KR20210110534A - 표시 장치 및 그의 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치는, 지문 센싱 영역을 포함하는 표시 영역과, 지문 센싱 영역에 제공된 다수의 화소들을 포함하는 표시 패널, 평면 상 지문 센싱 영역과 중첩되도록 표시 패널의 일면에 제공되며, 다수의 광 센서들을 포함하는 센서층, 제1 모드에 대응하여 표시 패널로 영상 데이터에 대응하는 데이터 신호를 출력하고, 제2 모드에 대응하여 화소들이 소정의 광 패턴에 대응하는 형태로 발광하도록 표시 패널로 구동 신호를 출력하는 패널 구동부, 및 제2 모드에 대응하여 광 센서들로부터 센싱 신호를 수신하고, 센싱 신호 중 광 패턴에 대응하는 센싱 신호에 기초하여 지문을 검출하는 지문 검출부를 포함한다. 화소들 각각은, 발광 소자, 및 구동 신호에 대응하여 발광 소자로부터 방출되는 광의 진폭, 펄스 폭, 위상 및 주파수 중 적어도 하나가 변화되도록 턴-온되는 트랜지스터를 포함한다.

Description

표시 장치 및 그의 구동 방법{DISPLAY DEVICE AND METHOD OF DRIVING THE DISPLAY DEVICE}
본 발명의 실시예는 표시 장치 및 그의 구동 방법에 관한 것으로서, 특히 지문 센서를 포함한 표시 장치 및 그의 구동 방법에 관한 것이다.
최근, 지문 인식을 비롯한 다양한 기능을 제공하는 표시 장치에 대한 수요가 증가하고 있다. 지문 인식이 가능한 표시 장치를 제공하기 위하여, 일례로 표시 패널의 특정 영역에 별도의 광원을 구비한 지문 센서를 부착할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 표시 패널의 내부에서 생성되는 광을 이용하여 지문을 인식할 수 있도록 한 표시 장치 및 그의 구동 방법을 제공하는것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치는, 지문 센싱 영역을 포함하는 표시 영역과, 상기 지문 센싱 영역에 제공된 다수의 화소들을 포함하는 표시 패널, 평면 상 상기 지문 센싱 영역과 중첩되도록 상기 표시 패널의 일면에 제공되며, 다수의 광 센서들을 포함하는 센서층, 제1 모드에 대응하여 상기 표시 패널로 영상 데이터에 대응하는 데이터 신호를 출력하고, 제2 모드에 대응하여 상기 화소들이 소정의 광 패턴에 대응하는 형태로 발광하도록 상기 표시 패널로 구동 신호를 출력하는 패널 구동부, 및 상기 제2 모드에 대응하여 상기 광 센서들로부터 센싱 신호를 수신하고, 상기 센싱 신호 중 상기 광 패턴에 대응하는 센싱 신호에 기초하여 지문을 검출하는 지문 검출부를 포함한다.
상기 화소들 각각은, 발광 소자, 및 상기 구동 신호에 대응하여 상기 발광 소자로부터 방출되는 광의 진폭, 펄스 폭, 위상 및 주파수 중 적어도 하나가 변화되도록 턴-온되는 트랜지스터를 포함한다.
상기 센싱 신호는, 상기 광 패턴에 대응하는 파형을 가지되 서로 다른 크기 및 위상을 가지는 제1 및 제2 센싱 신호를 포함하며, 상기 지문 검출부는 상기 제1 및 제2 센싱 신호에 기초하여 상기 지문의 형태를 검출할 수 있다.
상기 구동 신호는, 상기 제2 모드로 구동되는 기간 중 일정 주기에 따라 상기 전압 레벨이 변화되며 상기 화소들과 접속된 데이터선들로 공급되는 센싱용 데이터 전압일 수 있다.
상기 주기는 한 프레임으로 설정될 수 있다.
상기 패널 구동부는, 상기 제2 모드로 구동되는 기간 중 각각의 프레임 기간 동안 상기 지문 센싱 영역에 제공된 화소들을 순차적으로 주사하면서 상기 화소들로 상기 구동 신호를 공급할 수 있다.
상기 지문 센싱 영역에 제공된 화소들은, 상기 각각의 프레임 기간 동안 주사된 순서에 따라 순차적으로 발광하거나, 상기 각각의 프레임 기간 중 소정의 발광 기간 동안 동시에 발광할 수 있다.
상기 화소들 각각은, 상기 발광 소자와, 상기 발광 소자로 구동 전류가 흐르는 전류 패스 상에 위치되며 상기 구동 신호에 대응하여 턴-온되는 상기 트랜지스터를 구비할 수 있다.
상기 제2 모드로 구동되는 기간 동안, 상기 트랜지스터는 반복적으로 턴-온 및 턴-오프될 수 있다.
상기 제2 모드로 구동되는 기간 동안, 상기 구동 신호는 일정한 시간마다 상기 전압 레벨이 변경될 수 있다.
상기 구동 신호는, 상기 제2 모드로 구동되는 기간 중 제1 기간 동안 상기 트랜지스터를 턴-온시키는 게이트 온 전압을 가지고, 상기 제1 기간에 후속되는 제2 기간 동안 상기 트랜지스터를 턴-오프시키는 게이트 오프 전압을 가질 수 있다.
상기 게이트 온 전압은 상기 트랜지스터를 서로 다른 정도로 턴-온시키는 복수의 전압 레벨을 포함할 수 있다.
상기 구동 신호의 전압 레벨은, 상기 제2 모드로 구동되는 기간 중 각각의 프레임 기간 동안 복수 회 변경될 수 있다.
상기 화소들 각각은, 제1 전원과 제2 전원의 사이에 접속된 상기 발광 소자, 상기 제1 전원과 상기 발광 소자의 사이에 접속되며, 게이트 전극이 제1 노드에 접속되는 제1 트랜지스터, 상기 제1 노드와 데이터선의 사이에 접속되며, 게이트 전극이 주사선에 접속되는 제2 트랜지스터, 상기 제1 전원과 상기 제1 트랜지스터의 사이에 직렬로 접속되며, 게이트 전극이 각각 제1 제어선 및 제2 제어선에 접속되는 제3 트랜지스터 및 상기 트랜지스터, 및 상기 제1 노드와 상기 제1 전원의 사이에 접속되는 커패시터를 포함할 수 있다.
상기 패널 구동부는, 상기 제2 모드로 구동되는 기간 중 각각의 프레임 기간 동안 상기 지문 센싱 영역에 제공된 각 수평 라인의 주사선들 및 제1 제어선으로 각각 게이트 온 전압의 주사 신호 및 게이트 오프 전압의 제1 제어 신호를 순차적으로 공급하면서 상기 화소들로 동일한 센싱용 데이터 전압을 공급할 수 있다.
상기 패널 구동부는, 상기 제2 모드로 구동되는 기간 중 상기 각각의 프레임기간 동안 상기 화소들의 상기 제2 제어선으로 동일한 제2 제어 신호를 동시에 공급하며, 상기 각각의 프레임 기간 동안 상기 제2 제어 신호의 전압 레벨은 게이트 온 전압 또는 게이트 오프 전압으로 반복적으로 변경될 수 있다.
상기 표시 패널은, 상기 지문 센싱 영역을 제외한 나머지 표시 영역에 제공되며 상기 지문 센싱 영역에 제공된 화소들 각각과 동일한 구조를 가지는 다수의 화소들을 더 포함하며, 상기 패널 구동부는, 상기 나머지 표시 영역의 화소들과 접속된 제2 제어선으로 게이트 온 전압의 제2 제어 신호를 지속적으로 공급할 수 있다.
상기 제2 모드로 구동되는 기간 동안, 상기 광 패턴에 대응하여 상기 구동 신호의 전압 레벨이 반복적으로 변경되고, 상기 구동 신호의 전압 레벨에 대응하여상기 화소들의 휘도가 변화될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 화소들이 제공된 지문 센싱 영역을 포함한 표시 패널과, 평면 상 상기 지문 센싱 영역과 중첩되도록 상기 표시 패널의 일면에 제공된 다수의 광 센서들을 포함하는 표시 장치의 구동 방법에 있어서, 제1 모드에 대응하여, 상기 표시 패널로 영상 데이터에 대응하는 데이터 신호를 출력하는 단계 및 제2 모드에 대응하여, 상기 표시 패널로 소정의 광 패턴에 대응하는 구동 신호를 공급하면서 상기 광 센서들로부터 센싱 신호를 수신하고, 상기 센싱 신호 중 상기 광 패턴에 대응하는 센싱 신호에 기초하여 사용자의 지문을 검출하는 단계를 포함한다.
상기 화소들 각각은, 발광 소자, 및 상기 구동 신호에 대응하여 상기 발광 소자로부터 방출되는 광의 진폭, 펄스 폭, 위상 및 주파수 중 적어도 하나가 변화되도록 턴-온되는 트랜지스터를 포함한다.
상기 센싱 신호는, 상기 광 패턴에 대응하는 파형을 가지되 서로 다른 크기및 위상을 가지는 제1 및 제2 센싱 신호를 포함하며, 상기 제2 모드로 구동되는 기간 동안, 상기 제1 및 제2 센싱 신호에 기초하여 상기 지문의 형태를 검출할 수 있다.
상기 제2 모드로 구동되는 기간 동안, 상기 광 패턴에 대응하여 상기 화소의 순간 휘도 및 발광 상태 중 적어도 하나를 반복적으로 변경할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 화소들로부터 방출되는 광을 이용하여 사용자의지문을 검출함으로써, 별도의 외부 광원 없이 지문 센서를 구현할 수 있다. 이에 따라, 표시 장치의 두께를 감소시키고 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 지문 센싱 기간 동안 소정의 광 패턴에 대응하여 화소들의 발광을 제어하고, 광 센서로부터 수신되는 센싱 신호 중 상기 광 패턴에 대응하는 센싱 신호(유효 센싱 신호)에 기초하여 사용자의 지문을 검출한다. 이에 따라, 광 노이즈에 따른 오동작을 저감하고, 지문 인식의 신뢰도를 높일 수 있다.
도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 화소를 개략적으로 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치의 지문 센싱 영역을 개략적으로 나타낸다.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 일 실시예에 의한 서브 화소를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치의 지문 센싱 영역을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 서브 화소를 나타낸다.
도 8은 도 7에 도시된 서브 화소의 구동 방법 실시예를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 서브 화소를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치가 제2 모드로 구동될 때의 구동 방법 실시예를 나타낸다.
도 11a는 비교 예에 의한 표시 장치가 제2 모드로 구동될 때의 패널 휘도를나타낸다.
도 11b는 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치가 제2 모드로 구동될 때의 패널 휘도와, 이에 대응하여 표시 패널에서 출력되는 광 신호의 파형을 나타낸다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치가 제2 모드로 구동될 때 지문으로 입사되는 광 신호와 상기 지문에서 반사되는 반사 신호의 실시예를 나타낸다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 일 실시예에 의한 지문 센싱 방법을 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 및 그 밖에 당업자가 본 발명의 내용을 쉽게 이해하기 위하여 필요한 사항에 대하여 상세히 설명하기로 한다.다만, 하기에 설명하는 실시예는 그 표현 여부에 관계없이 예시적인 것에 불과하다. 즉, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있을 것이다.
한편, 도면에서 본 발명의 특징과 직접적으로 관계되지 않은 일부 구성 요소는 본 발명을 명확하게 나타내기 위하여 생략되었을 수 있다. 또한, 도면 상의 일부 구성 요소는 그 크기나 비율 등이 다소 과장되어 도시되었을 수 있다.
도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치를 개략적으로 나타낸다. 특히, 도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치에 구비되는 표시 패널과, 상기 표시 패널을 구동하기 위한 구동 회로를 개략적으로 도시한것이다. 편의상, 도 1 및 도 2에서는 표시 패널과 구동 회로를 분리하여 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 예컨대, 구동 회로의 적어도 일부분은 표시 패널 상에 일체로 구현될 수도 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치(10)는, 표시 패널(110)과, 상기 표시 패널(110)을 구동하기 위한 구동 회로(200)를 포함한다.
표시 패널(110)은 표시 영역(AA) 및 비표시 영역(NA)을 포함한다. 표시 영역(AA)은 다수의 화소들(PXL)이 제공되는 영역으로서, 활성 영역(active area)으로도 불린다. 실시예에 따라, 화소들(PXL) 각각은 적어도 하나의 발광 소자를 포함할 수 있다. 표시 장치(10)는 입력되는 영상 데이터에 대응하여 화소들(PXL)을 구동함으로써 표시 영역(AA)에서 영상을 표시한다.
실시예에 따라, 표시 영역(AA)은 지문 센싱 영역(SA)을 포함할 수 있다. 즉, 표시 영역(AA) 중 적어도 일부는 지문 센싱 영역(SA)으로 설정될 수 있다. 일례로, 도 1에 도시된 바와 같이 표시 영역(AA) 중 소정의 일부 영역만이 지문 센싱 영역(SA)으로 설정될 수 있다. 또는, 다른 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이 표시 영역(AA) 전체가 지문 센싱 영역(SA)으로 설정될 수도 있다. 즉, 지문 센싱 영역(SA)은 표시 영역(AA)에 제공된 적어도 일부의 화소들(PXL)이 위치된 영역일 수 있으며, 이러한 지문 센싱 영역(SA)에도 다수의 화소들(PXL)이 제공될 수 있다.
비표시 영역(NA)은 표시 영역(AA)의 주변에 위치되는 영역으로서, 비활성 영역(non-active area)으로도 불린다. 일례로, 비표시 영역(NA)은 표시 영역(AA)을 제외한 나머지 패널 영역을 포괄적으로 의미할 수 있다. 실시예에 따라, 비표시 영역(NA)은 배선 영역, 패드 영역 및/또는 각종 더미 영역 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 표시 장치(10)는 지문 센싱 영역(SA)에 제공된 다수의 광 센서들(PHS)을 더 포함한다. 실시예에 따라, 광 센서들(PHS)은 지문 센싱 영역(SA)에 제공된 화소들(PXL) 중 적어도 일부와 중첩되거나, 상기 화소들(PXL)의 주변에 배치될 수 있다. 일례로, 광 센서들(PHS) 중 적어도 일부는 화소들(PXL)의 사이에 제공될 수 있다.
실시예에 따라, 표시 장치(10)는 미리 설정된 소정의 사용 조건에 따라 제1 모드 또는 제2 모드로 구동될 수 있다. 실시예에 따라, 제1 모드는 영상 데이터에 대응하는 영상을 표시하는 일반 표시 모드(normal display mode)일 수 있고, 제2 모드는 사용자의 지문을 센싱하기 위한 지문 센싱 모드(fingerprint sensing mode)일 수 있다.
일례로, 표시 장치(10)는 미리 설정된 특정 사용 환경, 컨텐츠, 응용 프로그램 및/또는 사용자의 선택 등 다양한 조건에 따라, 제1 모드 또는 제2 모드로 구동될 수 있다. 예컨대, 사용자 검증이 필요한 특정 응용 프로그램이 실행될 때, 표시 장치(10)는 제1 모드에서 제2 모드로 전환될 수 있다.
실시예에 따라, 구동 회로(200)는 각각의 모드에 대응하여 표시 패널(110)을 상이한 방식으로 구동한다. 일례로, 구동 회로(200)는 제1 모드에 대응하여 표시 패널(110)로 영상 데이터에 대응하는 데이터 신호를 출력하고, 제2 모드에 대응하여 표시 패널(110)로 소정의 광 패턴에 대응하는 구동 신호를 출력하면서 광 센서들(PHS)로부터 센싱 신호를 수신할 수 있다. 센싱 신호를 수신한 구동 회로(200)는 상기 센싱 신호를 이용하여 사용자의 지문 형태를 검출할 수 있다. 이에 따라, 표시 장치(10)는 지문 인식 기능을 제공할 수 있다.
이를 위해, 구동 회로(200)는 패널 구동부(210)와, 지문 검출부(220)를 포함할 수 있다. 편의상, 도 1 및 도 2에서는 패널 구동부(210)와 지문 검출부(220)를 구분하여 도시하였으나, 이들이 분리되어 구비되어야만 하는 것은 아니다. 일례로, 지문 검출부(220)의 적어도 일부는 패널 구동부(210)와 함께 집적되거나, 상기 패널 구동부(210)와 연동하여 동작할 수 있다.
즉, 구동 회로(200)는, 제1 및 제2 모드에 대응하여 각각 다른 방식으로 표시 패널(110)을 구동하는 패널 구동부(210)와, 제2 모드에 대응하여 표시 패널(110)이 소정 형태로 발광할 때 광 센서들(PHS)로부터 수신되는 센싱 신호에 기초하여 지문을 검출하는 지문 검출부(220)를 포괄적으로 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 패널 구동부(210) 및 지문 검출부(220)는 별개의 구성 요소로서 서로 분리되어 구성되거나, 또는 패널 구동부(210) 및 지문 검출부(220)의 적어도 일부분은 서로 통합되어 일체로 구현될 수 있다. 또한, 실시예에 따라 패널 구동부(210)는 동일한 회로부(예컨대, 주사 구동부 및/또는 데이터 구동부 등)를 이용하여 제1 및 제2 모드에 따라 표시 패널(110)을 상이한 방식으로 구동하거나, 혹은 표시 패널(110)을 각각 제1 및 제2 모드로 구동하기 위한 각각의 회로부를 별도로 구비할 수 있다.
실시예에 따라, 패널 구동부(210)는 제1 모드에 대응하여 표시 영역(AA)의 화소들(PXL)을 순차적으로 주사하면서 상기 화소들(PXL)로 영상 데이터에 대응하는 데이터 신호를 공급할 수 있다. 그러면, 표시 패널(110)은 제1 모드가 실행되는 기간 동안 영상 데이터에 대응하는 영상을 표시한다.
또한, 실시예에 따라, 패널 구동부(210)는 제2 모드에 대응하여 적어도 지문 센싱 영역(SA)의 화소들(PXL)로 소정의 구동 신호를 공급할 수 있다. 실시예에 따라, 상기 구동 신호는, 제2 모드가 실행되는 기간 동안 지문 센싱 영역(SA)의 화소들(PXL)로 공급되는 센싱용 데이터 전압, 또는 상기 화소들(PXL)의 발광 상태나 발광 타이밍(예컨대, 발광 시점 및/또는 발광 시간)을 제어하는 소정의 제어 신호일 수 있다. 일례로, 패널 구동부(210)는 제2 모드가 실행되는 기간 동안 적어도 지문 센싱 영역(SA)에서 특정 패턴의 영상이 표시되도록 표시 패널(110)을 제어할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에서, 패널 구동부(210)는 제2 모드가 실행되는 기간 동안 적어도 지문 센싱 영역(SA)에 제공된 화소들(PXL)이 소정의 광 패턴에 대응하는 형태로 발광하도록 표시 패널(110)로 상기 광 패턴에 대응하는 구동 신호를 출력한다. 즉, 지문 센싱 영역(SA)의 화소들(PXL)은 제2 모드로 구동되는 기간 동안 상기 광 패턴에 대응하는 형태로 발광한다.
실시예에 따라, 지문 검출부(220)는 제2 모드에 대응하여 광 센서들(PHS)로부터 센싱 신호를 수신하고, 상기 센싱 신호 중 상기 광 패턴에 대응하는 센싱 신호(유효 센싱 신호)에 기초하여 사용자의 지문(예컨대, 지문 형태)을 검출한다.
일례로, 본 발명의 일 실시예에서, 패널 구동부(210)는 제2 모드가 실행되는 기간 동안 지문 센싱 영역(SA)의 화소들(PXL)이 특정 파형을 가지는 광 신호를 방출하도록 상기 화소들(PXL)로 구동 신호를 공급하고, 지문 검출부(220)는 광 센서들(PHS)로부터 입력되는 센싱 신호 중 상기 파형에 대응하는 센싱 신호를 유효 센싱 신호로 규정하고, 상기 유효 센싱 신호에 기초하여 사용자의 지문을 검출할 수 있다. 예컨대, 지문 검출부(220)는, 광 센서들(PHS)로부터 입력되는 센싱 신호의 특성 중 적어도 하나, 예컨대, 진폭, 펄스 폭, 위상차, 변곡점 및/또는 파형의 형태(예컨대, 프로파일(profile))를, 구동 신호의 생성에 이용된 소정의 광 패턴과 비교함으로써, 상기 광 패턴에 대응하는 유효 센싱 신호를 검출할 수 있다. 이러한 지문 검출부(220)는 검출된 유효 센싱 신호에 기초하여 사용자의 지문 정보를 생성함으로써, 신호 대 잡음비(SNR)을 높이고 지문 인식의 신뢰도를 높일 수 있다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 의하면, 화소들(PXL)로부터 방출되는 광을 이용하여 사용자의 지문을 검출함으로써, 별도의 외부 광원 없이 지문 센서를 구현할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에서는 지문 센싱 영역(SA)에 제공된 화소들(PXL)과, 적어도 지문 센싱 영역(SA)과 중첩되는 영역에 제공된 광 센서들(PHS)을 이용하여 지문 센서를 구성할 수 있다. 이에 따라, 표시 장치(10)의 두께를 감소시키고 제조 비용을 절감할 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 표시 장치(10)가 제2 모드로 구동되는 기간 동안 소정의 광 패턴에 대응하여 화소들(PXL)의 발광을 제어하고, 광 센서들(PHS)로부터 수신되는 센싱 신호로부터 상기 광 패턴에 대응하는 유효 센싱 신호를 검출한다. 이에 따라, 광 노이즈에 따른 오동작을 저감하고, 지문 인식의 신뢰도를 높일 수 있다. 본 발명의 실시예에 의한 지문 센서의 예시적 구조 및 지문 센싱 원리와, 그 구동 방법에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 화소를 개략적으로 나타낸다. 편의상, 도 3에서는 스트라이프 타입의 표시 장치에 구비되며 세 개의 서브 화소들로 구성되는 화소의 일례를 도시하기로 하나, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 즉, 화소의 형태, 배치 구조 및/또는 서브 화소들의 수는 다양하게 변경될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 화소(PXL)는 복수의 서브 화소들(SPX1, SPX2, SPX3)를 포함한다. 일례로, 화소(PXL)는 서로 다른 색의 광을 방출하는 제1 내지 제3 서브 화소들(SPX1, SPX2, SPX3)을 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 각각의 서브 화소(SPX1, SPX2, SPX3)는 적어도 하나의 발광 소자를 포함할 수 있다. 일례로, 제1 서브 화소(SPX1)는 제1 색, 예컨대, 적색의 광을 방출하는 발광 소자를 포함하고, 제2 서브 화소(SPX2)는 제2 색, 예컨대, 녹색의 광을 방출하는 발광 소자를 포함하며, 제3 서브 화소(SPX3)는 제3 색, 예컨대, 청색의 광을 방출하는 발광 소자를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 예컨대, 다른 실시예에서 제1 내지 제3 서브 화소(SPX1, SPX2, SPX3)는 모두 백색의 광을 방출하는 발광 소자를 포함하고, 컬러 필터 등에 의해 각각의 서브 화소(SPX1, SPX2, SPX3)로부터 방출되는 광의 색을 제어할 수 있다. 이와 같이 화소(PXL)는 서로 다른 색의 광을 방출하는 복수의 서브 화소들(SPX1, SPX2, SPX3)을 이용하여 다양한 색의 광을 방출할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치의 지문 센싱 영역을 개략적으로 나타낸다. 도 4에서, 도 1 내지 도 3과 유사 또는 동일한 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 부여하고, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치(10)는 복수의 화소들(PXL)을 포함하는 표시 패널(110)과, 상기 표시 패널(110)의 일면에 제공되는 센서층(120)과, 상기 표시 패널(110)의 타면에 제공되는 윈도우(130)를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 표시 패널(110)은 적어도 지문 센싱 영역(SA)에 제공된 복수의 화소들(PXL)과, 상기 화소들(PXL)의 주변에 제공된 투광부(light-transmitting portion; LP)를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 투광부(LP)는 각각의 화소(PXL)(또는, 각각의 서브 화소(SPX1, SPX2, SPX3))를 구성하는 회로소자들(예컨대, 트랜지스터, 커패시터 및/또는 발광 소자의 전극 등) 및/또는 이들에 연결되는 배선들(예컨대, 주사선, 데이터선, 제어선, 및/또는 전원선 등)과 같이 광을 차단하는 요소들이 배치되지 않은 틈새에 존재할 수 있다. 즉, 표시 영역(AA)의 내부에는 광이 투과할 수 있는 투광 영역들이 분포되며, 이러한 투광 영역들이 표시 패널(110)의 투광부(LP)를 구성할 수 있다.
실시예에 따라, 투광부(LP)는, 표시 패널(110)의 영역 중 투명한 구성요소들(예컨대, 절연막 등)만이 배치되는 영역을 포함함은 물론, 불투명 또는 반투명한 구성요소들이 배치되는 영역 중 투광율이 0%보다 커서 표시 패널(110)에서 발생한 광이나 표시 패널(110)로 입사된 입사광 중 일부를 투과시킬 수 있는 영역을 모두 포함할 수 있다. 일례로, 투광부(LP)는, 화소들(PXL)의 발광부들(각 화소(PXL)의 발광층이 제공된 영역으로서, 표시 패널(110)의 외부로 광을 방출하는 영역) 사이의 영역, 및/또는 화소들(PXL) 사이에 화소 정의막이 제공된 영역 중 적어도 일 영역에도 위치할 수 있다.
즉, 투광부(LP)는 화소들(PXL)(또는, 서브 화소들(SPX1, SPX2, SPX3)) 각각의 내부 및 그 주변, 및 이웃한 화소들(PXL)(또는, 서브 화소들(SPX1, SPX2, SPX3))의 사이 중 적어도 일 영역에 존재하여 표시 영역(AA) 내에 분포될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치(10)에 있어서, 상기 표시 장치(10)가 제2 모드로 구동될 때, 지문 센싱 영역(SA)의 화소들(PXL)은 소정의 광 패턴에 대응하는 형태로 발광하고, 화소들(PXL)에서 방출된 광 중 사용자의 지문에서 반사된 반사광의 적어도 일부는 투광부(LP)를 통해 표시 패널(110)로 재 입사될 수 있다. 또한, 표시 패널(110)로 재 입사된 반사광 중 적어도 일부는 투광부(LP)를 통해 광 센서들(PHS)로 입사될 수 있다.
실시예에 따라, 센서층(120)은 표시 패널(110)의 일면에 제공된 복수의 광 센서들(PHS)을 포함할 수 있다. 특히, 광 센서들(PHS)은 적어도 지문 센싱 영역(SA)에 제공될 수 있다.
실시예에 따라, 센서층(120)은 표시 패널(110)의 배면(예컨대, 영상이 표시되는 면과 반대되는 면)에 제공될 수 있다. 예컨대, 센서층(120)은 표시 패널(110)의 배면에 부착되는 센서 IC로 구현될 수 있다. 이와 같이, 센서층(120)이 표시 패널(110)의 배면에 제공되는 실시예에서는, 센서층(120)에 의한 표시 장치(10)의 화질 저하를 방지할 수 있다.
실시예에 따라, 광 센서들(PHS) 중 적어도 일부는 투광부(LP)의 적어도 일 부분과 중첩되고, 상기 투광부(LP)를 투과하여 입사되는 광을 수신할 수 있다. 일례로, 광 센서들(PHS) 중 적어도 일부는 주변에 제공된 적어도 하나의 화소(PXL)로부터 방출되어 사용자의 손가락에서 반사된 반사광(L2)을 수신하고, 상기 반사광(L2)에 대응하는 센싱 신호를 출력할 수 있다. 상기 센싱 신호는 앞서 설명한 구동 회로(200)로 입력되어 지문 검출에 이용될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 의한 표시 장치(10)에서는, 지문 센싱 영역(SA)에 제공된 적어도 일부의 화소들(PXL) 및 광 센서들(PHS)에 의해 별도의 외부 광원 없이 지문 센서가 구성될 수 있다.
실시예에 따라, 광 센서들(PHS)의 크기, 개수, 배치 형태, 및/또는 밀집도(예컨대, 해상도) 등이 특별히 한정되지는 않는다. 일례로, 광 센서들(PHS)은 적어도 지문 센싱 영역(SA)에서 화소들(PXL) 또는 서브 화소들(SPX1, SPX2, SPX3)에 1:1로 대응하도록 제공될 수 있다. 또는, 다른 실시예에서, 광 센서들(PHS)은 화소들(PXL) 또는 서브 화소들(SPX1, SPX2, SPX3)보다 적은 수만큼 구비되어, 소정의 간격이나 분포도에 따라 지문 센싱 영역(SA)에 분산될 수 있다. 또는, 또 다른 실시예에서, 광 센서들(PHS)은 화소들(PXL) 또는 서브 화소들(SPX1, SPX2, SPX3)보다 많은 수만큼 구비되어, 지문 센싱 영역(SA)에 조밀하게 분포될 수 있다. 실시예에 따라, 광 센서들(PHS)은 지문의 형태를 검출하기에 충분한 정도의 밀집도로 센서층(120)에 분포되어 센서 어레이를 구성할 수 있다.
실시예에 따라, 윈도우(130)는 표시 패널(110)을 사이에 두고 센서층(120)과 대향되도록 제공될 수 있다. 일례로, 윈도우(130)는 표시 장치(10)의 전면(영상 표시면) 측에 제공될 수 있다. 한편, 실시예에 따라서는 윈도우(130)가 생략될 수도 있다.
전술한 실시예에 의한 지문 센싱 방법을 설명하면, 앞서 도 1 내지 도 2에서 설명한 바와 같이 표시 장치(10)가 제2 모드로 구동될 때, 패널 구동부(210)는 표시 패널(110)로 소정의 구동 신호를 공급한다. 실시예에 따라, 구동 신호는 지문 센싱 영역(SA)에 제공된 적어도 일부의 화소들(PXL)이 소정의 광 패턴에 대응하는 형태로 발광하도록 생성된다. 일례로, 구동 신호는 지문 센싱 영역(SA)에 제공된 적어도 일부의 화소들(PXL)이 특정 파형을 가지는 광(L1)을 방출하도록 상기 화소들(PXL)로 구동 신호를 공급한다. 실시예에 따라, 소정의 광 패턴 및/또는 파형은, 광의 세기 또는 진폭, 펄스 폭, 위상 및 주파수 등과 같은 소정의 광 특성을 기준으로 설정될 수 있다.
실시예에 따라, 화소들(PXL)로부터 방출되는 광(L1)의 진폭을 변조하기 위하여, 제2 모드가 실행되는 기간 동안 지문 센싱 영역(SA)의 화소들(PXL)로 입력되는 구동 신호의 전압 레벨을 반복적으로 변경할 수 있다. 일례로, 제2 모드가 실행되는 기간 동안, 지문 센싱 영역(SA)의 화소들(PXL)에 접속된 데이터선들로 센싱용 데이터 전압을 반복적으로 변경하여 입력하거나, 지문 센싱 영역(SA)의 화소들(PXL)에 구비된 스위칭 소자(일례로, 소정의 트랜지스터)의 온-오프 또는 턴-온 정도를 제어하는 소정의 제어 신호의 전압을 반복적으로 변경할 수 있다. 이에 따라, 상기 화소들(PXL)은 구동 신호의 전압 레벨에 대응하여 변화되는 휘도로 발광하게 된다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제2 모드가 실행되는 기간 동안 소정의 구동 신호를 이용하여 지문 센싱 영역(SA)에 제공된 화소들(PXL)의 발광을 제어함으로써, 상기 화소들(PXL)의 휘도를 수 차례 반복적으로 변경한다. 이때, 화소들(PXL)의 휘도는, 소정 시점에서 화소들(PXL)로부터 방출되는 광의 순간 휘도 및/또는 화소들(PXL)의 발광 상태(예컨대, 발광 시점 및/또는 발광 지속 시간)에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 구동 신호는 화소들(PXL)의 발광을 제어할 수 있는 신호 중 적어도 하나로 설정될 수 있다.
이때, 지문 인식을 위해 사용자가 손가락을 지문 센싱 영역(SA)에 올렸다고 가정하면, 지문 센싱 영역(SA)의 화소들(PXL)로부터 방출된 광(L1) 중 사용자의 손가락(특히, 지문 부분)에서 반사된 반사광(L2)의 적어도 일부는 투광부(LP)를 통과하게 된다. 투광부(LP)를 통과한 반사광(L2)은 상기 투광부(LP)에 대응하는 광 센서(PHS)로 입사된다.
그러면, 광 센서(PHS)는 입사된 반사광(L2)에 대응하는 센싱 신호를 출력한다. 한편, 지문 센싱 영역(SA)에는 지문을 식별할 수 있을 정도의 밀집도로 다수의 광 센서들(PHS)이 분산되어 배치된다. 따라서, 구동 회로(200)는 상기 광 센서들(PHS)로부터 입력된 센싱 신호를 종합하여 사용자의 지문을 검출할 수 있다. 예컨대, 지문 검출부(220)는 광 센서들(PHS)로부터 입력된 센싱 신호를 이용하여 광 센서들(PHS) 각각의 수광량(제2 모드가 실행되는 기간 동안 각각의 광 센서(PHS)로 입사된 광량) 및/또는 반사광(L2)의 형태를 파악하고, 이를 이용해 사용자의 지문 정보를 생성할 수 있다. 구체적으로, 각각 지문의 융(ridge)과 골(valley)에서 반사된 반사광(L2)은 서로 다르게 변형된 형태를 가진다. 따라서, 지문 검출부(220)는 각 위치의 광 센서(PHS)로 입사된 반사광(L2)의 광량 등 및 파형 등을 파악하고, 이에 기초하여 지문의 융과 골을 구분함으로써 사용자의 지문 형태(지문 패턴)를 파악할 수 있다.
다만, 지문에 의한 반사광(L2) 외에도, 표시 패널(110)의 내부에서 발생한 산란으로 인해 화소들(PXL)로부터 방출된 광(L1) 중 일부, 및/또는 외부에서 유입된 광(L3)이 적어도 하나의 광 센서(PHS)로 입사될 수 있다. 이 경우, 상기 광 센서(PHS)로부터 출력되는 센싱 신호에는 노이즈 성분이 포함되게 된다. 이러한 노이즈 성분으로 인해 지문 검출의 신뢰도가 저하될 수 있다.
이에 본 발명의 실시예에서는, 제2 모드가 실행되는 기간 동안 적어도 지문 센싱 영역(SA)에서 방출되는 광(L1)을 특정 형태(또는 파형)로 변조하여 출력한다. 그리고, 센서층(120)으로부터 수신되는 센싱 신호를 방출 광(L1)의 형태와 비교하고, 상기 방출 광(L1)의 형태에 부합되는 유효 센싱 신호에 기초하여 사용자의 지문 정보를 생성한다. 일례로, 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치(10)는 제2 모드가 실행되는 기간 동안 센서층(120)으로부터 입력되는 센싱 신호 중, 특정 형태로 변조된 방출 광(L1)의 형태에 부합되는 유효 센싱 신호를 노이즈 성분(광 노이즈)과 구분하여 검출하고, 검출된 유효 센싱 신호를 이용하여 사용자의 지문 정보를 생성할 수 있다. 이에 따라, 지문 검출의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
실시예에 따라, 제2 모드가 실행되는 기간 동안 지문 센싱 영역(SA)에서 방출되는 광(L1)을 특정 형태로 변조하기 위하여, 다양한 광 변조(optical modulation) 방식이 이용될 수 있다. 일례로, 펄스 진폭 변조(pulse amplitude modulation; PAM), 펄스 폭 변조(pulse width modulation; PWM), 펄스 위상 변조(pulse phase modulation; PPM) 및 펄스 주파수 변조(pulse frequency modulation; PFM) 중 적어도 하나의 방식을 이용하여 지문 센싱 영역(SA)에서 방출되는 광(L1)을 변조할 수 있다. 즉, 제2 모드가 실행되는 기간 동안 패널 구동부(210)는 지문 센싱 영역(SA)의 화소들(PXL)로부터 방출되는 광(L1)의 진폭(또는 세기), 펄스 폭, 위상 및 주파수 중 적어도 하나가 변화되도록 구동 신호를 생성하고, 이를 표시 패널(110)로 공급할 수 있다. 이와 관련한 구체적인 실시예에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 일 실시예에 의한 서브 화소를 나타낸다. 편의상, 도 5a 및 도 5b에서는 i(i는 자연수)번째 수평 라인(수평 화소열) 및 j(j는 자연수)번째 수직 라인(수직 화소열)에 접속된 임의의 서브 화소를 도시하기로 한다. 실시예에 따라, 도 5a 및 도 5b의 서브 화소는 앞서 설명한 제1 내지 제3 서브 화소 중 어느 하나일 수 있으나, 특정 서브 화소로 한정되지는 않는다. 한편, 서브 화소는 화소의 일종 혹은 그 부분으로서, 이하에서 설명하는 서브 화소의 구조 및 구동 방법은 화소의 구조 및 구동 방법을 설명한 것으로 간주할 수도 있을 것이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 실시예에 따라 각각의 서브 화소(SPX)는 주사선(Si) 및 데이터선(Dj)의 사이에 접속되는 발광 소자(EL)를 구비한다. 실시예에 따라, 발광 소자(EL)는 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode; OLED)일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
실시예에 따라, 도 5a에 도시된 바와 같이 발광 소자(EL)의 제1 전극, 예컨대 애노드 전극은 주사선(Si)에 접속되고, 발광 소자(EL)의 제2 전극, 예컨대 캐소드 전극은 데이터선(Dj)에 접속될 수 있다.
실시예에 따라, 발광 소자(EL)의 접속 방향은 변경될 수 있다. 예컨대, 도 5b에 도시된 바와 같이 발광 소자(EL)의 애노드 전극이 데이터선(Dj)에 접속되고, 발광 소자(EL)의 캐소드 전극이 주사선(Si)에 접속될 수도 있다.
상술한 서브 화소(SPX)는 주사선(Si) 및 데이터선(Dj)으로부터 각각 주사 신호 및 데이터 신호를 공급받고, 이에 대응하여 발광한다. 예컨대, 발광 소자(EL)는, 제1 전극 및 제2 전극의 사이에 문턱전압 이상의 순방향 전압이 인가될 때, 인가된 전압의 크기에 상응하는 휘도로 발광할 수 있다. 즉, 주사선(Si)으로 인가되는 주사 신호 및/또는 데이터선(Dj)으로 인가되는 데이터 신호의 전압을 조절함에 의해 각 서브 화소(SPX)의 발광을 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치의 지문 센싱 영역을 나타낸다. 편의상, 도 6에서는 도 5a 또는 도 5b의 서브 화소를 구비한 표시 장치의 지문 센싱 영역을 개략적으로 나타내기로 한다. 도 6에서, 도 1 내지 도 5b와 유사 또는 동일한 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 부여하고, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 6을 참조하면, 표시 패널(110)은 제1 기판(111) 및 제2 기판(112)과, 이들 사이에 제공된 복수의 발광 소자들(EL)을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 각각의 발광 소자(EL)는 각각의 단위 화소 영역(PA)(예컨대, 각각의 화소 영역 또는 각각의 서브 화소 영역)에 제공될 수 있다.
실시예에 따라, 제1 기판(111) 및 제2 기판(112)은 투광성 기판일 수 있다. 일례로, 제1 기판(111) 및 제2 기판(112)은 투명 또는 반투명 재질의 기판일 수 있다. 실시예에 따라, 제1 기판(111) 및 제2 기판(112)은 경성 혹은 연성의 기판일 수 있으며, 그 재질이 특별히 한정되지는 않는다. 또한, 실시예에 따라, 제1 기판(111) 및 제2 기판(112) 중 적어도 하나는 적어도 한 층의 절연막으로 구성될 수 있다. 일례로, 제2 기판(112)은 각각 한 층 이상의 유기막 및 무기막을 포함한 박막 봉지층으로 구성될 수 있다.
실시예에 따라, 각각의 발광 소자(EL)는 제1 및 제2 전극(E1, E2)과, 상기 제1 및 제2 전극(E1, E2)의 사이에 제공된 발광층(EML)을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 제1 전극(E1) 및 제2 전극(E2)은 각각 주사선(Si) 또는 데이터선(Dj)에 접속될 수 있다.
상술한 실시예에 의한 표시 장치(10)가 제2 모드로 구동될 때, 표시 패널(110)로 소정의 광 패턴에 상응하는 구동 신호를 공급하면, 지문 센싱 영역(SA)에 제공된 적어도 일부의 발광 소자들(EL)이 상기 구동 신호에 대응하는 형태로 발광한다. 이때, 발광 소자들(EL)로부터 방출된 광(L1) 중 지문의 융(ridge)과 골(valley)에서 반사되는 반사광(L2)은 상이한 크기(또는, 진폭) 및/또는 위상을 가지도록 변형되며, 이를 통해 사용자의 지문을 검출할 수 있다.
일례로, 제2 모드가 실행되는 기간 동안 적어도 지문 센싱 영역(SA)의 서브 화소들(SPX)(또는 화소들(PXL))의 데이터선들(Dj)로 소정의 광 패턴에 대응하는 센싱용 데이터 전압을 공급할 수 있다. 예컨대, 패널 구동부(210)는 제2 모드가 실행되는 기간 동안 각각의 프레임 기간마다 지문 센싱 영역(SA)의 서브 화소들(SPX)을 순차적으로 주사하면서, 상기 광 패턴에 대응하는 전압 레벨을 가지는 센싱용 데이터 전압을 상기 서브 화소들(SPX)로 공급할 수 있다.
실시예에 따라, 제2 모드가 실행되는 기간 중, 센싱용 데이터 전압을 복수 회에 걸쳐 반복적으로 변경할 수 있다. 일례로, 표시 장치(10)가 제2 모드로 구동되는 기간 중 센싱용 데이터 전압은 일정 주기, 예컨대 한 프레임 주기로 전압 레벨이 변경될 수 있다.
이에 따라, 지문 센싱 영역(SA)은 각각의 프레임 기간마다 센싱용 데이터 전압의 전압 레벨에 대응하는 순간 휘도로 발광할 수 있다. 따라서, 센싱용 데이터 전압을 변경함에 의해 제2 모드가 실행되는 기간 동안 지문 센싱 영역(SA)에서 방출되는 광(L1)의 진폭을 변조할 수 있다. 이때, 주사 방향과 동일한 방향을 따라 각 수평 라인 단위로, 광 센서들(PHS)로부터 센싱 신호를 수신하고, 수신된 센싱 신호를 변조된 광(L1)의 패턴과 비교함에 의해 유효 센싱 신호를 용이하게 검출할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 서브 화소를 나타내고, 도 8은 도 7에 도시된 서브 화소의 구동 방법 실시예를 나타낸다. 도 7의 서브 화소는 앞서 설명한 제1 내지 제3 서브 화소 중 어느 하나일 수 있으나, 특정 서브 화소로 한정되지는 않는다.
도 7을 참조하면, 실시예에 따라 각각의 서브 화소(SPX)(또는 화소(PXL))는, 발광 소자(EL), 제1 내지 제3 트랜지스터(M1, M2, M3) 및 커패시터(C)를 구비한다. 실시예에 따라, 상기 발광 소자(EL), 제1 내지 제3 트랜지스터(M1, M2, M3) 및 커패시터(C)는 도 6에 도시된 제1 기판(111) 및 제2 기판(112) 사이의 각 단위 화소 영역(PA)에 제공될 수 있다.
실시예에 따라, 발광 소자(EL)는 제1 전원(ELVDD)과 제2 전원(ELVSS)의 사이에 접속되어, 제1 트랜지스터(M1)를 통해 공급되는 구동 전류에 대응하여 발광한다. 제1 전원(ELVDD)과 제2 전원(ELVSS)은 서로 다른 전압 레벨을 가진다. 일례로, 제2 전원(ELVSS)은 제1 전원(ELVDD)의 전압 레벨 보다 발광 소자(EL)의 문턱 전압 이상 낮은 전압 레벨을 가질 수 있다.
제1 트랜지스터(구동 트랜지스터; M1)는 제1 전원(ELVDD)과 발광 소자(EL)의 사이에 접속된다. 그리고, 제1 트랜지스터(M1)의 게이트 전극은 제1 노드(N1)에 접속된다. 이러한 제1 트랜지스터(M1)는 제1 노드(N1)의 전압에 대응하여 발광 소자(EL)로 흐르는 구동 전류를 제어한다. 일례로, 제1 트랜지스터(M1)는 제1 노드(N1)의 전압에 대응하여 구동 전류의 공급 유무 및/또는 크기를 제어할 수 있다.
제2 트랜지스터(스위칭 트랜지스터; M2)는 데이터선(Dj)과 제1 노드(N1) 사이에 접속된다. 그리고, 제2 트랜지스터(M2)의 게이트 전극은 주사선(Si)에 접속된다. 이와 같은 제2 트랜지스터(M2)는 주사선(Si)으로 주사 신호가 공급될 때 턴-온되어 데이터선(Dj)과 제1 노드(N1)를 전기적으로 접속시킨다. 따라서, 제2 트랜지스터(M2)가 턴-온되면, 데이터선(Dj)으로 공급되는 데이터 신호가 제1 노드(N1)로 전달된다.
제3 트랜지스터(발광 제어 트랜지스터; M3)는 발광 소자(EL)로 흐르는 구동 전류의 전류 패스(current path) 상에 위치된다. 일례로, 제3 트랜지스터(M3)는 제1 전원(ELVDD)과 제1 트랜지스터(M1)의 사이에 접속될 수 있다. 또는 다른 실시예에서, 제3 트랜지스터(M3)는 제1 트랜지스터(M1)와 발광 소자(EL)의 사이에 접속될 수도 있다. 그리고, 제3 트랜지스터(M3)의 게이트 전극은 제1 제어선(Ei)(예컨대, 발광 제어선)에 접속된다.
실시예에 따라, 제1 제어선(Ei)으로는 제1 모드 및/또는 제2 모드에 대응하여 각 서브 화소(SPX)의 발광 상태나 발광 타이밍(예컨대, 발광 시점 및 발광 시간)을 제어하는 제1 제어 신호(예컨대, 발광 제어 신호)가 공급될 수 있다. 구체적으로, 제3 트랜지스터(M3)는 제1 제어선(Ei)으로 게이트 오프 전압의 제1 제어 신호가 공급될 때 턴-오프되어 상기 서브 화소(SPX)의 내부에서 구동 전류의 전류 패스가 형성되는 것을 차단하고, 제1 제어선(Ei)으로 게이트 온 전압의 제1 제어 신호가 공급될 때 턴-온되어 상기 전류 패스가 형성되도록 한다.
커패시터(C)는 제1 전원(ELVDD)과 제1 노드(N1)의 사이에 접속된다. 이러한 커패시터(C)는 제1 노드(N1)로 공급되는 데이터 신호에 대응하는 전압을 저장하고, 다음 프레임의 데이터 신호가 공급될 때까지 저장된 전압을 유지한다.
도 8을 참조하면, 각각의 프레임 기간 동안 주사선(Si)으로 주사 신호가 공급된다. 일례로, 한 프레임 기간(1F) 동안 각 수평 라인(수평 화소열)의 주사선(Si)으로 게이트 온 전압(예컨대, 로우 전압)의 주사 신호가 순차적으로 공급될 수 있다. 즉, 실시예에 따라, 주사 신호는 한 프레임 기간(1F) 중 해당 서브 화소(SPX)에 대응하는 수평 기간에 공급될 수 있다.
주사선(Si)으로 주사 신호가 공급되면, 제2 트랜지스터(M2)가 턴-온된다. 이에 따라, 데이터선(Dj)과 제1 노드(N1)가 전기적으로 연결되면서, 데이터선(Dj)으로부터의 데이터 신호(DS)가 제1 노드(N1)로 공급된다. 이때, 커패시터(C)에는 데이터 신호(DS)에 대응하는 전압, 예컨대, 제1 전원(ELVDD)의 전압과 데이터 신호(DS)의 차 전압이 저장된다.
실시예에 따라, 적어도 주사 신호가 공급되는 기간 동안, 제1 제어선(Ei)으로는 게이트 오프 전압(예컨대, 하이 전압)의 제1 제어 신호가 공급될 수 있다. 제1 제어선(Ei)으로 게이트 오프 전압의 제1 제어 신호가 공급되면, 제3 트랜지스터(M3)를 오프된 상태로 유지할 수 있다. 이에 따라, 데이터 신호(DS)의 전압을 커패시터(C)에 안정적으로 저장하고, 데이터 신호(DS)가 저장되는 기간 동안 서브 화소(SPX)가 원치 않는 휘도로 발광하는 것을 방지할 수 있다.
커패시터(C)에 데이터 신호(DS)에 대응되는 전압이 저장된 이후, 주사 신호의 공급이 중단된다. 이에 따라, 제2 트랜지스터(M2)가 턴-오프된다.
이후, 제1 제어선(Ei)으로 게이트 온 전압(예컨대, 로우 전압)의 제1 제어 신호가 공급되면 제3 트랜지스터(M3)가 턴-온되면서 구동 전류의 전류 패스가 형성된다. 이때, 제1 트랜지스터(M1)는 제1 노드(N1)의 전압에 대응하여 제1 전원(ELVDD)으로부터 발광 소자(EL)를 경유하여 제2 전원(ELVSS)으로 흐르는 구동 전류의 전류량을 제어한다. 그러면, 발광 소자(EL)는 구동 전류에 대응하는 휘도의 빛을 생성한다. 한편, 제1 노드(N1)로 블랙 계조에 대응하는 데이터 신호(DS)가 공급되면, 제1 트랜지스터(M1)는 발광 소자(EL)로 구동 전류를 공급하지 않는다. 이 경우, 발광 소자(EL)는 비발광하여 블랙 계조를 표시한다.
한편, 본 발명의 실시예에서 서브 화소(SPX)(또는 화소(PXL))의 회로 구조는 도 7에 도시된 실시예에 의해 한정되지 않는다. 일례로, 서브 화소(SPX)는 현재 공지된 다양한 형태의 화소 회로를 포함할 수 있다.
상술한 실시예에 의한 서브 화소(SPX)(또는 화소(PXL))를 구비한 표시 장치(10)가 제2 모드로 구동될 때, 패널 구동부(210)는 표시 패널(110)로 소정의 광 패턴에 상응하는 구동 신호를 공급할 수 있다. 이에 따라, 지문 센싱 영역(SA)에 제공된 적어도 일부의 발광 소자들(EL)이 상기 구동 신호에 대응하는 형태로 발광한다.
일례로, 패널 구동부(210)는 제2 모드가 실행되는 기간 동안 적어도 지문 센싱 영역(SA)의 서브 화소들(SPX)(또는 화소들(PXL))을 순차적으로 주사하면서 상기 서브 화소들(SPX)의 데이터선들(Dj)로 소정의 광 패턴에 대응하는 센싱용 데이터 전압을 공급할 수 있다. 이때, 제2 모드가 실행되는 기간 중에 상기 센싱용 데이터 전압을 복수 회에 걸쳐 반복적으로 변경함에 의해, 지문 센싱 영역(SA)에서 방출되는 광(L1)의 진폭을 변조할 수 있다.
실시예에 따라, 주사 방향과 동일한 방향을 따라 각 수평 라인 단위로 지문 센싱 영역(SA)의 서브 화소들(SPX)을 순차적으로 발광시키면서 상기 서브 화소들(SPX)에 대응하는 광 센서들(PHS)로부터 센싱 신호를 순차적으로 수신할 수 있다. 또는, 제1 제어 신호를 이용해 제3 트랜지스터(M3)의 온-오프를 조절함에 의해, 적어도 지문 센싱 영역(SA)의 서브 화소들(SPX)을 동시에 발광시킨 후, 전체 지문 센싱 영역(SA)을 동일한 타이밍으로 센싱할 수도 있다. 예컨대, 한 프레임 기간(1F) 중 소정의 주사 기간 동안에는 게이트 오프 전압의 제1 제어 신호를 지문 센싱 영역(SA)의 서브 화소들(SPX)로 동시에 공급하면서 상기 서브 화소들(SPX)을 순차적으로 주사할 수 있다. 그리고, 상기 주사 기간에 후속되는 소정의 발광 기간 동안에는 게이트 온 전압의 제1 제어 신호를 상기 서브 화소들(SPX)로 동시에 공급함으로써, 적어도 지문 센싱 영역(SA)의 서브 화소들(SPX)을 동시에 발광시킬 수 있다.
한편, 센싱용 데이터 전압 외에도 제1 제어 신호를 제어함으로써, 지문 센싱 영역(SA)에서 방출되는 광(L1)의 패턴을 제어할 수도 있다. 일례로, 지문 센싱 영역(SA)에서 소정의 광 패턴에 대응하는 광(L1)이 방출되도록 제1 제어 신호의 전압 레벨 및/또는 공급 타이밍을 제어할 수 있다. 실시예에 따라, 제1 제어 신호의 전압 레벨은 일정한 시간, 예컨대 한 프레임 마다 변경될 수 있다. 이와 같이, 제1 제어 신호를 제어함으로써, 지문 센싱 영역(SA)에서 방출되는 광(L1)의 펄스 폭, 위상 및/또는 주파수를 변조할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 센싱용 데이터 전압 및 제1 제어 신호 중 적어도 하나를 제어함으로써, 지문 센싱 영역(SA)에서 방출되는 광(L1)의 진폭, 펄스 폭, 위상 및/또는 주파수를 변조할 수 있다. 이에 따라, 광 센서들(PHS)로부터 수신된 센싱 신호로부터 유효 센싱 신호를 용이하게 검출할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 서브 화소를 나타낸다. 도 9에서, 도 7과 유사 또는 동일한 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 부여하고, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 9를 참조하면, 실시예에 따라, 서브 화소(SPX')는, 발광 소자(EL)로 구동 전류가 흐르는 전류 패스 상에 제공된 제4 트랜지스터(지문용 발광 제어 트랜지스터; M4)를 더 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 제4 트랜지스터(M4)는 제1 전원(ELVDD)과 제1 트랜지스터(M1)의 사이에, 제3 트랜지스터(M3)와 직렬로 접속될 수 있다. 일례로, 제4 트랜지스터(M4)는 제1 트랜지스터(M1)와 제3 트랜지스터(M3)의 사이에 접속될 수 있다. 그리고, 제4 트랜지스터(M4)의 게이트 전극은 제2 제어선(CSi)에 접속될 수 있다.
실시예에 따라, 제2 제어선(CSi)으로는 제1 모드 및/또는 제2 모드에 대응하여 각 서브 화소(SPX')의 발광 상태나 발광 타이밍(예컨대, 발광 시점 및/또는 발광 시간)을 제어하는 제2 제어 신호(예컨대, 지문용 발광 제어 신호)가 공급될 수 있다. 구체적으로, 제4 트랜지스터(M4)는 제2 제어선(CSi)으로 게이트 오프 전압의 제2 제어 신호가 공급될 때 턴-오프되어 상기 서브 화소(SPX')의 내부에서 구동 전류의 전류 패스가 형성되는 것을 차단하고, 제2 제어선(CSi)으로 게이트 온 전압의 제2 제어 신호가 공급될 때 턴-온되어 상기 구동 전류의 전류 패스가 형성되도록 한다.
실시예에 따라, 지문 센싱 영역(SA)에 제공된 서브 화소들(SPX')(또는, 상기 서브 화소들(SPX')로 구성되는 화소들(PXL))은 동시에 동일한 제2 제어 신호를 공급받을 수 있다. 일례로, 지문 센싱 영역(SA)의 서브 화소들(SPX')에 접속된 제2 제어선(CSi)이 서로 전기적으로 연결되고, 표시 장치(10)가 제1 및 제2 모드로 구동되는 기간 중 지문 센싱 영역(SA)의 서브 화소들(SPX')로 동시에 제2 제어 신호가 공급될 수 있다. 이 경우, 하나의 제2 제어 신호를 이용하여 지문 센싱 영역(SA)의 휘도를 용이하게 제어할 수 있다.
실시예에 따라, 표시 장치(10)가 제1 모드로 구동되는 기간 동안에는 제2 제어선(CSi)으로 게이트 온 전압의 제2 제어 신호가 지속적으로 공급될 수 있다. 그러면, 제1 모드가 실행되는 기간 동안 지문 센싱 영역(SA)의 서브 화소들(SPX')은 나머지 영역의 서브 화소들, 일례로 도 7에 도시된 구조의 서브 화소들(SPX)과 같이 구동될 수 있다.
한편, 표시 장치(10)가 제2 모드로 구동되는 기간 동안에는 제2 제어선(CSi)으로 공급되는 제2 제어 신호의 전압 레벨이 반복적으로 변경될 수 있다. 일례로, 표시 장치(10)가 제2 모드로 구동되는 기간 동안 제2 제어선(CSi)으로 게이트 온 전압의 제2 제어 신호 및 게이트 오프 전압의 제2 제어 신호가 교번적으로 공급될 수 있다. 예컨대, 제2 제어 신호는 제2 모드가 실행되는 기간 중 제1 기간 동안 제4 트랜지스터(M4)를 턴-온시키는 게이트 온 전압을 가지고, 상기 제1 기간에 후속되는 제2 기간 동안 제4 트랜지스터(M4)를 턴-오프시키는 게이트 오프 전압을 가질 수 있다. 실시예에 따라, 제1 기간과 제2 기간은 서로 동일한 시간 동안 지속될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 예컨대, 제1 기간과 제2 기간의 지속 시간은 상이하게 설정될 수도 있다. 또한, 실시예에 따라, 제2 모드가 실행되는 기간 동안 제2 제어 신호의 전압 레벨은 소정의 주기로 변경될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 일례로, 제2 모드가 실행되는 기간 중 한 프레임 기간마다 제2 제어 신호의 전압 레벨이 변경될 수 있다.
또한, 실시예에 따라, 제4 트랜지스터(M4)를 턴-온시키는 게이트 온 전압은, 상기 제4 트랜지스터(M4)를 서로 다른 정도로 턴-온시키는 복수의 전압 레벨을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 게이트 온 전압은, 제4 트랜지스터(M4)를 완전히 턴-온시키는 제1 게이트 온 전압, 및 제4 트랜지스터(M4)를 상대적으로 약하게 턴-온시키는 하나 이상의 제2 게이트 온 전압을 포함할 수 있다. 이 경우, 제2 모드가 실행되는 기간 동안 제2 제어 신호의 전압 레벨은, 제1 게이트 온 전압, 제2 게이트 온 전압 및 게이트 오프 전압을 포함한 적어도 세 가지 전압 레벨 중 어느 하나에서 다른 하나로 복수 회 반복적으로 변경될 수 있다. 실시예에 따라, 제2 제어선(CSi)으로 제2 게이트 온 전압의 제2 제어 신호가 공급되면, 상기 제2 제어 신호를 공급받은 서브 화소들(SPX')은 블랙 계조와 화이트 계조 사이의 중간 계조로 발광할 수 있다. 이와 같이 중간 계조를 적용하게 되면, 지문 센싱 영역(SA)에서 방출되는 광(L1)의 패턴을 보다 다양한 형태로 변화시킬 수 있다.
상술한 실시예에서, 지문 센싱 영역(SA)에 제공된 서브 화소들(SPX')(또는 서브 화소들(SPX')로 구성되는 화소들(PXL))은 제2 제어 신호의 전압 레벨에 대응하여 변화되는 휘도로 발광할 수 있다. 즉, 실시예에 따라, 제2 모드가 실행되는 기간 동안 지문 센싱 영역(SA)은 제2 제어 신호의 전압 레벨에 대응하는 휘도로 발광하며, 제2 제어 신호의 전압 레벨이 반복적으로 변경됨에 따라 변화되는 휘도로 발광할 수 있다. 일례로, 표시 장치(10)가 제2 모드로 구동될 때, 지문 센싱 영역(SA)의 휘도는 소정의 광 패턴에 대응하여 변화될 수 있다.
실시예에 따라, 표시 장치(10)는, 적어도 지문 센싱 영역(SA)에서, 각각의 서브 화소(SPX') 내에 제4 트랜지스터(M4)를 구비할 수 있다. 일례로, 표시 장치(10)는 지문 센싱 영역(SA)의 서브 화소들(SPX')에만 제4 트랜지스터(M4)를 구비할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 예컨대, 다른 실시예에서, 표시 장치(10)는 지문 센싱 영역(SA)을 제외한 나머지 표시 영역(AA)의 서브 화소들(SPX)에도 제4 트랜지스터(M4)를 제공함으로써, 표시 영역(AA)의 서브 화소들(SPX, SPX')(또는, 화소들(PXL)) 모두가 실질적으로 동일한 구조를 가지도록 할 수 있다. 이 경우, 표시 장치(10)의 화질을 균일화할 수 있다.
지문 센싱 영역(SA)을 제외한 나머지 표시 영역(AA)의 서브 화소들(SPX)에도 제4 트랜지스터(M4)를 제공될 때, 상기 나머지 표시 영역(AA)의 제4 트랜지스터들(M4)로는 게이트 온 전압의 제2 제어 신호가 지속적으로 공급될 수 있다. 이를 위해, 지문 센싱 영역(SA)의 서브 화소들(SPX')과 나머지 표시 영역(AA)의 서브 화소들(SPX)로 제2 제어 신호를 공급하기 위한 제2 제어선(CSi)은 분리되어 제공될 수 있다. 그리고, 패널 구동부(210)는 나머지 표시 영역(AA)의 서브 화소들(SPX)에 접속된 제2 제어선(CSi)으로 게이트 온 전압의 제2 제어 신호를 지속적으로 공급할 수 있다.
실시예에 따라, 제2 모드가 실행되는 기간 동안, 제1 제어 신호는 지문 센싱 영역(SA)에 제공된 서브 화소들(SPX')의 제3 트랜지스터(M3)를 최대한으로 턴-온시키도록 공급되고, 제2 제어 신호는 상기 서브 화소들(SPX')의 제4 트랜지스터(M4)를 반복적으로 온-오프 시키도록 공급되 수 있다. 일례로, 제1 제어 신호의 전압 레벨은, 제2 모드가 실행되는 기간 중 해당 서브 화소(SPX')로 주사 신호가 공급되는 기간 동안만 상기 서브 화소(SPX')의 제3 트랜지스터(M3)가 턴-오프되고, 그 외의 기간에는 상기 제3 트랜지스터(M3)가 턴-온 상태를 유지하도록 설정될 수 있다. 또한, 제2 제어 신호의 전압 레벨은 제2 모드가 실행되는 기간 동안 지문 센싱 영역(SA)에서 소정의 광 패턴에 대응하는 광이 방출될 수 있도록 설정될 수 있다.
즉, 제2 모드가 실행되는 기간 동안 제2 제어 신호를 이용하여 지문 센싱 영역(SA)에서 방출되는 광의 패턴(파형 등) 및/또는 휘도를 제어할 수 있다. 따라서, 제2 제어 신호의 공급 타이밍 및 전압 레벨 등을 제어함에 의해, 지문 센싱 영역(SA)에서 방출되는 광(L1)을 소정의 패턴으로 변조할 수 있다. 일례로, 제2 제어 신호를 이용하여 지문 센싱 영역(SA)에서 방출되는 광(L1)의 펄스 폭, 위상 및/또는 주파수를 변조할 수 있다.
또한, 상술한 실시예에서도 제2 모드가 실행되는 기간 동안 지문 센싱 영역(SA)에 제공된 서브 화소들(SPX')로 공급되는 센싱용 데이터 전압의 전압 레벨을 반복적으로 변경함으로써, 지문 센싱 영역(SA)에서 방출되는 광(L1)의 진폭을 변조할 수 있다.
즉, 상술한 실시예에 의하면, 센싱용 데이터 전압 및 제2 제어 신호 중 적어도 하나를 제어함으로써, 지문 센싱 영역(SA)에서 방출되는 광(L1)의 진폭, 펄스 폭, 위상 및/또는 주파수를 변조할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치의 구동 방법 실시예를 나타낸다. 일례로, 도 10은 적어도 지문 센싱 영역에서 도 9에서 도시된 바와 같이 구성된 화소들을 구비한 표시 장치가 제2 모드로 구동될 때의 구동 방법 실시예를 나타낸다.
도 10을 참조하면, 실시예에 따라, 제2 모드 기간(Pse) 및 상기 제2 모드 기간(Pse)의 전후에 배치된 모드 전환 기간(transition period)(Pt1, Pt2) 동안 적어도 지문 센싱 영역(SA)에 제공된 주사선들(S1 내지 Sn)을 순차적으로 주사하면서 각각의 데이터선(Dj)으로 소정 계조의 센싱용 데이터 전압을 공급할 수 있다. 일례로, 패널 구동부(210)는 적어도 제2 모드 기간(Pse) 동안 주사선들(S1 내지 Sn)로 순차적으로 게이트 온 전압의 주사 신호를 공급하면서 각각의 데이터선(Dj)으로 화이트 계조에 대응하는 전압(V255)을 공급할 수 있다. 또한, 패널 구동부(210)는 각각의 주사선(Si)으로 주사 신호가 공급되는 시점에 동기되도록 각각의 제1 제어선(Ei)으로 게이트 오프 전압의 제1 제어 신호를 공급하고, 그 외의 경우 각각의 제1 제어선(Ei)으로 게이트 온 전압의 제1 제어 신호를 공급할 수 있다. 한편, 실시예에 따라, 패널 구동부(210)는 제2 모드 기간(Pse)이 종료된 직후에는 각각의 데이터선(Dj)으로 블랙 계조에 대응하는 전압(V0)을 공급함으로써, 지문 센싱 영역(SA)이 원치 않는 휘도로 발광하는 것을 방지할 수 있다.
실시예에 따라, 패널 구동부(210)는 제2 모드 기간(Pse) 중 지문 센싱 영역(SA)에 제공된 서브 화소들(SPX)의 제2 제어선들(CSi)로 동일한 제2 제어 신호를 동시에 공급할 수 있다. 이때, 패널 구동부(210)는 각각의 프레임 기간 동안 지문 센싱 영역(SA)으로 공급되는 제2 제어 신호의 전압 레벨을 반복적으로 변경할 수 있다. 일례로, 도 10에 도시된 바와 같이 제2 제어 신호의 전압 레벨은 한 프레임 기간(1F) 동안 게이트 오프 전압과 게이트 온 전압 사이에서 세 단계로 수 차례 변경될 수 있다. 이 경우, 지문 센싱 영역(SA)에서 방출되는 광(L1)의 진폭도 변경할 수 있다.
실시예에 따라, 제2 제어 신호의 전압 레벨은 일정한 시간마다 변경될 수 있다. 이에 따라, 지문 센싱 영역(SA)은 제2 제어 신호의 전압 레벨에 대응하여 변화되는 휘도로 발광할 수 있다. 일례로, 한 프레임 기간(1F) 중에도 제2 제어 신호의 전압 레벨은 반복적으로 변경될 수 있다. 이 경우, 지문 센싱 영역(SA)은 상기 제2 제어 신호의 전압 레벨에 대응하는 순간 휘도로 발광할 수 있다.
상술한 실시예에 의하면, 제2 제어선(CSi)으로 공급되는 제2 제어 신호를 제어함에 의해, 표시 장치(10)가 제2 모드로 구동되는 기간 동안 지문 센싱 영역(SA)의 서브 화소들(SPX)의 순간 휘도, 발광 상태 및/또는 발광 타이밍을 반복적으로 변경할 수 있다. 이에 따라, 지문 센싱 영역(SA)에서 방출되는 광(L1)의 패턴을 다양하게 변조할 수 있다.
도 11a는 비교 예에 의한 표시 장치가 제2 모드로 구동될 때의 패널 휘도를 나타내고, 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치가 제2 모드로 구동될 때의 패널 휘도 및 이에 대응하여 표시 패널에서 출력되는 광 신호의 파형을 나타낸다. 편의상, 도 11a 및 도 11b에서는 지문 센싱 영역의 패널 휘도를 나타내기로 한다.
도 11a를 참조하면, 비교 예에 의한 표시 장치는, 제2 모드 기간(Pse) 동안 표시 패널을 통해 일정한 휘도의 광을 방출한다. 반면, 도 11b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치(10)는 제2 모드 기간(Pse) 중 표시 패널(110)을 통해 소정 기간마다 변화되는 휘도(PL)의 광을 방출한다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치(10)는 제2 모드 기간(Pse) 중 일 기간 동안 휘도(PL)가 복수 번 변경되면서 광을 방출하고, 상기 일 기간 동안과 동일한 패턴으로 반복적으로 휘도(PL)가 변경되는 광을 방출할 수 있다.
이에 따라, 표시 패널(110)에서는 상기 휘도(PL)의 변화에 대응하여 소정의 주기를 가지는 특정 파형의 광 신호(LS)가 출력될 수 있다. 일례로, 표시 패널(110)에서는 지문 센싱 영역(SA)의 휘도(PL) 변화에 대응하여 신호 레벨이 변화되는 광 신호(LS)가 출력될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치(10)에서, 지문 센싱 영역(SA)으로부터 방출되는 광 신호(LS)는 소정의 패턴을 가지도록 변조되며, 소정 주기에 따라 상기 광 패턴이 반복될 수 있다.
실시예에 따라, 지문 센싱 영역(SA)으로부터 방출되는 광 신호(LS)를 변조하기 위하여, 패널 구동부(210)는 소정의 광 패턴에 대응하여 표시 패널(110)로 공급되는 구동 신호를 제어할 수 있다. 일례로, 패널 구동부(210)는 제2 모드 기간(Pse) 동안 지문 센싱 영역(SA)의 서브 화소들(SPX, SPX')(또는 화소들(PXL))로 공급되는 센싱용 데이터 전압, 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호 중 적어도 하나를 상기 소정의 광 패턴에 대응하도록 생성하고, 이를 표시 패널(110)로 공급할 수 있다.
제2 모드 기간(Pse) 동안 표시 패널(110)에서 방출되는 광 신호(LS) 중 일부는 사용자의 손가락(예컨대, 지문)에서 반사되고, 이로 인한 반사광이 광 센서들(PHS)로 입사될 수 있다. 즉, 제2 모드 기간(Pse) 동안 표시 패널(110)에서 방출되는 광 신호(LS)는 지문 검출을 위한 입력 신호로 이용될 수 있다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치가 제2 모드로 구동될 때 지문으로 입사되는 광 신호와 상기 지문에서 반사되는 반사 신호의 실시예를 나타낸다. 편의상, 도 12a 및 도 12b에서는 지문 센싱 영역에서 방출되는 광 신호 및 이에 대응하는 반사 신호를 나타내기로 한다.
도 12a를 참조하면, 지문 센싱 영역(SA)으로부터 소정의 광 패턴을 가지는 광 신호(LS)가 방출되어 지문에서 반사되면, 지문의 융과 골에서 상이한 반사 형태를 나타내게 된다. 일례로, 각각 지문의 융과 골에서 반사된 제1 및 제2 반사 신호(Sr1, Sr2)는 광 신호(LS)에 대응하는 파형을 가지되, 서로 다른 크기(혹은 레벨) 및/또는 위상을 가질 수 있다. 예컨대, 지문의 융에서 반사된 제1 반사 신호(Sr1)의 크기는, 지문의 골에서 반사된 제2 반사 신호(Sr2)의 크기보다 클 수 있다. 즉, 제2 모드 기간(Pse) 동안 광 센서들(PHS)로부터 지문 검출부(220)로 입력되는 센싱 신호에는, 제1 반사 신호(Sr1)에 대응하는 제1 센싱 신호와, 제2 반사 신호(Sr2)에 대응하는 제2 센싱 신호가 포함될 수 있다. 그리고, 제1 센싱 신호와 제2 센싱 신호는 모두 광 신호(LS)의 광 패턴에 대응하는 파형을 가지되, 이들은 서로 다른 크기 및 위상을 가질 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 센싱 신호에 기초하여 제1 및 제2 반사 신호(Sr1, Sr2)의 크기 차이 등을 검출함으로써 지문의 형태를 파악할 수 있다. 이를 통해, 사용자의 지문 정보를 생성할 수 있다.
도 12b를 참조하면, 표시 패널(110) 내부의 광 산란이나 외부광의 유입 등으로 인하여 광 노이즈가 발생할 수 있다. 이로 인해, 광 신호(LS)와 제1 및 제2 반사 신호(Sr1, Sr2) 중 적어도 하나에는 광 노이즈(노이즈 성분)가 포함될 수 있다. 일례로, 광 신호(LS), 제1 반사 신호(Sr1) 및/또는 제2 반사 신호(Sr2)는 광 노이즈에 대응하여 신호 레벨이 변경될 수 있다. 또는, 지문으로부터의 반사광이 입사되지 않은 적어도 일부의 광 센서(PHS)가 광 노이즈를 수신하고, 상기 광 노이즈에 대응하는 센싱 신호를 출력할 수도 있을 것이다. 이러한 광 노이즈에 대응하는 센싱 신호는 지문 센싱 영역(SA)에 제공된 화소들(PXL)의 발광 형태와는 무관한 형태의 파형을 가질 것이다.
단, 앞서 상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 표시 장치(10)는 제2 모드 기간(Pse) 동안 소정의 광 패턴에 대응하여 지문 센싱 영역(SA)의 휘도를 제어한다. 따라서, 지문 검출부(220)는 광 센서들(PHS)로부터 수신되는 센싱 신호 중 제1 및 제2 센싱 신호를 포함한 유효 성분(유효 센싱 신호)과 이를 제외한 노이즈 성분을 구분하고, 제1 및 제2 센싱 신호에 기초하여 지문의 형태를 검출할 수 있다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 일 실시예에 의한 지문 센싱 방법을 나타낸다. 도 13a 내지 도 13c를 설명함에 있어, 앞선 실시예와 유사 또는 동일한 부분에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 13a 내지 도 13c를 참조하면, 소정의 주기를 가지는 광 신호(LS)를 이용하여 사용자의 지문을 검출할 수 있다. 구체적으로, 지문 센싱 영역(SA)에 제공된 화소들(PXL)을 이용하여 소정의 주기를 가지는 광 신호(LS)를 방출하였을 때, 상기 광 신호(LS) 중 적어도 일부가 지문에서 반사되면, 지문의 융과 골에서 상이한 반사 형태를 나타내게 된다. 예컨대, 각각 지문의 융과 골에서 반사된 제1 및 제2 반사 신호(Sr1, Sr2)는 크기(신호 레벨) 및 위상에 있어서 차이를 보이게 된다. 따라서, 제1 및 제2 반사 신호(Sr1, Sr2)의 크기 차이 및/또는 위상 차이를 검출함으로써 지문의 형태를 검출하고, 이에 대응하여 지문 정보를 생성할 수 있다.
한편, 상술한 방식 외에도 펄스 주파수 변조 방식 등을 이용하여 지문의 형태를 검출할 수도 있다. 일례로, 지속적으로 주파수가 변하는 광 신호(LS)를 지문으로 송출하고, 광 센서들(PHS)로부터 출력되는 센싱 신호의 주파수 차이를 구분해 지문의 융과 골을 구분할 수도 있다.
본 발명의 기술 사상은 전술한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라, 특허 청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다. 또한, 특허 청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 표시 장치 110: 표시 패널
120: 센서층 130: 윈도우
200: 구동 회로 210: 패널 구동부
220: 지문 검출부 AA: 표시 영역
NA: 비표시 영역 PHS: 광 센서
PXL: 화소 SA: 지문 센싱 영역

Claims (20)

  1. 지문 센싱 영역을 포함하는 표시 영역과, 상기 지문 센싱 영역에 제공된 다수의 화소들을 포함하는 표시 패널;
    평면 상 상기 지문 센싱 영역과 중첩되도록 상기 표시 패널의 일면에 제공되며, 다수의 광 센서들을 포함하는 센서층;
    제1 모드에 대응하여 상기 표시 패널로 영상 데이터에 대응하는 데이터 신호를 출력하고, 제2 모드에 대응하여 상기 화소들이 소정의 광 패턴에 대응하는 형태로 발광하도록 상기 표시 패널로 구동 신호를 출력하는 패널 구동부; 및
    상기 제2 모드에 대응하여 상기 광 센서들로부터 센싱 신호를 수신하고, 상기 센싱 신호 중 상기 광 패턴에 대응하는 센싱 신호에 기초하여 지문을 검출하는 지문 검출부;를 포함하되,
    상기 화소들 각각은, 발광 소자, 및 상기 구동 신호에 대응하여 상기 발광 소자로부터 방출되는 광의 진폭, 펄스 폭, 위상 및 주파수 중 적어도 하나가 변화되도록 턴-온되는 트랜지스터를 포함하는 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센싱 신호는, 상기 광 패턴에 대응하는 파형을 가지되 서로 다른 크기 및 위상을 가지는 제1 및 제2 센싱 신호를 포함하며,
    상기 지문 검출부는 상기 제1 및 제2 센싱 신호에 기초하여 상기 지문의 형태를 검출하는 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 구동 신호는, 상기 제2 모드로 구동되는 기간 중 일정 주기에 따라 상기 전압 레벨이 변화되며 상기 화소들과 접속된 데이터선들로 공급되는 센싱용 데이터 전압인 표시 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 주기는 한 프레임으로 설정된 표시 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 패널 구동부는, 상기 제2 모드로 구동되는 기간 중 각각의 프레임 기간 동안 상기 지문 센싱 영역에 제공된 화소들을 순차적으로 주사하면서 상기 화소들로 상기 구동 신호를 공급하는 표시 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 지문 센싱 영역에 제공된 화소들은, 상기 각각의 프레임 기간 동안 주사된 순서에 따라 순차적으로 발광하거나, 상기 각각의 프레임 기간 중 소정의 발광 기간 동안 동시에 발광하는 표시 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 화소들 각각은, 상기 발광 소자와, 상기 발광 소자로 구동 전류가 흐르는 전류 패스 상에 위치되며 상기 구동 신호에 대응하여 턴-온되는 상기 트랜지스터를 구비하는 표시 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 모드로 구동되는 기간 동안, 상기 트랜지스터는 반복적으로 턴-온 및 턴-오프되는 표시 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2 모드로 구동되는 기간 동안, 상기 구동 신호는 일정한 시간마다 상기 전압 레벨이 변경되는 표시 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 구동 신호는, 상기 제2 모드로 구동되는 기간 중 제1 기간 동안 상기 트랜지스터를 턴-온시키는 게이트 온 전압을 가지고, 상기 제1 기간에 후속되는 제2 기간 동안 상기 트랜지스터를 턴-오프시키는 게이트 오프 전압을 가지는 표시 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 게이트 온 전압은 상기 트랜지스터를 서로 다른 정도로 턴-온시키는 복수의 전압 레벨을 포함하는 표시 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 구동 신호의 전압 레벨은, 상기 제2 모드로 구동되는 기간 중 각각의 프레임 기간 동안 복수 회 변경되는 표시 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 화소들 각각은,
    제1 전원과 제2 전원의 사이에 접속된 상기 발광 소자;
    상기 제1 전원과 상기 발광 소자의 사이에 접속되며, 게이트 전극이 제1 노드에 접속되는 제1 트랜지스터;
    상기 제1 노드와 데이터선의 사이에 접속되며, 게이트 전극이 주사선에 접속되는 제2 트랜지스터;
    상기 제1 전원과 상기 제1 트랜지스터의 사이에 직렬로 접속되며, 게이트 전극이 각각 제1 제어선 및 제2 제어선에 접속되는 제3 트랜지스터 및 상기 트랜지스터; 및
    상기 제1 노드와 상기 제1 전원의 사이에 접속되는 커패시터;를 포함하는 표시 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 패널 구동부는, 상기 제2 모드로 구동되는 기간 중 각각의 프레임 기간 동안 상기 지문 센싱 영역에 제공된 각 수평 라인의 주사선들 및 제1 제어선으로 각각 게이트 온 전압의 주사 신호 및 게이트 오프 전압의 제1 제어 신호를 순차적으로 공급하면서 상기 화소들로 동일한 센싱용 데이터 전압을 공급하는 표시 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 패널 구동부는, 상기 제2 모드로 구동되는 기간 중 상기 각각의 프레임기간 동안 상기 화소들의 상기 제2 제어선으로 동일한 제2 제어 신호를 동시에 공급하며,
    상기 각각의 프레임 기간 동안 상기 제2 제어 신호의 전압 레벨은 게이트 온 전압 또는 게이트 오프 전압으로 반복적으로 변경되는 표시 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 표시 패널은, 상기 지문 센싱 영역을 제외한 나머지 표시 영역에 제공되며 상기 지문 센싱 영역에 제공된 화소들 각각과 동일한 구조를 가지는 다수의 화소들을 더 포함하며,
    상기 패널 구동부는, 상기 나머지 표시 영역의 화소들과 접속된 제2 제어선으로 게이트 온 전압의 제2 제어 신호를 지속적으로 공급하는 표시 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제2 모드로 구동되는 기간 동안, 상기 광 패턴에 대응하여 상기 구동 신호의 전압 레벨이 반복적으로 변경되고, 상기 구동 신호의 전압 레벨에 대응하여상기 화소들의 휘도가 변화되는 표시 장치.
  18. 다수의 화소들이 제공된 지문 센싱 영역을 포함한 표시 패널과, 평면 상 상기 지문 센싱 영역과 중첩되도록 상기 표시 패널의 일면에 제공된 다수의 광 센서들을 포함하는 표시 장치의 구동 방법에 있어서,
    제1 모드에 대응하여, 상기 표시 패널로 영상 데이터에 대응하는 데이터 신호를 출력하는 단계; 및
    제2 모드에 대응하여, 상기 표시 패널로 소정의 광 패턴에 대응하는 구동 신호를 공급하면서 상기 광 센서들로부터 센싱 신호를 수신하고, 상기 센싱 신호 중 상기 광 패턴에 대응하는 센싱 신호에 기초하여 사용자의 지문을 검출하는 단계;를포함하되,
    상기 화소들 각각은, 발광 소자, 및 상기 구동 신호에 대응하여 상기 발광 소자로부터 방출되는 광의 진폭, 펄스 폭, 위상 및 주파수 중 적어도 하나가 변화되도록 턴-온되는 트랜지스터를 포함하는 표시 장치의 구동 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 센싱 신호는, 상기 광 패턴에 대응하는 파형을 가지되 서로 다른 크기및 위상을 가지는 제1 및 제2 센싱 신호를 포함하며,
    상기 제2 모드로 구동되는 기간 동안, 상기 제1 및 제2 센싱 신호에 기초하여 상기 지문의 형태를 검출하는 표시 장치의 구동 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제2 모드로 구동되는 기간 동안, 상기 광 패턴에 대응하여 상기 화소의 순간 휘도 및 발광 상태 중 적어도 하나를 반복적으로 변경하는 표시 장치의 구동 방법.
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