이밍의 예시를 나타낸 도면이다.
도 12a와 도 12b는 본 발명의 실시예들에 따른 통합 센서의 구동 방식의 다른 예시를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 통합 센서의 구동 방법의 과정의 예시를 나타낸 도면이다.
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 요소들의 시간 관계 또는 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 디스플레이 장치(100)의 개략적인 구성의 예시를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치(100)는, 다수의 서브픽셀(SP)이 배치된 액티브 영역(A/A)과, 액티브 영역(A/A)의 외측에 위치하는 논-액티브 영역(N/A)을 포함하는 디스플레이 패널(110)을 포함한다. 그리고, 디스플레이 패널(110)에 배치된 각종 신호 라인 등을 구동하기 위한 게이트 구동 회로(120), 데이터 구동 회로(130) 및 컨트롤러(140) 등을 포함할 수 있다.
디스플레이 패널(110)에는, 다수의 게이트 라인(GL)과 다수의 데이터 라인(DL)이 배치되고, 게이트 라인(GL)과 데이터 라인(DL)이 교차하는 영역에 서브픽셀(SP)이 배치될 수 있다.
게이트 구동 회로(120)는, 컨트롤러(140)에 의해 제어되며, 디스플레이 패널(110)에 배치된 다수의 게이트 라인(GL)으로 스캔 신호를 순차적으로 출력하여 다수의 서브픽셀(SP)의 구동 타이밍을 제어한다.
게이트 구동 회로(120)는, 하나 이상의 게이트 드라이버 집적 회로(GDIC: Gate Driver Integrated Circuit)를 포함할 수 있으며, 구동 방식에 따라 디스플레이 패널(110)의 일 측에만 위치할 수도 있고 양 측에 위치할 수도 있다.
각 게이트 드라이버 집적 회로(GDIC)는, 테이프 오토메티드 본딩(TAB: Tape Automated Bonding) 방식 또는 칩 온 글래스(COG: Chip On Glass) 방식으로 디스플레이 패널(110)의 본딩 패드에 연결되거나, GIP(Gate In Panel) 타입으로 구현되어 디스플레이 패널(110)에 직접 배치될 수도 있으며, 경우에 따라서, 디스플레이 패널(110)에 집적화되어 배치될 수도 있다. 또한, 각 게이트 드라이버 집적 회로(GDIC)는, 디스플레이 패널(110)과 연결된 필름 상에 실장되는 칩 온 필름(COF: Chip On Film) 방식으로 구현될 수도 있다.
데이터 구동 회로(130)는, 컨트롤러(140)로부터 영상 데이터를 수신하고, 영상 데이터를 아날로그 형태의 데이터 전압으로 변환한다. 그리고, 게이트 라인(GL)을 통해 스캔 신호가 인가되는 타이밍에 맞춰 데이터 전압을 각각의 데이터 라인(DL)으로 출력하여 각각의 서브픽셀(SP)이 영상 데이터에 따른 밝기를 표현하도록 한다.
데이터 구동 회로(130)는, 하나 이상의 소스 드라이버 집적 회로(SDIC: Source Driver Integrated Circuit)를 포함할 수 있다.
각 소스 드라이버 집적 회로(SDIC)는, 시프트 레지스터, 래치 회로, 디지털 아날로그 컨버터, 출력 버퍼 등을 포함할 수 있다.
각 소스 드라이버 집적 회로(SDIC)는, 테이프 오토메티드 본딩(TAB) 방식 또는 칩 온 글래스(COG) 방식으로 디스플레이 패널(110)의 본딩 패드에 연결되거나, 디스플레이 패널(110)에 직접 배치될 수 있으며, 경우에 따라, 디스플레이 패널(110)에 집적화되어 배치될 수도 있다. 또한, 각 소스 드라이버 집적 회로(SDIC)는, 칩 온 필름(COF) 방식으로 구현될 수 있으며, 이 경우, 각 소스 드라이버 집적 회로(SDIC)는, 디스플레이 패널(110)에 연결된 필름 상에 실장되고, 필름 상의 배선들을 통해 디스플레이 패널(110)과 전기적으로 연결될 수 있다.
컨트롤러(140)는, 게이트 구동 회로(120)와 데이터 구동 회로(130)로 각종 제어 신호를 공급하며, 게이트 구동 회로(120)와 데이터 구동 회로(130)의 동작을 제어한다.
컨트롤러(140)는, 인쇄 회로 기판, 가요성 인쇄 회로 등 상에 실장되고, 인쇄 회로 기판, 가요성 인쇄 회로 등을 통해 게이트 구동 회로(120) 및 데이터 구동 회로(130)와 전기적으로 연결될 수 있다.
컨트롤러(140)는, 각 프레임에서 구현하는 타이밍에 따라 게이트 구동 회로(120)가 스캔 신호를 출력하도록 하며, 외부에서 수신한 영상 데이터를 데이터 구동 회로(130)에서 사용하는 데이터 신호 형식에 맞게 변환하여 변환된 영상 데이터를 데이터 구동 회로(130)로 출력한다.
컨트롤러(140)는, 영상 데이터와 함께 수직 동기 신호(VSYNC), 수평 동기 신호(HSYNC), 입력 데이터 인에이블 신호(DE: Data Enable), 클럭 신호(CLK) 등을 포함하는 각종 타이밍 신호를 외부(예: 호스트 시스템)로부터 수신한다.
컨트롤러(140)는, 외부로부터 수신한 각종 타이밍 신호를 이용하여 각종 제어 신호를 생성하고 게이트 구동 회로(120) 및 데이터 구동 회로(130)로 출력할 수 있다.
일 예로, 컨트롤러(140)는, 게이트 구동 회로(120)를 제어하기 위하여, 게이트 스타트 펄스(GSP: Gate Start Pulse), 게이트 시프트 클럭(GSC: Gate Shift Clock), 게이트 출력 인에이블 신호(GOE: Gate Output Enable) 등을 포함하는 각종 게이트 제어 신호(GCS)를 출력한다.
여기서, 게이트 스타트 펄스(GSP)는 게이트 구동 회로(120)를 구성하는 하나 이상의 게이트 드라이버 집적 회로(GDIC)의 동작 스타트 타이밍을 제어한다. 게이트 시프트 클럭(GSC)은 하나 이상의 게이트 드라이버 집적 회로(GDIC)에 공통으로 입력되는 클럭 신호로서, 스캔 신호의 시프트 타이밍을 제어한다. 게이트 출력 인에이블 신호(GOE)는 하나 이상의 게이트 드라이버 집적 회로(GDIC)의 타이밍 정보를 지정하고 있다.
또한, 컨트롤러(140)는, 데이터 구동 회로(130)를 제어하기 위하여, 소스 스타트 펄스(SSP: Source Start Pulse), 소스 샘플링 클럭(SSC: Source Sampling Clock), 소스 출력 인에이블 신호(SOE: Source Output Enable) 등을 포함하는 각종 데이터 제어 신호(DCS)를 출력한다.
여기서, 소스 스타트 펄스(SSP)는 데이터 구동 회로(130)를 구성하는 하나 이상의 소스 드라이버 집적 회로(SDIC)의 데이터 샘플링 스타트 타이밍을 제어한다. 소스 샘플링 클럭(SSC)은 소스 드라이버 집적 회로(SDIC) 각각에서 데이터의 샘플링 타이밍을 제어하는 클럭 신호이다. 소스 출력 인에이블 신호(SOE)는 데이터 구동 회로(130)의 출력 타이밍을 제어한다.
이러한 디스플레이 장치(100)는, 디스플레이 패널(110), 게이트 구동 회로(120), 데이터 구동 회로(130) 등으로 각종 전압 또는 전류를 공급해주거나, 공급할 각종 전압 또는 전류를 제어하는 전원 관리 집적 회로를 더 포함할 수 있다.
각각의 서브픽셀(SP)은, 게이트 라인(GL)과 데이터 라인(DL)의 교차에 의해 정의되며, 디스플레이 장치(100)의 유형에 따라 액정이 배치되거나 발광 소자가 배치될 수 있다.
그리고, 디스플레이 장치(100)는, 영상을 표시하는 기능 이외에 다양한 기능을 제공하기 위하여, 디스플레이 패널(110)에 배치되는 각종 광학 센서를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치(100)에 각종 광학 센서가 배치된 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 디스플레이 장치(100)의 디스플레이 패널(110)에 카메라(200)나 근접 센서(300)와 같은 광학 센서가 배치될 수 있다. 또한, 경우에 따라, 조도 센서가 더 배치될 수도 있다. 조도 센서는 근접 센서(300)와 별도로 배치되거나, 근접 센서(300)와 통합되어 배치될 수 있다. 또한, 광 방식의 지문 센서가 더 배치될 수도 있으며, 지문 센서는 디스플레이 장치(100)의 유형에 따라 논-액티브 영역(N/A)에 배치될 수도 있고, 액티브 영역(A/A)에 배치될 수도 있다.
카메라(200)와 근접 센서(300)와 같은 광학 센서는, 일 예로, 도 2의 Case A에 도시된 예시와 같이, 디스플레이 패널(110)의 논-액티브 영역(N/A)에 배치될 수 있다. 그리고, 논-액티브 영역(N/A)은, 광학 센서의 배치로 인한 액티브 영역(A/A)의 감소를 최소화하기 위하여, 광학 센서가 배치되는 영역만 확장된 형태를 가질 수 있다.
근접 센서(300)는, 발광부인 광원(310)과, 광원(310)으로부터 발산된 광이 물체에 반사된 광을 감지하는 수광부(320)를 포함할 수 있다. 여기서, 광원(310)은, 일 예로, 적외선을 발산할 수 있다. 그리고, 근접 센서(300)의 수광부(320)는, 광원(310)으로부터 광이 발산되지 않는 기간에는 외부 광을 센싱하여 조도 센싱을 수행할 수 있다.
다른 예로, 카메라(200)와 근접 센서(300)와 같은 광학 센서는, 도 2의 Case B에 도시된 예시와 같이, 적어도 일부가 액티브 영역(A/A) 내에 배치될 수 있다.
액티브 영역(A/A)에서 광학 센서가 배치되는 영역은 서브픽셀(SP)이 배치되지 않은 홀 영역(H/A)일 수 있다. 홀 영역(H/A)이 형성될 영역을 제외한 영역에 서브픽셀(SP)을 배치하는 공정을 수행하고, 서브픽셀(SP)의 공정이 완료된 후 홀 영역(H/A)이 형성될 수 있다. 그리고, 홀 영역(H/A)에 광학 센서가 배치될 수 있다.
홀 영역(H/A)에는, 카메라(200)와 근접 센서(300) 등과 같은 광학 센서가 배치될 수 있다.
또는, 홀 영역(H/A)에는, 카메라(200)와 근접 센서(300)의 수광부(320)만 배치될 수도 있다. 그리고, 근접 센서(300)의 광원(310)은, 논-액티브 영역(N/A)에 배치될 수 있다.
근접 센서(300)의 광원(310)이 논-액티브 영역(N/A)에 배치됨에 따라, 광원(310)으로부터 발산된 광이 액티브 영역(A/A) 내에서 시인되지 않을 수 있다. 그리고, 카메라(300)와 근접 센서(300)의 수광부(320)는, 액티브 영역(A/A) 내에 배치되므로, 광학 센서의 배치로 인한 논-액티브 영역(N/A)의 증가를 최소화할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치(100)에 근접 센서(300)가 배치된 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 근접 센서(300)의 광원(310)은, 디스플레이 패널(110)의 논-액티브 영역(N/A)에 배치되며, 디스플레이 장치(100)의 커버 글래스(C/G)와 인접하게 배치될 수 있다.
근접 센서(300)의 수광부(320)는, 디스플레이 장치(100)의 배면에 배치될 수 있다. 근접 센서(300)의 수광부(320)는, 전술한 예시와 같이, 액티브 영역(A/A)에 배치될 수 있으나, 경우에 따라, 논-액티브 영역(N/A)에 광원(310)과 함께 배치될 수도 있다.
디스플레이 장치(100)는, 백 플레이트(B/P)와, 백 플레이트(B/P) 상에 배치되는 폴리이미드층(PI)을 포함할 수 있다.
폴리이미드층(PI) 상에 박막 트랜지스터층(TFT)이 배치될 수 있으며, 박막 트랜지스터층(TFT) 상에는 서브픽셀(SP) 내의 발광 소자를 구성하는 제1 전극층(E1), 발광층(EL) 및 제2 전극층(E2)이 배치될 수 있다. 그리고, 발광층(EL)에서 발광층(EL)이 배치되는 영역을 정의하는 뱅크(BANK)가 배치될 수 있다.
제2 전극층(E2) 상에 봉지층(ENCAP)이 배치될 수 있으며, 봉지층(ENCAP) 상에 터치 센서층(T/S)이 배치될 수 있다.
여기서, 터치 센서층(T/S)에서 터치 센서나 터치 배선이 배치되지 않는 영역에 근접 센서(300)의 광원(310)이 배치될 수 있다. 따라서, 광원(310)의 전극부는 터치 센서나 터치 배선을 형성하기 위해 이용되는 터치 메탈과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 즉, 터치 센서층(T/S)에서 터치 센서나 터치 배선 등이 배치되지 않는 영역에 터치 메탈로 전극부를 형성하고, 전극부 상에 발광 소자를 배치하여 근접 센서(300)의 광원(310)을 구성할 수 있다.
광원(310)이 배치된 터치 센서층(T/S) 상에는, 편광판(POL), 접착층(OCA), 커버 글래스(C/G) 등이 배치될 수 있다.
이와 같이, 근접 센서(300)의 광원(310)이 디스플레이 패널(110)의 논-액티브 영역(N/A)에서 터치 센서층(T/S)에 배치되므로, 액티브 영역(A/A)에서 시인되는 문제를 방지할 수 있다. 또한, 광원(310)으로부터 발산된 광이 수광부(320)에 도달하는 거리를 감소시켜, 수광부(320)의 감지 성능을 높여줄 수 있다.
그리고, 근접 센서(300)의 수광부(320)는, 디스플레이 장치(100)의 배면에 배치됨으로써, 액티브 영역(A/A)이나 논-액티브 영역(N/A)에 관계 없이 용이하게 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치(100)는, 지문 센싱을 위한 지문 센서를 포함할 수 있다. 지문 센서는 디스플레이 패널(110)의 논-액티브 영역(N/A)에 배치될 수도 있으나, 논-액티브 영역(N/A)의 감소를 위해 액티브 영역(A/A)에 배치될 수 있다. 그리고, 액티브 영역(A/A)에 배치된 지문 센서는 근접 센서(300)의 수광부(320)와 일체로 이루어질 수 있다.
특히, 지문 센서가 액티브 영역(A/A)에 전체적으로 배치된 구조에서 논-액티브 영역(N/A)에 배치되는 근접 센서(300)의 수광부(320)를 지문 센서와 일체로 구현함으로써, 지문 센서와 근접 센서(300)의 수광부(320) 간의 간섭을 방지하며 통합된 광학 센서를 구현할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치(100)에 통합 센서(400)가 배치된 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 디스플레이 패널(110)에서 터치 센서층(T/S) 상에 광원(310)이 배치될 수 있다. 이러한 광원(310)은, 적외선을 발산할 수 있으며, 디스플레이 패널(110)의 논-액티브 영역(N/A)에 위치할 수 있다.
디스플레이 패널(110)의 배면에는 통합 센서(400)가 배치될 수 있다. 통합 센서(400)는, 외곽 영역인 제1 영역(A1)과, 외곽 영역의 내측에 위치하는 중앙 영역인 제2 영역(A2)을 포함할 수 있다.
제1 영역(A1)은, 디스플레이 패널(110)의 논-액티브 영역(N/A)과 중첩되는 영역일 수 있다. 그리고, 제2 영역(A2)은, 디스플레이 패널(110)의 액티브 영역(A/A)과 중첩되는 영역일 수 있다.
통합 센서(400)의 제1 영역(A1)에는 디스플레이 패널(110)의 논-액티브 영역(N/A)에 위치하는 광원(310)으로부터 발산된 광이 물체에 반사된 광을 감지하기 위한 수광 소자나 회로 소자가 배치될 수 있다.
이러한 제1 영역(A1)은 근접 센싱을 수행하기 위한 영역으로서, 적외선을 감지하기 위한 소자들이 배치될 수 있다. 그리고, 제1 영역(A1)에 배치된 수광 소자에 의해 감지된 정보에 기초하여 물체의 근접 여부를 판별할 수 있다.
통합 센서(400)의 제2 영역(A2)에는 디스플레이 패널(110)의 액티브 영역(A/A)에 배치된 서브픽셀(SP)에 포함된 발광 소자로부터 발산된 광이 물체에 반사된 광을 감지하기 위한 수광 소자나 회로 소자가 배치될 수 있다.
이러한 제2 영역(A2)은 지문 센싱을 수행하기 위한 영역으로서, 서브픽셀(SP) 내의 발광 소자에서 발산된 가시광선을 감지하기 위한 소자들이 배치될 수 있다. 그리고, 제2 영역(A2)에 배치된 수광 소자에 의해 감지된 정보에 기초하여 디스플레이 패널(110)에 접촉된 지문을 센싱할 수 있다.
일 예로, 디스플레이 패널(110)에 지문이 접촉된 경우 지문의 마루 부분에 도달한 광은 피부 내측으로 투과하고, 지문의 골 부분에 도달한 광은 굴절률이 상이한 공기층에 도달하므로 반사될 수 있다. 따라서, 통합 센서(400)는, 지문의 골 부분에서 반사되어 도달하는 광에 기초하여 지문의 마루과 골을 분석하고, 디스플레이 패널(110)에 접촉된 지문을 인식할 수 있다.
통합 센서(400)의 제2 영역(A2) 상에는, 제2 영역(A2)으로 반사되는 광 중 노이즈 광을 차단해줄 수 있는 콜리메이터(500)가 배치될 수 있다.
콜리메이터(500)는, 통합 센서(400)의 제2 영역(A2)과 중첩된 영역을 포함하는 영역에 배치될 수 있다. 또한, 경우에 따라, 콜리메이터(500)는, 제1 영역(A1)의 적어도 일부 영역과 중첩된 영역을 포함하는 영역에 더 배치될 수도 있다.
콜리메이터(500)는, 통합 센서(400)에 배치된 수광 소자 상에 위치하며 수직 방향으로 형성된 개구된 부분을 포함할 수 있으며, 수직 광 위주의 광이 통합 센서(400)의 수광 소자에 도달할 수 있게 한다.
콜리메이터(500)와 디스플레이 패널(110) 사이에 적외선 필터(600)가 배치될 수 있다. 경우에 따라, 적외선 필터(600)는, 콜리메이터(500)와 통합 센서(400) 사이에 배치될 수도 있다.
적외선 필터(600)는, 통합 센서(400)의 제2 영역(A2)과 중첩된 영역을 포함하는 영역에 배치될 수 있다. 그리고, 적외선 필터(600)는, 통합 센서(400)의 제1 영역(A1)과 중첩된 영역을 제외한 영역에 배치될 수 있다.
따라서, 근접 센싱을 위한 광원(310)으로부터 발산된 광이 지문 센싱을 위한 수광 소자가 배치된 통합 센서(400)의 제2 영역(A2)에 도달하는 것을 방지해줄 수 있다.
통합 센서(400)의 제1 영역(A1)에 배치된 수광 소자는 근접 센싱을 위해 이용되고, 제2 영역(A2)에 배치된 수광 소자는 지문 센싱을 위해 이용되므로, 각 영역에서 수광 소자가 배치된 구조는 상이할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예들에 따른 통합 센서(400)의 평면 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 5a를 참조하면, 통합 센서(400)의 제1 영역(A1)에는 근접 센싱을 위한 수광 기능을 제공하는 적어도 하나의 제1 수광 픽셀(LRP1)이 배치될 수 있다. 그리고, 통합 센서(400)의 제2 영역(A2)에는 지문 센싱을 위한 수광 기능을 제공하는 다수의 제2 수광 픽셀(LRP2)이 배치될 수 있다.
제1 수광 픽셀(LRP1)에는 적외선의 감지를 위한 포토 다이오드가 배치될 수 있고, 제2 수광 픽셀(LRP2)에는 가시광선의 감지를 위한 포토 다이오드가 배치될 수 있다.
여기서, 제1 수광 픽셀(LRP1)은 근접 여부를 감지하기 위해 이용되므로, 제1 영역(A1)에 적어도 하나 이상 배치될 수 있다. 그리고, 제1 수광 픽셀(LRP1)은 제2 수광 픽셀(LRP2)보다 크게 배치될 수 있다.
따라서, 제1 영역(A1)에 배치되는 제1 수광 픽셀(LRP1)의 크기를 증가시켜 근접 센싱의 성능을 높여주고, 제2 영역(A2)에서는 제2 수광 픽셀(LRP2)의 크기를 작게 유지하여 지문의 마루와 골을 분석하며 지문 센싱을 수행할 수 있다.
또는, 제1 수광 픽셀(LRP1)의 수를 증가시키며 제1 영역(A1)에서 서로 이격되어 배치되도록 하고, 일부 제1 수광 픽셀(LRP1)는 다른 기능을 수행할 수도 있다.
일 예로, 도 5b를 참조하면, 통합 센서(400)의 제1 영역(A1)에 다수의 제1 수광 픽셀(LRP1)이 배치될 수 있으며, 일 예로, 3개의 제1 수광 픽셀(LRP1)이 배치될 수 있다.
이러한 경우, 3개의 제1 수광 픽셀(LRP1) 중 IR1, IR2는 근접 센싱을 감지하기 위해 이용되고, IR3은 노이즈를 감지하기 위해 이용될 수 있다. 즉, IR1, IR2를 통해 광원(310)으로부터 발산된 광이 물체에 반사되어 들어오는 광을 감지하고, IR3를 통해 외부 환경에 의한 광을 감지하여 근접 센싱의 정확도를 높여줄 수 있다.
또는, 근접 센싱의 용도에 따라 제1 수광 픽셀(LRP1)의 배치 위치를 조정해줄 수도 있다.
일 예로, 도 5c를 참조하면, 통합 센서(400)의 제1 영역(A1)에서 가운데 부분에 제1 수광 픽셀(LRP1)이 배치될 수 있다. 즉, 디스플레이 장치(100)가 스마트 폰인 경우 통화 모드에서 근접 센싱의 정확도를 높여주기 위하여, 제1 영역(A1)의 가운데 부분에만 제1 수광 픽셀(LRP1)이 배치되도록 할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들은, 디스플레이 패널(110)의 배면에 배치되는 통합 센서(400)의 일부 영역은 근접 센싱을 위해 이용하고, 다른 영역은 지문 센싱을 위해 이용함으로써, 다양한 광학 센싱 기능을 제공하는 통합 센서(400)를 포함하는 디스플레이 장치(100)를 용이하게 구현할 수 있다.
또한, 통합 센서(400) 상에 배치되는 콜리메이터(500)를 제1 영역(A1)까지 확장하여 배치해줌으로써, 근접 센싱의 정확도를 더욱 높여줄 수도 있다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 통합 센서(400)의 단면 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 디스플레이 패널(110)의 배면에는, 적어도 하나의 제1 수광 픽셀(LRP1)이 배치된 제1 영역(A1)과, 다수의 제2 수광 픽셀(LRP2)이 배치된 제2 영역(A2)을 포함하는 통합 센서(400)가 배치될 수 있다.
제1 수광 픽셀(LRP1)과 제2 수광 픽셀(LRP2)은 통합 센서(400)에 포함된 인쇄 회로(410) 상에 배치될 수 있다.
통합 센서(400)의 제1 영역(A1)은 광원(310)이 배치된 디스플레이 패널(110)의 논-액티브 영역(N/A)과 대응될 수 있다. 그리고, 통합 센서(400)의 제2 영역(A2)은 다수의 서브픽셀(SP)이 배치된 디스플레이 패널(110)의 액티브 영역(A/A)과 대응될 수 있다. 통합 센서(400)의 제2 영역(A2)이 디스플레이 패널(110)의 액티브 영역(A/A)의 전체와 대응되도록 배치된 경우를 예시로 나타내나, 경우에 따라, 통합 센서(400)의 제2 영역(A2)은 디스플레이 패널(110)의 액티브 영역(A/A)의 일부와 대응될 수도 있다.
통합 센서(400) 상에는, 광학 센싱의 성능을 높여주고, 광학 센싱의 간섭을 방지해주기 위한 콜리메이터(500)와 적외선 필터(600) 등이 배치될 수 있다.
여기서, 적외선 필터(600)는, 근접 센싱을 위해 광원(310)으로부터 발산된 광이 제2 수광 픽셀(LRP2)에 도달하는 것을 방지해주기 위해, 제2 영역(A2)과 중첩되는 영역에 배치될 수 있다. 그리고, 제1 수광 픽셀(LRP1)과 제2 수광 픽셀(LRP2) 사이에 이격된 공간이 존재하는 경우, 적외선 필터(600)는 해당 공간의 적어도 일부와 중첩될 수도 있다.
그리고, 콜리메이터(500)는, 수광 픽셀(LRP)에 수직 광에 가까운 광이 도달하도록 하기 위하여, 통합 센서(400) 상에 배치될 수 있다.
이러한 콜리메이터(500)는, 크기가 작은 제2 수광 픽셀(LRP2)이 배치된 제2 영역(A2) 상에만 배치될 수도 있으나, 경우에 따라, 제1 수광 픽셀(LRP1)이 배치된 제1 영역(A1) 상에 확장되어 배치될 수도 있다.
따라서, 콜리메이터(500)의 경계는 제1 수광 픽셀(LRP1)의 외측에 위치하고, 적외선 필터(500)의 경계는 제1 수광 픽셀(LRP2)의 내측에 위치하는 구조일 수 있다.
일 예로, 콜리메이터(500)는 제1 영역(A1) 상에 배치되며 제1 수광 픽셀(LRP1)과 대응되도록 위치하는 제1 개구부(OA1)를 포함할 수 있다. 그리고, 콜리메이터(500)는 제2 영역(A2) 상에 배치되며 제2 수광 픽셀(LRP2)과 대응되도록 위치하는 제2 개구부(OA2)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 수광 픽셀(LRP1)과 제2 수광 픽셀(LRP2)이 이격되어 배치된 경우, 제1 개구부(OA1)와 제2 개구부(OA2)도 이격되어 배치될 수 있다.
즉, 콜리메이터(500)는 제1 수광 픽셀(LRP1), 제2 수광 픽셀(LRP2) 등의 경계와 대응되는 위치에서 광을 차단하며 제1 수광 픽셀(LRP1), 제2 수광 픽셀(LRP2) 등의 위치와 대응되도록 개구된 부분을 포함하여 수직 광에 가까운 광이 수광 픽셀(LRP)에 도달할 수 있게 한다.
또한, 콜리메이터(500)가 제1 영역(A1)에 확장된 형태로 배치되며, 제1 수광 픽셀(LRP1)과 대응되는 제1 개구부(OA1)를 포함함으로써, 외부 광에 의한 노이즈가 제1 수광 픽셀(LRP1)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 콜리메이터(500)에서 제1 개구부(OA1)와 제2 개구부(OA2) 사이의 부분이 제1 수광 픽셀(LRP1)과 제2 수광 픽셀(LRP2) 사이에 위치함으로써, 액티브 영역(A/A)에서 지문에 반사된 광이 제1 수광 픽셀(LRP1)에 도달하는 것을 차단해줄 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들은, 근접 센싱을 위한 제1 수광 픽셀(LRP1)과 지문 센싱을 위한 제2 수광 픽셀(LRP2)이 통합된 구조에서, 다른 광학 센싱을 위한 광이나 노이즈 광을 차단해주는 구조를 제공함으로써, 통합 센서(400)의 광학 센싱 성능을 높여줄 수 있다.
그리고, 제1 수광 픽셀(LRP1)과 제2 수광 픽셀(LRP2)은 동일한 회로에 의해 구동될 수도 있고, 다른 회로에 의해 구동될 수도 있다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 통합 센서(400)를 구동하는 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 통합 센서(400)는, 외곽 영역인 제1 영역(A1)에 배치된 적어도 하나의 제1 수광 픽셀(LRP1)과 중앙 영역인 제2 영역(A2)에 배치된 다수의 제2 수광 픽셀(LRP2)을 포함할 수 있다.
통합 센서(400) 상에 콜리메이터(500)와 적외선 필터(600)가 배치될 수 있다. 적외선 필터(600)는, 제1 영역(A1)을 노출시키고 제2 영역(A2)과 중첩되도록 배치될 수 있다. 그리고, 콜리메이터(500)도 적외선 필터(600)와 같이 제1 영역(A1)에 배치되지 않고 제2 영역(A2)에만 배치될 수도 있으나, 경우에 따라, 제1 영역(A1)까지 확장되어 배치될 수도 있다.
통합 센서(400)에, 수광 픽셀(LRP)의 구동 타이밍을 제어하는 제어 라인(CL)과, 수광 픽셀(LRP)로부터 센싱 신호(SS)를 검출하기 위한 센싱 라인(SL)이 배치될 수 있다.
통합 센서(400)는, 제어 라인(CL)을 구동하는 선택 회로(420)와, 센싱 라인(SL)으로부터 센싱 신호(SS)를 검출하는 센싱 회로(430)를 포함할 수 있다. 그리고, 선택 회로(420)와 센싱 회로(430)를 제어하는 센싱 컨트롤러(440)를 포함할 수 있다.
선택 회로(420)는, 제1 영역(A1)에 배치된 제1 제어 라인(CL1)을 구동하는 제1 선택 회로(421)와, 제1 선택 회로(421)와 독립적으로 구동되며 제2 영역(A2)에 배치된 제2 제어 라인(CL2)을 구동하는 제2 선택 회로(422)를 포함할 수 있다.
반면, 센싱 회로(430)는, 제1 수광 픽셀(LRP1)로부터의 센싱 신호(SS) 검출과 제2 수광 픽셀(LRP2)로부터의 센싱 신호(SS)의 검출을 모두 수행할 수 있다.
즉, 선택 회로(420)를 분리하여 제1 수광 픽셀(LRP1)과 제2 수광 픽셀(LRP2)의 구동 타이밍을 구분하되, 센싱 회로(430)는 공용으로 사용하며 근접 센싱과 지문 센싱을 수행할 수 있다.
센싱 컨트롤러(440)는 외부로부터 입력되는 신호에 따라 선택 회로(420)와 센싱 회로(430)를 제어하며, 센싱 회로(430)에 의해 센싱된 데이터를 외부로 전송할 수 있다. 또는, 경우에 따라, 외부로부터 입력되는 신호가 선택 회로(420)나 센싱 회로(430)로 직접 전달되어 제어가 수행될 수도 있다.
통합 센서(400)에 배치된 적어도 하나의 제1 수광 픽셀(LRP1)과 다수의 제2 수광 픽셀(LRP2)은 제1 수광 픽셀(LRP1)의 구조에 따라 다양한 방식으로 구동될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 통합 센서(400)의 수광 픽셀(LRP)의 배치 구조의 예시를 나타낸 도면이다. 그리고, 도 9a와 도 9b는 도 8에 도시된 통합 센서(400)의 구동 타이밍의 예시를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 통합 센서(400)에서 제1 수광 픽셀(LRP1)에 제1 포토 다이오드(PD1), 제1 증폭기(AMP1) 및 제1 리드아웃 트랜지스터(ROT1)가 배치될 수 있다.
그리고, 제2 수광 픽셀(LRP2)에 제2 포토 다이오드(PD2), 제2 증폭기(AMP2) 및 제2 리드아웃 트랜지스터(ROT2)가 배치될 수 있다.
제1 포토 다이오드(PD1)는 적외선 감지를 위한 수광 소자이고, 제2 포토 다이오드(PD2)는 가시광선인 적색 광, 녹색 광 및 청색 광의 감지를 위한 수광 소자일 수 있다.
여기서, 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2)는 동일한 크기로 배치될 수 있다. 즉, 제1 수광 픽셀(LRP1)과 제2 수광 픽셀(LRP2)이 동일한 구조로 배치되어, 제1 수광 픽셀(LRP1)의 면적과 제2 수광 픽셀(LRP2)의 면적이 동일할 수 있다.
즉, 제2 수광 픽셀(LRP2)이 배치된 중앙 영역의 외측에 위치하는 외곽 영역에 제1 수광 픽셀(LRP1)이 배치되되, 제2 수광 픽셀(LRP2)과 동일한 구조로 제1 수광 픽셀(LRP1)이 배치될 수 있다.
통합 센서(400)의 구동 시, 제1 포토 다이오드(PD1)가 적외선에 노출되거나, 제2 포토 다이오드(PD2)가 가시광선에 노출되며, 포토 다이오드(PD)에 전하가 축적될 수 있다. 그리고, 선택 회로(420)에 의해 리드아웃 트랜지스터(ROT)가 턴-온 되면 포토 다이오드(PD)에 축적된 전하가 증폭기(AMP)에 의해 증폭되어 센싱 회로(430)로 전달될 수 있다.
통합 센서(400)는, 근접 센싱을 수행하는 경우, ①과 같이 센싱 어레이의 R1 행을 구동하는 신호가 인가되면, ②와 같이 센싱 어레이의 C1, C2, C3, ??, Cn 열로부터 센싱 신호(SS)를 검출하여 근접 센싱을 수행할 수 있다.
그리고, 통합 센서(400)는, 지문 센싱을 수행하는 경우, R2, R3, ??, Rn 행을 구동하는 신호가 인가되고, C1, C2, C3, ??, Cn 열로부터 센싱 신호(SS)를 검출하여 지문 센싱을 수행할 수 있다.
일 예로, 도 9a를 참조하면, 외부로부터 제1 구동 모드 시작 신호(DM1_ST)가 수신되면 센서 인에이블 신호가 출력되어 선택 회로(420)와 센싱 회로(430)가 제1 구동 모드(DM1)로 구동될 수 있다. 제1 구동 모드(DM1)는 근접 센싱을 수행하는 기간이므로 센서 인에이블 신호가 인가되는 기간이 상대적으로 짧을 수 있다.
제1 수광 픽셀(LRP1)이 배치된 R1 행을 구동하는 신호가 인가되고, C1, C2, C3, ??, Cn 열로부터 순차적으로 센싱 신호(SS)가 검출될 수 있다.
그리고, 외부로부터 제2 구동 모드 시작 신호(DM2_ST)가 수신되면 선택 회로(420)와 센싱 회로(430)가 제2 구동 모드(DM2)로 구동될 수 있다. 제2 구동 모드(DM2)는 이미지 센싱을 수행하는 기간이므로 센서 인에이블 신호가 인가되는 기간이 상대적으로 길 수 있다.
제2 구동 모드(DM2)에서 R2, R3, ??, Rn 행으로 구동 신호가 순차적으로 공급되고, 각 행이 구동되는 기간에 C1, C2, C3, ??, Cn 열로부터 센싱 신호(SS)가 순차적으로 검출될 수 있다.
여기서, 근접 센싱은 제1 수광 픽셀(LRP1) 별로 센싱 신호(SS)를 검출할 것이 요구되지는 않으므로, 제1 구동 모드(DM1)에서 다수의 열로부터 센싱 신호(SS)를 동시에 검출할 수도 있다.
도 9b를 참조하면, 지문 센싱을 수행하는 제2 구동 모드(DM2)에서, 행과 열을 순차적으로 구동하며 센싱 신호(SS)를 검출할 수 있다.
반면, 근접 센싱을 수행하는 제1 구동 모드(DM1)에서, R1 행을 구동하는 기간에 C1, C2, C3, ??, Cn 열로부터 동시에 센싱 신호(SS)를 검출할 수 있다.
근접 센싱은 물체의 근접 여부만 판단하면 되므로, 이와 같이, 다수의 열로부터 센싱 신호(SS)를 동시에 검출하며 근접 센싱을 수행할 수 있다. 그리고, 센싱 신호(SS)의 검출을 동시에 수행하므로, R1 행을 구동하는 기간을 짧게 하여 센싱 시간을 줄여줄 수 있다. 또는, C1, C2, C3, ??, Cn 열을 구동하는 기간을 길게 하여 센싱 성능을 높여줄 수도 있다.
또한, 경우에 따라, 제1 수광 픽셀(LRP1)에 배치된 제1 포토 다이오드(PD1)를 제2 수광 픽셀(LRP2)에 배치된 제2 포토 다이오드(PD2)보다 크게 배치함으로써, 근접 센싱의 구동을 용이하게 하며 근접 센싱의 성능을 향상시킬 수도 있다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 통합 센서(400)의 수광 픽셀(LRP)의 배치 구조의 다른 예시를 나타낸 도면이다. 그리고, 도 11은 도 10에 도시된 통합 센서(400)의 구동 타이밍의 예시를 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 통합 센서(400)의 제1 영역(A1)에 제1 수광 픽셀(LRP1)이 배치되고, 제2 영역(A2)에 제2 수광 픽셀(LRP2)이 배치될 수 있다.
여기서, 제1 수광 픽셀(LRP1)에 배치된 제1 포토 다이오드(PD1)는 제2 수광 픽셀(LRP2)에 배치된 제2 포토 다이오드(PD2)보다 크게 배치될 수 있다. 즉, 제1 수광 픽셀(LRP1)의 면적이 제2 수광 픽셀(LRP2)의 면적보다 클 수 있다.
제1 수광 픽셀(LRP1)은 근접 센싱을 위해 배치되므로, 경우에 따라, 하나의 제1 수광 픽셀(LRP1)만 배치될 수 있다. 그리고, 제1 수광 픽셀(LRP1)이 적은 수로 배치될 경우, 하나의 제1 수광 픽셀(LRP1)이 차지하는 면적을 증가시킬 수 있다. 따라서, 제1 수광 픽셀(LRP1)에 배치되는 제1 포토 다이오드(PD1)의 크기를 증가시켜줄 수 있다.
이와 같이, 제1 수광 픽셀(LRP1)에 배치된 제1 포토 다이오드(PD1)의 크기를 증가시키며 제1 수광 픽셀(LRP1)의 수를 감소시킬 경우, 근접 센싱을 위한 제1 수광 픽셀(LRP1)의 구동은 간단해질 수 있다. 즉, ①과 같이 R1 행이 구동되는 기간에 ②와 같이 C1 열만 구동시켜 센싱 신호(SS)를 검출할 수 있다.
그리고, 지문 센싱을 위한 제2 수광 픽셀(LRP2)의 구동은 각각의 제2 수광 픽셀(LRP2)마다 순차적으로 수행될 수 있다.
일 예로, 도 11을 참조하면, 제1 구동 모드(DM1)에서 R1 행으로 구동 신호가 인가된다. R1 행으로 구동 신호가 인가되는 기간에 C1 열을 구동시켜 센싱 신호(SS)를 검출할 수 있다.
이때, C1 열에 대한 센싱만 수행하면 되므로 R1 열의 구동 기간을 짧게 하여 센싱 시간을 감소시킬 수 있다. 또는, C1 열을 구동하는 기간을 증가시켜 C1 열로부터 센싱 신호(SS)를 검출하는 시간을 충분히 확보해줄 수도 있다.
지문 센싱을 수행하는 제2 구동 모드(DM2)에서는, R2 행부터 Rn 행을 순차적으로 구동한다. 그리고, 각각의 행이 구동되는 기간에 C1, C2, C3, ??, Cn 열로부터 센싱 신호(SS)를 순차적으로 검출하여 이미지 센싱을 수행할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들은, 통합 센서(400)에 제1 수광 픽셀(LRP1)과 제2 수광 픽셀(LRP2)을 함께 배치하되, 콜리메이터(500)나 적외선 필터(600) 등의 배치 구조에 의해 제1 수광 픽셀(LRP1)과 제2 수광 픽셀(LRP2) 간의 간섭이나 외부 광에 의한 노이즈를 방지해줄 수 있다.
그리고, 제1 수광 픽셀(LRP1)의 구동과 제2 수광 픽셀(LRP2)의 구동을 구분하여 수행함으로써, 근접 센싱과 지문 센싱을 수행할 수 있는 통합 센서(400)를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 통합 센서(400)의 제2 영역(A2)에 배치된 제2 수광 픽셀(LRP2)을 구동하는 기간 중 일부 기간에 제2 수광 픽셀(LRP2)의 일부 구동을 통해 조도를 센싱할 수 있는 방안을 제공한다.
도 12a와 도 12b는 본 발명의 실시예들에 따른 통합 센서(400)의 구동 방식의 다른 예시를 나타낸 도면이다.
도 12a를 참조하면, 통합 센서(400)는, 근접 센싱이나 지문 센싱을 수행하는 기간 이외의 기간에 제2 영역(A2)에 배치된 제2 수광 픽셀(LRP2) 중 일부 제2 수광 픽셀(LRP2)로부터 센싱 신호(SS)를 검출하여 디스플레이 장치(100) 주변의 조도를 센싱할 수 있다.
일 예로, 조도를 센싱하는 기간에 제2 수광 픽셀(LRP2) 중 녹색 광을 감지하는 하나 이상의 제2 수광 픽셀(LRP2)로부터 센싱 신호(SS)를 검출하여 조도를 센싱할 수 있다.
조도 센싱에 이용되는 광의 파장 영역이 525~560nm이므로, 녹색 광을 감지하는 제2 수광 픽셀(LRP2)로부터 검출되는 센싱 신호(SS)를 이용하여 조도를 센싱할 수 있다.
그리고, 조도를 센싱하는 경우, 제2 수광 픽셀(LRP2) 단위로 센싱 정보가 필요하지는 않으므로, 복수의 제2 수광 픽셀(LRP2)로부터 센싱 신호(SS)를 검출하는 경우 복수의 제2 수광 픽셀(LRP2)로부터 동시에 센싱 신호(SS)를 검출할 수도 있다.
즉, 근접 센싱을 수행하는 경우에 복수의 제1 수광 픽셀(LRP1)로부터 센싱 신호(SS)를 동시에 검출하는 방식과 유사하게, 녹색 광을 감지하는 복수의 제2 수광 픽셀(LRP2)로부터 동시에 센싱 신호(SS1, SS2, SS3, SS4)를 검출하며 조도 센싱을 수행할 수 있다.
따라서, 복수의 제2 수광 픽셀(LRP2)로부터 동시에 센싱 신호(SS1, SS2, SS3, SS4)를 검출하므로, 조도 센싱 기간을 짧게 유지하며 조도를 센싱할 수 있다. 그러므로, 지문 센싱을 수행하는 기간의 감소를 최소화하며, 통합 센서(400)의 제2 영역(A2)에 배치된 제2 수광 픽셀(LRP2)을 이용하여 조도를 센싱하는 기능을 제공할 수 있다.
또한, 조도를 센싱하는 기간에 디스플레이 패널(110)에 터치가 발생한 경우, 터치된 영역의 광량 변화로 인해 조도 센싱의 정확도가 저하될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 통합 센서(400)는, 조도를 센싱하는 기간에 터치의 발생 여부에 따라 조도 센싱을 위한 센싱 신호(SS)가 검출되는 제2 수광 픽셀(LRP2)을 가변할 수 있다.
도 12b를 참조하면, 디스플레이 패널(110)에 터치가 발생하지 않은 경우에는, 조도 센싱을 위해 설정된 영역에 배치된 녹색 광을 감지하는 다수의 제2 수광 픽셀(LRP2)로부터 센싱 신호(SS)를 검출하여 조도를 센싱할 수 있다.
그리고, 터치가 감지된 경우, 터치가 발생된 영역을 제외한 영역 중 적어도 일부 영역에 배치된 녹색 광을 감지하는 다수의 제2 수광 픽셀(LRP2)로부터 센싱 신호(SS)를 검출하여 조도를 센싱할 수 있다.
다수의 제2 수광 픽셀(LRP2)은 디스플레이 패널(110)의 액티브 영역(A/A)과 전체적으로 대응되도록 배치될 수 있다. 그리고, 터치가 발생된 영역을 제외한 영역에서 녹색 광을 감지하는 복수의 제2 수광 픽셀(LRP2)로부터 센싱 신호(SS)를 동시에 검출하여 조도를 센싱하므로, 조도를 센싱하는 영역을 일부 영역으로 한정하더라도 조도 센싱의 성능을 유지하며 조도 센싱의 정확도를 높여줄 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들은, 디스플레이 패널(110)의 논-액티브 영역(N/A)과 중첩되도록 위치하는 적어도 하나의 제1 수광 픽셀(LRP1)과, 디스플레이 패널(110)의 액티브 영역(A/A)과 중첩되도록 위치하는 다수의 제2 수광 픽셀(LRP2)을 포함하는 통합 센서(400)에 의해 근접 센싱과 지문 센싱을 수행할 수 있다.
또한, 제2 수광 픽셀(LRP2) 중 일부 제2 수광 픽셀(LRP2)을 구동하여 조도 센싱을 수행함으로써, 근접 센싱, 지문 센싱과 조도 센싱을 모두 수행할 수 있는 통합 센서(400)를 제공할 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 통합 센서(400)의 구동 방법의 과정의 예시를 나타낸 도면이다.
도 13을 참조하면, 통합 센서(400)는 외부로부터 구동 모드 신호를 수신하고(S1300), 센싱을 수행할 수 있다. 여기서, 외부는 호스트 시스템이나 센싱 컨트롤러(440)를 의미할 수 있다.
구동 모드 신호에 따른 구동 모드가 지문 센싱 모드이면(S1310), 통합 센서(400)는, 제2 영역(A2)의 제2 수광 픽셀(LRP2)에 배치된 RGB 포토 다이오드로부터 신호를 검출한다(S1311).
그리고, RGB 포토 다이오드로부터 검출된 신호를 이미지 신호 처리하고(S1312), 이미지 정보를 외부로 전송할 수 있다(S1313). 따라서, 외부로 전송된 이미지에 따라 지문 인식이 수행될 수 있다.
구동 모드 신호에 따른 구동 모드가 통화 모드이면(S1320), 통합 센서(400)는, 제1 영역(A1)의 제1 수광 픽셀(LRP1)에 배치된 IR 포토 다이오드로부터 신호를 검출한다(S1321).
그리고, IR 포토 다이오드로부터 검출된 신호에 기초하여 IR 센싱 정보를 외부로 전송할 수 있다(S1322).
구동 모드 신호에 따른 구동 모드가 조도 감지 모드이면 통합 센서(400)는 터치 감지 여부를 확인할 수 있다(S1330).
통합 센서(400)는, 터치가 감지되지 않으면, 제2 영역(A2)에서 기설정된 영역에 배치된 녹색 광을 감지하는 제2 수광 픽셀(LRP2)로부터 신호를 검출하고(S1331), 조도 정보를 외부로 전송한다(S1333). 터치가 감지된 경우에는, 제2 영역(A2)에서 터치가 발생되지 않은 영역 중 적어도 일부 영역에 배치된 녹색 광을 감지하는 제2 수광 픽셀(LRP2)로부터 신호를 검출하여(S1332), 조도 정보를 외부로 전송할 수 있다(S1333).
이와 같이, 통합 센서(400)는, 제1 영역(A1)의 IR 포토 다이오드를 구동하여 근접 센싱을 수행하거나, 제2 영역(A2)의 RGB 포토 다이오드를 구동하여 지문 센싱을 수행하거나, 제2 영역(A2)의 G 포토 다이오드만 구동하여 조도 센싱을 수행할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예들에 의하면, 적외선을 감지하는 포토 다이오드가 외곽 영역에 배치되고 가시광선을 감지하는 포토 다이오드가 중앙 영역에 배치된 통합 센서(400)를 제공함으로써, 디스플레이 패널(110)의 전면에서 지문 센싱이 가능하며 근접 센싱 기능을 제공할 수 있는 광학 센서를 구현할 수 있다.
또한, 통합 센서(400) 상에 콜리메이터(500)나 적외선 필터(600) 등을 배치하고 제1 수광 픽셀(LRP1)과 제2 수광 픽셀(LRP2)을 구분하여 구동함으로써, 근접 센싱과 지문 센싱 간에 간섭을 방지하면서 광학 센싱의 성능을 높여줄 수 있다.
또한, 근접 센싱이나 지문 센싱과 구분되는 기간에 제2 수광 픽셀(LRP2)의 일부를 구동하여 조도 센싱을 수행함으로써, 근접 센싱, 지문 센싱 및 조도 센싱이 가능한 통합 센서(400)와, 통합 센서(400)를 포함하는 디스플레이 장치(100)를 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.
100: 디스플레이 장치 110: 디스플레이 패널
120: 게이트 구동 회로 130: 데이터 구동 회로
140: 컨트롤러 200: 카메라
300: 근접 센서 310: 광원
320: 수광부 400: 통합 센서
410: 인쇄 회로 420: 선택 회로
421: 제1 선택 회로 422: 제2 선택 회로
430: 센싱 회로 440: 센싱 컨트롤러
500: 콜리메이터 600: 적외선 필터

Claims (15)

  1. 다수의 서브픽셀이 배치된 액티브 영역과, 상기 액티브 영역의 외측에 위치하는 논-액티브 영역을 포함하는 디스플레이 패널;
    상기 논-액티브 영역과 중첩된 영역에 위치하는 적어도 하나의 광원; 및
    상기 디스플레이 패널이 이미지를 표시하는 면의 반대편에 위치하고, 상기 논-액티브 영역과 중첩된 영역에 위치하는 적어도 하나의 제1 수광 픽셀과 상기 액티브 영역과 중첩된 영역에 위치하는 다수의 제2 수광 픽셀을 포함하는 통합 센서
    를 포함하는 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광원은 적외선을 발산하고,
    상기 통합 센서와 상기 디스플레이 패널 사이에 위치하고, 상기 제1 수광 픽셀과 중첩된 영역을 제외한 영역 중 적어도 일부 영역에 배치되며, 상기 제2 수광 픽셀과 중첩된 영역을 포함하는 영역에 배치된 적외선 필터를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 통합 센서와 디스플레이 패널 사이에 위치하고, 상기 적외선 필터와 중첩된 영역에 배치되며, 상기 적외선 필터와 중첩된 영역을 제외한 영역 중 적어도 일부 영역과 중첩된 영역에 배치된 콜리메이터를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 통합 센서와 상기 디스플레이 패널 사이에 위치하고, 상기 액티브 영역과 중첩된 영역에 배치된 콜리메이터를 더 포함하고,
    상기 콜리메이터는,
    상기 논-액티브 영역을 향해 확장된 형태로 배치되고, 상기 제1 수광 픽셀과 중첩된 제1 개구부와 상기 제2 수광 픽셀과 중첩된 제2 개구부를 포함하며, 상기 제1 개구부와 상기 제2 개구부는 이격된 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수광 픽셀의 면적은 상기 제2 수광 픽셀의 면적보다 큰 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 통합 센서는,
    상기 제1 수광 픽셀을 구동하는 제1 선택 회로; 및
    상기 제1 선택 회로와 독립적으로 구동되며, 상기 제2 수광 픽셀을 구동하는 제2 선택 회로를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 통합 센서는,
    상기 제1 수광 픽셀 및 상기 제2 수광 픽셀 중 적어도 하나로부터 센싱 신호를 검출하는 센싱 회로를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 수광 픽셀은 다수이고,
    상기 센싱 회로는,
    상기 다수의 제1 수광 픽셀로부터 동시에 센싱 신호를 검출하고, 상기 다수의 제2 수광 픽셀로부터 순차적으로 센싱 신호를 검출하는 디스플레이 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 다수의 제2 수광 픽셀은 적색, 녹색 및 청색 수광 픽셀을 포함하고,
    상기 센싱 회로는,
    제1 구동 모드에서 상기 제1 수광 픽셀로부터 센싱 신호를 검출하고, 제2 구동 모드에서 상기 제2 수광 픽셀의 적색, 녹색 및 청색 수광 픽셀로부터 센싱 신호를 검출하며, 제3 구동 모드에서 상기 제2 수광 픽셀의 녹색 수광 픽셀로부터 센싱 신호를 검출하는 디스플레이 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 액티브 영역과 상기 논-액티브 영역 상에 배치된 봉지부; 및
    상기 봉지부 상에 배치된 터치 메탈을 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 광원은,
    상기 봉지부 상에서 상기 터치 메탈과 동일한 물질로 이루어진 전극부 상에 배치된 디스플레이 장치.
  11. 디스플레이 패널의 논-액티브 영역에 위치하는 적어도 하나의 제1 발광 소자;
    상기 디스플레이 패널의 액티브 영역에 위치하는 다수의 제2 발광 소자; 및
    상기 제1 발광 소자와 상기 제2 발광 소자가 광을 발산하는 면의 반대편에 위치하고, 상기 논-액티브 영역과 중첩된 영역에 위치하는 적어도 하나의 제1 수광 픽셀과 상기 액티브 영역과 중첩된 영역에 위치하는 적어도 하나의 제2 수광 픽셀을 포함하는 통합 센서
    를 포함하는 디스플레이 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 통합 센서 상에서 상기 제1 수광 픽셀과 중첩된 영역을 제외한 영역 중 적어도 일부 영역에 배치되고, 상기 제2 수광 픽셀과 중첩된 영역을 포함하는 영역에 배치된 필터를 더 포함하고,
    상기 필터는,
    상기 제1 발광 소자로부터 발산된 광을 차단하고 상기 제2 발광 소자로부터 발산된 광을 투과시키는 디스플레이 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 필터와 중첩된 영역에 배치되고, 상기 필터와 중첩된 영역을 제외한 영역 중 적어도 일부 영역에 배치된 콜리메이터를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1 수광 픽셀이 구동되는 기간과 상기 제2 수광 픽셀이 구동되는 기간은 시간적으로 구분되는 디스플레이 장치.
  15. 외곽 영역의 적어도 일부 영역에 배치된 적어도 하나의 제1 수광 픽셀; 및
    상기 외곽 영역의 내측에 위치하는 중앙 영역에 배치되고, 상기 제1 수광 픽셀의 면적보다 작은 면적을 갖는 다수의 제2 수광 픽셀을 포함하고,
    상기 제1 수광 픽셀이 구동되는 기간과 상기 제2 수광 픽셀이 구동되는 기간은 시간적으로 구분되고, 상기 제2 수광 픽셀이 구동되는 기간의 일부 기간에 상기 제2 수광 픽셀 중 특정 색상의 광을 감지하는 제2 수광 픽셀만 구동되는 기간이 존재하는 통합 센서.
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