KR20230072549A - 표시 장치 - Google Patents

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KR20230072549A
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scan
frame frequency
period
voltage
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KR1020210158394A
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이현대
김일남
문승현
양동욱
조강빈
차고은
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Abstract

표시 장치가 제공된다. 표시 장치는 스캔 라인들, 감지 라인들, 상기 스캔 라인들에 각각 연결되는 화소들, 및 상기 스캔 라인들과 상기 감지 라인들에 각각 연결되는 광 센서들을 포함하는 표시 패널, 스캔 제어 신호에 따라 상기 스캔 라인들에 스캔 신호들을 출력하는 스캔 구동부, 상기 스캔 제어 신호를 상기 스캔 구동부로 출력하는 타이밍 제어부, 및 상기 감지 라인들로부터 상기 광 센서들의 광 감지 신호들을 수신하는 리드 아웃 회로를 구비하고, 상기 타이밍 제어부는 상기 표시 패널이 화상을 표시하는 제1 모드에서 상기 스캔 제어 신호의 프레임 주파수를 제1 프레임 주파수로 제어하고, 상기 광 센서에 의해 지문을 감지하는 제2 모드에서 상기 스캔 제어 신호의 프레임 주파수를 제2 프레임 주파수로 제어한다.

Description

표시 장치 {DISPLAY DEVICE}
본 발명은 표시 장치에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 영상을 표시하기 위한 표시 장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있다. 예를 들어, 표시 장치는 스마트폰, 디지털 카메라, 노트북 컴퓨터, 네비게이션, 스마트 워치 및 스마트 텔레비전과 같이 다양한 전자기기에 적용되고 있다. 표시 장치는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display Device), 전계 방출 표시 장치(Field Emission Display Device), 유기 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Display Device) 등과 같은 평판 표시 장치일 수 있다.
최근 표시 장치는 개인 정보 보호 또는 표시 화면의 잠금 해제 기능 등을 제공함에 있어 생체 정보 중 하나인 지문을 활용하는 방식이 제안되고 있으며, 지문 인식 기능을 갖는 표시 장치에 대한 요구가 증대되고 있다. 또한, 표시 장치에 터치 인식 또는 지문 인식을 위한 센서들을 일체화하는 기술에 관한 연구와 개발이 진행되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 지문 감지 기능을 수행하는 광 센서 갖는 표시 장치의 지문 인식도를 향상시키고자 하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 표시 장치는 스캔 라인들, 감지 라인들, 상기 스캔 라인들에 각각 연결되는 화소들, 및 상기 스캔 라인들과 상기 감지 라인들에 각각 연결되는 광 센서들을 포함하는 표시 패널, 스캔 제어 신호에 따라 상기 스캔 라인들에 스캔 신호들을 출력하는 스캔 구동부, 상기 스캔 제어 신호를 상기 스캔 구동부로 출력하는 타이밍 제어부, 및 상기 감지 라인들로부터 상기 광 센서들의 광 감지 신호들을 수신하는 리드 아웃 회로를 구비하고, 상기 타이밍 제어부는 상기 표시 패널이 화상을 표시하는 제1 모드에서 상기 스캔 제어 신호의 프레임 주파수를 제1 프레임 주파수로 제어하고, 상기 광 센서에 의해 지문을 감지하는 제2 모드에서 상기 스캔 제어 신호의 프레임 주파수를 제2 프레임 주파수로 제어한다.
상기 제1 프레임 주파수는 상기 제2 프레임 주파수보다 클 수 있다.
상기 스캔 라인들은, 상기 화소 및 상기 광 센서에 n(n은 양의 정수)번째 스캔 신호를 제공하는 제1 스캔 라인, 및 상기 화소에 n+1번째 스캔 신호를 제공하는 제2 스캔 라인을 포함하고, 상기 제1 모드에서 상기 n번째 스캔 신호와 상기 n+1번째 스캔 신호 사이의 제1 수평 주기는 상기 제2 모드에서 상기 n번째 스캔 신호와 상기 n+1번째 스캔 신호 사이의 제2 수평 주기보다 짧을 수 있다.
상기 제2 모드는 리셋 신호에 의해 광 센서가 리셋되는 리셋 기간 및 상기 광 센서에 외부 광이 노출되는 광 노출 기간, 및 상기 리드 아웃 회로에 의해 지문 판독이 이루어지는 지문 판독 기간을 포함할 수 있다.
표시 장치는 상기 리셋 기간 및 상기 광 노출 기간에서 상기 스캔 제어 신호의 프레임 주파수를 상기 제1 프레임 주파수로 제어하고, 상기 지문 판독 기간에서 상기 스캔 제어 신호의 프레임 주파수를 상기 제2 프레임 주파수로 제어할 수 있다.
표시 장치는 지문 감지를 위한 사용자의 터치가 감지된 경우 상기 광 센서의 리셋 트랜지스터를 턴-온시키는 상기 리셋 신호를 출력하는 리셋 구동부를 더 포함할 수 있다.
상기 리드 아웃 회로는 제1 스위치 신호 및 제2 스위치 신호를 출력하며, 상기 제1 스위치 신호, 상기 스캔 신호들 중 하나의 스캔 신호, 상기 제2 스위치 신호는 순차적으로 턴-온되어 상기 제1 스위치 신호에 따라 노이즈 전압을 저장하고, 상기 제2 스위치 신호에 따라 감지 신호 전압을 저장할 수 있다.
상기 리드 아웃 회로의 상기 제1 스위치 신호 및 상기 제2 스위치 신호의 구동 주파수는 상기 제2 모드에서 상기 스캔 신호의 구동 주파수와 동일할 수 있다.
표시 장치는 상기 리드 아웃 회로로부터 지문 감지 데이터를 제공받는 프로세서를 더 포함하고, 상기 프로세서는 사용자의 터치가 감지되지 않는 경우 상기 제1 프레임 주파수에 따른 제1 모드 제어 신호를 인가하고, 사용자의 터치가 감지되는 경우 상기 제2 프레임 주파수에 따른 제2 모드 제어 신호를 인가할 수 있다.
상기 제1 모드 제어 신호는 상기 제1 프레임 주파수에 따른 제1 수직 동기 신호 및 제1 수평 동기 신호를 포함하고, 상기 제2 모드 제어 신호는 상기 제2 프레임 주파수에 따른 제2 수직 동기 신호 및 제2 수평 동기 신호를 포함할 수 있다.
상기 타이밍 제어부는 프로세서로부터 상기 제1 프레임 주파수에 따른 제어 신호들을 인가받는 타이밍 변조부를 더 포함하고, 상기 타이밍 변조부는 사용자의 터치가 감지된 경우 상기 제어 신호들을 상기 제2 프레임 주파수에 따른 제어 신호로 변조할 수 있다.
상기 타이밍 제어부는 상기 프로세서로부터 상기 제1 프레임 주파수에 따른 영상 신호를 제공받아 저장하는 프레임 메모리를 더 포함하고, 상기 프레임 메모리는 상기 타이밍 변조부에 상기 영상 신호를 제공하며, 상기 타이밍 변조부는 사용자의 터치가 감지된 경우 상기 영상 신호를 상기 제2 프레임 주파수에 따른 영상 신호로 변조할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 다른 실시예에 따른 표시 장치는 화소와 광 센서를 포함하는 표시 패널, 상기 화소 및 상기 광 센서에 제1 스캔 신호를 제공하는 제1 스캔 라인들, 상기 화소에 제2 스캔 신호를 제공하는 제2 스캔 라인들, 상기 제1 스캔 라인들에 제1 스캔 신호를 출력하고, 상기 제2 스캔 라인들에 제2 스캔 신호를 출력하는 스캔 구동부, 스캔 구동부를 제어하는 타이밍 제어부, 및 상기 광 센서로부터 감지 라인을 통해 광 감지 신호를 수신하는 리드 아웃 회로를 포함하고, 표시 패널이 화상을 표시하는 제1 모드에서 상기 제1 스캔 신호와 상기 제2 스캔 신호 사이의 펄스 간격은 제1 수평 주기를 가지고, 상기 광 센서에 의해 지문을 감지하는 제2 모드에서 제1 스캔 신호와 상기 제2 스캔 신호 사이의 펄스 간격은 제2 수평 주기를 갖는다.
상기 제1 수평 주기는 상기 제2 수평 주기보다 짧을 수 있다.
표시 장치는 상기 제1 모드에서 상기 표시 패널이 제1 프레임 주파수로 제어되고, 상기 제2 모드에서 상기 표시 패널이 제2 프레임 주파수로 제어될 수 있다.
상기 광 센서는, 애노드 전극 및 전압 라인에 연결된 캐소드 전극을 포함하는 광전 변환 소자, 상기 광전 변환 소자의 상기 애노드 전극에 연결된 게이트 전극을 포함하는 제1 센싱 트랜지스터, 리셋 신호에 따라 리셋 전압 라인과 상기 광전 변환 소자의 상기 애노드 전극을 연결하는 리셋 트랜지스터, 상기 제1 스캔 신호에 따라 상기 제1 센싱 트랜지스터와 상기 감지 라인을 연결하는 제2 센싱 트랜지스터를 포함할 수 있다.
상기 리드 아웃 회로는, 상기 감지 라인에 연결되며 제1 연산 증폭기를 포함한 증폭부, 제1 스위치 신호에 따라 노이즈 전압을 저장하는 제1 샘플링 커패시터 및 제2 스위치 신호에 따라 감지 신호 전압을 저장하는 제2 샘플링 커패시터를 포함한 샘플/홀드부 및 측정된 감지 신호 전압을 디지털 데이터로 변환하는 AD 컨버터를 포함할 수 있다.
상기 제1 스위치 신호, 상기 제1 스캔 신호, 및 상기 제2 스위치 신호는 순차적으로 턴-온될 수 있다.
표시 장치는 상기 제1 스캔 신호에 따라 상기 제2 센싱 트랜지스터가 턴-온되어 상기 광 센서에서 감지되는 광량에 비례하여 상기 감지 라인을 통해 감지 신호 전압을 출력하고, 상기 제2 스위치 신호에 따라 상기 감지 신호 전압을 상기 제2 샘플링 커패시터에 저장할 수 있다.
이웃한 상기 제1 스위치 신호 사이의 펄스 간격 및 이웃한 상기 제2 스위치 신호 사이의 펄스 간격은 각각 상기 제2 수평 주기를 가질 수 있다.
실시예들에 따른 표시 장치에 의하면, 광 센서의 감지 신호를 판독(read-out)하는 기간의 구동 주파수를 변경하여 장치의 지문 인식도를 향상시킬 수 있다.
실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 표시 장치를 보여주는 평면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 표시 장치를 보여주는 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 표시 장치의 구동 기간을 나타내는 타이밍도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 표시 패널의 구동 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 화소 및 광 센서를 상세히 보여주는 회로도이다.
도 6은 제1 모드에 따라 도 5에 도시된 화소의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 7은 제1 모드 및 제2 모드에 따른 도 5의 화소의 스캔 신호들, 광 센서의 스캔 신호 및 리셋 신호를 상세히 보여주는 파형도이다.
도 8은 일 실시예에 따라 사용자의 터치가 있을 경우 표시 패널의 화소와 광 센서가 구동하는 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 9는 광 센서 및 리드 아웃 회로를 상세히 나타낸 회로도이다.
도 10은 지문 판독 기간에 따른 도 9의 리드 아웃 회로의 신호들 및 스캔 신호를 나타낸 파형도이다.
도 11은 제2 모드의 다른 예를 보여주는 화소와 광 센서의 파형도이다.
도 12은 또 다른 실시예에 따른 표시 장치를 보여주는 블록도이다.
도 13는 도 12에 도시된 타이밍 제어부의 블록도이다.
도 14는 도 12에 따른 표시 장치의 구동 기간을 나타내는 타이밍도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 실시예들을 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되지 않는다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 구체적인 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 표시 장치를 보여주는 평면도이다.
도 1에는 제1 방향(X), 제2 방향(Y) 및 제3 방향(Z)이 표기되어 있다. 제1 방향(X)은 평면 상에서 바라볼 때 표시 장치(1)의 일 변과 나란한 방향으로, 예를 들어 표시 장치(1)의 가로 방향일 수 있다. 제2 방향(Y)은 평면 상에서 바라볼 때 표시 장치(1)의 일 변과 접하는 타 변과 나란한 방향으로, 표시 장치(1)의 세로 방향일 수 있다. 이하에서 설명의 편의를 위해 제1 방향(X)의 일측은 평면도상 우측 방향을, 제1 방향(X)의 타측은 평면도상 좌측 방향을 지칭하고, 제2 방향(Y)의 일측은 평면도상 상측 방향을, 제2 방향(Y)의 타측은 편면도상 하측 방향을 각각 지칭하는 것으로 한다. 제3 방향(Z)은 표시 장치(1)의 두께 방향일수 있다. 다만, 실시예에서 언급하는 방향은 상대적인 방향을 의미하는 것으로 이해되어야 하며, 실시예는 언급한 방향에 한정되지 않는다.
도 1을 참조하면, 표시 장치(1)는 표시 화면을 제공하는 다양한 전자장치가 그에 포함될 수 있다. 표시 장치(1)의 예는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 모바일 폰(mobile phone), 스마트 폰(smart phone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 이동 통신 단말기, 전자 수첩, 전자 책, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, UMPC(Ultra Mobile PC), 텔레비전, 게임기, 손목 시계형 전자 기기, 헤드 마운트 디스플레이, 퍼스널 컴퓨터의 모니터, 노트북 컴퓨터, 자동차 계기판, 디지털 카메라, 캠코더, 외부 광고판, 전광판, 각종 의료 장치, 각종 검사 장치, 냉장고나 세탁기 등과 같은 표시 영역을 포함하는 다양한 가전 제품, 사물 인터넷 장치 등을 포함할 수 있다. 후술하는 표시 장치(1)의 대표적인 예로 스마트 폰, 태블릿 PC나 노트북 등을 들 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
표시 장치(1)는 활성 영역(AAR)과 비활성 영역(NAR)을 갖는 표시 패널(10)을 포함한다.
활성 영역(AAR)은 화면이 표시되는 표시 영역(DA)을 포함한다. 활성 영역(AAR)은 표시 영역(DA)과 완전히 중첩될 수 있다. 표시 영역(DA)에는 영상을 표시하는 복수의 화소(PX)가 배치될 수 있다. 각 화소(PX)는 발광 소자(도 5의 'EL')를 포함할 수 있다.
활성 영역(AAR)은 지문 감지 영역(FSA)을 더 포함한다. 지문 감지 영역(FSA)은 광에 반응하는 영역으로, 입사광의 광량이나 파장 등을 감지하도록 구성된 영역이다. 지문 감지 영역(FSA)은 표시 영역과 중첩할 수 있다. 도면에서는 지문 감지 영역(FSA)이 활성 영역(AAR)의 하측 중앙 영역에 배치된 것으로 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 지문 감지 영역(FSA)은 평면도 상 표시 영역과 완전히 동일한 영역으로 정의될 수도 있다. 다른 예를 들어, 지문 감지 영역(FSA)은 지문 인식을 위해 필요한 한정된 영역에만 배치될 수 있다. 이 경우, 지문 감지 영역(FSA)은 표시 영역의 일부와는 중첩하지만, 표시 영역의 다른 일부와는 비중첩할 수 있다.
지문 감지 영역(FSA)에는 광에 반응하는 복수의 광 센서(PS)들이 배치될 수 있다. 각 광 센서(PS)는 입사되는 광을 감지하여 이를 전기적인 신호로 변환하는 광전 변환 소자(도 5의 'PD')를 포함할 수 있다.
비활성 영역(NAR)은 활성 영역(AAR)의 주변에 배치된다. 비활성 영역(NAR)은 베젤 영역일 수 있다. 비활성 영역(NAR)은 활성 영역(AAR)의 모든 변(도면에서 4 변)을 둘러쌀 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
비활성 영역(NAR)에는 활성 영역(AAR)에 신호를 인가하기 위한 신호 배선이나 구동 회로들이 배치될 수 있다. 또한, 비활성 영역(NAR)에는 지문 감지 영역(FSA)에 신호를 인가하기 위한 신호 배선이나 구동 회로 및 지문 감지 영역(FSA)으로부터 전달되는 전기적 신호를 전달하기 위한 지문 감지 배선들이 배치될 수 있다. 비활성 영역(NAR)은 표시 영역을 포함하지 않을 수 있다. 나아가, 비활성 영역(NAR)은 지문 감지 영역(FSA)을 포함하지 않을 수 있다. 다른 실시예에서, 비활성 영역(NAR)은 일부의 지문 감지 영역(FSA)을 포함할 수도 있다. 비활성 영역(NAR)은 화면이 표시되지 않는 비표시 영역과 완전히 동일한 영역이 될 수도 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 표시 장치를 보여주는 블록도이다. 도 3은 일 실시예에 따른 표시 장치의 구동 기간을 나타내는 타이밍도이다.
본 실시예에 따른 표시 장치(1)는 프로세서(100), 표시 구동 회로(200), 및 리드 아웃 회로(300)를 포함한다.
프로세서(100)는 외부로부터 공급된 영상 신호(RGB) 및 복수의 제어 신호들을 타이밍 제어부(210)로 공급한다. 프로세서(100)는 외부로부터 제공된 영상 신호(RGB)에 대한 그래픽을 제공하는 그래픽 프로세싱 유닛(이하, GPU)를 더 포함할 수 있다. 영상 신호(RGB)는 GPU에서 그래픽 처리가 완료된 이미지 소스로서, 타이밍 제어부(210)에 제공될 수 있다. 영상 신호(RGB)는 예를 들어, 120Hz의 주파수를 가질 수 있다. 또 다른 예를 들어, 영상 신호(RGB)는 30Hz의 주파수를 가질 수 있다.
본 실시예에 따른 표시 장치(1)에서 복수의 제어 신호들은 제1 모드 제어 신호(MO1) 및 제2 모드 제어 신호(MO2), 클록 신호, 인에이블 신호 등을 포함한다. 제1 모드 제어 신호(MO1)는 제1 수직 동기 신호(Vsync1) 및 제1 수평 동기 신호(Hsync1)를 포함할 수 있고, 제2 모드 제어 신호(MO2)는 제2 수직 동기 신호(Vsync2) 및 제2 수평 동기 신호(Hsync2)를 포함할 수 있다.
도 2에 도 3을 결부하면, 각각의 수직 동기 신호(Vsync: Vsync1, Vsync2)는 각각의 프레임 기간들을 정의한다. 수직 동기 신호(Vsync)는 각 주기마다 하이 기간과 로우 기간을 포함하고, 수직 동기 신호(Vsync)의 주기는 각 기간의 프레임 주파수에 대응한다. 예를 들어, 제1 수직 동기 신호(Vsync1)는 제1 프레임 주파수를 갖는 복수의 제1 프레임 기간(FMO1)들을 정의하고, 제2 수직 동기 신호(Vsync2)는 제2 프레임 주파수를 갖는 복수의 제2 프레임 기간(FMO2)들을 정의할 수 있다. 본 명세서에서 제1 프레임 주파수는 제2 프레임 주파수보다 클 수 있다. 예를 들어, 제1 프레임 주파수는 120Hz이고, 제2 프레임 주파수는 30Hz일 수 있다. 이 경우, 제1 수직 동기 신호(Vsync1)의 주기는 제2 수직 동기 신호(Vsync2)의 주기보다 짧을 수 있다. 예를 들어, 제1 수직 동기 신호(Vsync1)의 주기는 8.3ms이고, 제2 수직 동기 신호(Vsync2)의 주기는 33.2ms일 수 있다.
각각의 수평 동기 신호(Hsync: Hsync1, Hsync2)는 하나의 프레임 기간 내의 수평 주기들을 정의한다. 수평 동기 신호(Hsync)는 각 주기마다 하이 기간과 로우 기간을 포함하고, 수평 동기 신호(Hsync)의 주기는 수평 주기들 각각에 대응한다. 예를 들어, 제1 수평 동기 신호(Hsync1)는 제1 수평 주기(1H)들을 정의하고, 제2 수평 동기 신호(Hsync2)는 제2 수평 주기(4H)를 정의할 수 있다. 제1 프레임 주파수가 제2 프레임 주파수보다 큰 경우, 제1 수평 동기 신호(Hsync1)의 주기는 제2 수평 동기 신호(Hsync2)의 주기보다 짧을 수 있다. 예를 들어, 제1 수평 동기 신호(Hsync1)의 주기는 3.2μs이고, 제2 수평 동기 신호(Hsync2)의 주기는 12.8μs일 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 프로세서(100)는 표시 패널(10)에 화상을 표시하기 위해 제1 모드 제어 신호(MO1)를 타이밍 제어부(210)에 제공한다. 프로세서(100)는 사용자의 지문 감지를 위한 터치가 존재한다고 판단하는 경우, 제2 모드 제어 신호(MO2)를 타이밍 제어부(210)에 제공한다. 타이밍 제어부(210)는 제2 모드 제어 신호(MO2)에 따라 구동 주파수를 낮춰서 표시 패널(10)의 화소(PX)와 광 센서(PS)를 구동한다.
표시 구동 회로(200)는 표시 패널(10)의 화소(PX)들 및 광 센서(PS)들을 구동하기 위한 신호들과 전압들을 생성할 수 있다. 표시 구동 회로(200)는 집적회로(integrated circuit, IC)로 형성되어 COF(chip on film) 방식으로 회로 보드 상에 부착될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, COG(chip on glass) 방식, COP(chip on plastic) 방식, 또는 초음파 접합 방식으로 표시 패널(10)의 비활성 영역(NAR) 상에 부착될 수도 있다.
표시 구동 회로(200)는 표시 패널(10)의 화소(PX)를 구동하는 데이터 구동부(220), 화소(PX) 및 광 센서(PS)를 구동하는 스캔 구동부(230), 데이터 구동부(220)와 스캔 구동부(230)의 구동 타이밍을 제어하는 타이밍 제어부(210)를 포함한다. 또한, 전원 공급부(240), 발광 구동부(250), 및 리셋 구동부(260)를 더 포함할 수 있다.
타이밍 제어부(210)는 표시 장치(1)의 외부로부터 공급된 영상 신호(RGB), 제1 모드 제어 신호(MO1), 및 제2 모드 제어 신호(MO2)를 수신한다. 타이밍 제어부(210)는 영상 데이터(DATA)와 데이터 제어 신호(DCS)를 데이터 구동부(220)에 출력할 수 있다. 또한, 타이밍 제어부(210)는 스캔 구동부(230)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 스캔 제어 신호(SCS), 발광 구동부(250)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 발광 제어 신호(ECS), 및 리셋 구동부(260)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 리셋 제어 신호(RCS)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 타이밍 제어부(210)는 스캔 제어 신호(SCS), 발광 제어 신호(ECS), 및 리셋 제어 신호(RCS)를 생성하고, 스캔 제어 라인을 통해 스캔 제어 신호(SCS)를 스캔 구동부(230)로 출력하고, 발광 제어 라인을 통해 발광 제어 신호(ECS)를 발광 구동부(250)로 출력하고, 리셋 제어 라인을 통해 리셋 제어 신호(RCS)를 리셋 구동부(260)로 출력할 수 있다.
타이밍 제어부(210)는 제1 모드 제어 신호(MO1)를 인가받은 경우, 제1 프레임 주파수로 표시 패널(10)의 화소(PX)와 광 센서(PS)를 구동한다. 타이밍 제어부(210)는 제2 모드 제어 신호(MO2)를 인가받은 경우, 제1 프레임 주파수보다 낮은 제2 프레임 주파수로 표시 패널(10)의 화소(PX)와 광 센서(PS)를 구동한다. 예를 들어, 타이밍 제어부(210)는 제1 프레임 주파수에 따라 스캔 제어 신호(SCS), 데이터 제어 신호(DCS), 발광 제어 신호(ECS), 및 리셋 제어 신호(RCS)를 출력한다. 또한, 타이밍 제어부(210)는 제2 프레임 주파수에 따라 스캔 제어 신호(SCS), 데이터 제어 신호(DCS), 발광 제어 신호(ECS), 및 리셋 제어 신호(RCS)를 출력한다.
데이터 구동부(220)는 영상 데이터(DATA)를 아날로그 데이터 전압들로 변환하여 데이터 라인(DL)들에 출력할 수 있다. 데이터 구동부(220)는 제1 모드 제어 신호(MO1) 및 제2 모드 제어 신호(MO2)에 근거하여 영상 데이터(DATA)를 아날로그 데이터 전압으로 변환할 할 수 있다.
스캔 구동부(230)는 스캔 제어 신호(SCS)에 따라 스캔 신호들을 각각 생성하고, 스캔 신호들을 스캔 라인(SL1~SLn)들에 순차적으로 출력할 수 있다. 예를 들어, 스캔 구동부(230)는 제1 프레임 주파수에 따른 스캔 제어 신호(SCS)를 입력 받고, 제1 프레임 주파수에 따른 스캔 신호를 출력한다. 스캔 구동부(230)는 제2 프레임 주파수(FMO2)에 따른 스캔 제어 신호(SCS)를 입력 받고, 제2 프레임 주파수에 따른 스캔 신호를 출력한다.
전원 공급부(240)는 제1 구동 전압을 생성하여 구동 전압 라인(VL)에 공급하고, 제2 구동 전압을 생성하여 구동 전압 라인(VL)에 공급할 수 있다. 구동 전압 라인(VL)은 제1 구동 전압 라인과 제2 구동 전압 라인을 포함할 수 있다. 제1 구동 전압은 발광 소자 및 광전 변환 소자의 구동을 위한 고전위 전압일 수 있고, 제2 구동 전압은 발광 소자 및 광전 변환 소자의 구동을 위한 저전위 전압일 수 있다. 즉, 제1 구동 전압은 제2 구동 전압보다 높은 전위를 가질 수 있다.
발광 구동부(250)는 발광 제어 신호(ECS)에 따라 발광 신호들을 생성하고, 발광 신호들을 발광 라인(EML)들에 순차적으로 출력할 수 있다. 예를 들어, 발광 구동부(250)는 제1 프레임 주파수에 따른 발광 제어 신호(ECS)를 입력받고, 제1 프레임 주파수에 따른 발광 신호를 출력한다. 발광 구동부(250)는 제2 프레임 주파수에 따른 발광 제어 신호(ECS)를 입력 받고, 제2 프레임 주파수에 따른 발광 신호를 출력한다. 한편, 발광 구동부(250)는 스캔 구동부(230)와 별도로 존재하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 스캔 구동부(230)에 포함된 개념일 수 있다.
리셋 구동부(260)는 리셋 제어 신호(RCS)에 따라 리셋 신호들을 생성하고, 리셋 신호들을 리셋 라인(RSTL)들에 순차적으로 출력할 수 있다. 예를 들어, 리셋 구동부(260)는 제1 프레임 주파수에 따른 리셋 제어 신호(RCS)를 입력받고, 제1 프레임 주파수에 따른 리셋 신호를 출력한다. 리셋 구동부(260)는 제2 프레임 주파수에 따른 리셋 제어 신호(RCS)를 입력 받고, 제2 프레임 주파수에 따른 리셋 신호를 출력한다.
리드 아웃 회로(300)는 지문 감지 라인(FRL)을 통해 각 광 센서(PS)와 연결되며, 각 광 센서(PS)에 흐르는 전류를 전달받아 사용자의 지문 입력을 감지할 수 있다. 리드 아웃 회로(300)는 집적회로(integrated circuit, IC)로 형성되어 COF(chip on film) 방식으로 표시 회로 보드 상에 부착될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, COG(chip on glass) 방식, COP(chip on plastic) 방식, 또는 초음파 접합 방식으로 표시 패널(10)의 비활성 영역(NAR) 상에 부착될 수도 있다.
리드 아웃 회로(300)는 각 광 센서(PS)에서 감지된 전류의 크기에 따라 지문 감지 데이터를 생성하여 프로세서(100)로 전송하고, 프로세서(100)는 지문 감지 데이터를 분석함으로써, 기 설정된 지문과 비교를 통해 사용자의 지문과 일치하는지 여부를 판단할 수 있다. 기 설정된 지문과 리드 아웃 회로(300)로부터 전송받은 지문 감지 데이터가 동일한 경우, 설정된 기능들을 수행할 수 있다. 설정된 기능들은 표시 장치의 화면 잠금 및/또는 어플리케이션의 잠금을 해제하거나, 구매를 승인하는 등 다양한 기능을 포함할 수 있다. 표시 패널(10)은 복수의 화소(PX)들, 복수의 광 센서(PS)들, 복수의 화소(PX)들과 복수의 광 센서(PS)들에 연결되는 복수의 스캔 라인(SL1~SLn)들, 복수의 화소(PX)들에 연결되는 복수의 데이터 라인(DL)들과 복수의 발광 라인(EML)들, 복수의 광 센서(PS)들에 연결되는 복수의 지문 감지 라인(FRL)들과 복수의 리셋 라인(RSTL)들을 더 포함한다.
복수의 화소(PX)들은 발광 소자와 발광 소자의 발광량을 제어하는 복수의 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 복수의 화소(PX)들 각각은 스캔 라인(SL1~SLn)들 중 적어도 어느 하나, 데이터 라인(DL)들 중 어느 하나, 발광 라인(EML)들 중 적어도 하나, 및 구동 전압 라인(VL)에 접속될 수 있다.
복수의 광 센서(PS)들은 광전 변환 소자와 광전 변환 소자의 수광량을 제어하는 복수의 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 복수의 광 센서(PS)들 각각은 스캔 라인(SL1~SLn)들 중 어느 하나, 리셋 라인(RSTL)들 중 어느 하나, 지문 감지 라인(FRL)들 중 어느 하나 및 구동 전압 라인(VL)에 접속될 수 있다.
복수의 스캔 라인(SL1~SLn)들은 스캔 구동부(230)와 복수의 화소(PX)들 및 복수의 광 센서(PS)들 각각을 연결할 수 있다. 복수의 스캔 라인(SL1~SLn)들은 스캔 구동부(230)로부터 출력된 스캔 신호들을 복수의 화소(PX)들 각각 및 복수의 광 센서(PS)들 각각에 제공할 수 있다.
복수의 데이터 라인(DL)들은 데이터 구동부(220)와 복수의 화소(PX)들 각각을 연결할 수 있다. 복수의 데이터 라인(DL)들은 데이터 구동부(220)로부터 출력된 영상 데이터를 복수의 화소(PX)들 각각에 제공할 수 있다.
복수의 발광 라인(EML)들은 발광 구동부(250)와 복수의 화소(PX)들 각각을 연결할 수 있다. 복수의 발광 라인(EML)들은 발광 구동부(250)로부터 출력된 발광 신호를 복수의 화소(PX)들 각각에 제공할 수 있다.
복수의 리셋 라인(RSTL)들은 리셋 구동부(260)와 복수의 광 센서(PS)들 각각을 연결할 수 있다. 복수의 리셋 라인(RSTL)들은 리셋 구동부(260)로부터 출력된 리셋 신호를 복수의 광 센서(PS)들 각각에 제공할 수 있다.복수의 지문 감지 라인(FRL)들은 복수의 광 센서(PS)들 각각과 리드 아웃 회로(300)를 연결할 수 있다. 복수의 지문 감지 라인(FRL)들은 복수의 광 센서(PS)들 각각에서 출력된 광전류를 리드 아웃 회로(300)에 제공할 수 있다. 이에 따라, 리드 아웃 회로(300)는 사용자의 지문을 감지할 수 있다.
복수의 구동 전압 라인(VL)들은 전원 공급부(240)와 복수의 화소(PX)들 및 복수의 광 센서(PS)들 각각을 연결할 수 있다. 복수의 구동 전압 라인(VL)들은 전원 공급부(240)로부터 제1 구동 전압 또는 제2 구동 전압을 복수의 화소(PX) 및 광 센서(PS)에 제공할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 표시 패널의 구동 방법을 보여주는 흐름도이다. 도 4에 도 2를 결부하여 제1 모드와 제2 모드에 따른 표시 패널(10)의 타이밍 제어부(210), 스캔 구동부(230), 및 데이터 구동부(220)의 동작을 설명한다.
프로세서(100)는 타이밍 제어부(210)에 사용자의 터치가 감지되지 않는 경우 제1 모드 제어 신호(MO1)를 제공하고, 사용자의 터치가 감지된 경우 제2 모드 제어 신호(MO2)를 제공한다. 타이밍 제어부(210)에 제1 모드 제어 신호(MO1)가 입력되는 경우(S110: YES), 타이밍 제어부(210)는 제1 프레임 주파수에 따른 스캔 제어 신호(SCS), 데이터 제어 신호(DCS)를 출력(S121)할 수 있다. 제1 프레임 주파수에 따른 스캔 제어 신호(SCS)를 인가받은 스캔 구동부(230)는 제1 프레임 주파수에 따른 스캔 신호를 출력(S131)할 수 있다. 또한, 제1 프레임 주파수에 따른 데이터 제어 신호(DCS)를 인가받은 데이터 구동부(220)는 제1 프레임 주파수에 따른 영상 데이터를 출력(S141)할 수 있다. 한편, 발광 제어 신호(ECS)와 리셋 제어 신호(RCS) 상술한 바와 같이 제1 프레임 주파수에 따라 발광 구동부(250) 및 리셋 구동부(260)에 인가될 수 있다. 이에 따라, 타이밍 제어부(210)는 표시 패널(10)의 화소(PX)와 광 센서(PS)를 제1 모드에 따라 제어할 수 있다. 제1 모드에서 표시 패널(10)의 복수의 화소(PX)들은 제1 프레임 주파수에 따라 화상을 표시할 수 있다. 이에 비해, 제1 모드에서 표시 패널(10)은 유효한 지문 감지 데이터를 제공받을 수 없다. 리드 아웃 회로(300)는 제1 모드에서 복수의 광 센서(PS)에서 발생하는 신호들을 지문 감지 데이터로 인식하지 않는다. 예를 들어, 제1 모드에서 복수의 광 센서(PS)에 발생하는 신호들은 리드 아웃 회로(300)의 메모리에 저장되지 않는 노이즈 신호일 수 있다.
타이밍 제어부(210)에 제1 모드 제어 신호(MO1)가 입력되지 않고 제2 모드 제어 신호(MO2)가 입력되는 경우(S110: NO), 타이밍 제어부(210)는 제2 프레임 주파수에 따른 스캔 제어 신호(SCS), 데이터 제어 신호(DCS)를 출력(S122)할 수 있다. 제2 프레임 주파수에 따른 스캔 제어 신호(SCS)를 인가받은 스캔 구동부(230)는 제2 프레임 주파수에 따른 스캔 신호를 출력(S132)할 수 있다. 또한, 제2 프레임 주파수에 따른 데이터 제어 신호(DCS)를 인가받은 데이터 구동부(220)는 제2 프레임 주파수에 따른 영상 데이터를 출력(S142)할 수 있다. 한편, 발광 제어 신호와 리셋 제어 신호 또한 이와 유사하게 제2 프레임 주파수에 따라 발광 구동부 및 리셋 구동부에 인가될 수 있다. 이에 따라, 타이밍 제어부(210)는 표시 패널(10)의 화소(PX)와 광 센서(PS)를 제2 모드에 따라 제어할 수 있다. 제2 모드에서 표시 패널(10)의 복수의 광 센서(PS)들은 제2 프레임 주파수에 따라 화상을 표시할 수 있고, 유효한 지문 감지 데이터를 제공받을 수 있다. 이는 제2 모드 제어 신호(MO2)에 따라 지문 감지 신호를 판독(read-out)하는 지문 판독 기간(도 7의 'ROP')에 표시 패널(10)의 구동 주파수가 낮아지기 때문이다. 표시 패널(10)의 구동 주파수가 낮아진 경우, 리드 아웃 회로(300)는 복수의 광 센서(PS)에서 발생하는 지문 감지 신호들을 유효한 지문 감지 데이터로 인식할 수 있다. 예를 들어, 제2 모드에서 복수의 광 센서(PS)에 발생하는 지문 감지 신호들은 리드 아웃 회로(300)에 메모리에 저장되는 지문 감지 신호일 수 있다.
정리하면, 프로세서(100)는 사용자의 터치가 감지된 경우 제1 모드 제어 신호(MO1)를 제2 모드 제어 신호(MO2)로 변경하여 제공한다. 제2 모드 제어 신호(MO2)에 따라 구동 주파수가 낮아지는 경우 광 센서(PS)의 지문 판독 기간(ROP)이 연장될 수 있다. 광 센서(PS)의 지문 판독 기간(ROP)이 연장되는 경우 리드 아웃 회로(300)의 증폭부(도 9의 '310')가 감지 신호 전압(이하, "Vsignal"이라 표기함)을 축적할 수 있는 기간이 길어지므로 감지 신호 전압(Vsignal)이 증가할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 도 9를 결부하여 후술한다.
도 5는 일 실시예에 따른 화소 및 광 센서를 상세히 보여주는 회로도이다.
화소(PX) 각각은 스캔 개시 라인(GIL), 스캔 제어 라인(GCL), 제1 스캔 기입 라인(GWL1), 제2 스캔 기입 라인(GWL2), 발광 라인(EML) 및 데이터 라인(DL)에 접속될 수 있다. 또한, 화소(PX) 각각은 제1 구동 전압이 인가되는 제1 구동 전압 라인(VDDL), 제2 구동 전압이 인가되는 제2 구동 전압 라인(VSSL), 제1 초기화 전압(Vint1)이 인가되는 제1 초기화 전압 라인, 제2 초기화 전압(Vint2)이 인가되는 제2 초기화 전압 라인에 접속될 수 있다.
광 센서(PS) 각각은 제1 스캔 기입 라인(GWL1), 리셋 라인(RSTL), 및 지문 감지 라인(FRL)에 접속될 수 있다. 또한, 광 센서(PS) 각각은 제2 구동 전압이 인가되는 제2 구동 전압 라인(VSSL), 리셋 전압(Vrst)이 인가되는 리셋 전압 라인, 제2 초기화 전압(Vint2)이 인가되는 제2 초기화 전압 라인에 접속될 수 있다.
화소(PX) 각각은 복수의 트랜지스터들, 발광 소자(EL) 및 적어도 하나 이상의 커패시터(Cst)를 포함할 수 있다. 복수의 트랜지스터들은 제1 내지 제7 트랜지스터(T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7)를 포함할 수 있다. 중에서 제1 트랜지스터(T1)는 구동 트랜지스터이고, 제2 내지 제7 트랜지스터(T7)들은 각각의 게이트 전극에 인가되는 스캔 신호에 따라 턴-온 또는 턴-오프되는 스위치 소자 역할을 하는 트랜지스터들일 수 있다.
제1 트랜지스터(T1)는 게이트 전극, 제1 전극 및 제2 전극을 포함할 수 있다. 제1 트랜지스터(T1)는 게이트 전극에 인가되는 데이터 전압에 따라 소스-드레인간 전류(Isd, 이하 "구동 전류(Isd)"라 칭함)를 제어할 수 있다. 제1 트랜지스터(T1)의 채널을 통해 흐르는 구동 전류(Isd)는 수학식 1과 같이 제1 트랜지스터(T1)의 소스 전극과 게이트 전극 간의 전압과 문턱 전압(threshold voltage, Vth)의 절댓값의 차의 제곱에 비례한다.
Figure pat00001
수학식 1에서, k'는 제1 트랜지스터(T1)의 구조와 물리적 특성에 의해 결정되는 비례 계수, Vsg는 제1 트랜지스터(T1)의 소스-게이트간 전압, Vth는 제1 트랜지스터(T1)의 문턱전압을 의미한다.
제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극은 제3 트랜지스터(T3)의 제1 전극과 커패시터(Cst)의 일 전극에 접속되고, 제1 전극은 제2 트랜지스터(T2)의 제2 전극과 제5 트랜지스터(T5)의 제2 전극에 접속되며, 제2 전극은 제3 트랜지스터(T3)의 제2 전극과 제6 트랜지스터(T6)의 제1 전극에 접속될 수 있다.
발광 소자(EL)는 구동 전류(Isd)에 따라 발광한다. 발광 소자(EL)의 발광량은 구동 전류(Isd)에 비례할 수 있다.
발광 소자(EL)는 애노드 전극, 캐소드 전극 및 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 배치된 유기 발광층을 포함하는 유기 발광 다이오드일 수 있다. 또는, 발광 소자(EL)는 애노드 전극, 캐소드 전극 및 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 배치된 무기 발광층을 포함하는 무기 발과 다이오드이거나, 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 배치된 양자점 발광층을 포함하는 양자점 발광 소자(EL) 일 수도 있다. 또한, 발광 소자(EL)는 마이크로 발광 다이오드 일 수도 있다.
발광 소자(EL)의 애노드 전극은 제6 트랜지스터(T6)의 제2 전극과 제7 트랜지스터(T7)의 제2 전극에 접속되며, 캐소드 전극은 제2 구동 전압 라인(VSSL)에 접속될 수 있다.
제2 트랜지스터(T2)는 제1 스캔 기입 라인(GWL1)의 스캔 신호에 의해 턴-온되어, 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극과 데이터 라인(DL)을 접속시킬 수 있다. 제2 트랜지스터(T2)의 게이트 전극은 제1 스캔 기입 라인(GWL1)에 접속되고, 제1 전극은 데이터 라인(DL)에 접속되며, 제2 전극은 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극에 접속될 수 있다.
제3 트랜지스터(T3)는 스캔 제어 라인(GCL)의 스캔 신호에 의해 턴-온되어 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극과 제2 전극을 접속시킬 수 있다. 즉, 제3 트랜지스터(T3)가 턴-온되는 경우, 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극과 제2 전극이 접속되므로, 제1 트랜지스터(T1)는 다이오드(diode)로 구동할 수 있다. 제3 트랜지스터(T3)의 게이트 전극은 스캔 제어 라인(GCL)에 접속되고, 제1 전극은 제1 트랜지스터(T1)의 제2 전극에 접속되며, 제2 전극은 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극에 접속될 수 있다.
제4 트랜지스터(T4)는 스캔 개시 라인(GIL)의 스캔 신호에 의해 턴-온되어 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극과 제2 초기화 전압 라인을 접속시킬 수 있다. 이 경우, 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극은 제2 초기화 전압 라인의 제2 초기화 전압(Vint2)으로 방전될 수 있다. 제4 트랜지스터(T4)의 게이트 전극은 스캔 개시 라인(GIL)에 접속되고, 제1 전극은 제2 초기화 전압 라인에 접속되며, 제2 전극은 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극에 접속될 수 있다.
제5 트랜지스터(T5)는 발광 라인(EML)의 발광 신호에 의해 턴-온되어 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극과 제1 구동 전압 라인(VDDL)을 접속시킬 수 있다. 제5 트랜지스터(T5)의 게이트 전극은 발광 라인(EML)에 접속되고, 제1 전극은 제1 구동 전압 라인(VDDL)에 접속되며, 제2 전극은 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극에 접속될 수 있다.
제6 트랜지스터(T6)는 발광 라인(EML)의 발광 신호에 의해 턴-온되어 제1 트랜지스터(T1)의 제2 전극과 발광 소자(EL)의 애노드 전극을 접속시킬 수 있다. 제6 트랜지스터(T6)의 게이트 전극은 발광 라인(EML)에 접속되고, 제1 전극은 제1 트랜지스터(T1)의 제2 전극에 접속되며, 제2 전극은 발광 소자(EL)의 애노드 전극에 접속될 수 있다.
제5 트랜지스터(T5)와 제6 트랜지스터(T6)가 모두 턴-온 되는 경우, 구동 전류(Isd)는 발광 소자(EL)에 공급될 수 있다.
제7 트랜지스터(T7)는 제2 스캔 기입 라인(GWL2)의 스캔 신호에 의해 턴-온되어 제1 초기화 전압 라인과 발광 소자(EL)의 애노드 전극을 접속시킬 수 있다. 이 경우, 발광 소자(EL)의 애노드 전극은 제1 초기화 전압(Vint1)으로 방전될 수 있다. 제7 트랜지스터(T7)의 게이트 전극은 제2 스캔 기입 라인(GWL2)에 접속되고, 제1 전극은 제1 초기화 전압 라인에 접속되며, 제2 전극은 발광 소자(EL)의 애노드 전극에 접속될 수 있다.
커패시터(Cst)는 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극과 제1 구동 전압 라인(VDDL) 사이에 형성될 수 있다. 커패시터(Cst)의 일 전극은 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극에 접속되고, 타 전극은 제1 구동 전압 라인(VDDL)에 접속될 수 있다. 이로 인해, 커패시터(Cst)는 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극과 제1 구동 전압 라인(VDDL) 사이의 전위차를 유지할 수 있다.
광 센서(PS) 각각은 복수의 센싱 트랜지스터들 및 광전 변환 소자(PD)를 포함할 수 있다. 복수의 센싱 트랜지스터들은 제1 내지 제3 센싱 트랜지스터(LT1, LT2, LT3)을 포함할 수 있다. 광 센서(PS) 각각은 제1 센싱 트랜지스터(LT1), 제3 센싱 트랜지스터(LT3), 및 광전 변환 소자(PD) 사이의 제1 노드(N1) 및 제2 구동 전압 라인(VSSL)과 광전 변환 소자(PD) 사이의 제2 노드(N2)를 포함할 수 있다. 제1 센싱 트랜지스터(LT1)는 구동 트랜지스터이고, 제2 및 제3 센싱 트랜지스터(LT2, LT3)는 각각의 게이트 전극에 인가되는 리셋 신호와 스캔 신호에 따라 턴-온 또는 턴-오프되는 스위치 소자 역할을 하는 트랜지스터들일 수 있다.
복수의 발광 소자(EL)와 복수의 광전 변환 소자(PD)를 하나의 표시 패널(10)에 배치하는 경우, 광전 변환 소자(PD)를 구동함에 있어 발광 소자(EL)의 구동을 위한 전압 배선이나 신호 배선을 공용할 수 있다. 즉, 복수의 광전 변환 소자(PD)들의 구동을 위한 전압 배선들 또는 신호 배선들이 표시 패널(10)에 추가 배치되는 것을 최소화함으로써, 표시 패널(10)의 해상도를 확보하고, 베젤 영역을 최소화할 수 있다. 예를 들어, 화소(PX)의 제2 트랜지스터(T2)의 게이트 전극에 연결되는 신호 배선은 광 센서(PS)의 제2 센싱 트랜지스터(LT2)의 게이트 전극에 연결되는 신호 배선과 공용될 수 있다. 즉, 제2 트랜지스터(T2)의 게이트 전극과 제2 센싱 트랜지스터(LT2)의 게이트 전극은 제1 스캔 기입 라인(GWL1)에 접속될 수 있다. 다른 예를 들어, 제2 구동 전압 라인(VSSL)은 발광 소자(EL)의 캐소드 전극 및 광전 변환 소자(PD)의 캐소드 전극에 연결되는 공용 전압 배선일 수 있다. 또 다른 예를 들어, 제2 초기화 전압(Vint2)을 인가하는 제2 초기화 전압 라인은 광 센서(PS)의 제1 센싱 트랜지스터(LT1)의 제2 전극 및 제4 트랜지스터(T4)의 제2 전극에 연결되는 공용 전압 배선일 수 있다.
광전 변환 소자(PD)들 각각은 애노드 전극, 캐소드 전극, 및 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 배치된 광전 변환층을 포함하는 수광 다이오드일 수 있다. 광전 변환 소자(PD)들 각각은 외부에서 입사된 광을 전기적 신호로 전환할 수 있다. 광전 변환 소자(PD)는 pn 형 또는 pin 형의 무기 물질로 형성되는 수광 다이오드, 또는 포토 트랜지터일 수 있다. 또는, 도우너 이온(donor ion)을 생성하는 전자 공여 물질 및 액셉트 이온(acceptor ion)을 생성하는 전자 수용 물질을 포함하는 유기 수광 다이오드일 수도 있다.
광전 변환 소자(PD)의 애노드 전극은 제1 노드(N1)에 접속되고, 캐소드 전극은 제2 노드(N2)에 접속될 수 있다.
광전 변환 소자(PD)가 외부 광에 노출된 경우 광전하들을 생성할 수 있고, 생성된 광전하들은 광전 변환 소자(PD)의 애노드 전극에 축적될 수 있다. 이 경우, 애노드 전극과 전기적으로 연결된 제1 노드(N1)의 전압은 증가할 수 있다. 제1 및 제2 센싱 트랜지스터(LT1, LT2)의 턴-온에 따라 광전 변환 소자(PD)와 지문 감지 라인(FRL)이 접속되는 경우, 전하가 축적된 제1 노드(N1)의 전압에 비례하여 지문 감지 라인(FRL)에 전류가 흐를 수 있다.
제1 센싱 트랜지스터(LT1)는 게이트 전극에 인가되는 제1 노드(N1)의 전압에 의해 턴-온되어 제2 초기화 전압 라인과 제2 센싱 트랜지스터(LT2)의 제2 전극을 접속시킬 수 있다. 이 경우, 제2 센싱 트랜지스터(LT2)의 제2 전극은 제2 초기화 전압(Vint2)으로 방전될 수 있다. 제1 센싱 트랜지스터(LT1)의 게이트 전극은 제1 노드(N1)에 접속되고, 제1 전극은 제2 초기화 전압 라인에 접속되고, 제2 전극은 제2 센싱 트랜지스터(LT2)의 제1 전극에 접속될 수 있다. 제1 센싱 트랜지스터(LT1)는 게이트 전극으로 입력되는 제1 노드(N1)의 전하량에 비례하여 소스-드레인 전류를 발생시키는 소스 팔로워 증폭기(source follower amplifier)일 수 있다. 한편, 제1 센싱 트랜지스터(LT1)의 제1 전극은 제1 구동 전압 라인(VDDL) 또는 제1 초기화 전압 라인에 접속될 수도 있다.
제2 센싱 트랜지스터(LT2)는 제1 스캔 기입 라인(GWL1)의 스캔 신호에 의해 턴-온되어 제1 센싱 트랜지스터(LT1)의 제2 전극과 지문 감지 라인(FRL)을 접속시킬 수 있다. 지문 감지 라인(FRL)은 리드 아웃 회로(도 2의 '300')에 지문 감지 신호를 전달할 수 있다. 제2 센싱 트랜지스터(LT2)의 게이트 전극은 제1 스캔 기입 라인(GWL1)에 접속되고, 제1 전극은 제1 센싱 트랜지스터(LT1)의 제2 전극에 접속되고, 제2 전극은 지문 감지 라인(FRL)에 접속될 수 있다.
제3 센싱 트랜지스터(LT3)는 리셋 라인(RSTL)의 리셋 신호에 의해 턴-온되어 제1 노드(N1)를 리셋 전압(Vrst)으로 리셋할 수 있다. 제3 센싱 트랜지스터(LT3)의 게이트 전극은 리셋 라인(RSTL)에 접속되고, 제1 전극은 리셋 전압 라인에 접속되고, 제2 전극은 제1 노드(N1)에 접속될 수 있다. 리셋 라인(RSTL)의 리셋 신호를 출력하는 리셋 구동부가 생략되는 경우, 제3 센싱 트랜지스터(LT3)는 스캔 신호에 의해 턴-온될 수 있다.
제1 내지 제7 트랜지스터(T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7), 및 제1 내지 제3 센싱 트랜지스터(LT1, LT2, LT3) 각각의 제1 전극이 소스 전극인 경우, 제2 전극은 드레인 전극일 수 있다. 또는 제1 내지 제7 트랜지스터(T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7)들, 및 제1 내지 제3 센싱 트랜지스터(LT1, LT2, LT3)들 각각의 제1 전극이 드레인 전극인 경우, 제2 전극은 소스 전극일 수 있다.
제1 내지 제7 트랜지스터(T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7), 및 제1 내지 제3 센싱 트랜지스터(LT1, LT2, LT3) 각각의 액티브층은 다결정 실리콘(Poly silicon), 비결정 실리콘(Amorphous silicon) 및 산화물 반도체 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
예를 들어, 제1 및 제2 트랜지스터(T1, T2), 제5 내지 제7 트랜지스터(T5, T6, T7), 제1 및 제2 센싱 트랜지스터(LT1, LT2)는 P 타입 트랜지스터일 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 트랜지스터(T1, T2), 제5 내지 제7 트랜지스터(T5, T6, T7), 제1 및 제2 센싱 트랜지스터(LT1, LT2) 각각의 액티브층은 폴리 실리콘으로 형성될 수 있다. 또한, 제3 트랜지스터(T3), 제4 트랜지스터(T4), 및 제3 센싱 트랜지스터(LT3) 각각은 산화물 반도체의 액티브층을 형성하는 N 타입 트랜지스터일 수 있다.
다만, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니고, 제1 내지 제7 트랜지스터(T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7), 및 제1 내지 제3 센싱 트랜지스터(LT1, LT2, LT3) 각각이 P 타입 트랜지스터일 수 있다. 다른 예로, 제1 내지 제3 센싱 트랜지스터(LT1, LT2, LT3)는 P 타입 트랜지스터로 형성될 수 있다. 이 경우, 각 트랜지스터의 특성에 맞도록 도 6 및 도 7의 타이밍도는 수정되어야 할 것이다.
도 6은 제1 모드에 따라 도 5에 도시된 화소의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 발광 신호(EM)는 발광 라인(EML)에 인가되는 신호로 제5 트랜지스터(T5) 및 제6 트랜지스터(T6)의 턴-온과 턴-오프를 제어하기 위한 신호이다. 스캔 개시 신호(GI)는 스캔 개시 라인(GIL)에 인가되는 신호로 제4 트랜지스터(T4)의 턴-온과 턴-오프를 제어하기 위한 신호이다. 스캔 제어 신호(GC)는 스캔 제어 라인(GCL)에 인가되는 신호로 제3 트랜지스터(T3)의 턴-온과 턴-오프를 제어하기 위한 신호이다. 제1 스캔 기입 신호(GW1)는 제1 스캔 기입 라인(GWL1)에 인가되는 신호로 제2 트랜지스터(T2)와 제2 센싱 트랜지스터(LT2)의 턴-온과 턴-오프를 제어하기 위한 신호이다. 제2 스캔 기입 신호(GW2)는 제2 스캔 기입 라인(GWL2)에 인가되는 신호로 제7 트랜지스터(T7)의 턴-온과 턴-오프를 제어하기 위한 신호이다.
발광 신호(EM), 스캔 개시 신호(GI), 스캔 제어 신호(GC), 제1 스캔 기입 신호(GW1), 및 제2 스캔 기입 신호(GW2)는 1 프레임 기간을 주기로 반복된 신호를 가질 수 있다. 예를 들어, 표시 패널(10)이 제1 모드에 따라 구동되는 경우, 1 프레임 기간은 제1 프레임 주파수를 갖는 제1 프레임 기간(FMO1)에 대응될 수 있다. 다른 예를 들어, 표시 패널(10)이 제2 모드에 따라 구동되는 경우, 1 프레임 기간은 제2 프레임 주파수를 갖는 제2 프레임 기간(도 3의 'FMO2')에 대응될 수 있다.
제1 프레임 기간(FMO1)은 화소(PX)의 동작에 따라, 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극의 전압을 제2 초기화 전압(Vint2)으로 초기화 하는 제1 기간(t1), 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극에 데이터 전압을 공급하고, 제1 트랜지스터(T1)의 문턱전압을 샘플링하는 제2 기간(t2), 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극에 데이터 전압을 공급하고, 제1 트랜지스터(T1)의 문턱전압을 샘플링하는 제3 기간(t3), 발광 소자(EL)의 애노드 전극의 전압을 제1 초기화 전압(Vint1)으로 초기화하는 제4 기간(t4), 및 발광 소자(EL)가 발광하는 제5 기간(t5)으로 구분될 수 있다.
스캔 개시 신호(GI)는 제1 기간(t1) 동안 게이트 온 전압(Von)을 가지고, 나머지 기간들 동안 게이트 오프 전압(Voff)을 가질 수 있다. 스캔 제어 신호(GC)는 제2 기간(t2) 동안 게이트 온 전압(Von)을 가지고, 나머지 기간 동안 게이트 오프 전압(Voff)을 가질 수 있다. 제1 스캔 기입 신호(GW1)는 제3 기간(t3) 동안 게이트 온 전압(Von)을 가지고, 나머지 기간들 동안 게이트 오프 전압(Voff)을 가질 수 있다. 제2 스캔 기입 신호(GW2)는 제4 기간(t4) 동안 게이트 온 전압(Von)을 가지고, 나머지 기간들 동안 게이트 오프 전압(Voff)을 가질 수 있다. 발광 신호(EM)는 제5 기간(t5) 동안 게이트 온 전압(Von)을 가지고, 나머지 기간들 동안 게이트 오프 전압(Voff)을 가질 수 있다.
스캔 개시 신호(GI), 스캔 제어 신호(GC)의 게이트 온 전압(Von)은 게이트 하이 전압이고, 게이트 오프 전압(Voff)은 게이트 로우 전압일 수 있다. 제1 및 제2 스캔 기입 신호(GW1, GW2), 발광 신호(EM)의 게이트 온 전압(Von)은 게이트 로우 전압이고, 게이트 오프 전압(Voff)은 게이트 하이 전압일 수 있다.
제1 기간(t1) 동안 스캔 개시 라인(GIL)에는 게이트 온 전압(Von)을 갖는 스캔 개시 신호(GI)가 공급된다. 제1 기간(t1) 동안 제4 트랜지스터(T4)는 스캔 개시 신호(GI)에 의해 턴-온된다. 제4 트랜지스터(T4)의 턴-온으로 인해, 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극은 제2 초기화 전압 라인의 제2 초기화 전압(Vint2)으로 초기화된다.
그리고 나서, 제2 기간(t2) 동안 스캔 제어 라인(GCL)에는 게이트 온 전압(Von)을 갖는 스캔 제어 신호(GC)가 공급된다. 이로 인해, 스캔 제어 라인(GCL)과 접속된 제3 트랜지스터(T3)가 턴-온되어 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극과 제2 전극이 접속되며, 제1 트랜지스터(T1)는 다이오드로 구동한다.
제3 기간(t3) 동안 제1 스캔 기입 라인(GWL1)에는 게이트 온 전압(Von)을 갖는 제1 스캔 기입 신호(GW1)가 공급된다. 이로 인해, 제1 스캔 기입 라인(GWL1)과 접속된 제2 트랜지스터(T2)가 턴-온되고, 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극에 데이터 전압(이하, "Vdata"로 표시함)이 공급된다. 이때, 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극과 게이트 전극 간의 전압(Vsg=Vdata-Vint2)이 문턱전압(Vth)의 절댓값보다 작기 때문에, 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극과 소스 전극 간의 전압(Vsg)이 문턱전압(Vth)의 절댓값에 도달할 때까지 전류패스를 형성하게 된다. 이로 인해, 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극과 제1 전극의 전압은 제2 기간(t3) 동안 데이터 전압과 제1 트랜지스터(T1)의 문턱전압의 절댓값의 차이 전압(Vdata-|Vth|)까지 상승한다. 이 경우, 커패시터(Cst)에는 "Vdata-|Vth|"가 저장될 수 있다.
제1 트랜지스터(T1)가 P 타입 트랜지스터로 형성되므로, 제1 트랜지스터(T1)의 구동 전류(Isd)는 제1 트랜지스터(T1)의 소스 전극과 드레인 전극 간의 전압(Vsd)이 0V보다 큰 구간에서, 제1 트랜지스터(T1)의 소스 전극과 드레인 전극 간의 전압(Vsd)에 비례할 수 있다. 또한, 제1 트랜지스터(T1)의 문턱전압(Vth)은 0V보다 작을 수 있다.
제4 기간(t4) 동안 제2 스캔 기입 라인(GWL2)에는 게이트 온 전압(Von)을 갖는 제2 스캔 기입 신호(GW2)가 공급된다. 이로 인해. 제2 스캔 기입 라인(GWL2)과 접속된 제7 트랜지스터(T7)가 턴-온된다. 이에 따라, 발광 소자(EL)의 애노드 전극은 제1 초기화 전압 라인의 제1 초기화 전압(Vint1)으로 초기화된다.
이 후, 제5 기간(t5) 동안 발광 라인(EML)에는 게이트 온 전압(Von)을 갖는 발광 신호(EM)가 공급된다. 제5 기간(t5) 동안 제5 트랜지스터(T5)와 제6 트랜지스터(T6) 각각은 발광 신호(EM)에 의해 턴-온된다. 제5 트랜지스터(T5)의 턴-온으로 인해 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극은 제1 구동 전압 라인(VDDL)에 접속되고, 제6 트랜지스터(T6)의 턴-온으로 인해 제1 트랜지스터(T1)의 제2 전극은 발광 소자(EL)의 애노드 전극에 접속된다.
제5 트랜지스터(T5) 및 제6 트랜지스터(T6)가 턴-온되는 경우, 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극의 전압에 따라 흐르는 구동 전류(Isd)가 발광 소자(EL)에 공급될 수 있다. 구동 전류(Isd)는 수학식 2와 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00002
수학식 2에서, k'는 제1 트랜지스터(T1)의 구조와 물리적 특성에 의해 결정되는 비례 계수, Vth는 제1 트랜지스터(T1)의 문턱전압, ELVDD는 제1 구동 전압 라인(ELVDDL)의 제1 구동 전압(ELVDD), "Vdata"는 데이터 전압을 가리킨다. 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전압은 "Vdata-|Vth|"이고, 제1 전극의 전압은 "ELVDD"이다. 수학식 2를 정리하면, 수학식 3이 도출된다.
Figure pat00003
결국, 수학식 3과 같이 구동 전류(Isd)는 제1 트랜지스터(T1)의 문턱전압(Vth)에 의존하지 않게 된다. 즉, 구동 트랜지스터인 제1 트랜지스터(T1)의 문턱전압(Vth)은 보상되고, 발광 소자(EL)는 제1 구동 전압(ELVDD)과 데이터 전압에 의해 조절되는 구동 전류(Isd)의 크기에 따라 발광 될 수 있다.
이하, 도 5 및 도 7을 참조하여, 광 센서(PS)를 제어하는 리셋 신호(RST)와 제1 스캔 기입 신호(GW1)의 동작을 설명한다.
도 7은 제1 모드 및 제2 모드에 따른 도 5의 화소의 스캔 신호들, 광 센서의 스캔 신호 및 리셋 신호를 상세히 보여주는 파형도이다. 도 7에는 복수의 제1 프레임 기간(FMO1)들과 하나의 제2 프레임 기간(FMO2)이 도시되어 있다.
먼저, 제1 스캔 기입 신호(GW1)는 상술한 바와 같이 제1 스캔 기입 라인(GWL1)에 인가되는 신호로 제2 트랜지스터(T2)와 제2 센싱 트랜지스터(LT2)의 턴-온과 턴-오프를 제어하기 위한 신호이다. 광 센서(PS)의 리셋 신호(RST)는 리셋 라인(RSTL)에 인가되는 신호로 제3 센싱 트랜지스터(LT3)의 턴-온과 턴-오프를 제어하기 위한 신호이다. 리셋 신호(RST)는 스캔 신호들과 다른 별도의 신호일 수 있다. 다시 말해, 광 센서(PS)의 리셋 신호(RST)를 화소(PX)의 스캔 신호들과 공용하지 않고 분리하여 광 센서(PS)의 리셋 타이밍 및 리셋 횟수를 독립적으로 조절할 수 있다. 예를 들어, 리셋 신호(RST)는 사용자의 터치가 발생하는 경우에 출력되어 광 센서(PS)는 리셋 기간(RSP)에 진입할 수 있다.
광 센서(PS)의 1 프레임 기간은 광전 변환 소자(PD)의 애노드 전극을 리셋 전압(Vrst)으로 리셋하는 리셋 기간(RSP), 광전 변환 소자(PD)가 외부 광에 노출되고, 외부 광의 세기에 따라 광전하들이 생성되며, 이에 따라 광전 변환 소자(PD)의 애노드 전극의 전압 및 제1 노드(N1)의 전압이 상승하는 광 노출 기간(EP), 및 제2 센싱 트랜지스터(LT2)가 턴-온되어 지문 감지 라인(FRL)에 흐르는 전류의 크기에 따라 지문을 판독하는 지문 판독 기간(ROP)으로 구분될 수 있다.
리셋 신호(RST)는 리셋 기간(RSP) 동안 게이트 온 전압(Von)을 가지고, 나머지 기간들 동안 게이트 오프 전압(Voff)을 가질 수 있다. 리셋 신호(RST)의 게이트 온 전압(Von)은 게이트 하이 전압이고, 게이트 오프 전압(Voff)은 게이트 로우 전압일 수 있다.
프로세서(100)의 요청에 따라 사용자의 터치가 발생하는 경우, 리셋 기간(RSP)이 시작될 수 있다. 리셋 기간(RSP) 동안 리셋 라인(RSTL)에는 게이트 온 전압(Von)을 갖는 리셋 신호(RST)가 공급된다. 이로 인해, 제3 센싱 트랜지스터(LT3)가 턴-온되고, 제1 노드(N1)와 광전 변환 소자(PD)의 애노드 전극은 리셋 전압(Vrst)으로 리셋된다. 한편, 광전 변환 소자(PD)의 캐소드 전극과 제2 노드(N2)은 리셋 전압(Vrst)보다 높은 전압에 해당하는 제2 구동 전압이 인가되므로 광전 변환 소자(PD)는 역바이어스(reverse bias) 상태를 유지한다. 예를 들어, 제1 노드(N1)의 전압 크기는 약 -6.5V일 수 있고, 제2 노드(N2)의 전압 크기는 약 -2.5V일 수 있다.
이후, 광 노출 기간(EP) 동안 광전 변환 소자(PD)는 발광 소자(EL)에서 발광하는 외부 광에 노출될 수 있다. 사용자의 터치가 발생하는 경우, 광전 변환 소자(PD)는 지문의 융선(ridge) 또는 융선 사이의 골(valley)에 의해 반사된 빛에 대응하는 광전하들을 생성하고, 생성된 광전하의 양에 비례하여 역방향(reverse) 전류가 생성될 수 있다. 즉, 제2 노드(N2)로부터 제1 노드(N1)로 흐르는 전류가 발생할 수 있다. 이에 따라, 제1 노드(N1)의 전압이 증가할 수 있다. 제1 노드(N1)의 전압은 제1 센싱 트랜지스터(LT1)의 제1 전극과 게이트 전극 간의 전압(Vsg=Vint2-Vg)이 문턱 전압(Vth)의 절댓값에 도달할 때까지 증가할 수 있다. 제1 노드(N1)가 제1 센싱 트랜지스터(LT1)의 문턱 전압(Vth)에 도달하는 경우 제1 센싱 트랜지스터(LT1)가 턴-온될 수 있다. 제1 노드(N1)에 충전된 전하량이 클수록 지문 감지 신호가 증가하기 때문에, 광 노출 기간(EP)은 충분히 길게 설정할 수 있다.
그리고 나서, 지문 판독 기간(ROP) 동안 제1 스캔 기입 라인(GWL1)에는 게이트 온 전압(Von)을 갖는 제1 스캔 기입 신호(GW1)가 공급된다. 이로 인해, 제2 센싱 트랜지스터(LT2)가 턴-온되고, 제1 센싱 트랜지스터(LT1)를 통해 흐르는 전류에 대응하는 지문 감지 신호가 지문 감지 라인(FRL)으로 출력될 수 있다. 제1 센싱 트랜지스터(LT1)를 통해 흐르는 전류는 제1 센싱 트랜지스터(LT1)의 게이트 전극으로 입력되는 제1 노드(N1)의 전하량에 비례하여 발생된 소스-드레인 전류이다. 따라서, 제1 노드(N1)의 전압 변화를 감지함으로써 지문의 융선 또는 골을 판단하고 지문을 감지할 수 있다. 지문 판독 기간(ROP) 동안 지문 감지 라인(FRL)에 연결된 리드 아웃 회로(300)가 감지 신호 전압(Vsignal)을 검출하는 과정은 도 9 및 도 10에서 설명하기로 한다.
한편, 광 센서(PS)의 1 프레임 기간은 화소(PX)의 1 프레임 기간과 상이할 수 있다. 일 예로, 광 센서(PS)의 1 프레임 기간 중 광 노출 기간(EP)은 12번의 제1 프레임 기간(FMO1)이 진행되는 기간에 대응될 수 있다.
이하, 제1 모드 및 제2 모드에 따른 화소(PX) 및 광 센서(PS)의 타이밍도를 설명한다. 도면에서는 화소(PX)의 스캔 기입 신호(GW1, GW2)들을 도시하고 나머지 신호를 생략하였다.
먼저, 표시 패널(10)의 화소(PX) 및 광 센서(PS)는 제1 모드에 따라 제1 프레임 주파수로 구동될 수 있다. 사용자의 터치 감지에 따라 제2 모드가 시작되는 경우, 표시 패널(10)은 미리 설정된 리셋 기간(RSP), 광 노출 기간(EP)에 대응하는 기간동안 제1 프레임 주파수를 제공받으며, 지문 판독 기간(ROP)이 시작되는 지점에 동기하여 제2 프레임 주파수를 제공받을 수 있다. 예를 들어, 미리 설정된 기간은 100ms일 수 있고, 약 12개의 제1 프레임 기간(FMO1)에 대응될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 이에 따라, 지문 판독 기간(ROP)에서 표시 패널(10)의 화소(PX) 및 광 센서(PS)는 제2 프레임 주파수로 구동될 수 있다. 하나의 제2 프레임 기간(FMO2)이 진행된 후 표시 패널(10)의 화소(PX) 및 광 센서(PS)는 제2 모드를 종료하고 다시 제1 모드에 따라 제1 프레임 주파수로 구동될 수 있다.
제1 모드에서, 표시 패널(10)은 제1 프레임 주파수를 갖는 수직 동기 신호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync)를 제공받는다. 표시 패널(10)의 화소(PX) 및 광 센서(PS)는 제1 프레임 주파수를 갖는 수직 동기 신호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync)에 따라 제1 프레임 기간(FMO1)을 반복하여 구동될 수 있다. 이에 따라, 화소(PX)의 제1 스캔 기입 신호(GW1)의 펄스와 제2 스캔 기입 신호(GW2)의 펄스 사이 간격에 대응하는 1 수평 주기는 제1 수평 주기(1H)를 가질 수 있다.
제1 모드에 따라, 표시 패널(10)은 제1 프레임 주파수로 영상을 표시할 수 있다. 제1 모드에서 리셋 신호(RST)는 출력되지 않기 때문에, 제1 스캔 기입 신호(GW1)가 광 센서(PS)에 인가되더라도 정확한 지문 감지 신호가 측정되지 않을 수 있다. 예를 들어, 제1 노드(N1)에 리셋 전압이 인가되지 않기 때문에 광전 변환 소자(PD)의 역바이어스가 형성되지 않을 수 있고, 광전 변환 소자(PD)가 외부 광에 노출되더라도 광 전류가 형성되지 않을 수 있다. 다른 예를 들어, 리셋 신호(RST)가 출력되는 경우에도, 리드 아웃 회로(도 2의 '300')는 제1 프레임 기간(FMO1)에서 발생한 신호를 유효한 지문 감지 데이터로 취급하지 않을 수 있다.
지문을 감지하는 제2 모드에서, 표시 패널(10)은 제2 프레임 주파수를 갖는 수직 동기 신호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync)를 제공받는다. 표시 패널(10)은 제2 프레임 기간(FMO2) 동안 제2 프레임 주파수를 갖는 수직 동기 신호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync)에 따라 구동될 수 있다. 이에 따라, 화소(PX)의 제1 스캔 기입 신호(GW1)의 펄스와 제2 스캔 기입 신호(GW2)의 펄스 사이 간격에 대응하는 1 수평 주기는 제2 수평 주기(4H)를 가질 수 있다.
제2 모드에 따라, 표시 패널(10)은 제2 프레임 주파수로 영상을 표시할 수 있다. 또한, 표시 패널(10)은 사용자의 터치에 따른 지문을 감지할 수 있다. 지문 판독 기간(ROP)에서 광 센서(PS)에 인가되는 제1 스캔 기입 신호(GW1)는 제2 수평 주기(4H)를 가지기 때문에, 지문 판독을 위한 기간이 연장될 수 있다. 이에 따라, 리드 아웃 회로(300)는 정확한 지문 감지 데이터를 출력할 수 있으며, 이에 대한 설명은 도 9를 결부하여 상세히 설명한다.
도 8은 일 실시예에 따라 사용자의 터치가 있을 경우 표시 패널의 화소와 광 센서가 구동하는 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 표시 패널(10)은 제1 모드에 따라 제1 프레임 주파수로 스캔 신호(예를 들어, GW1 또는 GW2) 및 영상 데이터를 출력(S210)한다. 프로세서(100)는 표시 패널(10)의 타이밍 제어부(210)에 제1 프레임 주파수에 따른 제1 모드 제어 신호(MO1)를 제공하고, 타이밍 제어부(210)는 제1 프레임 주파수에 따른 스캔 제어 신호(SCS) 및 데이터 제어 신호(DCS)를 제공한다. 이에 따라, 스캔 구동부(230)는 제1 프레임 주파수를 갖는 복수의 스캔 신호들을 출력하고, 데이터 구동부(220)는 영상 데이터를 출력할 수 있다. 복수의 스캔 신호들은 복수의 스캔 라인(SL1~SLn)들을 통해 화소(PX) 및 광 센서(PS)에 인가되며, 영상 데이터는 복수의 데이터 라인(DL)들을 통해 화소(PX)에 인가될 수 있다(도 2 참조).
사용자의 지문 감지를 위한 터치가 인식되는 경우(S220: YES), 표시 패널(10)은 제2 모드에 따라 구동될 수 있다(S231). 제2 모드에 따른 구동이 종료되는 경우, 표시 패널(10)은 다시 제1 모드에 따라 제1 프레임 주파수를 유지하여 구동될 수 있다(S241).
사용자의 터치에 따라 제2 모드가 진행(S231)되는 경우, 광 센서(PS)가 리셋된다. 즉, 리셋 기간(RSP)동안 리셋 구동부(260)는 리셋 라인(RSTL)들에 리셋 신호(RST)를 출력하며, 복수의 광 센서(PS)들 각각에 인가되어 광 센서(PS)를 리셋 시킬 수 있다. 한편, 리셋 기간(RSP)동안 영상을 표시하기 위한 스캔 신호들과 영상 데이터는 제1 프레임 주파수로 출력될 수 있다. (도 8의 S310)
그리고 나서, 광 센서(PS)들이 사용자의 지문으로부터 반사된 광을 감지한다. 즉, 광 노출 기간(EP)동안 지문으로부터 반사된 광이 광전 변환 소자(PD)에 입사되어 반사된 광량에 비례하여 광 전하 및 광 전류를 생성할 수 있다. 한편, 광 노출 기간(EP)동안 영상을 표시하기 위한 스캔 신호들과 영상 데이터는 제1 프레임 주파수로 출력될 수 있다. 제1 프레임 기간(FMO1)은 광 노출 기간(EP)동안 적어도 하나 이상 반복될 수 있다. (도 8의 S320)
그리고 나서, 리드 아웃 회로(300)는 지문 감지 라인(FRL)으로부터 출력된 감지 신호 전압(Vsignal)을 판독한다. 즉, 지문 판독 기간(ROP)이 진행된다. 이와 동시에, 표시 패널(10)은 제2 모드에 따라 제2 프레임 주파수로 스캔 신호(예를 들어, GW1 또는 GW2) 및 영상 데이터를 출력한다. 이에 따라, 지문 판독 기간(ROP)동안 광 센서(PS)의 스캔 신호는 제2 프레임 주파수로 출력될 수 있다. (도 8의 S330)
정리하면, 프로세서(100)는 미리 설정된 기간에 맞춰 리셋 기간(RSP)과 광 노출 기간(EP) 동안 제1 프레임 주파수를 제공하고, 지문 판독 기간(ROP) 동안 제2 프레임 주파수를 제공한다.
먼저, 리셋 기간(RSP)과 광 노출 기간(EP) 동안 프로세서(100)의 신호에 따라 타이밍 제어부(210)는 제1 프레임 주파수에 따른 스캔 제어 신호(SCS) 및 데이터 제어 신호(DCS)를 제공한다. 이에 따라, 스캔 구동부(230)가 제1 프레임 주파수로 스캔 신호들을 출력하고, 데이터 구동부(220)가 제1 프레임 주파수로 영상 데이터를 출력할 수 있다. 화소(PX)들 각각은 제1 프레임 주파수로 영상을 표시할 수 있다.
그리고 나서, 지문 판독 기간(ROP) 동안 프로세서(100)의 신호에 따라 타이밍 제어부(210)는 제2 프레임 주파수에 따른 스캔 제어 신호(SCS) 및 데이터 제어 신호(DCS)를 제공한다. 이에 따라, 스캔 구동부(230)가 제2 프레임 주파수로 스캔 신호들을 출력하고, 데이터 구동부(220)가 제2 프레임 주파수로 영상 데이터를 출력할 수 있다. 화소(PX)들 각각은 제2 프레임 주파수로 영상을 표시하며, 광 센서(PS)들 각각은 제2 프레임 주파수로 광을 감지할 수 있다.
한편, 사용자의 터치가 인식되지 않는 경우(S220: NO), 표시 패널(10)은 제1 모드에 따라 제1 프레임 주파수를 유지하여 구동될 수 있다(S232).
이하, 도 9 및 도 10을 참조하여 지문 판독 기간(ROP)에서 광 센서(PS) 및 이에 연결된 리드 아웃 회로(300)의 동작 과정을 설명한다.
도 9는 광 센서 및 리드 아웃 회로를 상세히 나타낸 회로도이다. 도 10은 지문 판독 기간에 따른 도 9의 리드 아웃 회로의 신호들 및 스캔 신호를 나타낸 파형도이다.
도 9를 참조하면, 리드 아웃 회로(300)는 지문 감지 라인(FRL)을 통해 광 센서(PS)에 연결될 수 있다. 광 센서(PS)에 도시된 도면 부호는 도 5에서 설명한 바와 동일하므로 생략한다.
리드 아웃 회로(300)는 지문 감지 라인(FRL)에 연결되는 증폭부(310), 증폭부(310)의 출력 전압을 저장하는 샘플/홀드 회로(320), 및 상기 출력 전압에 해당하는 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하는 AD 컨버터(analog-digital converter)(330)를 포함할 수 있다.
증폭부(310)는 제1 연산 증폭기(OA1), 피드백 커패시터(Cfb), 및 피드백 리셋 스위치(SWRO)를 포함할 수 있다. 제1 연산 증폭기(OA1)는 제1 입력 단자(-), 제2 입력 단자(+), 및 출력 단자(out)를 포함할 수 있다. 제1 연산 증폭기(OA1)의 제1 입력 단자(-)는 지문 감지 라인(FRL)에 접속되고, 제2 입력 단자(+)는 소정의 초기 전압(Vin)이 공급되며, 제1 연산 증폭기(OA1)의 출력 단자(out)는 샘플/홀드 회로(320)에 연결될 수 있다. 제1 연산 증폭기(OA1)의 출력 전압(Vout)은 샘플/홀드 회로(320)의 커패시터에 저장될 수 있다. 제1 연산 증폭기(OA1)의 게인(gain)은 피드백 커패시터(Cfb)의 커패시턴스에 대응한다. 피드백 커패시터(Cfb)는 1 프레임 기간동안 지문 감지 라인(FRL)을 통해 인가되는 전압을 축적할 수 있다. 상기 인가되는 전압은 노이즈 신호 전압 또는 감지 신호 전압일 수 있다.
피드백 커패시터(Cfb)와 피드백 리셋 스위치(SWRO)는 제1 연산 증폭기(OA1)의 제1 입력 단자(-)와 출력 단자(out) 사이에 병렬로 접속될 수 있다. 피드백 리셋 스위치(SWRO)는 피드백 커패시터(Cfb)의 양단의 접속을 제어하는 역할을 한다. 피드백 리셋 스위치(SWRO)가 턴-온되어 피드백 커패시터(Cfb)의 양단이 접속되는 경우, 피드백 커패시터(Cfb)는 리셋될 수 있다.
샘플/홀드 회로(320)는 제1 샘플링 커패시터(Csh1), 제2 샘플링 커패시터(Csh2), 제1 스위치(SW1), 및 제2 스위치(SW2)를 포함할 수 있다. 샘플/홀드 회로(320)는 제1 샘플링 커패시터(Csh1)와 제2 샘플링 커패시터(Csh2)에 제1 연산 증폭기(OA1)의 출력 전압(Vout)을 샘플링(sampling)하고 샘플링된 출력 전압을 저장(holding)할 수 있다.
제1 샘플링 커패시터(Csh1)는 제1 스위치(SW1)를 통해 제1 연산 증폭기(OA1)의 출력 단자(out)에 연결될 수 있다. 제1 스위치(SW1)가 턴-온되는 경우 제1 샘플링 커패시터(Csh1)에는 노이즈 신호 전압(이하, "Vnoise"로 표기함)가 저장될 수 있다. 제2 샘플링 커패시터(Csh2)는 제2 스위치(SW2)를 통해 제1 연산 증폭기(OA1)의 출력 단자(out)에 연결될 수 있다. 제2 스위치(SW2)가 턴-온되는 경우 제2 샘플링 커패시터(Csh2)에는 노이즈 신호 전압(Vnoise)와 감지 신호 전압(Vsingal)이 저장될 수 있다.
AD 컨버터(330)는 제1 샘플링 커패시터(Csh1), 제2 샘플링 커패시터(Csh2)에 저장된 전압을 차등하여 디지털 데이터로 변환할 수 있다. AD 컨버터(330)는 제1 샘플링 커패시터(Csh1)와 제2 샘플링 커패시터(Csh2)에 저장된 전압을 차등하여 감지 신호 전압(Vsignal)을 디지털 데이터인 지문 감지 데이터로 변환하여 출력할 수 있다.
도 10을 참조하면, 지문 판독 기간(ROP)에 따른 리드 아웃 회로(300)의 커패시터 리셋 스위치(SWRO), 제1 스위치(SW1), 및 제2 스위치(SW2)의 동작 과정과 광 센서(PS)의 스캔 기입 신호(GW)의 동작 과정을 도시하였다. 도 10은 제n(n은 양의 정수) 스캔 라인에 인가되는 제1 스캔 기입 신호(GW1)와 제n 지문 감지 라인에 연결된 리드 아웃 회로(300)의 동작 과정 및 제n+1 스캔 라인에 인가되는 제2 스캔 기입 신호(GW2)와 제n+1 지문 감지 라인에 연결된 리드 아웃 회로(300)의 동작 과정을 도시하였다.
지문 판독 기간(ROP)은 피드백 커패시터(Cfb)를 리셋시키는 제1 판독 기간(st1), 제1 샘플링 커패시터(Csh1)에 전압을 저장하는 제2 판독 기간(st2), 광 노출에 따라 생성된 광전류를 리드 아웃 회로(300)로 출력하는 제3 판독 기간(st3), 및 제2 샘플링 커패시터(Csh2)에 광 전류에 따른 감지 전압을 저장하는 제4 판독 기간(st4)으로 구분될 수 있다.
제1 판독 기간(st1) 동안 커패시터 리셋 스위치(SWRO)가 턴-온된다. 이에 따라, 피드백 커패시터(Cfb)의 양단이 접속되어 피드백 커패시터(Cfb)는 리셋될 수 있다. 제1 판독 기간(st1)에서 제1 연산 증폭기(OA1)의 출력 전압(Vout)은 제1 입력 단자(-)의 초기 전압(Vin)과 동일할 수 있다.
제2 판독 기간(st2) 동안 커패시터 리셋 스위치(SWRO)가 턴-오프되고, 제1 스위치(SW1)가 턴-온된다. 이에 따라, 제1 연산 증폭기(OA1)의 출력 단자(out)는 제1 샘플링 커패시터(Csh1)에 접속될 수 있다. 제2 판독 기간(st2)은 제2 트랜지스터(T2)가 턴-온되기 이전이므로, 지문 감지 라인(FRL)을 통해 유효한 신호가 출력되지 않는다. 이에 따라, 제1 샘플링 커패시터(Csh1)에는 노이즈 신호 전압(Vnoise)이 저장될 수 있다. 즉, 제1 샘플링 커패시터(Csh1)에는 "Vin+Vnoise" 전압이 저장될 수 있다.
제3 판독 기간(st3) 동안 제1 스캔 기입 라인(GWL1)에는 게이트 온 전압(Von)을 갖는 제1 스캔 기입 신호(GW1)가 공급된다. 제3 판독 기간(st3)동안 제2 센싱 트랜지스터(LT2)는 제1 스캔 기입 신호(GW1)에 의해 턴-온된다. 이로 인해, 제1 센싱 트랜지스터(LT1)는 지문 감지 라인(FRL)에 접속되고, 제1 노드(N1)에 충전된 전압에 비례하는 광 전류가 지문 감지 라인(FRL)을 통해 리드 아웃 회로(300)에 출력될 수 있다. 광 전류는 제1 연산 증폭기(OA1)의 출력 단자(out)에서 감지 신호 전압(Vsignal)으로 저장될 수 있다.
제4 판독 기간(st4) 동안 제2 스위치(SW2)가 턴-온된다. 이에 따라, 제1 연산 증폭기(OA1)의 출력 단자(out)는 제2 샘플링 커패시터(Csh2)에 접속될 수 있다. 제4 판독 기간(st4)에서 제1 연산 증폭기(OA1)의 출력 전압(Vout)은 감지 신호 전압(Vsignal)에 대응되므로 제2 샘플링 커패시터(Csh2)에는 감지 신호 전압(Vsignal)이 저장될 수 있다. 즉, 제2 샘플링 커패시터(Csh2)에는 "Vin+Vnoise+Vsignal" 전압이 저장될 수 있다.
그리고 나서, AD 컨버터(330)는 제1 샘플링 커패시터(Csh1)에 저장된 전압과 제2 샘플링 커패시터(Csh2)에 저장된 전압을 차등하여 "Vsignal"의 감지 신호 전압을 지문 감지 데이터로 변환할 수 있고, 상기 지문 감지 데이터를 프로세서(도 2의 '100')에 제공할 수 있다.
한편, 광 센서(PS)에 접속되는 스캔 라인이 화소(PX)에 접속되는 스캔 라인과 동일한 경우, 광 센서(PS)의 광 감지를 위한 동작은 화소(PX)의 화상 표시를 위한 동작과 독립적으로 구동될 수 없다. 이 경우, 지문 감지 데이터의 정확한 판독을 위해서 리드 아웃 회로(300)의 구동 주파수가 표시 패널(10)의 구동 주파수와 동일해야 한다. 예를 들어, 리드 아웃 회로(300)의 피드백 리셋 스위치(SWRO), 제1 스위치(SW1), 및 제2 스위치(SW2)의 턴-온 주기와 광 센서(PS)의 제2 센싱 트랜지스터(LT2)의 턴-온 주기가 도 10과 같이 순차적으로 진행되는 경우에만 정확한 지문 감지 데이터를 판독할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 표시 장치(1)는 지문 판독 기간(ROP)에 맞춰 구동 주파수를 변경해 표시 패널(10)의 화소(PX)와 광 센서(PS)를 구동할 수 있다. 지문 판독 기간(ROP)에 구동 주파수는 제1 프레임 주파수에서 제2 프레임 주파수로 변경되므로 리드 아웃 회로(300)와 표시 패널(10)의 구동 주파수가 동일해질 수 있고, 이에 따라 지문 감지 데이터를 정확하게 판독할 수 있다.
예를 들어, 리드 아웃 회로(300)의 피드백 리셋 스위치(SWRO), 제1 스위치(SW1), 및 제2 스위치(SW2)의 1 수평 주기가 제2 수평 주기(4H)를 갖는 경우, 광 센서(PS)의 제2 센싱 트랜지스터(LT2)를 턴-온시키는 스캔 기입 신호(GW)의 1 수평 주기도 제2 수평 주기(4H)를 가질 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 표시 장치(1)는 지문 판독 기간(ROP)에서 표시 패널(10)을 제2 프레임 주파수로 구동하기 때문에, 지문 판독 기간(ROP)이 연장될 수 있다. 즉, 지문 판독 기간(ROP)에서 신호들의 턴-온 주기가 증가하고, 펄스 폭은 증가하지 않는다.
제1 스위치(SW1)의 서로 이웃하는 펄스들 사이의 간격은 증가하고, 제2 스위치(SW2)의 서로 이웃하는 펄스들 사이의 간격이 증가하고, 서로 이웃한 제1 스캔 기입 신호(GW1)와 제2 스캔 기입 신호(GW2) 사이의 간격이 증가할 수 있다.
그러므로, 서로 이웃하는 제1 스위치(SW1)와 스캔 기입 신호(GW1, GW2)의 펄스 사이의 간격이 증가하고, 서로 이웃하는 스캔 기입 신호(GW1, GW2)와 제2 스위치(SW2)의 펄스 사이 간격이 증가할 수 있다.
서로 이웃하는 제1 스위치(SW1)와 스캔 기입 신호(GW1, GW2)의 펄스 사이의 간격 및 서로 이웃하는 스캔 기입 신호(GW1, GW2)와 제2 스위치(SW2)의 펄스 사이 간격이 증가하는 경우, 스캔 기입 신호(GW)의 펄스에 의해 제2 센싱 트랜지스터(LT2)가 턴-온되어 지문 감지 라인(FRL)에 인가된 광 전류가 피드백 커패시터(Cfb)에 충전되는 기간이 길어질 수 있다. 그러므로, 피드백 커패시터(Cfb)의 용량이 증가하여 지문 감지 라인(FRL)에 인가된 광 전류가 피드백 커패시터(Cfb)에 축적되는 양이 늘어날 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 지문 판독 기간(ROP)에서 수평 주기를 늘림으로써, 서로 이웃하는 스캔 기입 신호(GW)의 펄스와 제1 스위치(SW1)의 펄스 사이의 간격을 늘릴 수 있다. 이로 인해, 광 전류가 피드백 커패시터(Cfb)에 충전되는 기간을 늘릴 수 있으므로, 피드백 커패시터(Cfb)의 용량이 증가할 수 있고, 상기 광 전류가 피드백 커패시터(Cfb)에 축적되는 양이 늘어날 수 있다. 따라서, 제4 판독 기간(st4)에 따라 제2 샘플링 커패시터(Csh2)에 저장되는 감지 신호 전압(Vsignal)이 증가할 수 있으므로 리드 아웃 회로(300)에 측정되는 신호대잡음비(signal to noise ratio)가 증가할 수 있다.
도 11은 제2 모드의 다른 예를 보여주는 화소와 광 센서의 파형도이다.
도 11을 참조하면, 제2 모드에 따른 제2 프레임 주파수가 변경될 수 있고, 이에 따라 제2 프레임 기간(FMO2')의 1 프레임 주기와 1 수평 주기가 변경될 수 있다. 예를 들어, 제1 프레임 주파수가 120Hz인 경우, 제2 프레임 주파수는 40Hz일 수 있다. 수직 동기 신호(Vsync)는 8.3ms에서 24.9ms으로 변경될 수 있다. 수평 동기 신호(Hsync)는 3.2μs에서 약 9.6μs으로 변경될 수 있다. 즉, 제2 수평 주기(kH)는 표시 패널(10)에 연결되는 리드 아웃 회로(300)의 본래 스펙에 맞춰 다양하게 변경될 수 있다. 리드 아웃 회로(300)의 구동 주파수가 40Hz으로 구동되는 경우, 리드 아웃 회로(300)의 스위치 신호들의 1 수평 주기는 9.6μs일 수 있다. 지문 판독 기간(ROP)에 출력되는 스캔 기입 신호(GW)의 1 수평 주기를 제2 수평 주기(kH)로 변경하는 경우 리드 아웃 회로(300)의 스위치 신호들의 1 수평 주기와 실질적으로 동일하므로 유효한 지문 감지 데이터를 출력할 수 있다.
상술한 주파수와 수평 주기 값은 설명의 편의를 위한 예시적인 숫자에 불과하다. 따라서, 표시 장치(1)의 스펙에 따라 다양한 값으로 변형될 수 있다.
이하, 도 12 내지 도 14를 참조하여 또 다른 실시예에 따른 표시 장치(1)에 대해 설명한다.
도 12은 또 다른 실시예에 따른 표시 장치를 보여주는 블록도이다. 도 13는 도 12에 도시된 타이밍 제어부의 블록도이다. 도 14는 도 12에 따른 표시 장치의 구동 기간을 나타내는 타이밍도이다.
타이밍 제어부(210)는 타이밍 변조부(216) 및 프레임 메모리(217)를 더 포함할 수 있다. 타이밍 변조부(216)는 제1 모드와 제2 모드의 프레임 주파수를 직접 변조하여 출력할 수 있다. 프레임 메모리(217)는 제1 프레임 주파수로 제공된 영상 신호(RGB)를 이미지 데이터로 저장할 수 있다. 타이밍 변조부(216)는 프레임 메모리(217)에 저장된 이미지 데이터를 제공받아 제1 프레임 기간(FMO1) 또는 제2 프레임 기간(FMO2)에 맞춰 변조 이미지 데이터(DATA_M)를 출력할 수 있다. 이는 프로세서(100)의 제1 모드 제어 신호(MO1)와 제2 모드 제어 신호(MO2)에 의해 제1 모드와 제2 모드의 프레임 주파수가 변경된 이전 실시예와 차이가 있다. 이전 실시예들에서 프로세서(100)가 제1 모드와 제2 모드에 따라 변조된 주파수를 갖는 영상 신호(RGB) 및 제어 신호를 제공하는 경우 타이밍 변조부(216)와 프레임 메모리(217)가 생략될 수 있다.
프로세서(100)는 영상 신호(RGB) 및 복수의 제어 신호들을 타이밍 제어부(210)로 제공한다. 복수의 제어 신호들은 입력 수직 동기 신호(iVsync)와 입력 수평 동기 신호(iHsync)를 포함할 수 있다. 프로세서(100)는 사용자의 터치 유무와 무관하게 제1 모드에 따른 제1 프레임 주파수에 대응되는 영상 신호(RGB)와 입력 수직 동기 신호(iVsync)를 제공하고, 제1 모드의 제1 수평 주기(H1)에 대응되는 입력 수평 동기 신호(iHsync)를 제공할 수 있다. 예를 들어, 제1 프레임 주파수는 120Hz일 수 있고, 제1 수평 주기(H1)는 3.2μs일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
도 12에 도 13을 결부하면, 타이밍 제어부(210)는 타이밍 변조부(216), 프레임 메모리(217), 데이터 타이밍 제어부(212), 스캔 타이밍 제어부(213), 발광 타이밍 제어부(214), 및 리셋 타이밍 제어부(215)를 포함할 수 있다.
타이밍 변조부(216)는 프로세서(100)로부터 공급된 입력 수직 동기 신호(iVsync), 및 입력 수평 동기 신호(iHsync)를 수신한다. 타이밍 변조부(216)는 사용자의 지문 감지를 위한 터치가 있기 이전에는 제1 모드 제어 신호(MC1)를 제공하고, 사용자의 지문 감지를 위한 터치가 존재하는 경우 제1 모드 제어 신호(MC1)를 제2 모드 제어 신호(MC2)로 변조할 수 있다. 제1 모드 제어 신호(MC1)와 제2 모드 제어 신호(MC2)는 각각 데이터 타이밍 제어부(212), 스캔 타이밍 제어부(213), 발광 타이밍 제어부(214), 및 리셋 타이밍 제어부(215)에 제공될 수 있다.
제1 모드 제어 신호(MC1)는 제1 출력 수직 동기 신호(oVsync1) 및 제1 출력 수평 동기 신호(oHsync1)를 포함할 수 있고, 제2 모드 제어 신호(MC2)는 제2 출력 수직 동기 신호(oVsync2) 및 제2 출력 수평 동기 신호(oHsync2)를 포함할 수 있다.
각각의 출력 수직 동기 신호(oVsync: oVsync1, oVsync2)의 주기는 각 기간의 프레임 주파수에 대응한다. 예를 들어, 제1 출력 수직 동기 신호(oVsync1)는 제1 프레임 주파수를 갖는 복수의 제1 프레임 기간(FMO1)들을 정의하고, 제2 출력 수직 동기 신호(oVsync2)는 제2 프레임 주파수를 갖는 복수의 제2 프레임 기간(FMO2)들을 정의할 수 있다. 본 명세서에서 제1 프레임 주파수는 제2 프레임 주파수보다 클 수 있다. 예를 들어, 제1 프레임 주파수는 120Hz이고, 제2 프레임 주파수는 30Hz일 수 있으나. 이에 한정되지 않는다. 이 경우, 제1 출력 수직 동기 신호(oVsync1)의 주기는 제2 출력 수직 동기 신호(oVsync2)의 주기보다 짧을 수 있다. 예를 들어, 제1 출력 수직 동기 신호(oVsync1)의 주기는 8.3ms이고, 제2 출력 수직 동기 신호(oVsync2)의 주기는 33.2ms일 수 있다.
각각의 출력 수평 동기 신호(oHsync: oHsync1, oHsync2)의 주기는 하나의 프레임 기간 내의 수평 주기에 대응한다. 예를 들어, 제1 출력 수평 동기 신호(oHsync1)는 제1 수평 주기(1H)들을 정의하고, 제2 출력 수평 동기 신호(oHsync2)는 제2 수평 주기(4H)를 정의할 수 있다. 제1 프레임 주파수가 제2 프레임 주파수보다 큰 경우, 제1 출력 수평 동기 신호(oHsync1)의 주기는 제2 출력 수평 동기 신호(oHsync2)의 주기보다 짧을 수 있다. 예를 들어, 제1 출력 수평 동기 신호(oHsync1)의 주기는 3.2μs이고, 제2 출력 수평 동기 신호(oHsync2)의 주기는 12.8μs일 수 있다.
또한, 타이밍 변조부(216)은 프레임 메모리(217)로부터 이미지 데이터(Idata)를 공급받을 수 있다. 이미지 데이터(Idata)는 사용자의 터치 여부와 무관하게 제1 프레임 주파수로 출력될 수 있다. 타이밍 변조부(216)는 사용자의 터치가 존재하는 경우 제1 프레임 주파수의 이미지 데이터(Idata)를 제2 프레임 주파수로 변조할 수 있다. 즉, 타이밍 변조부(216)는 변조 이미지 데이터(DATA_M)를 데이터 타이밍 제어부(212)에 제공할 수 있다. 사용자의 터치가 존재하지 않는 경우에는 제1 프레임 주파수의 이미지 데이터를 데이터 타이밍 제어부(212)에 제공할 수 있다.
프레임 메모리(217)는 프로세서(100)로부터 공급된 영상 신호(RGB)를 수신한다. 프레임 메모리(217)는 제1 프레임 주파수를 갖는 영상 신호(RGB)를 이미지 데이터(Idata)로 저장할 수 있다. 프레임 메모리(217)는 타이밍 제어부(210)의 복수의 제어 신호들의 구동 주파수와 이미지 데이터(Idata)의 구동 주파수가 상이한 경우에도 이미지 데이터(Idata)를 저장할 수 있다. 이에 따라, 프레임 메모리(217)에 저장된 이미지 데이터(Idata)는 타이밍 변조부(216)에 의해 제2 프레임 주파수를 갖는 변조 이미지 데이터(DATA_M)로 변조하여 출력될 수 있다. 타이밍 변조부(216)는 이미지 데이터(Idata)의 구동 주파수와 복수의 제어 신호들의 구동 주파수가 동일한 경우에는 이미지 데이터를 변조하지 않고 그대로 출력할 수 있다.
제2 모드에서 프로세서(100)에서 제공된 영상 신호(RGB)는 고주파(예를 들어, 120Hz)로 구동되는데 반해, 타이밍 제어부(210)는 복수의 제어 신호들을 저주파(예를 들어, 30Hz)로 변조하여 제공한다. 이에 따라 영상 신호(RGB)의 구동이 복수의 제어 신호들 각각보다 빠르게 구동되기 때문에, 고주파의 영상 신호(RGB)가 소멸될 수 있다. 표시 장치(1)는 타이밍 변조부(216)와 프레임 메모리(217)를 포함함으로써, 고주파의 영상 신호(RGB)를 프레임 메모리(217)에 저장한 뒤 타이밍 변조부(216)에 제공할 수 있다. 타이밍 변조부(216)는 제1 모드의 고주파 구동 또는 제2 모드의 저주파 구동에 따라 이미지 데이터(Idata)를 변조할 수 있으므로 각각의 제1 출력 수평 동기 신호(oHsync1) 또는 제2 출력 수평 동기 신호(oHsync2)에 맞춰서 영상 데이터(DATA)를 출력할 수 있다.
데이터 타이밍 제어부(212), 스캔 타이밍 제어부(213), 발광 타이밍 제어부(214), 및 리셋 타이밍 제어부(215)는 각각 제1 모드 제어 신호(MC1)와 제2 모드 제어 신호(MC2)에 따라 복수의 제어 신호들을 출력할 수 있다. 예를 들어, 데이터 타이밍 제어부(212)는 제1 모드 제어 신호(MC1)와 제2 모드 제어 신호(MC2)에 따라 데이터 제어 신호(DCS)와 영상 데이터(DATA)를 출력할 수 있다. 영상 데이터(DATA)는 제1 모드 제어 신호(MC1)와 동일한 구동 주파수를 갖는 이미지 데이터(Idata)일 수 있고, 제2 모드 제어 신호(MC2)와 동일한 구동 주파수를 갖는 변조 이미지 데이터(DATA_M)일 수도 있다.
또한, 스캔 타이밍 제어부(213)는 제1 모드 제어 신호(MC1)와 제2 모드 제어 신호(MC2)에 따라 스캔 제어 신호(SCS)를 출력할 수 있다. 발광 타이밍 제어부(214)는 제1 모드 제어 신호(MC1)와 제2 모드 제어 신호(MC2)에 따라 발광 제어 신호(ECS)를 출력할 수 있다. 리셋 타이밍 제어부(215)는 제1 모드 제어 신호(MC1)와 제2 모드 제어 신호(MC2)에 따라 리셋 제어 신호(RCS)를 출력할 수 있다.
도 14를 참조하면, 프로세서(100)는 제1 프레임 기간(FMO1)을 반복하여 구동하며, 제1 프레임 주파수의 입력 수직 동기 신호(iVsync)와 제1 수평 주기(H1)의 입력 수평 동기 신호(iHsync)를 출력할 수 있다. 프로세서(100)의 구동 주파수는 사용자의 터치와 무관하게 제1 프레임 주파수로 일정할 수 있다.
타이밍 제어부(210)는 제1 모드에 따라 제1 프레임 기간(FMO1)을 반복 구동하며, 제2 모드에 따라 하나의 제2 프레임 기간(FMO2)을 구동한다. 제1 프레임 기간(FMO1) 동안 제1 프레임 주파수의 제1 출력 수직 동기 신호(oVsync1) 및 제1 수평 주기(H1)의 제1 출력 수평 동기 신호(oHsync1)를 출력할 수 있다. 제2 프레임 기간(FMO2) 동안 제2 프레임 주파수의 제2 출력 수직 동기 신호(oVsync2) 및 제2 수평 주기(4H)의 제2 출력 수평 동기 신호(oHsync2)를 출력할 수 있다.
광 센서(PS)의 1 프레임 기간은 리셋 기간(RSP), 광 노출 기간(EP), 및 지문 판독 기간(ROP)으로 구분될 수 있다. 이에 대한 설명은 상술한 도 7과 동일한 바 생략한다.
제2 프레임 기간(FMO2)이 시작되는 지점은 지문 판독 기간(ROP)이 시작되는 지점과 동일할 수 있다. 타이밍 제어부(210)의 타이밍 변조부(216)는 지문 판독 기간(ROP)의 이전에 제1 모드 제어 신호(MC1)를 출력하고, 지문 판독 기간(ROP)의 이후에 제2 모드 제어 신호(MC2)를 출력할 수 있다. 이에 따라 지문 판독 기간(ROP)의 이전에 출력된 제1 스캔 기입 신호(GW1)와 제2 스캔 기입 신호(GW2) 사이의 1 수평 주기는 제1 수평 주기(1H)를 가지며, 지문 판독 기간(ROP)에 출력되는 제1 스캔 기입 신호(GW1)와 제2 스캔 기입 신호(GW2) 사이의 1 수평 주기는 제2 수평 주기(4H)를 가질 수 있다.
정리하면, 타이밍 제어부(210)의 타이밍 변조부(216)는 일반적으로 입력 수직 동기 신호(iVsync)와 입력 수평 동기 신호(iHsync)를 인가 받아 제1 모드 제어 신호(MC1)를 제공한다. 사용자의 터치가 감지된 경우 제1 모드 제어 신호(MC1)를 제2 모드 제어 신호(MC2)로 변조하여 제공한다. 제2 모드 제어 신호(MC2)에 따라 구동 주파수가 낮아지는 경우 광 센서(PS)의 지문 판독 기간(ROP)이 연장될 수 있다. 광 센서(PS)의 지문 판독 기간(ROP)이 연장되는 경우 리드 아웃 회로(300)에서 축적할 수 있는 지문 감지 신호(Vsignal)의 양이 증가할 수 있으므로, 정확한 지문 감지 데이터가 출력될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 표시 장치 10: 표시 패널
200: 표시 구동 회로 210: 타이밍 제어부
220: 데이터 구동부 230: 스캔 구동부
300: 리드 아웃 회로 PX: 화소
PS: 광 센서

Claims (20)

  1. 스캔 라인들, 감지 라인들, 상기 스캔 라인들에 각각 연결되는 화소들, 및 상기 스캔 라인들과 상기 감지 라인들에 각각 연결되는 광 센서들을 포함하는 표시 패널;
    스캔 제어 신호에 따라 상기 스캔 라인들에 스캔 신호들을 출력하는 스캔 구동부;
    상기 스캔 제어 신호를 상기 스캔 구동부로 출력하는 타이밍 제어부; 및
    상기 감지 라인들로부터 상기 광 센서들의 광 감지 신호들을 수신하는 리드 아웃 회로를 구비하고,
    상기 타이밍 제어부는 상기 표시 패널이 화상을 표시하는 제1 모드에서 상기 스캔 제어 신호의 프레임 주파수를 제1 프레임 주파수로 제어하고, 상기 광 센서에 의해 지문을 감지하는 제2 모드에서 상기 스캔 제어 신호의 프레임 주파수를 제2 프레임 주파수로 제어하는 표시 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 프레임 주파수는 상기 제2 프레임 주파수보다 큰 표시 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 스캔 라인들은,
    상기 화소 및 상기 광 센서에 n(n은 양의 정수)번째 스캔 신호를 제공하는 제1 스캔 라인; 및
    상기 화소에 n+1번째 스캔 신호를 제공하는 제2 스캔 라인을 포함하고,
    상기 제1 모드에서 상기 n번째 스캔 신호와 상기 n+1번째 스캔 신호 사이의 제1 수평 주기는 상기 제2 모드에서 상기 n번째 스캔 신호와 상기 n+1번째 스캔 신호 사이의 제2 수평 주기보다 짧은 표시 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 모드는 리셋 신호에 의해 광 센서가 리셋되는 리셋 기간 및 상기 광 센서에 외부 광이 노출되는 광 노출 기간, 및 상기 리드 아웃 회로에 의해 지문 판독이 이루어지는 지문 판독 기간을 포함하는 표시 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 리셋 기간 및 상기 광 노출 기간에서 상기 스캔 제어 신호의 프레임 주파수를 상기 제1 프레임 주파수로 제어하고,
    상기 지문 판독 기간에서 상기 스캔 제어 신호의 프레임 주파수를 상기 제2 프레임 주파수로 제어하는 표시 장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    지문 감지를 위한 사용자의 터치가 감지된 경우 상기 광 센서의 리셋 트랜지스터를 턴-온시키는 상기 리셋 신호를 출력하는 리셋 구동부를 더 포함하는 표시 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 리드 아웃 회로는 제1 스위치 신호 및 제2 스위치 신호를 출력하며,
    상기 제1 스위치 신호, 상기 스캔 신호들 중 하나의 스캔 신호, 상기 제2 스위치 신호는 순차적으로 턴-온되어 상기 제1 스위치 신호에 따라 노이즈 전압을 저장하고, 상기 제2 스위치 신호에 따라 감지 신호 전압을 저장하는 표시 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 리드 아웃 회로의 상기 제1 스위치 신호 및 상기 제2 스위치 신호의 구동 주파수는 상기 제2 모드에서 상기 스캔 신호의 구동 주파수와 동일한 표시 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 리드 아웃 회로로부터 지문 감지 데이터를 제공받는 프로세서를 더 포함하고,
    상기 프로세서는 사용자의 터치가 감지되지 않는 경우 상기 제1 프레임 주파수에 따른 제1 모드 제어 신호를 인가하고, 사용자의 터치가 감지되는 경우 상기 제2 프레임 주파수에 따른 제2 모드 제어 신호를 인가하는 표시 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 모드 제어 신호는 상기 제1 프레임 주파수에 따른 제1 수직 동기 신호 및 제1 수평 동기 신호를 포함하고,
    상기 제2 모드 제어 신호는 상기 제2 프레임 주파수에 따른 제2 수직 동기 신호 및 제2 수평 동기 신호를 포함하는 표시 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 타이밍 제어부는 프로세서로부터 상기 제1 프레임 주파수에 따른 제어 신호들을 인가받는 타이밍 변조부를 더 포함하고,
    상기 타이밍 변조부는 사용자의 터치가 감지된 경우 상기 제어 신호들을 상기 제2 프레임 주파수에 따른 제어 신호로 변조하는 표시 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 타이밍 제어부는 상기 프로세서로부터 상기 제1 프레임 주파수에 따른 영상 신호를 제공받아 저장하는 프레임 메모리를 더 포함하고,
    상기 프레임 메모리는 상기 타이밍 변조부에 상기 영상 신호를 제공하며,
    상기 타이밍 변조부는 사용자의 터치가 감지된 경우 상기 영상 신호를 상기 제2 프레임 주파수에 따른 영상 신호로 변조하는 표시 장치.
  13. 화소와 광 센서를 포함하는 표시 패널;
    상기 화소 및 상기 광 센서에 제1 스캔 신호를 제공하는 제1 스캔 라인들;
    상기 화소에 제2 스캔 신호를 제공하는 제2 스캔 라인들;
    상기 제1 스캔 라인들에 제1 스캔 신호를 출력하고, 상기 제2 스캔 라인들에 제2 스캔 신호를 출력하는 스캔 구동부;
    스캔 구동부를 제어하는 타이밍 제어부; 및
    상기 광 센서로부터 감지 라인을 통해 광 감지 신호를 수신하는 리드 아웃 회로를 포함하고,
    표시 패널이 화상을 표시하는 제1 모드에서 상기 제1 스캔 신호와 상기 제2 스캔 신호 사이의 펄스 간격은 제1 수평 주기를 가지고, 상기 광 센서에 의해 지문을 감지하는 제2 모드에서 제1 스캔 신호와 상기 제2 스캔 신호 사이의 펄스 간격은 제2 수평 주기를 갖는 표시 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 수평 주기는 상기 제2 수평 주기보다 짧은 표시 장치.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 모드에서 상기 표시 패널이 제1 프레임 주파수로 제어되고, 상기 제2 모드에서 상기 표시 패널이 제2 프레임 주파수로 제어되는 표시 장치.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 광 센서는,
    애노드 전극 및 전압 라인에 연결된 캐소드 전극을 포함하는 광전 변환 소자;
    상기 광전 변환 소자의 상기 애노드 전극에 연결된 게이트 전극을 포함하는 제1 센싱 트랜지스터;
    리셋 신호에 따라 리셋 전압 라인과 상기 광전 변환 소자의 상기 애노드 전극을 연결하는 리셋 트랜지스터; 및
    상기 제1 스캔 신호에 따라 상기 제1 센싱 트랜지스터와 상기 감지 라인을 연결하는 제2 센싱 트랜지스터를 포함하는 표시 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 리드 아웃 회로는,
    상기 감지 라인에 연결되며 제1 연산 증폭기를 포함한 증폭부;
    제1 스위치 신호에 따라 노이즈 전압을 저장하는 제1 샘플링 커패시터 및 제2 스위치 신호에 따라 감지 신호 전압을 저장하는 제2 샘플링 커패시터를 포함한 샘플/홀드부; 및
    측정된 감지 신호 전압을 디지털 데이터로 변환하는 AD 컨버터를 포함하는 표시 장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 스위치 신호, 상기 제1 스캔 신호, 및 상기 제2 스위치 신호는 순차적으로 턴-온되는 표시 장치.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 제1 스캔 신호에 따라 상기 제2 센싱 트랜지스터가 턴-온되어 상기 광 센서에서 감지되는 광량에 비례하여 상기 감지 라인을 통해 감지 신호 전압을 출력하고,
    상기 제2 스위치 신호에 따라 상기 감지 신호 전압을 상기 제2 샘플링 커패시터에 저장하는 표시 장치.
  20. 제17 항에 있어서,
    이웃한 상기 제1 스위치 신호 사이의 펄스 간격 및 이웃한 상기 제2 스위치 신호 사이의 펄스 간격은 각각 상기 제2 수평 주기를 가지는 표시 장치.
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